Sigma Engineering: Virtual Molding verbessert Bauteilhaftung im Elastomer-Umspritzen

(a) Unbalancierter Anguss beeinflusst die Schererwärmung und Schmelzetemperatur (b) Eine mit "FillBalancer" optimierte Angussgeometrie verbessert die Schmelze- und Temperaturverteilung

Einer der größten Trends in der Elastomerindustrie ist die funktionelle Integration. Mit der Entwicklung neuer Elastomermaterialien entstehen auch neue Anwendungsfelder, die die Synergien unterschiedlicher Materialien nutzen. Dabei werden mehrere Komponenten durch ein gespritztes Bauteil ersetzt, das verschiedene Funktionen kombiniert. Ein typisches Beispiel dafür ist die Kombination von Bewegungsdämpfung mit mechanischer Steifigkeit, für dessen Umsetzung ein metallischer Kern von einem Elastomerbauteil umschlossen wird.

Für diese speziellen Bauteile ist das Umspritzen von Einlegeteilen durch ein Elastomer das geeignete Herstellungsverfahren. Beim Umspritzen von Einlegeteilen ergeben sich zahlreiche neue Herausforderungen, die für das Elastomerspritzgießen berücksichtigt werden müssen: Haftung zwischen Bauteil und Einleger, Abweichungen in den Fließ- und Vernetzungseigenschaften durch Temperaturverteilung im Werkzeug, mögliche Kernverformung durch den Einspritzdruck oder Vernetzungsunterschiede durch verschiedene Wärmeübergänge sind nur ein Teil der möglichen Herausforderungen.

Gummihaftung bei der Einlegeteilumspritzung: Alle Effekte berücksichtigt
Die Angussbalancierung beeinflusst im Elastomerspritzgießen die Bauteilqualität in vielfacher Hinsicht. Ist ein Angusssystem nicht richtig balanciert, erreicht das Material jede Kavität zu einer anderen Zeit, wodurch auch die Vernetzungsreaktion unterschiedlich startet. Die zuerst gefüllten Kavitäten haben eine längere Zeit für die Vernetzung und dadurch unterscheiden sich die mechanischen Eigenschaften dieser Bauteile von den übrigen. Außerdem sind die Scherraten unterschiedlich und damit auch die Schererwärmung, die ebenfalls den Vernetzungsgrad beeinflusst. In umspritzten Anwendungen beeinflusst der ungleichmäßige Vernetzungsgrad die Haftungseigenschaften zwischen den Komponenten.

Bild 2 – (a) Inhomogene Vernetzung in den Kavitäten verschlechtert die Haftung zwischen Elastomer und Einlegeteil (b) Die homogene Schererwärmung im balancierten Anguss begünstigt die gleichmäßige Vernetzung und Haftung

Die Firma REP, Corbas, ein französischer Elastomermachinenhersteller, hat das "FillBalancer" System entwickelt, das Unbalanciertheiten in Mehrkavitätenwerkzeugen verhindert. Um die Möglichkeiten dieses Systems zu demonstrieren, arbeitet REP mit einem Vier-Kavitäten-Werkzeug, in dem zwei metallische Einleger mit Elastomer umspritzt werden. In dieser Anwendung war die Haftung entscheidend für die Bauteilfunktion. Die ursprüngliche Planung sah das Angusskonzept aus Bild 1a vor. Die Einlegeteile sollten jeweils auf den zwei flachen Oberflächen des Gummibauteils platziert sein und eine gute Haftung war nötig.

Dieses ursprüngliche Angusssystem zeigte eine deutliche Unbalanciertheit, die zu scherinduziertem Temperaturanstieg und somit zu einer ungleichmäßigen Vernetzung an der Kontaktfläche führt (Bild 2a). In Sigmasoft Virtual Molding wurden verschiedene Konzepte getestet und schließlich die Angussgeometrie aus Bild 1b ausgewählt. Für diese Geometrie wurde eine bessere Balancierung erzielt, die eine homogenere Vernetzung in allen vier Kavitäten bewirkte (Bild 2b).

Weitere Informationen: www.sigmasoft.de

Fakuma 2014, Friedrichshafen, 14.-18.10.2014, Halle A4, Stand 5104

Sigma Engineering GmbH, Aachen

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