Identische Passteile: Auf der Suche nach Symmetrie

Beim Design von zwei Spritzgussteilen aus thermoplastischen Werkstoffen, die zusammengefügt werden sollen, entwerfen Produktdesigner und Ingenieure oft zwei getrennte Hälften, die miteinander verbunden werden können. Häufig sind die Geometrie und die Komplexität des Teils für diese Entscheidung ausschlaggebend. Doch manchmal, wenn die beiden Hälften ähnlich oder identisch sind, lohnt es sich, die kostengünstige - wenn auch bisweilen anspruchsvolle - Designtechnik unter die Lupe zu nehmen, bei der ein einzelnes Teil entworfen wird, das bei einer Drehung um 180 Grad ein Passteil zu seinem eigenen Spiegelbild bildet.

Dies ist in verschiedener Hinsicht von Vorteil: erstens wird nur eine einzige Form für die Herstellung beider Teilehälften benötigt, wodurch die Kosten für weiteres Werkzeug vermieden werden. Der zweite Vorteil ist, dass es statt zwei nur ein Teiledesign gibt. Wenn Ihr Design für die Bestellung bereit ist, gehen beide Hälften in die Produktion; bei eventuell notwendigen Änderungen am Design brauchen Sie lediglich ein CAD-Modell zu bearbeiten. Schließlich ist die Inventarisierung eines einzelnen Teils einfacher und kostengünstiger als bei mehreren Teilen.

In Abbildung 1 sehen Sie, wie mit einem einzelnen mit Rotationssymmetrie entworfenen Teil beide Hälften eines spritzgegossenen rechteckigen Kastens hergestellt werden können. Anstatt eine Hälfte mit Scharnieren und Cliplöchern und die andere mit Haken und Cliplaschen zu entwerfen, erhält jede Seite eines dieser Merkmale - einen Haken und ein Scharnier, einen Clip und ein Cliploch. Nebeneinander gelegt, sind die Teile identisch; wird ein Teil um 180 Grad gedreht, passt jedes Merkmal genau in sein Gegenstück am anderen Teil.

Abbildung 1: Für die Herstellung eines Kastens kann eine einzige Form ausreichen, wenn ein Design mit zwei identischen Passteilen verwendet wird, bei dem das Gefüge rotationssymmetrisch ist.

Ingenieure nutzen z. B. Scharniere, Clips, Stifte und Buchsen, sowie Nuten und Federn, um Teile miteinander zu verbinden. Ist die Anwendung des Teils auf ein häufiges Öffnen und Schließen ausgelegt? Ein Clip beispielsweise kann für die wiederholte oder dauerhafte Verbindung ausgelegt sein, während ein Passverschluss oft nur ein- oder zweimal verwendbar ist und bei jedem darüber hinaus gehenden Gebrauch beschädigt wird.

Hinsichtlich der Werkstoffwahl sollten weichere, nachgiebigere Kunststoffclips vorgezogen werden. Bei einer dauerhaften Befestigung kann ein härterer, steiferer thermoplastischer Werkstoff die bessere Wahl sein. Es ist jedoch schwer vorherzusagen, wie sich ein Werkstoff mit einem Befestigungsmerkmal verhält. Daher müssen während der iterativen Entwicklung, wenn Form, Passform und Funktion geprüft werden, möglicherweise Anpassungen vorgenommen werden.

Man könnte einwenden, dass man ebenso ein Familienwerkzeug mit zwei unterschiedlichen Teilehälften fräsen könnte, statt ein symmetrisches Teil zu entwerfen. Das klingt zunächst nach einer vernünftigen Lösung, doch bei Protolabs gibt es in Bezug auf Familienwerkzeuge ein paar Vorbehalte. Seitenschieber und lose Formeinsätze stehen nicht immer zur Verfügung, wodurch komplexe Teile unter Umständen nicht herstellbar sind. Außerdem müssen Größe, Volumen und Werkstoff der Teile ähnlich sein, damit ein Familienwerkzeug in Frage kommt. Werden diese Voraussetzungen nicht erfüllt, müssen zwei separate Formen hergestellt werden, wodurch die Produktionskosten steigen.

Abbildung 2: Garageio hat eine Box mit Deckel entwickelt. Die beiden Teile rasten durch ein System aus formschlüssigen Nasen und Clips leicht ineinander ein.

Identische Passteile kommen in der gesamten Produktionswelt vor und sind häufig in medizinischen Handgeräten, TV-Fernbedienungen, PC-Routergehäusen, Kinderspielzeug und in so gut wie jeder denkbaren Branche zu finden. Manche besitzen komplett symmetrische Hälften, viele jedoch nicht. Garageio beispielsweise stellt Systeme her, mit denen Benutzer ihr Garagentor per Smartphone steuern und überwachen können. Die zentrale Kommunikationsstation (siehe Abbildung 2) ist eine kompakte schwarze Box, die in der Garage des Benutzers angebracht wird. Das Team von Garageio und ein Kundendiensttechniker von Protolabs haben zusammen an einem Design gearbeitet, das ein formschlüssiges System aus Nasen und Clips mit Formschrägen beinhaltet, das ein festes Ineinandergreifen des Deckels mit dem unteren Teil der Box ermöglicht.

Wenn Ihr Teil in zwei symmetrische Passteile geteilt werden kann, sollten Sie diese Option bei der Gestaltung Ihres Entwurfs in Erwägung ziehen. Möglicherweise können Sie dadurch Zeit und Geld sparen. Im Allgemeinen lohnt es sich, die Option zu prüfen, wenn Sie ein eher manuelles Montageverfahren mit Schrauben und Ultraschallschweißen durch ein identisches Passteil, das die Endanwendung nicht beeinträchtigt, ersetzen können.

Unsere Kundendiensttechniker stehen jederzeit bereit, um schwierige Design-Puzzles zu lösen und können bei Fragen unter der Rufnummer +49 (0) 6261 6436947 kontaktiert werden. Außerdem bieten wir einen kostenlosen Designwürfel an, der unter anderem Clip-Merkmale veranschaulicht, die bei identischen Passteilen eingesetzt werden können. Jetzt Designwürfel anfordern.