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Funktionsintegriertes Thermoformen - komplexe Kunststoffbauteile kostengünstig herstellen

Kurzfassung

Ein an der Universität Stuttgart entwickelte Verfahren kombiniert das Fügen von Funktionselementen mit dem Thermoformen und ermöglicht dadurch die wirtschaftliche Herstellung geometrisch komplexer Formen. Durch die Kombination von Form- und Fügeprozess können Funktionselemente bei hoher Taktung zuverlässig und kostengünstig in Serienproduktion an Bauteile gefügt werden.

Hintergrund

Das Thermoformen oder Warmformen ist ein Verfahren zur Umformung thermoplastischer Kunststoffe unter Wärmeeinwirkung sowie mit Hilfe von Druckluft oder Vakuum. Dieses Fertigungsverfahren erlaubt eine güns­tige Serienproduktion und bietet sich bisher besonders für wenig komplexe, großflächige Bauteile wie Gehäuse­schalen oder Verkleidungen an.

Ein an der Universität Stuttgart entwickelte Verfahren kombiniert das Fügen von Funktionselementen mit dem Thermoformen und ermöglicht dadurch die wirtschaftliche Herstellung geometrisch komplexer Formen.

Problemstellung

Funktionsintegrierte Bauteile werden häufig in unflexiblen Spritzgussprozessen realisiert. Zwar können nachträglich thermogeformte Teile angefügt werden, dies erfordert aber zusätzliche Arbeitsschritte und Werkzeuge, was die Herstellung teurer macht.

Lösung

Durch eine Anpassung des Formwerkzeugs wird die funktionsintegrierte Fertigung im Thermoformprozess möglich. Das Verfahren ist energieeffizienter, denn die für das Thermoformen notwendige Wärmeenergie kann gleichzeitig zum Verschweißen der Funktionselemente bzw. zur Aktivierung eines Klebstoffes genutzt werden. Kommt kein Klebstoff zum Einsatz, erfolgt die Verbindung zum Formteil durch punktuelle Verschmelzungen an der Fügefläche. Dies ist bspw. durch den Einsatz von Lasern realisierbar. Die Integration von Lichtwellenleitern ins Werkzeug gestaltet auch die Reihenfolge von Umformen und Fügen flexibel.

Die Kombination von Form- und Fügeprozess erlaubt eine deutlich flexiblere Produktion. So können Funktions­elemente bei hoher Taktung zuverlässig und kosten­günstig innerhalb des Thermoformprozesses in Serien­produktion an Bauteile gefügt werden. Ein weiterer Vorteil ist die höhere Flexibilität des Prozesses verglichen mit dem Spritzgießen. So können bspw. durch Wechsel der Halbzeuge Bauteile mit unterschiedlichem Dekor oder Farbgebung in Serienproduktion entstehen.

Schema des Verfahrens in drei Schritten: 1. Einlage Halbzeug und Funktionselement(e) in das Thermoformwerkzeug (li.), Umformen und Fügen im 2. Schritt (mi.) und 3. Entformen des fertigen Bauteils mit Funktionselement (re.) [Bild v.n. Uni Stuttgart].

Vorteile

  • Deutlich kostengünstigere Herstellung von flächigen Formteilen mit Funktionselementen
  • Umformen und Fügen in einem Prozess
  • Stoffschlüssige Verbindung von Funktionselement und Formteil durch Kleben oder Schweißen
  • Komplexe Bauteilgeometrie realisierbar
  • Flexiblere Produktion (Farb- und Dekorwechsel)

Anwendungsbereiche

Serienfertigung von Kunststoffbauteilen mit Funktionselementen

Exposé
Kontakt
Dr. Dirk Windisch
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
windisch(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Idee / TRL1
Patentsituation
DE 102014113006 A1 anhängig
Referenznummer
14/024TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.