Pharmazeutische Bördelkappen bestehen in der Regel aus einer Aluminiumdünnblech- und einer Kunststoffkomponente. Durch einen kombinierten Tiefzieh- und Hinterspritzprozess mit vorgeschalteter Inline-Laserbearbeitung des Aluminiumdünnblechs kann die Prozesskette deutlich verkürzt werden.

Die Bördelkappe für Injektionsfläschchen wird in einem zweistufigen Prozess gefertigt.

Kombinierter Tiefzieh- und Hinterspritzprozess mit mikroformschlüssigem Verbund

Hybridtechnik

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießen

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Aluminiumlegierungen

Metall Werkstoffe

NE-Metalle

Laserbearbeitungen

Oberflächentechnik

Tiefziehen

Verfahren für die spanlose Fertigung

Spritzgieß-Sonderverfahren

Simulation Stanzen / Umformen

Software

Simulation

Laserstrukturieren

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Medizintechnik

Medizinprodukte

 Prozesskette zur Herstellung hybrider Medizinprodukte

Kein Gegenstand prägt aktuelle Generationen mehr als das Smartphone. Besonders hochwertige und edle Metallgeräte liegen im Trend. Damit die unzähligen integrierten Antennen trotz der leitfähigen Gehäuse funktionieren, müssen sie elektrisch voneinander isoliert sein. Zwei neu entwickelte Polyphthalamide, die besonders gut an Titan- und Edelstahl-Legierungen anbinden, bieten sich dafür an.  

Polyphthalamide für Hybridverbindungen in metallischen Smartphone-Gehäusen 

Gehäuse aus Kunststoff

Verbindungstechnik

Verbindungstechnik, hybride

Ikonen der Neuzeit 

Im Bundesexzellenzcluster Merge werden neue Prozesse zum Innenhochdruck-Spritzgießen für die Verarbeitung thermoplastischer Faserverbunde erforscht. Mit Gas als Umform- und Stützmedium wurden erstmals faserverstärkte Kunststoffrohre verarbeitet. Damit gelang es den Forschern, in konkreten Anwendungsfällen das Bauteilgewicht und die Prozesskosten zu senken sowie die Produktivität zu steigern. 

Technologiefusion aus Innenhochdruck-Umformung und Spritzgießen forciert Leichtbau 

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kunststoff-Profile

Der Weg zum funktionalisierten FKV-Rohr 

Transparente Funktions- und Designelemente setzen sich oftmals aus Glas- und Kunststoffmaterialien zusammen. Sie mithilfe von Klebstoffen oder Haftvermittlern zu verbinden, kann jedoch problematisch sein, da Klebstoffe nur bedingt alterungsbeständig sind und Glas meist schlecht benetzbar ist. Ein zweistufiges Verfahren, bei dem ein Laser zunächst mikro- und nanoskalige Strukturen im Glas erzeugt, in die später Kunststoffschmelze eindringen kann, erlaubt hochfeste Hybridverbindungen.

Laserstrukturierung einer Glasprobe: Die Mikrostrukturen werden mit einem Abstand von ca. 1 mm in ein etwa 3 mm dickes Glassubstrat eingebracht. Dabei führt ein Scannersystem eine CO2-Laserstrahlung mit hohen Geschwindigkeiten mehrfach über das Glassubstrat. Beim Auftreffen des Laserstrahls verdampft das Material und die abgetragenen Partikel sind als gelbe Stichflammen erkennbar

Neuartige Glas-Kunststoff-Hybridverbindungen mittels präziser Laserstrukturierung

Laserschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Lasertechnik

Glas und Kunststoff vereint

Mittel und Wege zu besonderen Oberflächen beim Spritzgießen wiesen die Aussteller der K 2022. Eine kleine Auswahl.

Der Materialmix des „Rear-End Cover“ ermöglicht es, hinterleuchtete Elemente mit gezielter Lichtabschottung zu erzeugen – ganz ohne unerwünschte Lichtstreuung.

Doriat, Clemens, Dr.

Temperiertechnik

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Plasmabehandlung

Reinigen und Vorbehandeln

Spritzprägen

Dynamische / variotherme Temperierung

Polycarbonat

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Kunststoff-Rezyklat

Das kann sich sehen lassen

Ohne Uhrwerk keine Uhr. Aber erst das Zifferblatt verleiht diesem Präzisionsinstrument seinen individuellen Charakter. Die Fertigung dieser "Sichtteile" ist eine Kunst für sich. Mit anspruchsvoller Technik werden hochwertige Zifferblätter mit ihren filigranen Strukturen wieder in Deutschland produziert, nachdem die Aufträge dafür nach Fernost abgewandert waren. Ein mittelständisches Unternehmen in Waltershausen, unweit von Ruhla – seit Ende des 19. Jahrhunderts ein Zentrum deutscher Uhrmacherkunst – hat sich hier besonders profiliert. 

Der Thüringer Spritzgieß- und Oberflächenspezialist Sur-Tech fertigt mit besonderem  Kunststoff-Know-how Zifferblätter 

Präziser als ein Uhrmacher 

Der öffentliche Personenverkehr mit Eisenbahnen, Metrozügen und Straßenbahnen erhält in der Verkehrsplanung von Megastädten weltweit immer größere Bedeutung. Gefragt ist eine ansprechende, schicke, komfortable und zugleich funktionale Innenausstattung der Schienenfahrzeuge, damit sich die Passagiere wohl fühlen. Großer Wert wird auf ein Höchstmaß an Brandsicherheit gelegt. 

Maßgeschneiderte Polycarbonate für das Interieur von Schienenfahrzeugen 

Produkt- / Formteildesign

Kunststoffe

Brandsicherheit, Design, Wirtschaftlichkeit 

Ihr Sortiment an endlosfaserverstärkten thermoplastischen Hochleistungsverbundwerkstoffen der Marke Tepex hat die Bond-Laminates GmbH , Köln, zugehörig zur Lanxess AG , Köln, um halogenfrei flammgeschützte Varianten mit Polycarbonat-Matrix erweitert. Die Tepex FR-Typen haben in Tests nach der Brandschutznorm UL 94 eine gute Flammwidrigkeit gezeigt. Sie sind auf der Yellow Card der Prüfgesellschaft Underwriter Laboratories mit der besten Klassifizierung V0 bei Prüfkörperdicken von 0,4 bis 2 mm gelistet. Die Compositewerkstoffe sind besonders für den Anwenderbereich Consumer Electronics Industrie geeignet.

Mit guter Flammwidrigkeit 

Compound

Faserverarbeitung

Fasern

Endlosfaserverstärktes PC-Composite Tepex FR 

Der aktuelle Erfolg von Premiumfahrzeugen beruht nicht zuletzt auf der Vielzahl an edlen Design- und Stylingelementen in ihrem Interieur. Solche Elemente können nun auch in Mittelklasse- und Kleinwagen zur Anwendung kommen – dank eines neuen Werkstoffkonzepts, das auf Polycarbonat und seinen Blends basiert. Es erlaubt die wirtschaftliche Serienfertigung hochwertiger Kunststoffteile bei hohem Individualisierungsgrad.  

Ein neues serientaugliches Materialkonzept für das Automobilinterieur aller Fahrzeugklassen 

Polyurethan

Premium und Lifestyle  

Polymerspezifische Masterbatches für PA (Bild), PET, PBT und PC gibt es bei Colloids Limited, Merseyside/Großbritannien. Zum schwarz Einfärben von PET gibt es einerseits ein Rußkonzentrat, das alle EU-Anforderungen für die Anwendung in Lebensmittelkontakten erfüllt, andererseits Schwarzkonzentrate, die nicht auf Ruß basieren: Eines mit nukleierender Wirkung und eines mit nicht nukleierender Wirkung. Die Produkte eignen sich zum Einsatz in der Folienextrusion, um gehobene Glanzwerte zu erzielen. Für PBT sind Schwarzbatches auf der Basis von Ruß oder Solvent Black erhältlich. 

Colloids 

Polyamide

Polyethylenterephthalat

Masterbatches

Schwarzbatches für Technische Kunststoffe 

Für effiziente LED-Strahler mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad hat die Covestro Deutschland AG , Leverkusen, das wärmeleitfähige Polycarbonat Makrolon TC8030 auf den Markt gebracht. Die Abkürzung TC steht dabei für „thermally conductive“. Der Kunststoff soll im Vergleich zu herkömmlich eingesetztem Aluminium eine effiziente Kombination aus guter Wärmeleitfähigkeit und höherer Gestaltungsfreiheit ermöglichen. Er verfügt laut Hersteller über ein ähnlich gutes Wämeleitverhalten wie Aluminium bei geringerem Gewicht und ist deshalb für leichtgewichtigere LED-Lichtlösungen geeignet. Durch die vielfältigen Verarbeitungsmöglichkeiten mittels Spritzgießen sollen damit laut Hersteller neue Formen von Kühlkörpern möglich werden. Weitere thermisch leitfähige Polycarbonat-Typen des Herstellers stehen laut Pressemitteilung kurz vor der Markteinführung.

Wärmemanagement von LED-Lampen 

Kühlkörper

Hochleistungskunststoffe

Wärmeleitfähigkeitsmessung

LED, SLED, OLED

Leitfähiges Polycarbonat Makrolon TC8030 

Versalis S.p.A., San Donato Milanese/Italien, bezeichnet sich als Marktführer auf dem Gebiet der Elastomere. Die thermoplastischen Elastomere umfassen 20 Typen, die sich in drei Produktfamilien aufteilen: SBS, SIS und SEBS. Eine neue SEBS-Type, die mit Maleinsäureanhydrid funktionalisiert ist, wird in TPE-Compounds eingesetzt, um als Haftvermittler für polare Polymere, wie ABS, PA oder PC zu wirken (Bild). Das Produkt besitzt 30 % Styrolanteil mit 1 % Maleinsäureanhydrid. Der Schmelzindex liegt bei 10 g/min (230 °C, 5 kg), die Produktform ist kompaktes Granulat. 

Versalis 

SBS, SIS und SEBS 

Mit den Polycarbonat (PC)/Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) -Massivplatten Lexan Cliniwall führt die Saudi Basic Industries Corporation (SABIC), Riad, eine Produktreihe für hygienische Oberflächen ein. Die opaken, matten Platten bieten eine hohe Festigkeit und Fleckenresistenz gegen Spuren von Blut, Iod, Gummidichtungen und andere in Krankenhäusern und öffentlichen Einrichtungen üblichen Verschmutzungen. Zudem verfügt es über eine hohe chemische Beständigkeit gegen die meisten Reinigungsmittel, einschließlich dem Desinfektionsmittel Isopropanol (Reinigungsalkohol), und trägt erheblich zur Reduzierung der Wartungskosten bei.

Für hygienische Oberflächen 

Flachfolien- und Plattenextrusion

Platten

PC/ABS-Massivplatten Lexan Cliniwall 

Für die Kapselhülle eines Endoskops wird einen spezieller Typ des Polycarbonats Makrolon der Covestro AG , Leverkusen, eingesetzt. Das Material ist laut Hersteller biokompatibel und wird weder von der Magensäure noch der basischen Darmflora angegriffen. Außerdem soll es mechanisch stabil sein und eine beschwerdefreie Untersuchung gewährleisten. Der Kunststoff ist hochtransparent und ermöglicht dadurch klare, gut aufgelöste Bilder. Daneben bietet er Gestaltungsfreiheit, so dass ein großer Öffnungswinkel der Kamera möglich ist und ein breites Sichtfeld abgedeckt werden kann.

Diagnose von Magen-Darm-Erkrankungen 

Kapselendoskop aus Polycarbonat 

Für fälschungssichere Folien für beispielsweise Sicherheitskarten und Reisepässe bietet die Covestro AG, Leverkusen, lasergravierbare Polycarbonatfolien des Typs Makrofol ID Superlaser white an. Die dreilagige Folie besteht aus einer lichtdichten, weißen Mittelschicht und zwei gleich dünnen, laserreaktiven Deckschichten. Die Laserreaktivität dieser Produkte wurde dabei verstärkt. Reisepässe auf Basis dieser Folie können laut Hersteller noch kontrastreicher durch Lasergravur mit den Daten und dem Foto des Inhabers gestaltet werden als bei laserreaktiven Standard-Overlay-Folien. Die Folie bietet eine erhöhte Fälschungssicherheit, da die persönlichen Daten sowohl im Overlay als auch im Kern enthalten sind. Dies soll vor allem bei dünnen Reisepässen Vorteile haben, da sie sicher und schnell zu personalisieren sind. 

Folien aus Polycarbonat und Polyurethan 

Schutz- und Sicherheitsreinrichtungen für Werkzeugmaschinen

Sicherungselemente

Produktschutz

Qualitätssicherung

Fälschungssichere Reisepässe und Karten 

Kunststoff/Metall-Hybridbauteile durch Hinterspritzen von Lasermikrostrukturen herstellen

Der Einsatz von Kunststoff/Metall-Hybridbauteilen in automobilen Anwendungen ermöglicht es, das Gewicht technischer Bauteile zu reduzieren und darin zugleich mehr Funktionen zu integrieren. Ein Ansatz zur Herstellung von Hybridbauteilen ist der Hinterspritzprozess, bei dem ein Verbund der artfremden Komponenten durch mikroformschlüssige Strukturen in der Metallkomponente erzeugt werden kann. Dabei kommt es darauf an, den Formschluss mit hoher Festigkeit und Mediendichtheit zu erzeugen.

Mit einer integrierten Prozesskette lassen sich aus laserstrukturierten Metallhalbzeugen hochfeste und mediendichte Kunststoff/Metall-Hybridbauteile herstellen.

Die hohe Steifigkeit und Festigkeit von Metallen kann in einer hybriden Werkstoffverbindung mit dem geringen Gewicht, der Haltbarkeit und Formflexibilität von Kunststoffen kombiniert werden. Um leichtere Fahrzeuge entwickeln, den Kraftstoffverbrauch senken und die durch die Politik gesetzten Klimaziele erreichen zu können, sind Hybridbauteile besonders im Hinblick auf die steigenden Anforderungen im Leichtbau relevant. Vor allem in der Automobilindustrie und der Luftfahrt ersetzen sie schwerere Metallkomponenten [1]. Die Herausforderung bei der Herstellung von Hybridbauteilen liegt im Werkstoffverbund. Häufig werden materialabhängige stoffschlüssige Verbindungsmechanismen eingesetzt, jedoch sind derzeit nicht für alle Kunststoff/Metall-Kombinationen Haftvermittlersysteme verfügbar bzw. zugelassen [2, 3].

Um einen hybriden Werkstoffverbund zu erzeugen, wurde im öffentlich geförderten Forschungsvorhaben FormLight eine Fügestrategie entwickelt, die auf einer hinterschnittigen Lasermikrostrukturierung basiert. Das Einbringen der Laserstrukturen in die Leichtmetallkomponente ermöglicht es, die Kunststoffschmelze in einem Hinterspritzprozess gezielt formschlüssig zu verankern. Die quasi-flächige Strukturierung bewirkt homogenere Spannungsverhältnisse im Abkühl- und Belastungsfall.

Die Prozessroute entwickelte das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) und den Industriepartnern Hella und Jubo Technologies.

Anwendungsnahe Forschung an Demonstratoren

Um die Anforderungen an einen Hybridwerkstoffverbund zu ermitteln, wählten die Projektpartner exemplarisch zwei Demonstratoren aus der Automobil-Lichttechnik aus, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Komplexitäten und Eigenschaften aus verschiedenen Materialkombinationen gefertigt wurden. Auf Basis der Funktionsanforderungen – hohe Verbundfestigkeit, Mediendichtheit, hohe Oberflächengüte – entschied man sich für zwei Leichtmetalllegierungen,

<ul><li>die Magnesiumdruckgusslegierung AZ91D (Mg) und</li><li>die Aluminiumknetlegierung AlMg3 (Al),</li></ul>

<ul><li>Makrolon 2205 (PC, unverstärkt) und</li><li>Makrolon DS801 (PC-MD40, 40 % Mineralfüllung; Hersteller jeweils: Covestro).</li></ul>

Der Einsatz von Mineralfüllstoffen reduziert die Schwindung und damit einhergehend die Spannungen im Hybridbauteil nach dem Spritzgießen. Zusätzlich wird die Temperaturwechselbeständigkeit des Verbunds verbessert, da Mineralfüllstoffe die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten reduzieren. Die Analysen zum Temperaturwechselverhalten des Verbunds wurden vorwiegend beim Projektpartner Hella durchgeführt.

Die Prozessroute ist exemplarisch am Hybrid-Reflektor-Demonstrator dargestellt (Bild 1). Der Magnesiumeinleger wird druckgegossen und anschließend durch den Projektpartner Fraunhofer ILT laserstrukturiert. Die Strukturen werden durch einen Ytterbium-Faserlaser (Typ: Rofin FL 020 C; Hersteller: Rofin-Sinar Laser GmbH) erzeugt. Das Lasersystem hat einen Strahldurchmesser von 40 µm und eine Nennleistung von bis zu 2 kW. Mithilfe eines Spiegellenksystems lassen sich unterschiedliche Strukturanordnungen erzeugen. Die Halbzeug-Einleger werden im nächsten Prozessschritt durch den Partner Jubo chemisch gereinigt und passiviert. Danach werden sie bei Hella mit der Kunststoffkomponente hinterspritzt, sodass gleichzeitig der Verbund beider Komponenten erzeugt und die Kunststoffkomponente urgeformt wird (In-Mold Assembly). Anschließend wird der Reflektor, ebenfalls bei Hella, mithilfe eines PVD-Verfahrens (Physical Vapour Deposition) beschichtet (Titelbild).

Die für die verschiedenen Untersuchungen herangezogenen Prüfkörper wurden am IKV auf einer vollelektrischen Spritzgießmaschine (Typ: IntElect2 100/ 470 -250; Hersteller: Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery) hergestellt. Für die Analyse der mechanischen und morphologischen Eigenschaften sowie der Mediendichtheit des Materialverbundes kommen gemäß ISO 19095 [4] standardisierte Prüfkörper zum Einsatz. Um eine anwendungsnahe Belastung für den eingesetzten Zugscherprüfkörper nachzubilden, wird ein querspannungsreduzierender Retainer eingesetzt (Bild 2).

Entwicklung einer (vollständig zu füllenden) Lasermikrostruktur

Entscheidendes Kriterium beim Einsatz von Lasermikrostrukturen ist das Verhältnis aus Strukturöffnungsbreite, Strukturtiefe und Hinterschnitt. Die Strukturen müssen eine Mindestöffnungsbreite vorweisen, um im Hinterspritzprozess mit Schmelze gefüllt zu werden. Aufwürfe und Verschlüsse der Laserstrukturen erschweren den Füllvorgang [5]. Bei zu tiefen Strukturen lässt sich auch mit einer gezielt optimierten Spritzgießprozessführung keine vollständige Strukturfüllung erreichen.

Um eine spezifische Strukturgeometrie zu erreichen, können im Strukturierungsprozess drei Parameter variiert werden: die Lasergeschwindigkeit, Laserleistung und die Anzahl der Überfahrten. Für Aluminium und Magnesium ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften, wie Wärmeleitung, Reflektionsverhalten und Schmelzpunkt, verschiedene Parametereinstellungen, die in vergleichbaren hinterschnittigen Strukturen resultieren (Bild 1). Abgesehen von der Geometrie der Einzelstrukturen ist der Verbund abhängig von der Strukturanordnung sowie dem Strukturabstand. Da ein verringerter Strukturabstand eine größere Verankerungsfläche bedeutet, kann die Verbundfestigkeit durch eine gezielte Auswahl des Strukturabstands beeinflusst werden (Bild 3). Für beide Leichtmetalle führt eine Abstandsreduktion zu einer höheren erreichbaren Zugscherfestigkeit.

Weiterführende Versuche haben diese Ergebnisse auch für mineralgefüllte PC-Formmassen bestätigt. Die Hybridprüfkörper wurden aufgrund der Anforderungen in der Praxis zusätzlich unter Temperaturwechselbelastungen beansprucht. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial der formschlüssigen Verbindung für den Einsatz in automobilen Anwendungen unter wechselnden Umgebungs- und Einsatzbedingungen.

Verbesserte Bauteilfüllung durch Beizvorbehandlung

Verschlüsse, Defekte und Verengungen, die im Laserstrukturierungsprozess entstehen, können die vollständige Füllung verhindern (Bild 4 oben). Deshalb wurde mit dem Projektpartner Jubo die chemische Optimierung der Strukturen in Form einer Beizbehandlung für beide Metallwerkstoffe untersucht. Eine Analyse mittels Konfokalmikroskopie (Typ: VK-9700, Hersteller: Keyence) erlaubt es, den Einfluss verschiedener Beizen und Beizdauern auf die resultierenden Strukturen zu bewerten. Die drei exemplarisch dargestellten Strukturaufnahmen der Magnesiumdruckgusslegierung (Bild 4 unten) zeigen, dass die Beizbehandlung Aufwürfe und Verschlüsse entfernt und die Metalloberfläche glättet. Dies verbessert die Strukturfüllung im Hinterspritzprozess, sodass die erzielten Strukturen vollständig gefüllt werden können und daraus eine höhere Verbundfestigkeit entsteht (Bild 3 Aluminium).

Der spezifische Beizprozess muss aufgrund des unterschiedlichen chemischen Reaktionsverhaltens der Metallwerkstoffe materialabhängig gewählt werden, jedoch führt für beide Werkstoffe die Kombination aus einer alkalischen Reinigung und einer sauren Beize zu reproduzierbaren Ergebnissen und einer optimalen Strukturöffnung. Ein zu starkes Beizen reduziert die formschlüssigen Verankerungsmöglichkeiten so stark, dass sich als Folge die Verbundfestigkeit verringert (Bild 3 Magnesium).

Um die Funktionssicherheit von elektrischen Komponenten zum Beispiel in Scheinwerfern zu gewährleisten, ist die Dichtheit der Verbindung zwischen Kunststoff und Metall eine notwendige Voraussetzung zum Schutz vor (aggressiven) Medien, die zu Kurzschlüssen und Korrosion führen können [6]. Gemäß industriellen Standards sollte eine Gasdurchlässigkeit von 12 cm3/min nicht überschritten werden, da man von ihr auf eine Wasserdichtheit des Verbunds schließen kann [6, 7]. Die Bewertung der Mediendichtheit kann anhand einer Druckabfallprüfung (DIN EN 13184) erfolgen, bei der ein Prüfobjekt einem inneren Überdruck ausgesetzt und das Absinken des Innendrucks über der Zeit gemessen wird, das sich in eine Leckrate umrechnen lässt [8]. Die Untersuchungen wurden für verschiedene Drücke (1 – 4 bar) durchgeführt.

Mithilfe einer konkreten Prüfvorrichtung (Bild 5) lässt sich ein signifikanter Einfluss der Strukturanordnung auf die Mediendurchlässigkeit nachweisen. Dabei zeigen die Ergebnisse die durchschnittliche Leckrate über die unterschiedlichen Prüfdrücke. Zusätzlich zu linear angeordneten Strukturen hat sich in Vorversuchen eine hohe Verbundfestigkeit gekreuzter Strukturen bestätigt. Allerdings bedingt bei Kreuzanordnungen die Orientierung einzelner Strukturen in Strömungsrichtung eine Kapillarwirkung, die sich negativ auf die Dichtheit auswirkt. Weiterhin hat die Beizbehandlung tendenziell einen negativen Einfluss auf die Mediendichtheit. Die hohen Standardabweichungen sind auf einzelne Ausreißer zurückzuführen, weil eine Unregelmäßigkeit in der Laserstruktur direkt einen vollständigen Druckabfall auslösen kann.

Durch eine integrierte Prozesskette konnten im Rahmen des Forschungsvorhabens FormLight hochfeste, temperaturwechselbeständige und mediendichte Hybridbauteile aus verschiedenen Materialkombinationen hergestellt werden. Für eine industrielle Umsetzung der entwickelten Demonstratoren in einer Serienfertigung müssen die erzielten Ergebnisse um eine Simulation des Verzugs- und Füllverhaltens sowie um thermo-mechanische Vorhersagen ergänzt werden. Diese sind für eine wirtschaftliche Risikominimierung notwendig, konnten in der Projektlaufzeit allerdings nicht vollumfänglich abgedeckt werden. Bei Reflektoranwendungen muss ein Augenmerk auf die Verbesserung der lichttechnischen Abbildungsgenauigkeit, die temperaturabhängige Verzugssimulation und damit einhergehend die Lichtsimulation des Reflektors gelegt werden.

[1] Vasconcelos, R. L.; Oliveira, G. H. M.; Amancio-Filho, S. T.; Canto, L. B.: Injection overmolding of polymer-metal hybrid structures: A review. Polymer Engineering and Science (2023) 1, S. 1–32

[2] Wurzbacher, S.; Hopmann, C.; Engelmann, C.: Laserstrahlmikrostrukturierung von Magnesiumblechen aus ME20 – Potenziale für die In-Mould-Assembly von Kunststoff/Magnesium-Hybridverbindungen. Joining Plastics 13 (2019) 3–4, S. 180–187

[3] Weber, J.: Herausforderungen und Limitationen von hybriden Metall-Kunststoff-Verbunden in Gehäusestrukturen von PKW-Getrieben. Dissertation, Universität Kassel 2018

[4] ISO 19095–2: Plastics – Evaluation of the adhesion interface in plasticmetal assemblies – Part 2: Test specimens. ISO copyright office, Genf, Switzerland 2015

[5] Wagner, P.; Diljak, F.; Hopmann, C.: Die Füllung ist der Schlüssel – Wie durch Mikroformschluss Kunststoff/Metall-Hybride entstehen. Plastverarbeiter Carplast Spezial 3/2022, S. 42–45

[6] Fedler, M.: Umspritzen und prüfen von Einlegeteilen. KunststoffXtra (2012) 4, S. 6–8

[7] N.N.: Grenzwerte – Vergleichswerte Luftleckage und Hinweise zu den Prüfbedingungen. URL: <a href="https://www.drwiesner.de/grundlagen/grenzwerte.html" target="_blank">https://www.drwiesner.de/grundlagen/grenzwerte.html</a>, abgerufen am 12.01.2023

[8] DIN EN 13184: Zerstörungsfreie Prüfung – Dichtheitsprüfung – Druckänderungsverfahren. Beuth Verlag, Berlin 2001

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT  

https://www.ilt.fraunhofer.de

Institut für Kunststoffverarbeitung IKV in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen

https://www.ikv-aachen.de

HELLA GmbH & Co. KGaA  

https://www.hella.de

Drei Stufen der Herstellung eines Scheinwerferreflektors. Von links nach rechts: druckgegossener Reflektorträger, hinterspritzter Hybrid-Reflektor, Reflektor nach PVD-Beschichtung.

Bild 1. Vom Laserstrukturieren des Druckgussteils bis zur PVD-Beschichtung: Prozesskette zur Herstellung von mikroformschlüssig verbundenen hybriden Leichtbau-Komponenten am Beispiel eines Reflektors.

Bild 2. Zur Bewertung der Verbundfestigkeit wurden hybride Zugscherprüfkörper mithilfe  von zuvor präparierten Metalleinlegern gemäß ISO 19095 hergestellt und geprüft. 

Bild 3. Die erreichten Zugscherfestigkeiten des Hybridverbunds sind abhängig vom verwendeten Leichtmetall, dem Strukturabstand und der Beizvorbehandlung.

Bild 4. Die Beizbehandlung öffnet die Lasermikrostrukturen und entfernt Aufwürfe, sodass besonders in den tieferen (blauen) Bereichen der Strukturen eine Füllung durch Schmelze ermöglicht wird. 

Bild 5. Nach Einlegen des hinterspritzten Ringprüfkörpers in die Prüfvorrichtung kann entsprechend DIN EN 13184 die Bewertung der Mediendichtheit anhand einer Druckabfallprüfung erfolgen.

Hauptartikel

Prozesskette zur Herstellung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen als Reflektoren 

Pia Wagner, M. Sc. RWTH, ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich In-Mold-Technologien der Abteilung Spritzgießen am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen; <a href="mailto:pia.wagner@ikv.rwth-aachen.de">pia.wagner@ikv.rwth-aachen.de</a>

Dr.-Ing. Thomas Wiese ist Spezialist für Formgebungstechnologien für Metallkomponenten in der Prozessentwicklung bei der Hella GmbH & Co. KGaA, Lippstadt.

Dipl.-Ing. Michael Lakenbrink ist Spezialist für Thermoplaste und Spritzgießprozesse in der Prozessentwicklung bei Hella.

Friederike Brackmann, M. Sc. RWTH, ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Fügen von Kunststoffen und transparenten Materialien am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), Aachen.

Dr. rer. nat. Ulrich Jüptner ist Geschäftsführer der Jubo Technologies GmbH, Wuppertal.

Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann ist Leiter des IKV und Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen.

Das Projekt „Entwicklung eines mikroformschlüssigen Kunststoff/Leichtmetall-Hybridwerkstoffverbundes mit Class-A-Oberfläche – FormLight“ wurde von Juni 2019 bis September 2022 vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert. Die Autoren danken allen Institutionen für ihre Unterstützung und die Förderung.