Hybridspritzgießen: Kunststoff und Metall in einer Komponente

Das Hybridspritzgießen verbindet die Maßgenauigkeit und Festigkeit von Metalleinsätzen mit der Gestaltungsfreiheit und dem Gewichtsvorteil von Kunststoff – und das in einem einzigen Arbeitsschritt.

Was ist Hybridspritzgießen und wie funktioniert es?

Beim Hybridspritzgießen werden Metallkomponenten wie Einsätze, Buchsen, Drähte oder Stanzteile als Einsätze in die Werkzeuge eingesetzt und anschließend mit Kunststoff umspritzt. Das Ergebnis ist ein funktional integriertes Bauteil, bei dem Metall und Kunststoff untrennbar miteinander verbunden sind. Der Einsatz aus Metall sorgt für Tragkraft, präzise Verbindung oder elektrische Leitfähigkeit, während die Kunststoffhülle Strukturen, Isolierung oder Ästhetik hinzufügt. Vertikale Spritzgießmaschinen, bei denen sich das Werkzeug vertikal öffnet, eignen sich besonders gut für dieses Verfahren, da die Schwerkraft dabei hilft, den Einsatz während des Schließens des Werkzeugs in seiner Position zu halten.

Anwendungsbereiche: Wo bietet das Hybridspritzgießen einen Mehrwert?

Der Mehrwert des Hybridspritzgießens kommt am besten dort zum Tragen, wo die Eigenschaften von Kunststoff allein nicht ausreichen, Vollmetall jedoch zu schwer, zu teuer oder zu komplex ist. Typische Anwendungen sind Schraubverbindungen in Kunststoffgehäusen, bei denen ein Metallgewindeeinsatz Verschleiß bei wiederholtem Ein- und Ausbau verhindert, sowie Gehäuse für elektrische Steckverbinder, bei denen leitfähige Stifte präzise positioniert werden müssen. In der Automobilbranche werden Hybrid-Komponenten beispielsweise für Befestigungshalterungen eingesetzt, die Gewichtsreduzierung mit mechanischer Robustheit verbinden.

• Gewindeeinsätze in technischen Gehäusen und Maschinenteilen

• Führungsstifte und Kontakte in elektrischen Steckverbindern

• Stanzteile und umspritzte Blechteile für strukturelle Halterungsanwendungen

• Kabelverschraubungen und Dichtungen für Metallrohre oder -stangen

Maßgenauigkeit und Positionierung der Einsätze

Die Positionsgenauigkeit der Einsätze im Endprodukt wird durch die Präzision bestimmt, mit der die Einsätze in das Werkzeug eingesetzt und fixiert werden. Geringe Abweichungen in der Position der Einsätze können zu ungleichmäßigen Wandstärken um die Einsätze herum, zu inneren Spannungen oder sogar zu Rissen beim Abkühlen führen. Die Formkonstruktion muss zuverlässige Fixierungspunkte für die Einsätze vorsehen, vorzugsweise durch Passformen oder Magnethalterungen. Für die Großserienfertigung ist die automatisierte Einsatzeinsetzung mittels Roboter unerlässlich, um die Zykluszeit zu kontrollieren und menschliche Einlegefehler auszuschließen.

Spannungen beim Abkühlen: ein kritischer Aspekt der Konstruktion

Metall und Kunststoff weisen stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Beim Abkühlen nach dem Spritzgießen erfolgt die Schwindung des Kunststoffs deutlich stärker als bei dem Metall, wodurch sich um die Einsätze herum innere Spannungen aufbauen. Bei einem schlecht konstruierten Übergang, beispielsweise einer zu geringen Wandstärke um die Einsätze herum oder abrupten geometrischen Übergängen, können diese Spannungen zu Rissen oder Deformierungen führen. Die Moldflow-Simulation ist ein wertvolles Hilfsmittel, um die Spannungsverteilung bereits in der Konstruktionsphase sichtbar zu machen.