Wie das Co-Injektionsgießen funktioniert

Ingenieure benötigen häufig unterschiedliche Materialeigenschaften in verschiedenen Bereichen eines Bauteils, und dieses Ziel können sie auf verschiedene Weise erreichen.

Oft werden Bauteile als separate Komponenten konstruiert, die mithilfe von Klebstoff oder Befestigungselementen zusammengefügt werden können. Eine Komponente kann aus einem weichen, biegsamen Material bestehen, während eine andere aus einem starren Thermoplast gefertigt sein kann. Im Bereich des Spritzgießens ist das Umspritzen eine weitere nützliche Technik. Dabei wird eine Materialschicht über eine andere gegossen, wodurch ein zweiteiliges Formteil aus zwei verschiedenen Materialien oder Farben entsteht.

Ein anderes Verfahren für das Zweikomponenten-Spritzgießen ist das Co-Injektionsspritzgießen . Dabei werden zwei Materialien in einen Formhohlraum eingespritzt. Ein Material bildet die äußere Schicht des Formteils, das andere den inneren Kern. Im Gegensatz zum Zweikomponenten-Spritzgießen oder Umspritzen benötigt das Co-Injektionsspritzgießen nur einen einzigen Formhohlraum.

Dieser Artikel behandelt die Grundlagen des Co-Injektionsspritzgießens und geht dabei auf die Funktionsweise des Verfahrens, seine wichtigsten Vorteile und Herausforderungen sowie einige gängige Anwendungsgebiete ein.

Was ist Co-Injection-Molding?

Das Co-Injektionsspritzen (auch Sandwich-Injektionsspritzen genannt ) ist ein Spritzgießverfahren, bei dem zwei Spritzeinheiten eingesetzt werden, um zwei verschiedene Materialien in eine Form einzuspritzen. Bei Verwendung einer geeigneten Materialkombination bildet das eine Material die Außenhaut des Formteils, während das andere den Kern bildet . Die Herstellung von Teilen aus zwei unterschiedlichen Materialien in derselben Form eröffnet vielfältige Möglichkeiten bei gleichzeitig relativ kurzen Zykluszeiten.

Das Co-Injektionsspritzverfahren erfordert eine Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine oder eine zusätzliche Spritzeinheit für das zweite Material. Die besten Ergebnisse werden in der Regel mit einem Heißkanalsystem erzielt , bei dem die präzise Dosierung und Temperaturregelung das sequentielle Einspritzen der beiden Materialien in den Formhohlraum ermöglichen. Alternativ kann auch ein Kaltkanalsystem mit Verteiler verwendet werden.

Der grundlegende Ablauf der gemeinsamen Injektion ist folgender:

• Die erste Spritzeinheit spritzt das Außenhautmaterial in die Form; das Material kühlt ab und härtet aus, sobald es die Formwände erreicht.
• Die zweite Spritzeinheit spritzt das Kernmaterial in die Form, wodurch das Deckschichtmaterial weiter gegen die Formwände gedrückt wird; da die Materialien nicht mischbar sind, vermischen sie sich nicht, sondern bilden getrennte Schichten.
• Die erste Spritzeinheit spritzt (optional) weiteres Deckschichtmaterial in die Form ein, drückt das Kernmaterial nach innen und verschließt den Angussbereich mit Deckschichtmaterial, wodurch ein Sandwich-Formteil entsteht.

Das Co-Injektionsspritzen unterscheidet sich grundlegend vom Zweikomponenten-Spritzgießen oder Umspritzen . Zwar werden auch hier zwei verschiedene Polymere verwendet, es wird jedoch nur ein einziger Formhohlraum benötigt. Weder die Form noch das Spritzgussteil müssen zwischen den Spritzvorgängen bewegt werden. Im Gegensatz zum Zweikomponenten-Spritzgießen oder Umspritzen kann beim Co-Injektionsspritzen jedoch kein Material an bestimmten, vom Anwender festgelegten Stellen platziert werden; die „Außenhaut“ muss die gesamte Oberfläche des Bauteils bedecken.

Vorteile der Co-Injektion

Ingenieure bevorzugen das Co-Injektionsspritzverfahren aus vielen Gründen. Beispielsweise kann die Verwendung unterschiedlicher Materialien für die Innen- und Außenseite eines Formteils erhebliche ästhetische, funktionale und Kostenvorteile mit sich bringen.

Teileleistung

Einer der größten Vorteile des Co-Injektionsspritzens ist die Vielzahl an technischen Möglichkeiten, die zu einer verbesserten Bauteilleistung führen können. Es gibt unzählige Gründe, warum ein Ingenieur zwei unterschiedliche Materialeigenschaften in einem einzigen Formteil kombinieren möchte.

Beispiele für die Leistungssteigerung durch Co-Injektion sind Bauteile mit Schaumkern (Gewichtsreduzierung, Auftrieb oder Schalldämmung) und Bauteile mit glasfaserverstärktem Kern (Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit).

Aussehen

Die Co-Injektion eröffnet ästhetische Möglichkeiten, da die Außenschicht aus einem kosmetisch ansprechenden Material bestehen kann, während der Kern einem rein funktionalen Zweck dient. Sie ermöglicht zudem einzigartige Effekte wie Farbverläufe, die beispielsweise bei der Herstellung auffälliger Lebensmittelverpackungen von Nutzen sein können.

Kosten

In vielen Fällen lassen sich Bauteile mit einem hochwertigen Außenmaterial und einem kostengünstigen Kern herstellen, um die Stückkosten deutlich zu senken. Obwohl die Einrichtungskosten für die Co-Injektion hoch sein können, summieren sich diese Stückkosteneinsparungen bei der Serienfertigung zu einem erheblichen Kostenvorteil.

Zykluszeit

Das Co-Injektionsspritzen zweier Materialien ist in der Regel schneller als das Umspritzen oder die Montage zweier separater Bauteile. Obwohl das Co-Injektionsverfahren drei Spritzgießphasen umfasst, bietet es dennoch eine hervorragende Produktionseffizienz für Bauteile aus mehreren Materialien.

Grenzen der gleichzeitigen Injektion

Das Co-Injektionsspritzen ist nicht für alle Mehrkomponenten-Spritzgussprojekte geeignet. Zu seinen Hauptnachteilen zählen:

• Die Notwendigkeit einer Mehrfacheinspritzanlage, die teuer sein kann und deren Betrieb ein relativ hohes Maß an Fachkenntnis erfordert.
• Nicht alle Polymere eignen sich für die gemeinsame Injektion oder sind untereinander kompatibel; das Kernmaterial muss typischerweise viskoser sein als das Deckschichtmaterial.
• Lässt keine gezielte Platzierung von Materialbereichen wie beim Zweikomponenten-Spritzgießen oder Umspritzen zu.

Beispiele für Co-Injektionsformen

Je nach Bauteil und dessen gewünschten Eigenschaften können beim Co-Injektionsspritzen verschiedene Kombinationen aus Deckschicht und Kern verwendet werden. Einige Beispiele und Anwendungsbereiche des Co-Injektionsspritzens sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

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