[ 2.Mai 2011 | |No Comment ]
Metall-Kunststoff Verbindungen

Stanzen und Mikro-Spritzgießen von Hybrid Bauteilen

Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit tätiges Familienunternehmen mit einer über 155-jährigen Tradition in den Bereichen Edelmetalle, Materialien und Technologien, Sensoren, Biomaterialien und Medizinprodukte, Dentalprodukte sowie Quarzglas und Speziallichtquellen.

Zum umfangreichen Produktportfolio des Unternehmens zählen auch präzisionsstanzteile und flexible Substrate. Hohe Präzision, Komplexität und Miniaturisierung sind die Anforderungen an diese komplexen Bauteile, denen sich die Business Unit Packaging Technology bei Heraeus stellt. Einer der Erfolgsfaktoren ist die hohe Fertigungstiefe. Im eigenen Hause walzplattierte, als auch zugekaufte Bandhalbzeuge werden zu Stanz-Biege-Teilen weiter verarbeitet, die galvanisch oder mit anderen Oberflächenbehandlungsverfahren veredelt werden können. Besonders hervorzuheben ist hierbei das patentierte Verfahren zum passgenauen Laminierenvon vorgestanzten Metall- und Kunststoffbändern, sowie die Expertise in der Mikro-Stanztechnik.

Als Partner im Bereich Mikro-Spritzguss wurde die Firma WITTMANN BATTENFELD mit Sitz in Kottingbrunn ins Boot geholt. Das gemeinsame Wissen von Metall und Kunststoff wurde genutzt, um bei Heraeus eine flexible Fertigungszelle zum hochpräzisen Umspritzen von „Flexiblen Substraten“ zu realisieren.

Das gestanzte, galvanisierte und laminierte Metallband wird kontrolliert von einer Spule abgewickelt. Über einen speziell entwickelten Vorschubmechanismus wird das Band präzise transportiert und danach mit Kunststoff umspritzt. Anschließend wird jedes Produkt mittels Bildverarbeitung 100% geprüft, gekennzeichnet und aufgewickelt.

Was sind die Vorteile dieses Maschinenkonzepts? Wo sind die Schlüsselstellen?

An erster Stelle steht die durchgehende Qualität der Teile. Durch die Einbindung der MicroPower-Baureihe steht modernste Maschinen- und Anlagentechnologie für die Umspritztechnik zur Verfügung. Diese vollelektrischen Spritzgießmaschinen zeichnen sich durch ein Höchstmaß an Präzision, Sauberkeit und Wirtschaftlichkeit aus und sind damit für hochpräzise Anwendungen bestens geeignet.

Die hohe Prozesssicherheit der Anlagen, Geschwindigkeit und Energieeffizienz, als auch der niedrige Geräuschpegel sind weitere erwähnenswerte Merkmale dieser Baureihen. Von besonderem Interesse ist bei dieser neuen Maschinengeneration das innovative zweistufige Schnecken-Kolben-Spritzaggregat mit einem Schussvolumen von 0,05 bis 3 cm3. Über dieses Spritzaggregat wird thermisch homogene Masse eingespritzt, mit dem Resultat qualitativ hochwertigster Teile bei stabilster Produktion und kurzen Zykluszeiten. Durch die kurzen Zykluszeiten und den geringen Material- und Energieverbrauch ist die MicroPower im höchsten Maße wirtschaftlich. So sind Kosteneinsparungen im Vergleich zu Standardmaschinen von 30 bis 50% realisierbar, laut Hersteller.

Ein zweiter Schwerpunkt ist die präzise und schonende Handhabung des Stanzbandes. Eine eigens dafür entwickelte Ab- und Aufspulvorrichtung sowie eine dazwischen geschaltete Qualitätsprüfung mittels Bildverarbeitung stellt die Qualität sicher. Bei der 100%-Kontrolle wird das Bauteil auf Verschmutzung, Beschädigung, Gratbildung und maßliche Abweichungen mit Toleranzen <25μm überprüft. Alle qualitätsrelevanten Informationen werden optisch angezeigt und absolut gespeichert.

Die durchdachte Anlagentechnik ermöglicht eine autarke Produktion bei kompletter Spullänge bis zu 12 Stunden. Die Aufforderung zum Spulenwechsel wird rechtzeitig an das Personal übermittelt; dadurch entstehen keine unnötigen Stillstände. Qualitätsabweichungen oder Störungen werden optisch, akustisch oder per SMS an das Bedienpersonal übermittelt.

Mikro-Kunststoffverbundteil im reel-to-reel Verfahren hergestellt.

Mikro-Kunststoffverbundteil im reel-to-reel Verfahren hergestellt.

Die Anlagenverfügbarkeit liegt bei einer Zykluszeit von 5 Sekunden bei über 95%.  Alle relevanten Daten werden auf einem Materialbegleitschein an der Anlage festgehalten und ausgedruckt, sodass die gefertigten und zu 100% geprüften Spulen sofort versandbereit sind.

Nicht zuletzt steht das herzustellende Produkt im Mittelpunkt. Die im oben beschriebenen Verfahren hergestellten Mikro-Kunststoffverbundteile finden sich in kleinsten elektromechanischen Systemen wieder. Anwendungsgebiete stellen hierbei die Feinoptik, LED-Technik, Sensorik als auch Medizintechnik dar. Heraeus verfügt neben 3D-CAD Systemen zusätzlich über modernste FEM-Tools um Herstellungsverfahren (Stanzen, Spritzen) und Anwendungssituationen (Wärmemanagement) bereits in der Entwicklungsphase zu simulieren. Abgerundet wird das Leistungsangebot im Bereich Engineering durch umfassende Analytikmöglichkeiten und ein eigenes Bondlabor.

Für Anwendungen von Stanzteilen mit bondbarer Oberfläche bietet Heraeus u.a. die in der Automobilindustrie millionenfach bewährten walzplattierten Bänder Heraeus AlSi:Bond an. Als Produktneuheiten in diesem Bereich sind Heraeus AlSi:Bond CuNiSi Hochleistungswerkstoffe als auch Heraeus AlSi:Bond EBW zu erwähnen. Heraeus AlSi:Bond CuNiSi Hochleistungswerkstoffe eröffnen neue Gestaltungsmöglichkeiten im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik. Leadframes können mit einer bondbaren AlSi-Zone und einer flexiblen Einpresszone designed werden. Bei Heraeus AlSi:Bond EBW handelt es sich um längsnahtgeschweißte Bänder die mittels Elektronenstrahlschweißen hergestellt werden. Es lassen sich Metalle mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten, diverse Kombinationen aus Metall- und/oder NEMetallen und auch verschiedene Materialdicken kombinieren.

Die Zusammenarbeit zwischen Heraeus, unter anderem Marktführer von walzplattierten und präzisionslaminierten Bändern und Wittmann Battenfeld GmbH, Marktführer Präzisionsspritzguss fanden alle Beteiligte mehr als gelungen: “Die Verschmelzung der Technologien der beiden Häuser bietet innovative, wirtschaftliche Lösungen für Mikro-Metall- Kunststoffverbindungen.”



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Ein Beitrag der Kunststoffreport-Redaktion.

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