Case-Study – Entwicklung einer hybriden Kontaktbrücke | Effizienz und Präzision durch Rapid Tooling

Die Entwicklung moderner Kunststoff-Metall-Hybridbauteile bringt zahlreiche technische Herausforderungen mit sich: Materialauswahl, Werkzeugdesign und Fertigungsprozesse müssen präzise aufeinander abgestimmt sein. Im Projekt „Kontaktbrücke“ zeigen wir, wie durch den Einsatz des Rapid Tooling Verfahrens und einer engen Entwicklungszusammenarbeit eine innovative Lösung für unseren Kunden BRUSS Sealing Systems GmbH realisiert wurde. BRUSS Sealing Systems ist international als Entwickler und Hersteller hochwertiger Dichtungssysteme aktiv. Als Familienunternehmen gegründet, beschäftigt das Unternehmen heute weltweit mehr als 2000 Mitarbeiter.

Projektbeschreibung: Hybridbauteil mit anspruchsvollen Anforderungen

Die Kontaktbrücke ist ein hybrides Bauteil, das elektrische Energie zuverlässig über Sammelschienen verteilt. Es kombiniert Thermoplaste für das Gehäuse und Kupfer für die Leiter, um hohe mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dichtheit sicherzustellen.

Technische Herausforderungen:

• Öldichtheit: Die Schnittstellen zwischen Kupfer und Kunststoff mussten auch bei den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Kunststoff nach Temperaturwechselbelastung vollständig dicht sein (Mikrospaltabdichtung).
• Integration von Kupfereinlegern: Die Verbindung erforderte präzise Werkzeugtechnik und angepasste Fertigungsparameter.
• Werkzeugkomplexität: Trotz anspruchsvoller Geometrien war eine schnelle und kosteneffiziente Umsetzung notwendig.

Lösungsansätze und Prozessgestaltung

1. Materialauswahl und Designintegration

Für die Kontaktbrücke wurden Thermoplaste ausgewählt, die sich durch hohe mechanische Festigkeit, thermische Beständigkeit und hervorragende Isoliereigenschaften auszeichnen. Die Materialauswahl erfolgte in Abstimmung mit den spezifischen Anforderungen an Belastbarkeit und Dichtheit.

2. Rapid Tooling für flexible und schnelle Iterationen

Rapid Tooling ermöglichte die schnelle Herstellung eines Prototypenwerkzeugs mit präzisen Toleranzen für den Kupfereinleger. Die iterative Anpassung von Werkzeug und Fertigungsparametern beschleunigte die Validierung von Design und Material.

3. Entwicklungsdienstleistungen und Validierung

Um die Funktionalität des Bauteils sicherzustellen, kamen folgende Schritte zum Einsatz:

• Konstruktionsanalyse: CAD-Modelle wurden erstellt und auf Herstellbarkeit im Spritzguss-
  verfahren geprüft und optimiert.
• Simulation: Spritzguss-Simulationen optimierten den Füllprozess, um Lufteinschlüsse und Schwindungsprobleme zu vermeiden.
• Prototypenfertigung: Präzise Einlegung der Kupferleiter und die Implementierung von Mikrospaltdichtungen wurden getestet.
• Tests: Öldichtheit, Isolation und Spannungsfestigkeit zwischen den Leitern sowie die mechanische Belastbarkeit konnten an den Prototypen umfassend geprüft werden.

Ergebnisse und Erkenntnisse

Das Projekt zeigte, dass sich technische Herausforderungen effizient lösen lassen, wenn Design, Materialien und Fertigungsprozesse frühzeitig integriert werden:

• Zeitersparnis: Rapid Tooling beschleunigte die Prototypenerstellung und Validierung.
• Optimierte Qualität: Die Tests bestätigten die Dichtheit und Belastbarkeit der Hybridverbindung unter realistischen Bedingungen.
• Wirtschaftlichkeit: Durch den iterativen Ansatz konnten Designänderungen flexibel umgesetzt werden, bevor in kostenintensive Serienwerkzeuge investiert wurde.

Vorteile der Zusammenarbeit mit BARLOG Plastics

1. Frühe Material- und Prozessintegration: Die Wahl geeigneter Materialien und Simulations-verfahren reduziert Entwicklungsrisiken und steigert die Bauteilqualität.
2. Rapid Tooling als Schlüsseltechnologie: Schnelle Iterationen ermöglichen eine effiziente Entwicklung und validieren technische Lösungen frühzeitig.
3. Enge interdisziplinäre Zusammenarbeit: Die Abstimmung zwischen Konstruktion, Fertigung und Prüflabor sorgt für zielgerichtete und belastbare Ergebnisse.

Fazit

Das Projekt „Kontaktbrücke“ verdeutlicht, wie durch den gezielten Einsatz von Rapid Tooling und einer systematischen Entwicklungsstrategie komplexe Hybridbauteile technisch und wirtschaftlich erfolgreich realisiert werden können. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse bieten wertvolle Impulse für die Entwicklung ähnlicher Bauteile in unterschiedlichsten Industrien. BARLOG Plastics verfügt über umfangreiches Know-How bei der Auslegung und Fertigung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen, sowie geeignete Fertigungsanlagen (z. B. Vertikalspritzgussmaschinen) zur seriennahen Prototypenfertigung. Durch die professionelle Zusammenarbeit zwischen BARLOG Plastics und BRUSS Sealing Systems konnte das Projekt „Kontaktbrücke“ in kürzester Zeit erfolgreich realisiert werden.