Kalt-Fließpressverfahren zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-(Hybrid-)Bauteils in einem Schritt

Das Verfahren nutzt die durch die Verformung der Metallkomponenten auftretende Scherenergie zur simultanen Erwärmung der Kunststoffphase. So entsteht in nur einem Verfahrensschritt ein Hochleistungs-Hybridbauteil, das bzgl. Stabilität, Taktzeit und Energieeffizienz seinesgleichen sucht.

Stetig steigende Anforderungen an Stabilität und Leichtig­keit führen dazu, dass geeignete Materialeigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe in einem Element vereinigt werden müssen. Hybridbauteile, also fest gefügte Bau­gruppen aus unterschiedlichen Materialien wie Metall und Kunststoff bieten bspw. die Möglichkeit, thermische oder elektrische Isolation, Korrosionsschutz oder auch erhöhte Dämpfungseigenschaften im Bauteil zu realisieren und gleichzeitig Gewicht zu reduzieren.

Die Komponenten von Hybridbauteilen werden bisher stets in mehrstufigen Prozessen hergestellt, wobei zeit- und kostenaufwändige Werkzeuge und Fügeverfahren verwendet werden, um die Elemente fest miteinander zu verbinden. Die Kombination einzelner Verfahrensschritte in einen einzigen Prozessschritt birgt ein großes Potenzial in Bezug auf Produktionseffizienz und damit auf eine wirtschaftliche Massenproduktion solch funktioneller Teile.

Das hier vorgestellte Verfahren kommt nicht nur ohne eine externe Wärmequelle aus, es vereint auch mehrere Prozessschritte in einem einzigen. Der Schlüssel ist die Gestaltung des Umformstempels sowie die optimale Anordnung und Gestaltung der einzelnen Komponenten. Die Verformung des Kunststoffs durch die umgebenden, umgeformten Metallteile verursacht Scherkräfte, die durch Reibung zu einer Erwärmung des Kunststoffgranulates oder -pulvers führen. Die Scherenergie ist je nach Ausle­gung ausrei­chend, um den Kunststoff mindestens so weit zu erwei­chen, bzw. anzuschmelzen, dass es zu einer stabilen Anhaftung der Kunststoffphase an die umgeben­den Me­tallflächen kommt, und die Kunststoffphase selbst dabei versintert oder ggf. auch vollständig aufschmilzt.
Die Umformung aller Elemente erfolgt simul­tan in einem einzigen Arbeitsgang. So entstehen  innerhalb kür­zester Zeit Hochleistungsbauteile, die bzgl. Stabilität, Taktzeit und Energieeffizienz ihresgleichen suchen.

• Wirtschaftliche Hybridfertigung in einem Schritt
• Zuverlässige stoff-/kraftschlüssige Verbindung zwischen Metall- und Kunststoffelementen
• Keine Vorproduktion von Kunststoff-Halbzeugen
• Keine separate Plastifizier-Einheit notwendig
• Nutzung vorhandener InfrastrukturEnergieeffizientes Verfahren
• Wirtschaftliche Herstellung komplexer Bauteile mit kombinierten Eigenschaften

Das an der Universität Stuttgart in einer Zusammenarbeit des Instituts für Kunststofftechnik und des Instituts für Umformtechnik entwickelte Verfahren ermöglicht erstmals das gleichzeitige Umformen und Fügen von Metall- und Kunststoffkomponenten in einem Schritt. Diese ad-hoc-Kombination von Materialeigenschaften bietet neue Möglichkeiten für ein breites Anwendungs­spektrum.