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25.03.2013

Spannungsfreie Metallinserts

Metallisches Insert (1) mit Elastomer-Ummantelung (2) in einem thermoplastischen Bauteil (3). Der Hinterschnitt (7) sichert eine formschlüssige Verbindung zwischen Ummantelung und Grundkörper (Quelle: DPMA)

Metallisches Insert (1) mit Elastomer-Ummantelung (2) in einem thermoplastischen Bauteil (3). Der Hinterschnitt (7) sichert eine formschlüssige Verbindung zwischen Ummantelung und Grundkörper (Quelle: DPMA)

Metallische Inserts können in thermoplastischen Bauteilen im Laufe der Nutzungsphase Spannungsrisse verursachen. Dies liegt unter anderem daran, dass Kunststoffe einen erheblich größeren Wärmeausdehnungskoeffizient aufweisen als Metalle. Bereits beim Spritzgießen des Bauteils schrumpft daher die abkühlende Kunststoffschmelze auf das metallische Insert auf. Dabei bilden sich Spannungen, die vor allem bei amorphen Kunststoffen nach einer gewissen Zeit zu Spannungsrissen und zu einem Versagen des Bauteils führen können.

Ein kürzlich erteiltes Patent der Bayer AG schlägt eine neuartige Lösung vor, mit der die unterschiedlichen Ausdehnungen von Kunststoff und Metall auf einfache Weise ausgeglichen werden können. Das metallische Insert wird dabei mit einem Elastomer ummantelt, so dass zwischen dem thermoplastischen Grundkörper und dem Insert kein direkter Kontakt mehr besteht. Der elastische Werkstoff weist eine deutlich höhere Dehnfähigkeit als der Thermoplast auf. Daher ist er in der Lage, die Spannungen, die während des Schrumpfens auftreten, aufzunehmen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Spannungen im thermoplastischen Bauteil entstehen.

Um diesen Effekt zu erzielen, sollte der Patentschrift zufolge die Wanddicke des Elastomers vorzugsweise 10 bis 30 % des maximalen Außendurchmessers des Metallinserts betragen. Für ein Metallinsert mit einem Außendurchmesser von 10 mm sollte die Elastomerschicht im dünnsten Bereich also etwa 1 bis 3 mm dick sein. Als Elastomer können beispielsweise TPE, PUR, Kautschuk oder Silikon zum Einsatz kommen.

Ein weiterer Vorteil der Elastomer-Ummantelung des Metallinserts besteht darin, dass sie im Fall einer mechanischen Beanspruchung dämpfende Eigenschaften aufweist. Durch die Auswahl eines Elastomers mit geeigneter Shore-Härte kann das Dämpfungsverhalten den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

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