Die Mischung macht´s

Werkstoffe

Hybridbauteile – Geringes Gewicht und hohe Festigkeit müssen einander nicht ausschließen: Hybridbauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen kombinieren die positiven Eigenschaften der beteiligten Komponenten und ermöglichen so völlig neuartige konstruktive Lösungen.

30. März 2012

Einer der wichtigsten Trends bei industriellen Anwendungen ist der Wunsch nach höherer Kosteneffizienz, einer weiteren Funktionsintegration sowie nach dem Einsatz neuer Technologien. Große Vorteile im Bereich der Kunststofftechnik bietet hier immer öfter die Entwicklung von Hybridbauteilen: Sie sind meist kleiner, leichter, und kompakter und überzeugen mit einer Fülle von weiteren Vorteilen. Ein Hybridbauteil besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen, die funktionell verbunden werden und so gemeinsam ein Optimum der neuen Eigenschaften erreichen.

Optimale Produkte ermöglicht die Kombination mehrerer Werkstoffe vor allem dort, wo die Anforderungen an einen Werkstoff einander grundsätzlich widersprechen. So können Hybridbauteile beispielsweise zugleich weich und steif oder sehr leicht und trotzdem extrem fest sein. Entscheidend für einen optimalen Einsatz von Hybridbauteilen mit Kunststoffanteil ist allerdings deren maßgeschneiderte Entwicklung. Der österreichische Kunststoffspezialist Faigle kooperiert deshalb intensiv mit seinen Partnern und Kunden, um deren Zielsetzung möglichst schnell und effizient umzusetzen.

Im Entwicklungs- und Technikzentrum des Unternehmens aus Hard in Vorarlberg werden dazu ständig neue Materialien erprobt und bestehende Werkstoffe verbessert, optimiert und kombiniert. So entwickelte Faigle in Hybridbauweise zum Beispiel für den Einsatz in Großbäckereien neuartige Gehängeleisten, die aus vier verschiedenen Kunststoffkomponenten sowie einer Edelstahlkomponente zusammengesetzt sind.

Kombinierte Eigenschaften

Prinzipiell bestehen die Gehängeleisten aus einer Rinne mit einem eingelegten Tuch, auf dem die Teiglinge aufgebracht werden. Die Stabilität der Rinnen mit Querschnittsspannweiten von 1.200 bis 3.500 Millimeter gewährleisten aufgesteckte Seitenteile an den Stirnseiten der Rinne, die durch Spreiznieten fixiert werden. An ihren Außenseiten besitzen die Seitenteile zudem jeweils eine Mitnehmerachse aus rostfreiem Stahl sowie eine angespritzte Auflagenocke. Hergestellt werden die komplex gestalteten Seitenteile im Spritzgießverfahren aus dem mit kurzen Glasfasern verstärkten Polyamid PAS-80 GF30, das kurzzeitig Temperaturen bis zu 200 Grad Celsius ertragen kann und sich durch hohe Präzision, Verzugsfreiheit und Steifigkeit auszeichnet.

Die Mitnehmerachsen aus rostfreiem Stahl werden als Einlegeteile direkt beim Spritzgießprozess in die Seitenteile integriert. Ebenfalls im Spritzguss entstehen die Spreiznieten, mit denen die Seitenteile an den Gehängeleisten befestigt werden, jedoch aus dem Kunststoff PAS-60. Damit die relativ flachen Profile sich in belastetem Zustand nicht zu sehr durchbiegen, produzieren die Österreicher die Leisten aus einem endlosfaserverstärkten, lebensmitteltauglichen und UV-beständigen duroplastischen Vinylesterharzsystem, das auch bei höherer Temperatur seine hohe Biegefestigkeit behält.

Als Klemmleiste zum Befestigen des Tuchs dient ein extrudiertes Profil aus dem Polyamid-Kunststoff PAS120, der wegen seiner elastischen Eigenschaften mit wenig Kraftaufwand in die Nut des Gehängeleistenprofils eingeschnappt werden kann. Insgesamt gewährleistet das Hybrid-Bauteil damit nicht nur eine hygienisch einwandfreie Produktion, sondern auch eine große Energieeinsparung aufgrund des geringen Gewichts. Vielfältige Anforderungen stellt auch die Textilindustrie an die Webmaschinen: Gefragt sind hohe Zuverlässigkeit, eine große Musterungsvielfalt, geringe Stillstandszeiten und eine hohe Geschwindigkeit.

Eine entscheidende Komponente einer Greiferwebmaschine sind dabei die Greiferstangen, die millimetergenau und mit hoher Geschwindigkeit für die Fadenübergabe verantwortlich sind. Für solche Maschinen entwickelten die Kunststoffspezialisten vom Ufer des Bodensees eine Greifer- bzw. Zahnstange, die mit einer wesentlich höheren Anzahl von Hüben und einer daraus resultierenden sehr hohen Beschleunigung betrieben werden soll. Der gesuchte Werkstoff musste also einerseits sehr leicht sein und andererseits dennoch über eine hohe Steifigkeit verfügen, damit die Zahnstange sich nicht verformt.

Mehr Produktivität

Gelöst wurde die Aufgabe mit einem neu entwickelten Hybridbauteil. Dazu werden die Zahnstangenaufnahme und der Zahnstangenkäfig aus einem endlosfaserverstärkten Kohlefaserprofil gefertigt, um die nötige Steifigkeit zu gewährleisten. Die Zahnstange selbst wird aus dem tribologisch optimierten Kunststoff PAS-80XCF10 gespritzt und in das Karbonprofil eingesetzt. Durch diese Materialpaarung wurde das Gewicht des gesamten Bauteils um rund 20 Prozent reduziert, sodass die Produktivität der Maschine wie gewünscht erhöht werden könnte.

Auf einen Blick

-Die Faigle-Gruppe mit Sitz in Hard in Vorarlberg ist spezialisiert auf kundenspezifische Kunststoff-Lösungen. Dazu entwickelt das Unternehmen unter anderem tribologisch und dynamisch hoch beanspruchte Formteile aus thermoplastischen Kunststoffen in kombinierten Herstellverfahren wie Spritzguss, Extrusion oder Zerspanung.

-Ein Hybridbauteil besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen, die funktionell verbunden werden und so ein Optimum von Eigenschaften ermöglichen, das sich mit den Einzelwerkstoffen nicht erreichen lässt.

Erschienen in Ausgabe: 02/2012