Komplexe Teile meistern: Überformen & Einlegeteile im Spritzguss

Für die Massenproduktion einfacher Teile gibt es kaum geeignetere Fertigungsverfahren als Spritzguss – der weltweit am häufigsten verwendete Kunststofffertigungsprozess. Spritzguss wird für alles eingesetzt, von Lebensmittelverpackungen bis zu Flugzeugteilen, während seine Geschwindigkeit und Kosteneffizienz – besonders im großen Maßstab – ihn zur Top-Wahl vieler Hersteller machen.

Es gibt jedoch Einschränkungen beim grundlegenden Spritzgussprozess. Der Arbeitsraum einer Spritzgussmaschine begrenzt die Größe der Formteile, und der Prozess selbst – bei dem geschmolzener Kunststoff in eine Metallform gepresst wird – setzt geometrische Restriktionen, die mit Verfahren wie 3D-Druck oder sogar CNC-Zerspanung umgangen werden könnten.

Zudem eignet sich Spritzguss generell nur für einfache Kunststoffteile, die in riesigen Mengen benötigt werden.

Das gilt jedoch nicht, wenn wir Überformen (Overmolding) oder Einlegeteile (Insert Molding) einsetzen, um komplexe, mehrmaterialige Formteile zu erstellen. Dieser Artikel erklärt, wie Überformen funktioniert und wofür es genutzt werden kann, damit Sie einschätzen können, ob Sie Überformen in Ihren Produktionszyklus integrieren könnten.

Was ist Überformen?

Wie der Name andeutet, ist Überformen ein Fertigungsverfahren, bei dem der grundlegende Spritzgussprozess über ein anderes formgebundenes Bauteil durchgeführt wird.

Jenes andere formgebundene Bauteil, bekannt als Substrat, wird in eine Metallform gelegt. Wenn wir das geschmolzene Kunststoff in die Form spritzen, umgibt das flüssige Material das Substrat oder haftet auf irgendeine Weise daran. Wenn der geschmolzene Kunststoff abkühlt, erhalten wir ein komplexes Teil aus zwei Komponenten: dem Substrat und dem neu eingespritzten Kunststoff darauf.

Überformen ermöglicht es Herstellern, ein Formteil aus mehr als einem Material zu erstellen, ohne zwei oder mehr separate Komponenten manuell montieren zu müssen.

Warum Überformen nutzen?

Überformen ist in vielen Fertigungssituationen die ideale Lösung. Für kostengünstige, massenproduzierte Teile, die zwei (oder mehr) Komponenten aus unterschiedlichen Materialien erfordern, ist Überformen oft schneller und günstiger als die manuelle Montage mehrerer Komponenten.

Und in vielen Fällen ermöglicht Überformen Designs, die manuell nicht montierbar wären. (Zum Beispiel das Einspritzen eines zweiten Materials in ein teilweise hohles Kunststoffbauteil.)

Überformen kann ideal sein in folgenden Situationen:

• Einspritzen von Gummi auf ein hartes Kunststoff-Substrat
• Einspritzen von hartem Kunststoff auf ein hartes Kunststoff-Substrat
• Einspritzen von Gummi auf ein Metall-Substrat (Einlegeteil)
• Einspritzen von hartem Kunststoff auf ein Metall-Substrat (Einlegeteil)

Überformen vs. Einlegeteile (Insert Molding)

Überformen und Einlegeteile sind sehr ähnliche Prozesse. Beide beinhalten das Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff über ein anderes Material, um ein mehrmaterialiges, mehrkomponentiges Teil zu erstellen.

Der Unterschied liegt beim Substrat – dem Bauteil, über das das neue Material aufgebracht wird.

Beim Überformen ist das Substrat immer selbst ein formgebundenes Bauteil. Der Überformprozess besteht also im Wesentlichen aus zwei aufeinanderfolgenden Spritzgussrunden (mit zwei separaten Metallformen). Zuerst wird das Substrat in seiner eigenen Form hergestellt; dann wird das Überformen über das zuvor geformte Substrat in einer anderen Form durchgeführt.

Einlegeteile (Insert Molding) funktionieren anders. Beim Einlegeteil muss das Substrat kein formgebundenes Bauteil sein. Es kann beispielsweise ein zerspantes Metallbauteil sein, und der Formprozess wird genutzt, um Kunststoff oder Gummi auf das Metallbauteil aufzubringen.

Beispielanwendungen für Überformen

Gummi auf hartem Kunststoff

Das Aufbringen von Gummikomponenten auf Kunststoff ist ein gängiger Prozess in der Konsumgüterproduktion und wird weit verbreitet genutzt, um weiche, griffige Griffe an Teilen hinzuzufügen. Zahnbürsten werden beispielsweise oft per Überformen hergestellt, mit einem Gummigriffabschnitt am harten Kunststoffstiel.

Harter Kunststoff auf hartem Kunststoff

Die Kombination zweier verschiedener harter Kunststoffe ist nützlich für mehrfarbige Teile oder Teile mit teilweise transluzenten Bereichen. Kinderspielzeug, bestehend aus zwei oder mehr farbigen Kunststoffabschnitten, wird oft per Überformen gefertigt.

Gummi auf Metall

Einlegeteile sind ideal, um eine Gummikomponente an ein vorgeformtes Metallteil anzubringen. Dies kann nützlich sein, um einen Griff oder sogar eine wasserdichte Dichtung am Metallteil hinzuzufügen. Gummi kann auch als Stoßdämpfer wirken.

Harter Kunststoff auf Metall

Einlegeteile mit hartem Kunststoff werden breit in der Herstellung von Produkten wie Handwerkzeugen und Sicherheitsrasierern eingesetzt, wo ein fester Kunststoffgriff um ein Metallwerkzeug oder eine Klinge für ergonomische Gründe geformt wird.

Materialverträglichkeit & Haftung beim Überformen

Zweck von Überformen und Einlegeteilen ist die Erstellung eines komplexen Teils, dessen Komponenten auf irgendeine Weise miteinander verbunden sind. Wenn sich die beiden Materialien leicht voneinander lösen, ist das Überformen fehlgeschlagen.

Es gibt jedoch zwei primäre Wege, wie Substrat und Überformmaterial miteinander verbunden werden können.

Ein Weg ist die chemische Bindung, bei der das Überformmaterial mit dem Substratmaterial verschmilzt und haftet. Chemische Bindung ist nur möglich, wenn die beiden Materialien chemisch verträglich sind, wie TPU (Gummi) auf ABS (harter Kunststoff), ermöglicht aber großen Designfreiraum.

Wenn Substratmaterial und Überformmaterial nicht chemisch verträglich sind, können sie dennoch verbunden werden, wenn der Ingenieur eine mechanische Bindung für das Teil entwirft. Eine mechanische Bindung kann die Form einer Hinterschneidung oder eines umgekehrten Konus im Substrat annehmen: Sobald das Überformmaterial um und unter die Hinterschneidung fließt, wird es fest verankert und kann sich nicht vom Substrat lösen.

Tatsächlich sind mechanische Bindungen ein einzigartiges Designmerkmal von Überformen und Einlegeteilen. Eine vollständig geschlossene, ineinandergreifende Verbindung zwischen den beiden Komponenten ist oft durch manuelle Montage unmöglich. (Es sei denn, ein Gummibauteil wird um das feste Bauteil gedehnt oder hineingedrückt.)

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