Was ist Umspritzen? Prozess, Materialien, Anwendungsleitfaden

Das Umspritzen ist ein Spritzgießverfahren, das zwei Materialien optimal miteinander verbindet. Jedes Material erfüllt dabei seine spezifische Funktion. Dieses Verfahren findet breite Anwendung in vielen neuen Branchen, wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt, der Robotik und der Medizintechnik. Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Überblick über das Umspritzen. Er behandelt das Verfahrensprinzip, Anwendungsbereiche, gängige Materialien und spezifische Arbeitsschritte und beantwortet all Ihre Fragen.

1. Was ist Umspritzen?

Das Umspritzen ist ein zweistufiges Spritzgießverfahren. Zunächst wird ein Basisteil aus einem Kunststoff hergestellt. Dieses Basisteil wird als Substrat bezeichnet. Anschließend wird das Substrat in eine andere Form eingelegt. Darauf wird eine dünne Außenschicht aufgespritzt. Diese Außenschicht besteht üblicherweise aus einem weichen Kunststoff oder Gummi. Das Endergebnis ist ein einteiliges Bauteil mit hartem Kern und weicher Außenseite. Die beiden Materialien erfüllen in diesem Bauteil in der Regel unterschiedliche Funktionen. Das Umspritzen findet in vielen Branchen und für vielfältige Zwecke breite Anwendung.

2. Wie funktioniert das Umspritzen??

Das Umspritzen erfolgt in zwei Schritten.

Schritt eins: Ein Basisteil wird aus einem Kunststoff hergestellt. Dieses Teil wird als Substrat bezeichnet. Das Substrat kann aus Hartplastik oder Metall bestehen.

Schritt zwei: Das Substrat wird in eine weitere Form eingelegt. Anschließend wird ein zweites Material eingespritzt. Dieses Material ist üblicherweise ein weicher Kunststoff oder Gummi. Es umhüllt die Substratoberfläche und bildet eine dünne Außenschicht.

Wichtig: Die beiden Materialien müssen chemisch oder mechanisch verbunden sein. Andernfalls kann sich die äußere Schicht leicht ablösen.

Gängige Kombinationen: Hartplastik + Weichplastik, Metall + Gummi.

Endergebnis: Ein Teil vereint die Vorteile beider Materialien. Er ist beispielsweise innen hart und außen weich. Er ist robust und gleichzeitig rutschfest.

3. Umspritzungsdesign

Die Anwendung der folgenden bewährten Verfahren trägt zu einem erfolgreichen Umspritzen bei. Dadurch entstehen hochwertige Produkte mit guter Funktion und ansprechendem Aussehen.

• Materialverträglichkeit. Wählen Sie Materialien, die gut haften und ähnliche Schmelzpunkte aufweisen. Dies gewährleistet eine starke und zuverlässige Verbindung zwischen den Schichten.
• Konstruktion für optimale Verklebung. Sorgen Sie für geeignete Oberflächenstrukturen, Hinterschneidungen und ineinandergreifende Verbindungen. Dies fördert die mechanische Verbindung zwischen dem Formteil und dem Umspritzmaterial.
• Korrekte Wandstärke. Die Wandstärke muss gleichmäßig und korrekt sein. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Materialfluss und verhindert Fehler wie Einfallstellen oder Hohlräume.
• Tiefgangswinkel. Ein Entformungsschrägwinkel erleichtert das Entformen und verringert das Risiko von Beschädigungen beim Auswerfen.
• Vermeiden Sie scharfe Ecken. Abgerundete Ecken tragen dazu bei, Spannungsspitzen zu vermeiden. Sie verbessern außerdem den Materialfluss beim Umspritzen.
• Integrieren Sie Entlüftungsöffnungen in die Konstruktion. Dadurch können Luft und Gase während der Einspritzung entweichen. Dies verhindert Hohlräume und eingeschlossene Luftblasen.
• Platzierung des Umspritzmaterials. Halten Sie den Einspritzpunkt des Umspritzmaterials von kritischen Bereichen und Kanten fern. Dadurch werden Materialeinschlüsse oder Beschädigungen vermieden.
• Formenkonstruktion. Konstruieren Sie die Form mit geeigneten Anguss-, Verteiler- und Kühlsystemen. Dies gewährleistet einen gleichmäßigen Materialfluss und eine hohe Produktionseffizienz.
• Berücksichtigen Sie den Schrumpfungsgrad. Beachten Sie den Unterschied in der Materialschrumpfung zwischen dem Formteil und dem Umspritzmaterial. Dadurch werden Verzug und Maßabweichungen vermieden.

4. Umspritzmaterialien

4.1 Substrat (Basismaterial)

Das Substrat ist üblicherweise ein hartes Material mit hoher Festigkeit. Es dient der strukturellen Unterstützung.

Zu den üblichen Substraten gehören:

• Harte Kunststoffe: Materialien wie ABS, PC, PA (Nylon), PBT und PP zeichnen sich durch gute Steifigkeit und Formstabilität aus. Sie sind die gängigsten Substrate beim Umspritzen.
• Metalle: wie beispielsweise Edelstahl und Aluminiumlegierungen. Metallische Substrate werden dort eingesetzt, wo eine höhere Festigkeit oder Leitfähigkeit erforderlich ist, beispielsweise bei Griffrahmen oder Steckverbindern.
• Elastomere: wie beispielsweise TPE und TPU. Werden für Substrate verwendet, die eine gewisse Flexibilität erfordern.

4.2 Umspritzmaterial (Material der äußeren Schicht)

Die Umspritzungsschicht ist in der Regel weicher. Sie sorgt für Griffigkeit, Abdichtung, Dämpfung oder ein angenehmes Tragegefühl. Gängige Materialien sind:

• TPE (Thermoplastisches Elastomer): Das am häufigsten verwendete Umspritzmaterial. Weiche Haptik. Einstellbare Härte. Haftet gut auf vielen Hartkunststoffen.
• TPU (Thermoplastisches Polyurethan): Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Geeignet für Anwendungen mit hoher Beanspruchung.
• Silikon (LSR): Hohe Temperaturbeständigkeit. Gute Biokompatibilität. Häufig verwendet in Medizinprodukten und Babyartikeln.
• Weich-PVC: Kostengünstig. Allerdings mit schlechter Umweltverträglichkeit. Wird nach und nach durch TPE ersetzt.
• Gummi: wie EPDM und NBR. Werden dort eingesetzt, wo Witterungs- oder Ölbeständigkeit erforderlich ist.

4.3 Grundprinzipien der Materialpaarung

Die beiden Materialien müssen sich verbinden können. Es gibt zwei Verbindungsmethoden:

• Chemische Verbindung: Die beiden Materialien sind auf molekularer Ebene kompatibel. Die Haftfestigkeit ist hoch. Beispiele: TPE auf ABS, TPU auf PC.
• Mechanische Bindung: Das äußere Material wird durch Oberflächenunebenheiten und -rillen oder Hinterschneidungen im Substrat physikalisch fixiert.

4.4 Häufige Paarungsbeispiele

• Substrat	• Umspritzen	· Anwendung
· ABS	• TPE	• Griffe für Elektrowerkzeuge
PC	• TPU	• Handyhüllen
· PA	· Silikon	• Griffe für medizinische Geräte
· Metall	· Gummi	• Schwingungsdämpfende Lager

5. Spezielle Umspritzverfahren

5.1 Manuelles Umspritzen

Manuelles Umspritzen ist die einfachste Methode. Der Prozess läuft wie folgt ab:

• Das Substrat formen: Zunächst wird mit einer einzigen Form ein hartes Substratteil hergestellt.
• Substrat entfernen: Das Substrat wird aus der Form genommen und abgekühlt.
• Manuelle Platzierung: Ein Bediener legt das Substrat manuell in den Hohlraum einer zweiten Form ein.
• Zweite Injektion: Die Form schließt sich und spritzt das Umspritzmaterial ein. Es umschließt die Substratoberfläche.
• Entfernen Sie das fertige Teil: Nach dem Abkühlen öffnet sich die Form, und das letzte Teil wird entnommen.

Merkmale:

• Benötigt zwei Formen und zwei Spritzgießmaschinen (oder eine Maschine mit Formwechsel).
• Das Substrat muss vor dem Aufbringen abkühlen, daher ist eine Wartezeit erforderlich.
• Da es sich um manuelle Bedienung handelt, variiert die Konsistenz je nach Bediener.
• Geeignet für kleine Chargen, viele Produkttypen oder komplexe Strukturen

Vorteile:

Einfache Formkonstruktion, geringer Investitionsaufwand, hohe Flexibilität.
Nachteile:

Langer Produktionszyklus, hohe Arbeitskosten, Substrat ist leicht zu verunreinigen.

5.2 Zweikomponenten-Spritzgießen

Das Zweikomponenten-Spritzgießen ist ein stärker automatisiertes Verfahren. Es verwendet eine Zweikomponenten-Spritzgießmaschine und eine rotierende Form.

Der Ablauf ist wie folgt:

• Erste Aufnahme: Das Substratmaterial wird an einer Station der Form eingespritzt.
• Drehe die Form: Die Form dreht sich um 180 Grad. Das Substrat wird zur zweiten Station transportiert.
• Zweiter Schuss: Das Umspritzmaterial wird an der zweiten Station eingespritzt. Es umschließt das Substrat direkt.
• Abkühlen und auswerfen: Das fertige Teil kühlt ab und wird ausgeworfen. Dann beginnt der nächste Zyklus.

Merkmale:

• Substrat und Umspritzung erfolgen in derselben Form. Manuelle Handhabung ist nicht erforderlich.
• Das Umspritzen erfolgt, bevor das Substrat vollständig abgekühlt ist. Die Haftfestigkeit ist höher.
• Kurzer Produktionszyklus. Geeignet für die Massenproduktion.
• Komplexe Formkonstruktion. Hohe Investitionskosten.

Vorteile: Hohe Effizienz, gute Konsistenz, hohe Haftfestigkeit, geeignet für automatisierte Produktionslinien.
Nachteile: Hohe Werkzeugkosten, schwieriger Modellwechsel, nicht geeignet für Kleinserien.

5.3 Vergleich der beiden Methoden

Vergleichsartikel	Manuelles Umspritzen	Zwei-Schuss-Spritzgießen
Anzahl der Formen	2 setzt	1 Satz (Drehform)
Manuelle Beteiligung	Hoch	Niedrig
Produktionszyklus	lang	kurz
Haftfestigkeit	Moderat	Hoch
Geeignete Chargengröße	Kleine Charge	Große Charge
Investition in Formmaterial	Niedrig	Hoch

6. Was sind die Vorteile des Umspritzens?

6.1 Verbesserter Griffkomfort und Rutschfestigkeit

Durch das Umspritzen der Außenschicht mit einem weichen Material (wie TPE, TPU oder Silikon) fühlt sich die Produktoberfläche weicher an und bietet mehr Griffigkeit. Dadurch liegt das Produkt rutschfest in der Hand. Auch die Ermüdung bei längerem Gebrauch wird reduziert. Aus diesem Grund wird dieses Verfahren häufig bei Elektrowerkzeugen, Zahnbürsten und Griffen medizinischer Geräte eingesetzt.

6.2 Bessere Abdichtung und Wasserdichtigkeit

Die weiche Außenschicht schmiegt sich eng an den Untergrund an und bildet eine wirksame Abdichtung. Sie hält Feuchtigkeit, Staub und Chemikalien fern. Dies ist besonders nützlich für Produkte, die wasserdicht oder staubgeschützt sein müssen, wie beispielsweise Gehäuse für Elektronikgeräte im Außenbereich und medizinische Instrumente.

6.3 Starke Bindung, schwer zu lösen

Die Umspritzschicht bildet während des Formprozesses eine chemische oder mechanische Verbindung mit dem Substrat. Die Haftfestigkeit ist deutlich höher als bei weichen Materialien, die später aufgeklebt oder aufgeschoben werden. Sie blättert auch bei langer Nutzungsdauer nicht so leicht ab, fällt nicht ab und trennt sich nicht.

6.4 Weniger Teile, einfachere Montage

Herkömmliche Verfahren erfordern die separate Anfertigung und Montage einer weichen Abdeckung. Das Umspritzen vereint zwei Arbeitsschritte in einem. Dadurch reduzieren sich die Teileanzahl und die Montageschritte. Dies senkt die Arbeitskosten und vereinfacht die Lagerverwaltung.

6.5 Flexibles Design, besseres Erscheinungsbild

Durch das Aufbringen unterschiedlicher Farben und Härtegrade auf das Trägermaterial entstehen Zweifarb-Optiken oder punktuelle Soft-Grip-Effekte. Die Gestaltungsfreiheit ist größer. Das Produkt sieht besser aus und fühlt sich angenehmer an.

6.6 Bessere Haltbarkeit

Die weiche Außenschicht dämpft Stöße und Vibrationen und schützt die harte Innenstruktur. Sie wirkt als Polster bei Stürzen oder Zusammenstößen und verlängert so die Lebensdauer des Produkts.

7. Was sind die Nachteile des Umspritzens?

Für das Umspritzen werden zwei Formen oder eine Zweikomponenten-Spritzgießmaschine benötigt. Die Investitionskosten sind hoch. Substrat und Umspritzmasse müssen chemisch und mechanisch kompatibel sein. Die Materialauswahl ist begrenzt. Die beiden Materialien weisen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Sie können sich nach dem Abkühlen verziehen oder entmischen. Der Produktionszyklus ist lang. Manuelle Verfahren sind arbeitsintensiv. Die Produktkonsistenz ist gering. Fehlerhafte Teile lassen sich nur schwer nachbearbeiten. Substrat und Umspritzmasse können nicht getrennt werden. Die Kosten für Kleinserien sind hoch. Modellwechsel sind schwierig.

8. Umspritzen vs. Einlegetechnik

8.1 Kernunterschied

Das Einlegeverfahren ist ein einstufiger Prozess. Dabei wird ein vorgefertigter Einsatz (meist aus Metall) in die Form eingelegt. Anschließend wird Kunststoff eingespritzt, der den Einsatz umschließt. Das Endergebnis ist ein einteiliges Bauteil aus Metall und Kunststoff. Der Einsatz verleiht dem Bauteil Festigkeit, Gewinde oder Leitfähigkeit.

Das Umspritzen ist ein zweistufiges Verfahren. Zuerst wird ein Kunststoffsubstrat geformt. Anschließend wird dieses Substrat in eine zweite Form eingelegt. Ein zweites Material wird eingespritzt und umhüllt die Oberfläche. Das Endergebnis ist ein Bauteil mit einem harten Kern und einer weichen Außenseite – eine zweischichtige Struktur. Die Umspritzschicht sorgt für Griffigkeit, Abdichtung und eine angenehmere Haptik.

8.2 Verfahrensvergleich

Vergleichsartikel	Formteil einlegen	Überformung
Prozessschritte	Ein Schritt	Zwei schritte
Substrat	Metall- oder Nicht-Kunststoff-Einsatz	Kunststoffsubstrat
Äußeres Material	Kunststoff	Weicher Kunststoff oder Gummi

8.3 Wie wählt man aus?

Wenn Sie die Festigkeit oder Leitfähigkeit von Metall benötigen, wählen Sie das Einlegeverfahren. Wenn Sie eine weiche Außenschicht für besseren Halt oder eine bessere Abdichtung benötigen, wählen Sie das Umspritzen.

Beide Verfahren lassen sich auch kombinieren. Zuerst wird ein Substrat mit Metalleinsätzen im Spritzgussverfahren hergestellt. Anschließend erfolgt das Umspritzen, um ein fertiges Bauteil mit hoher Festigkeit und angenehmer Haptik zu erhalten.

9. Welche Branchen nutzen das Umspritzen?

9.1-Medizinprodukte

Griffe für chirurgische Instrumente, Endoskopgriffe, zahnärztliche Instrumente und vieles mehr werden durch Umspritzen verbessert, um den Griffkomfort und die Rutschfestigkeit zu erhöhen. Silikon-Umspritzschichten sind zudem biokompatibel und hochtemperaturbeständig.

9.2 Elektrowerkzeuge

Bohrmaschinen, Winkelschleifer, Hämmer und andere Gehäuse bestehen üblicherweise aus einem harten Kunststoffsubstrat mit einer weichen TPE-Ummantelung. Dies sorgt für Rutschfestigkeit, Stoßdämpfung und Isolierung und erhöht die Betriebssicherheit.

9.3 Unterhaltungselektronik

Handyhüllen, Kopfhörergehäuse, Smartwatch-Armbänder und vieles mehr werden im Overmolding-Verfahren hergestellt, was für einen zweifarbigen Look und eine angenehme Haptik sorgt. Außerdem verbessert es die Wasser- und Staubdichtigkeit.

9.4 Automobilindustrie

Lenkräder, Schalthebel, Türgriffe und Dichtungen sind umspritzt. Dies verbessert das Bediengefühl, reduziert Geräusche und optimiert die Abdichtung.

9.5 Konsumgüter des täglichen Bedarfs

Zahnbürstengriffe, Rasierer, Kochgeschirrgriffe, Sportflaschen und vieles mehr werden mit einer weichen Umspritzung versehen, um den Komfort und die Rutschfestigkeit zu verbessern.

9.6 Industrieausrüstung

Bedienfelder, Instrumentengriffe, Industriegriffe und vieles mehr nutzen das Umspritzen, um die Haltbarkeit und Betriebssicherheit zu verbessern.

10. Warum Sie NOBLE als Ihren Hersteller für Umspritzung wählen sollten

NOBLE bietet umfassende Unterstützung für Umspritzprojekte. Wir helfen bei der Designprüfung und Materialauswahl. Wir geben DFM-Feedback zur Optimierung des Bauteildesigns. Wir fertigen Präzisionsformen für Substrat und Umspritzung. Wir bieten manuelles und Zweikomponenten-Umspritzen an. Zudem bieten wir Inline-Inspektionen zur Überprüfung der Verbindungsqualität an. Unser Team betreut Kleinserien und Serienfertigung. Wir führen vollständige Prozessdokumentationen zur Rückverfolgbarkeit. Dies erfüllt die Anforderungen der ISO 13485 für Medizintechnikprojekte. Vom Prototyp bis zur Serienproduktion begleiten wir den gesamten Prozess.

FAQs von Umspritzen:

1. Was ist der Unterschied zwischen Umspritzen und Formteil einsetzen?

Beim Einlegen eines Metalleinsatzes in die Form wird anschließend Kunststoff um diesen herum eingespritzt. Beim Umspritzen wird zunächst eine Kunststoffbasis erzeugt, auf die dann eine weiche Schicht aufgebracht wird. Das Einlegen eines Metalleinsatzes ist ein Arbeitsgang, das Umspritzen zwei.

2. Was ist Umspritzen?

Das Umspritzen ist ein zweistufiges Spritzgießverfahren. Dabei wird eine weiche Außenschicht auf ein hartes Grundteil aufgespritzt.

3. Ist Umspritzen teuer?

Das Umspritzen ist teurer als das herkömmliche Spritzgießen. Es erfordert zwei Formen oder eine Zweikomponenten-Spritzgießmaschine. Bei hohen Stückzahlen spart es jedoch Montagekosten.

4. Benötigt Ihr Bauteil Umspritzung oder Einsätze?

Für weiche Griffe, Abdichtung oder eine bessere Haptik wählen Sie Umspritzung. Für Metallgewinde, Festigkeit oder elektrische Kontakte wählen Sie Einsätze.

5. Welche fünf Arten von Formteilen gibt es?

Spritzgießen, Blasformen, Formpressen, Rotationsformen und Transferformen.