IKV: Innovative Kombination aus Metalldruckguss und Kunststoffspritzgießen

Demonstrationsbauteil zur Hybrid Production mit Leiterbahnen im Brillenglas (Bild: IKV)

Kombinationen unterschiedlicher Verfahren hin zu Einstufenprozessen bieten die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien und damit unterschiedliche Funktionalitäten in einem Formteil zu vereinen. Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen entwickelt derzeit eine neue leistungsfähige Prozesskette zur Herstellung elektrisch leitfähiger Kunststoff/Metall-Bauteile. Die Innovation besteht darin, Kunststoff und Metall in einem hybriden und einstufigen Mehrkomponenten-Spritzgießprozess zu verarbeiten. Das neue Verfahren wird erstmalig auf der K 2010 vorgestellt.

Unter dem Motto "Hybrid Production - Bringing Power to Plastics" präsentiert das IKV zusammen mit zehn Partnern aus der Industrie einen speziell entwickelten Demonstrator. Die Forscher konzipierten eigens eine Sportbrille, die die Vorteile des Hybrid-Mehrkomponenten-Spritzgießens demonstriert. Die Sichtscheibe der Brille wird durch eine Leiterbahn beheizt, die Beschlag verhindert. Über die Wärmeabgabe machen die IKV-Forscher fließenden Strom indirekt sichtbar. Darüber hinaus zeigt der Demonstrator, dass eine hohe geometrische Freiheit bei der Realisierung des Leiterbahnverlaufs sowie eine einfache und zuverlässige Kontaktierbarkeit von Einlegeteilen möglich sind.

Zur Herstellung der Sportbrille hat das IKV eine Spritzgießmaschine K-Tec 200 S/2F der Ferromatik Milacron GmbH, Malterdingen, um ein spezielles Aggregat zur Verarbeitung der niedrig schmelzenden Metalllegierung erweitert. Die dafür verwendete Einspritzeinheit stammt aus dem Bereich der Kunststoffverarbeitung (Babyplast Zusatz-Spritzaggregat, Christmann Kunststofftechnik GmbH, Kierspe). Sie wurde grundlegend modifiziert und für die Verarbeitung der niedrig viskosen Metalllegierungen optimiert.

Basierend auf Technologien für das Mehrkomponenten-Spritzgießen hat das IKV gemeinsam mit der Gebr. Krallmann GmbH, Hiddenhausen, sowie der HASCO Hasenclever GmbH + Co KG, Lüdenscheid, ein Drei-Stationen-Indexplattenwerkzeug entwickelt. Mithilfe des Werkzeugs wird die Brille in einer kompakten Fertigungszelle mit nur einem Werkzeug und einer Maschine hergestellt.

Die Kavitätseinsätze in den einzelnen Stationen des Indexplattenwerkzeugs werden über separate Kreisläufe mit Wasser temperiert. Um die Verarbeitung der extrem schnell erstarrenden niedrig schmelzenden Metalllegierung im Bereich der Leiterbahn zu ermöglichen, ist das Werkzeug in der zweiten Station mit einer innovativen, hochdynamischen variothermen Temperierung der GWK mbH, Kierspe, ausgestattet.

Für die Brille verwendet das IKV-Team die Polyamide CX 7323 (Sichtscheibe) und CX 9704 (Rahmen) der Evonik Industries AG, Essen. Die eingesetzte Metalllegierung, deren Schmelzpunkt unterhalb von 200 °C liegt, zeichnet sich durch hohe elektrische Leitfähigkeiten im Bereich von 8 x 106 S/m aus. Damit eignet sie sich gut zur Herstellung von Leiterbahnen mit hoher Stromtragfähigkeit.

Das Trocknungs- und Förderungssystem KKT 55 der Koch GmbH, Pforzheim, führt die Materialien der Fertigungszelle zu. Die eingesetzte Sensortechnik der Kistler Instrumente AG, Winterthur/Schweiz, ermöglicht die Online-Überwachung der Drücke und Temperaturen im Werkzeug und im Zusatzaggregat. Der automatisierte Prozessablauf wird durch einen Sechs-Achs-Roboter vom Typ KR5 arc der KUKA Roboter GmbH, Augsburg, unterstützt. Dessen Kombination mit einem speziellen Greifer der ASS Maschinenbau GmbH, Overath, gewährleistet die sichere Eingabe der kontaktierbaren Einlegeteile sowie die Entnahme der fertigen Brille.

Das Verfahren wird im Rahmen des Exzellenzclusters "Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer" an der RWTH Aachen entwickelt.

Weitere Informationen: www.ikv-aachen.de

K 2010, 27.10.–3.11.2010, Düsseldorf, Halle 14, Stand C16

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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