Hybride Polymer/Metall-Lösungen von Rhodia Engineering Plastics

Rhodia Engineering Plastics hat eine Reihe von Konzepten entwickelt, in deren Mittelpunkt hybride Lösungen aus Metall und technischen Kunststoffen für hoch belastbare, tragende Bauteile stehen. Die Technologie zielt insbesondere auf Kfz-Anwendungen, wo sie weitere Vorteile wie eine größere Integrationstiefe, Gewichts- und Kosteneinsparungen, bessere Energieaufnahme sowie eine höherwertige Anmutung erschließt.

Bestehende Kunststoff/Metall-Lösungen lassen sich in offene und geschlossene Rippenstrukturen unterteilen. Während die offenen Konstruktionen – bei denen dünne Metallbereiche mit thermoplastischen Versteifungsrippen hinterspritzt werden – ein gutes Festigkeits-/Kosten-Verhältnis bieten, hängt ihre effektive mechanische Festigkeit und Steifigkeit sehr von der jeweiligen Belastungsrichtung ab. Darüber hinaus führt diese Technologie zu komplexen Werkzeugen, die mit anspruchsvoller Heißkanaltechnologie und/oder sehr niederviskosen Polymeren gefüllt werden müssen. Des weiteren sind offene Strukturen ungeeignet für Anwendungen, die zuverlässig gegen das Eindringen von Schmutz und Wasser geschützt werden sollen.

Dem gegenüber haben geschlossene Rippen- und verwandte Hohlraumkonstruktionen eine ausgewogenere Steifigkeit und Festigkeit unabhängig von der Belastungsrichtung. Darüber hinaus erschließen die Hohlräume diverse Möglichkeiten für weitere Funktionsintegrationen. Rhodia hat drei unterschiedliche geschlossene Hybridtechnologien untersucht, die jeweils abhängig von den spezifischen Anforderungen der Anwendung eine Reihe charakteristischer Vorteile bieten:

* Metal Overmolding (MOM, Metallhinterspritzen mit nachfolgendem Anschweißen eines Deckels)

* Plastic & Metal Assembling (PMA, Kunststoff/Metall-Montage)

* Metal & Gas/Water Assisted Injection Molding (MGAIM bzw. MWAIM, Metallhinterspritzen kombiniert mit Gas- oder Wasserinjektionsverfahren)

Bei MOM werden ein oder mehrere Metalleinlegeteile direkt mit thermoplastischem Kunststoff hinterspritzt. Die endgültige Verstärkungskonstruktion entsteht durch eine oder mehrere Kunststoffabdeckungen, die in einem zweiten Schritt angeschweißt werden.

Resultierende Hohlräume lassen sich zur Integration von Kabeln, Fluidkanälen oder Flüssigkeitsbehältern nutzen, beispielsweise anstelle des sonst erforderlichen, zusätzlichen Kühlwassertanks. Wenngleich MOM-Bauteile etwas schwerer als vergleichbare offene Rippenstrukturen sind, gleichen sie dies durch überlegene Belastbarkeit, Energieaufnahme und Integrationsmöglichkeiten aus.

Dem Zeit- und Kostenaufwand für das zusätzliche Spritzgießwerkzeug und den Montageprozess stehen die geringere Komplexität der Werkzeuge, kleinere Spritzdrücke und weniger Werkzeugverschleiß gegenüber.

PMA umfasst ebenfalls zwei Prozessschritte, indem es ein steifes, verripptes Spritzgussteil mittels Clips, Nieten und/oder Ultraschallschweißen mit einem metallischen Bauteil vereint. Auch hier fallen zusätzliche Arbeitsschritte an, doch der Hohlraum im Fertigprodukt bietet ein hohes, Kosten und Gewicht sparendes Potenzial für Funktionsintegrationen. Die mechanische Festigkeit steht der von offenen Rippenstrukturen nicht nach, bei niedrigeren Gesamtkosten.

Im MGAIM- oder MWAIN-Verfahren entsteht das gesamte Hybridbauteil in einem einzigen, integrierten Prozess, bei dem ein Metallteil hinterspritzt und der schmelzflüssige Kunststoffkern dann mittels Gas- oder Wasserinjektion herausgedrückt wird. Resultat ist eine sehr steife und leichte, Energie absorbierende Struktur mit ausgezeichneter Oberflächenqualität (ohne Einfallstellen). Die hohlen Innenbereiche eignen sich wiederum für Integrationen. Gas- und Wasserinjektion sind zwar mit einer gewissen Mehrinvestition verbunden, jedoch Stand der Technik. Insbesondere der Konstruktionsspielraum von MGAIM und MWAIM übertrifft bei weitem den aller Tiefziehverfahren für Metall. Das ermöglicht eine Reihe von Highend-Anwendungen, die nicht nur teure Aluminium- oder reine Stahlbauteile ablösen, sondern auch die Anzahl der Füge- und Montageschritte minimieren.

Rhodia sieht eine Vielza