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Neue Verbindungstechnik für Aluminium und Kunststoff

Innenliegend umspritzen: Spezielle Positionier- und Auswerfertechnik ermöglicht isolierende Kunststoffgeometrien in Alu-Bauteilen

Hochmoderne Spritzgusstechnik ist das Spezialgebiet von Geiger. Eine der jüngsten Entwicklungen der Unternehmensgruppe ist ein Verfahren zur innenliegenden Umspritzung von Aluminiumbauteilen.

Mit der Kombination aus Aluminium-Druckguss und Kunststoff-Umspritzung lassen sich heute bereits verschiedenste, exakt auf den jeweiligen Anwendungsbereich zugeschnittene Hybrid-Bauteile erzeugen, die die Vorteile beider Werkstoffe vereinen. Allerdings gibt es auch zunehmend Konstruktionen, die ein Kunststoffteil innerhalb einer Alu-Komponente erfordern würden. Die auf Spritzgusstechnologie spezialisierte Geiger-Unternehmensgruppe hat dafür jetzt ein innovatives Verfahren zur innenliegenden Umspritzung entwickelt, das es erlaubt, trotz der Einschränkung durch die Form des Aluminiumteiles mittels angepasster Werkzeug- und Schiebertechnik definierte Kunststoffgeometrien zu erzeugen. Die Methode gleicht sogar die groben Toleranzen beim Druckguss der Metallkomponente aus. Ein eigens dafür konzipiertes Tray gewährleistet auch bei automatisierten Prozessen eine genaue, reibungsarme Positionierung der Werkstücke.  

     

Aluminium wird in der Elektronik vor allem wegen seiner Leitfähigkeit und Strahlungsabschirmung in Verbindung mit einem sehr geringen Gewicht gerne verbaut. Kunststoff dagegen wirkt nicht leitend und ermöglicht sehr vielfältige, auch filigrane Geometrien, weshalb es häufig mit Alu kombiniert wird, um  gezielt bestimmte Eigenschaft innerhalb eines Bauteils zu erzeugen. Äußerliche Spritzgussverfahren, wie Umspritzen oder Overmolding, haben sich hierfür inzwischen bewährt. „Soll der Kunststoff allerdings innerhalb des Aluteils liegen, ist eine wesentlich komplexere Herangehensweise erforderlich“, erklärt Roman Kramer, Prokurist bei der Hans Geiger Spritzgießtechnik GmbH. 


Bauteil bestimmt Anspritzpunkt

Üblicherweise wird der Anspritzpunkt so gewählt, dass das Material ideal fließen kann und sich ein gutes Füllverhalten ergibt. Bei einer innenliegenden Umspritzung bestimmt dagegen die Form des Aluminiumteils die Gestaltung der Kunststoffkomponente, was den Einspritzprozess deutlich erschwert. Insbesondere das Auswerfen kann zum Problem werden, wenn aufgrund eines nicht optimalen Anspritzpunktes das Bauteil an der Düsenseite hängen bleibt, statt auf die Auswerferseite transportiert zu werden. Um dies zu vermeiden, entwickelte Geiger eine neuartige Schiebermechanik, die das Druckgussteil auf der Auswerferseite fixiert. Der Spritzgussbestandteil wird dagegen ohne Auswerfer gefertigt und nach dem Öffnen des Werkzeugs gemeinsam mit der Alu-Komponente ausgeworfen. So wird ein prozesskonformer Transportfluss der Bauteile sichergestellt. 

Das Schiebersystem trägt daneben auch zur exakten Positionierung der Werkstücke bei – ein entscheidender Faktor für die Zuverlässigkeit des Betriebs, da Metallabrieb zum Versagen der Fertigungsanlage führen könnte. Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Aluminium-Druckgussteil muss daher soweit als möglich vermieden werden. Um in einer automatisierten Fertigung, in der Roboter die Rohteile entnehmen, ins Werkzeug einlegen und die bearbeiteten Stücke wieder in die Verpackung setzen, die dazu notwendige Präzision zu erreichen, setzt Geiger auf eine mehrstufige Lösung: Ein speziell dafür konzipiertes Tray mit einer Zentriergeometrie, auf dem die Druckgussteile zur Anlage gebracht werden, sorgt für eine erste Grobpositionierung, während das Beiholvermögen des Be- und Entladungsgreifers die Feineinstellung übernimmt. Sobald sich das Bauteil in der richtigen Bearbeitungsposition befindet, erfassen es die Schieber des Werkzeugs, und erst dann lässt der Greifer los. Einem Verrutschen oder Verschieben des Metallteils im Werkzeug – und den damit verbundenen Schäden – wird auf diese Weise sicher vorgebeugt.


Spritzguss kompensiert Variabilität beim Druckguss

Zusätzlich zur Auswurf- und Positionierproblematik muss das Spritzgusswerkzeug beim innenliegenden Umspritzen darüber hinaus auch die relativ hohen Toleranzen der Druckgussteile ausgleichen. Die Alu-Komponenten, die in der Regel eher nach groben Abmessungen gefertigt werden, müssen in die engen Toleranzen des Kunststoffbestandteils integriert werden. Dazu schufen die Spritzgussexperten ein Werkzeug, das Abweichungen in Längsrichtung durch spezielle Quetschkanten abfängt. Um die Schwankungen in der radialen Richtung zu kompensieren, war dieses einfache Mittel jedoch nicht geeignet. Hier wird stattdessen mit eigens angepassten Geometrien und einer besonderen Oberflächenbehandlung gearbeitet. Dadurch konnten in einer der ersten Beispielanwendungen Kunststoff-Komponenten von 16 mm Durchmesser präzise in Alu-Bauteile von 25 x 28 mm eingespritzt werden.