Aufwendiges Gehäuse für Bauteil oder einfache Plastikbox

Warum Kunststoffart und Stückzahl für den Herstellungsprozess relevant sind

Kunststoffe – umgangssprachlich auch Plastik (oder fälschlicher Weise Kunstoff) genannt – sind wahre Multitalente. Ihre chemischen Eigenschaften machen sie z. B. resistent gegen Korrosion und Umwelteinflüsse. Sie eignen sich damit hervorragend, um mechanische, elektrische oder elektronische Komponenten einzuhausen, also Baugruppen oder Bauteile zu verkleiden z. B. in Form eines Kunststoffgehäuses oder eben einer Kunststoffbox.
Wie verhalten sich Kunststoffe unter dem Einfluss chemischer Substanzen wie Säuren oder Laugen? Auch hier fällt die Entscheidung häufig zugunsten des Kunststoffs aus, da er im Vergleich zu vielen Metallen – deutlich resistenter gegen aggressive Substanzen ist. Nicht viel anders verhält es sich beim Kontakt mit Benzin, Ölen oder Wasser: Auch hier sind Gehäuse aus Kunststoff deutlich beständiger als viele Metalle. Eine weitere Eigenschaft, die in Branchen wie der Automotive- oder Elektronikindustrie oft ausschlaggebend für den Einsatz von Kunststoffen bei der Herstellung von Gehäusen für Bauteile ist: das geringe Gewicht. Bei den mechanischen Eigenschaften schneiden Kunststoffe zwar schlechter ab als Metalle, bieten keine elektromagnetische Abschirmung und sind zudem nur in einem kleineren Temperaturbereich einsetzbar. Ihre hervorragenden Isolationseigenschaften machen dies jedoch wieder wett – nicht nur beim Einsatz als Gehäuse für Baugruppen. Kunststoff ist das gängigste Isoliermaterial, z. B. für die Ummantelung von Leitungen. In geschäumter Form wird er aber auch z. B. als Dämmstoff im Bau eingesetzt.

Vom Monomer zum Polymer: Hintergrundwissen Kunststoffe

Erdöl ist der wichtigster Rohstofflieferant für Kohlenwasserstoffe, die Grundbausteine der modernen Kunststoffindustrie. Es enthält die wichtigen molekularen Polymerbestandteile in hochkonzentrierter Form. Diese können zu beliebig langen und hochvernetzten Molekülketten verknüpft werden. Entscheidend für die Eigenschaften eines Kunststoffs sind neben der Art und Struktur auch die Komplexität und der Vernetzungsgrad eines Grundmoleküls (umgangssprachlich Monomer genannt). Vereinfacht gesagt, werden aus vielen Monomeren so genannte Makromoleküle, oder kurz Polymere. Bekannte Vertreter, die auch beim Bau von Gehäusen für Bauteile zum Einsatz kommen:

• Polystyrol (PS)
• Expandiertes Polystyrol (EPS)
• Polyvinylchlorid (PVC)
• Polyethylen (PE)
• Polypropylen (PP)
• Polyamid (PA)
• Polyester (PES)

Welcher Kunststoff wofür geeignet ist, lässt sich auch aus den Eigenschaften ableiten. Die synthetischen Werkstoffe unterscheiden sich durch zwei charakteristische Merkmale:

1. das Verhalten nach Erwärmung
2. die elastischen Eigenschaften

Beide Eigenschaften lassen sich übrigens auf den oben beschriebenen Vernetzungsrad der Makromoleküle zurückführen.

Handelsübliche Unterscheidungen sind:

• Thermoplaste
• Duroplaste
• Elastomere

Vom Makromolekül zum Gehäuse für Bauteile: So geht’s

Das wichtigste Ausgangsmaterial für die Erzeugung von Kunststoff-Halbzeugen oder Kunststoff-Formteilen sind Granulate aus einem thermoplastischen Kunststoff. In der chemischen Industrie werden dafür flüssige Monomere in aufwendigen Prozessen zu Formmassen verarbeitet, die dann wiederum granuliert werden.
Kunststoffverarbeiter wie unser Partner Eicoplast stellen daraus z. B. Polystyrolplatten her, die wir bei polycomp-cib mit Hilfe des Planaren-Modularen-Produktionsverfahrens (PMP) zu Gehäusen für Computerbauteile oder Tastaturen, Kunststoffboxen, Spendenboxen und anderen individuellen Kunststoffgehäusen weiterverarbeiten.
Es gibt natürlich weitere Fertigungsverfahren, mit denen sich Kunststoffgehäuse fertigen lassen. Doch welche Verarbeitungsverfahren eignen sich am besten für die Herstellung von Gehäusen für Bauteile, Standard-Kunststoffgehäusen, Autoteilen, Behältern oder Medizinprodukten?

Welche Verfahren gibt es für die serielle Herstellung von Kunststoffprodukten?

Diese Frage muss immer individuell und in Abhängigkeit vom gewünschten Ergebnis beantwortet werden. Häufig wird z. B. das so genannte Thermoformen eingesetzt. Das Umformverfahren ist auch als Tiefziehen oder Vakuumformen bekannt. Dabei wird ein Kunststoff mit Hilfe von Vakuum und Wärme in eine bestimmte Form gebracht und behält diese nach anschließendem Auskühlen bei.

Beispiele:

• Displays (Polystyrol)
• Behälter, technische Formteile, Sanitärteile (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer)
• Formteile für den Bau und für Fotolabore (Polyvinylchlorid)
• Verkleidungen (Polyethylen)
• Sterilisierbare medizinische Geräte (Polypropylen)
• Waschbecken, Badewannen (Polymethylmethacrylat)
• Formteile in der Elektro- und Kraftfahrzeugtechnik (Polycarbonat)
• Formteile im Maschinen- und Fahrzeugbau (Polyamid)

Der Vorteil: Mittlere Stückzahlen – auch großflächiger Produkte – lassen sich mit verhältnismäßig geringen Werkzeugkosten realisieren.

Ein weiteres Verfahren ist das Spritzgießen. Hierbei werden thermoplastische Kunststoffe bis zur Verflüssigung erhitzt und anschließend in eine Werkzeugform gespritzt.

Die bekanntesten Beispiele sind:

• Legosteine
• Autoteile
• Gehäuse für Komponenten der Unterhaltungselektronik
• Gehäuse für medizinische Geräte

Was alle eint: Sie werden in großen Stückzahlen gefertigt. Diese Großserien für z. B. Autos oder Motorräder von mehreren zehntausend und mehr Stück machen das Spritzgießen wirtschaftlich. Neben den kostenintensiven Fertigungsanlagen sind aber auch die individuellen Spritzgussformen notwendig, deren Entwicklung ebenfalls Budget erfordert und gut ausgebildetes Personal für die Maschinenbedienung.

Wie lassen sich Prototypen, Kleinst- und Kleinserien aus Kunststoff wirtschaftlich herstellen?

Immer dann, wenn Kunststoffgehäuse, Gehäuse für Elektronikbauteile, Spendenboxen, Displayrahmen u. a. neu entwickelt werden (Prototypenbau) oder Kunststoffgehäuse in kleineren Mengen (bis 2000 Stück) benötigt werden, ist die Anschaffung von Fertigungstechnologien meist unwirtschaftlich. Nicht zu vergessen: Es braucht auch Hallenkapazitäten zum Aufstellen, durchdachte Prozesse und ausreichend Bedienpersonal, damit sich Anlagen zur Kunststoffverarbeitung amortisieren. Deshalb lassen viele Unternehmen ihre Prototypen, Klein- und Kleinstserien in einem Mix aus manueller und maschineller Bearbeitung fertigen.

Wer Losgrößen 1 bis hin zu 2000 Stück beauftragen möchte, ist oft bei einem kleinen Unternehmen besser aufgehoben, weil

• enorm kurze Reaktionszeiten möglich
• Lieferkettenprobleme häufig geringer sind, da Lagerbestände verfügbar
• schnelle Änderung und Anpassungen von Bauteilparametern machbar ist kosteneffiziente Durchführung vieler erforderlichen Bearbeitungsschritte, da häufig unter einem Dach wie z. B.
  • Trennen (Fräsen oder Sägen) von Plattenware oder Blöcken
  • Thermisches Biegen
  • Fügen z.B. kleben oder chemisches Schweißen, formbündig, stecken
  • Endbearbeitung
  • Qualitätskontrolle und Versand

All das hält die Produktion flexibel und kosteneffizient und ermöglicht KMUs, Konzernen, aber auch Start-Ups der folgenden Branchen die wirtschaftliche Fertigung von individuellen Prototypen, einzelnen Kunststoffgehäusen, Kleinserien für Baugruppen- und Elektronikgehäusen oder Frames und sonstigen Einhausungen aller Art:

• Automobilbau und Automobilzulieferer
• Elektronikindustrie
• Medizintechnik
• Halbleiterindustrie
• Erneuerbare Energien