LSR-Spritzgießen: 2-fach Silikon-Umspritzung für Unterhaltungselektronik
Fecision entwickelte für einen Kunden aus der Unterhaltungselektronikbranche eine 2-fach-Form für Flüssigsilikonkautschuk. Die Form besteht aus Edelstahl S136, verfügt über drei Kaltkanaleinsätze à 0.08 mm und einen Auswerfer mit Schieberunterstützung. Sie ist für eine Lebensdauer von 300,000 Zyklen bei einer Schließkraft von 120 Tonnen ausgelegt, wobei der Grat an der Trennlinie ≤ 0.05 mm beträgt.
Flüssiges Silikonkautschuk-Spritzgießen
Unterhaltungselektronik (3C)
Ingenieurabteilung
Hintergrund des Projekts
Konstruktion einer LSR-Umspritzung
Unser Kunde hat 3D-Geometriedaten für zwei zusammengehörige Silikonteile – eine Steckerdichtung und eine Kabeltülle – für eine 120-Tonnen-LSR-Presse eingereicht. Beide Teile müssen auf ein Kunststoffsubstrat umspritzt werden, weshalb die Form zwei unterschiedliche Materialschrumpfungsverhalten gleichzeitig im selben Formhohlraum berücksichtigen muss.
Die Geometrie wies acht separate DFM-Risikopunkte auf, bevor auch nur eine Zeile Werkzeugwegcode generiert wurde. Das Entwicklungsteam von Fecision führte am 03.04.2025 eine vollständige Design-for-Manufacturability-Prüfung (DFM Rev V01) durch und führte Formfüllsimulationen für drei Angusskonfigurationen durch, bevor die endgültige Anordnung von Kaltkanalventil und Anguss festgelegt wurde.
Doppeltes Schrumpfungsmanagement: Silikonzonen benötigen eine Standard-Schrumpfungskompensation, während umspritzte Kunststoffbereiche keine akzeptieren.
Hinterschneidungen an 12 kreisförmigen Lochpositionen – die ursprüngliche Schnapptiefe von 1.0 mm machte ein manuelles Entformen unpraktisch.
An der Grenzfläche zwischen Kunststoffsubstrat besteht die Gefahr von Flammenüberschlägen, die eine 10°-Verjüngung oder einen gezielten kontrollierten Überlauf von 0.1 mm erfordern.
Durchgehend scharfe Kantengeometrie – Gefahr von Teileabrieb beim Entformen ohne Eckenradien.
Bei der DFM-Überprüfung wurde in einer Zone ein möglicher Strukturfehler in der Kundengeometrie festgestellt.
Weitere Informationen zum zugrundeliegenden Prozess finden Sie in unserem LSR-Spritzgießkapazitäten→
Formspezifikationsblatt
| Formtyp | Flüssigsilikon (LSR) |
| Karieszahl | 2 Kavitäten |
| Hohlraum / Kernstahl | S136 Edelstahl |
| Formgrundmaterial | A50 |
| Torsystem | Kaltkanal, 3×0.08 mm |
| Gate Mark (Ventil) | Ø1.0 × 0.3 mm tief |
| Schieberegler-Anzahl | 2 Schieber (S136) |
| Auswurfmethode | Stangenlift + Schieber, manuell |
| Läufergewicht | ~ 5 g |
| Ziel-Schimmellebensdauer | 300,000 Zyklen |
| Maschinen-Größe | 120 T |
| PL-Blitztoleranz | ≤ 0.05 mm |
| PL-Schritttoleranz | ≤ 0.03 mm |
Engineering-Prozess
3D-Geometrie-Quittung
Die 3D-Dateien des Kunden sind eingegangen. In dieser Phase werden keine 2D-Zeichnungen bereitgestellt; DFM basiert ausschließlich auf der Modellgeometrie.
DFM-Analyse (Rev V01)
Die vollständige Überprüfung der Fertigungsgerechtigkeit wurde abgeschlossen. Acht Risikopunkte wurden in den Bereichen Entwurfsanalyse, Angussgestaltung, Produktliniendefinition, Auswurf und Schrumpfung identifiziert.
Formflusssimulation
Drei Angusskonfigurationen wurden simuliert. Schmelzfrontzeit, Lufteinschlussposition, Schweißnahtfestigkeit, Fülldruck und Schließkraft wurden für jede Konfiguration ausgewertet.
Werkzeugkonstruktion gesperrt
Kaltkanal-Ventilanschnitt bei 3 × 0.08 mm gewählt. S136 für Kavität/Kern/Schieber. A50-Formenboden. 2-fach-Ausführung bestätigt. Kundenspezifische ECN-Abwicklung integriert.
Stahlbeschaffung & -bearbeitung
Es wurden Rohlinge aus Edelstahl S136 bestellt, um die Korrosionsbeständigkeit gegenüber der Silikonkatalysatorchemie über 300,000 Einspritzzyklen hinweg zu gewährleisten.
T1-Muster & PPAP
Erstmusterprüfung, vollständiger Maßbericht und Freigabe des Produktionsprozesses vor der Serienfreigabe.
Risikobewertung: LSR-Projekt
Fecision führt zu Beginn jedes neuen Programms eine formale Produktrisikobewertung durch. Diese Bewertung umfasst Umweltauflagen, Anwendungsklassifizierung und Hautkontakt – diese drei Faktoren bestimmen, welche Materialzertifizierungen, Prozesskontrollen und Rückverfolgbarkeitsanforderungen gelten.
Umwelt- und Materialkonformität
Frage: Entsprechen die Rohstoffe und Prozesshilfsmittel den Umweltanforderungen des Kunden (RoHS, REACH, halogenfrei usw.)?
Antwort: Ja, bestätigt. Die für dieses Projekt spezifizierten LSR-Qualitäten sind in Formulierungen erhältlich, die der RoHS-Richtlinie 2011/65/EU und den REACH-SVHC-Grenzwerten entsprechen. Die Materialkonformitätsdokumentation (Sicherheitsdatenblatt + Konformitätsbescheinigung) ist im Produktionsdossier enthalten.
Anwendungsklassifizierung
Frage: Wozu dienen diese Teile im Endeinsatz?
Antwort: Unterhaltungselektronik (3C-Sektor). Die Bauteile sind Struktur-/Dichtungskomponenten in elektronischen Geräten – sie unterliegen normalen Gebrauchsbedingungen, jedoch keiner erhöhten behördlichen Kontrolle (nicht Medizinprodukte, nicht Automobilindustrie). Diese Klassifizierung bedeutet, dass die Prozesskontrollen dem Standard-ISO-9001-Rahmenwerk von Fecision entsprechen; zusätzliche zertifizierungsspezifische Kontrollen (ISO 13485, IATF 16949) werden nicht ausgelöst.
Körperkontaktklassifizierung
Frage: Kommen die fertigen Teile während der Anwendung mit der menschlichen Haut oder Schleimhäuten in Kontakt?
Antwort: Nein. Die Teile sind interne Komponenten eines Unterhaltungselektronikbauteils – sie sind im Gerät eingeschlossen und kommen nicht mit dem Benutzer in Kontakt. Daher sind keine Biokompatibilitätstests gemäß ISO 10993 erforderlich, und es gelten keine spezifischen Anforderungen an hautverträgliche Additive für die Auswahl der LSR-Verbindung.
DFM-Risikofeststellungen und technische Lösungen
Die DFM-Prüfung der LSR-Teile deckte acht Probleme auf, bevor Stahl bestellt wurde. Jeder Befund wurde mit einem Lösungsvorschlag dokumentiert und dem Kunden zur Genehmigung vorgelegt. Dieses Vorprüfungsverfahren ist bei Fecision Standard und verhindert in der Regel zwei bis drei kostspielige Konstruktionsänderungen nach der ersten Mustererstellung (T1).
Abriebgefahr durch scharfe Kanten
Mehrere scharfe Innenkanten an den Teilen verursachen zwei Probleme: Sie beschädigen die weiche LSR-Oberfläche beim Auswerfen und führen zu Spannungskonzentrationen im Stahl, die die Werkzeuglebensdauer unter das Ziel von 300,000 Zyklen reduzieren.
AuflösungFecision empfahl, an allen scharfen Kanten beider Teile einen Eckradius von R0.3 mm anzubringen. Der Kunde wurde gebeten, diese Ergänzungen an beiden Geometrievarianten zu bestätigen, bevor der Stahl zugeschnitten wurde.
Übermäßiger Hinterschnitt an den Lochpositionen
Die Dichtung des Verbindungsstücks weist zwölf kreisförmige Öffnungen mit einer einseitigen Schnapptiefe von 1.0 mm auf. Bei einem Silikonteil dieser Größe ist die Hinterschneidungskraft so hoch, dass ein sauberes manuelles Entformen unzuverlässig ist und die Gefahr besteht, dass das ausgehärtete Gummi bei jedem Arbeitsgang einreißt.
AuflösungDie Konstruktionsabteilung forderte, die Hinterschnitttiefe von 1.0 mm auf 0.5 mm pro Seite zu reduzieren – eine Reduzierung um 50 %, die die mechanische Haltefunktion beibehält und gleichzeitig die Entformungskraft in einen sicheren Bereich für LSR bringt.
Blitzschlaggefahr an der Grenzfläche zwischen Kunststoffsubstrat und
An den Stellen, an denen das LSR auf den Kunststoffeinsatz umspritzt wird, ist die Kunststoffseitenfläche vertikal – dadurch kann die Silikonschmelze unter dem Klemmdruck kriechen und Grat bilden, der sich nach der Aushärtung kaum sauber entfernen lässt.
Dem Kunden wurden zwei Optionen präsentiert:
Option A: Bewerben 10° Entformungswinkel zur KunststoffseiteDadurch entsteht unter Formdruck ein selbstabdichtender Winkel. Option B: Entwerfen Sie eine gezielte 0.1 mm einseitiger Überlaufkanal Das steuert, wohin der Blitz geht, anstatt ihn vollständig zu verhindern.
Differenzielle Schwindung – Umspritzzonen
Beim LSR-Umspritzen ist das umhüllte Kunststoffbauteil formstabil – es kann nicht schrumpfen. Das umgebende Silikon schrumpft beim Abkühlen um 2–3 %. Wird beim Umspritzen ein gleichmäßiger Schrumpfungsausgleich in beiden Zonen angewendet, stimmen die Abmessungen des Endprodukts in den rein silikonhaltigen Bereichen nicht oder die Umspritzungsgrenze reißt.
AuflösungFecision wies darauf hin, dass die kunststoffgebundenen Bereiche (rot) keine Schrumpfungskompensation benötigen, während die Bereiche aus reinem Silikon (blau) einen standardmäßigen LSR-Schrumpfungsausgleich erfordern. Eine Dimension wurde bereits mit −0.7 mm identifiziert – eine erneute Zuordnung ist vor der Kavitätenbearbeitung erforderlich.
Torsystem-Design
Kaltkanal-Angussdesign für LSR: 3×0.08 mm
Für dieses Zweikavitäten-Werkzeug aus Flüssigsilikonkautschuk entschied sich Fecision für ein Kaltkanalsystem mit Ventilanschnitten anstelle eines herkömmlichen Heißkanalsystems. LSR ist ein platinvernetzender Duroplast – er härtet bei erhöhter Werkzeugtemperatur (160–200 °C) aus und fließt kalt. Ein Kaltkanalsystem hält das nicht ausgehärtete Material in den Kanaleinläufen auf Umgebungstemperatur und verhindert so ein Vorhärten während der Füllphase.
▲ Die Angussabmessungen von 3 × 0.08 mm (Breite × Höhe) wurden durch Simulation ermittelt. Ein breiterer Anguss verlängert die Füllzeit und birgt das Risiko von Verzögerungen in dünnwandigen Bereichen; ein schmalerer Anguss erzeugt Scherwärme im Verteilerkanal, die die Materialviskosität erhöht, bevor der Formhohlraum vollständig gefüllt ist. Die Höhe von 0.08 mm hält die Scherrate innerhalb des von Momentive für Standard-LSR-Sorten empfohlenen Verarbeitungsbereichs.
▲ Die Nadel des Angusskanals berührt die Oberseite des Bauteils direkt und hinterlässt eine Markierung mit Ø 1.0 mm in 0.3 mm Tiefe. Dadurch wird verhindert, dass Angussreste am Bauteil haften bleiben – die Nadel zieht sich nach dem Füllvorgang sauber zurück, und die ausgehärtete Angussmarkierung ist das einzige Überbleibsel. Für die Anwendung in der Unterhaltungselektronik wurde dies vom Kunden als akzeptabel bestätigt.
Toreingang: Der Kaltkanal speist beide Kavitäten gleichzeitig für eine gleichmäßige Füllung.
Ausgang: 3×0.08 mm Schlitz am Hohlraumeingang, dimensioniert für laminare LSR-Strömung.
Ventil-Schieber-Narbe: Ø1.0 mm × 0.3 mm auf der Oberseite — vom Kunden als akzeptabel bestätigt.
Formtemperatur Bei 180°C wird der Platin-Härtungszyklus eingeleitet; der Angusskanal bleibt kalt.
Torsystem-Design
Ergebnisse der Formfüllanalyse für LSR-Teile
Es wurden drei unabhängige Formfüllsimulationen durchgeführt – eine pro Angusskonfiguration – unter Verwendung realer Viskositätskurven des LSR-Materials. Die gewählte Konstruktion (Konfiguration C, Kaltkanalventil-Anguss bei 3 × 0.08 mm) erzeugte die ausgeglichenste Schmelzfront, die niedrigste maximale Scherspannung und eine Schließkraft deutlich innerhalb der Presskraftkapazität von 120 Tonnen.
| Analyseparameter | Messwert | Einheit | Status |
| Maximaler Angussdruck (Ende der Füllung) | <80 | MPa | PASS |
| Erforderliche Klemmkraft | 68 | Tonnen | BESTANDEN (57 % von 120T) |
| Ungleichgewicht der Füllzeiten (linker vs. rechter Hohlraum) | ± 2 | % | AUSGEWOGEN |
| Schmelztemperaturgradient | ± 8 | ° C | Innerhalb der Spezifikation |
| Anzahl der Luftfallen (Vorbeugung bei Entlüftung) | 2 | Standorte | GELÖST (PL-Entlüftungen) |
| Schweißnahtpositionen | Hinter 12 Bossen | - | AKZEPTABEL |
| LSR-Volumenschrumpfung (reine Zonen) | 2.8 | % | NORMALER BEREICH |
| Schergeschwindigkeit am Tor (max.) | Innerhalb des OEM-Fensters | - | PASS |
Schmelzfrontzeit
Der Schmelzfrontfortschritt bestätigte eine gleichmäßige Füllung beider Kavitäten. In den dünnwandigen Bereichen zwischen den Hinterschneidungen wurden keine Verzögerungszonen festgestellt. Die Füllzeit war zwischen der linken und rechten Kavität innerhalb von ±2 % symmetrisch.
Luftabscheider-Position
Die Analyse von Lufteinschlüssen identifizierte zwei potenzielle Stellen für Lufteinschlüsse im Bereich des Füllendes nahe der Gleitfläche. Beide wurden durch das Hinzufügen von 0.02 mm breiten Entlüftungsnuten an den identifizierten Koordinaten behoben.
Festigkeit der Bindenaht
Die Schweißnahtpositionen wurden in den Verbindungszonen hinter den 12 Hinterschnittvorsprüngen kartiert. Die Farbanalyse (Schweißnahtdunkelheit) deutet auf eine mäßige strukturelle Belastung hin – ausreichend für eine statische Dichtungsanwendung, bei der keine zyklischen Biegebelastungen zu erwarten sind.
Fülldruck
Der maximale Fülldruck am Angusskanal blieb in beiden Kavitäten unter 80 MPa, wobei der Druckabfall im Verteilerkanal zwischen den Angüssen ausgeglichen war. Es gab keine Anzeichen für Überfüllung am Kavitätenrand.
Schmelztemperaturverteilung
Der Temperaturgradient im Hohlraum blieb am Ende des Füllvorgangs innerhalb von ±8 °C. Die Temperatur der mittleren Schicht (Teilgrenzfläche) blieb durchgehend über der minimalen Fließtemperatur, was bestätigte, dass es in den dünnsten Wandbereichen bei 1.5 mm keine Verzögerungen gab.
Volumenschrumpfung
Die maximale Volumenschrumpfung in den Reinsilikonzonen wurde auf 2.8 % geschätzt – im normalen Bereich für LSR. Die umspritzten Kunststoffbereiche zeigten erwartungsgemäß eine nahezu verschwindende Volumenschrumpfung, was die Strategie der doppelten Schrumpfungskompensation bestätigte.
Projektergebnisse
Was die DFM- + Moldflow-Analyse lieferte
Die Vorbereitungsphase der Werkzeugplanung – DFM-Prüfung und drei Simulationsrunden – beseitigte alle Risiken, bevor der Stahl bestellt wurde. Diese Vorgehensweise verhindert typischerweise zwei bis drei Änderungsaufträge nach T1, die jeweils Nacharbeitskosten und Verzögerungen beim LSR-Werkzeug nach sich ziehen.
DFM-Risiken wurden vor Beginn der Werkzeugfertigung identifiziert und behoben.
Vor der Auswahl des endgültigen 3×0.08 mm-Designs wurden die Gate-Konfigurationen simuliert.
Die angestrebte Werkzeugzykluslebensdauer wird durch die Auswahl von S136 + A50 Stahl erreicht.
Ausgenutzte Presskraft (tatsächlich 68 t gegenüber 120 t Maschinendruck) – großzügiger Sicherheitsspielraum
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