KIMW: Neues Verbundprojekt zum Thermoplast-Schaumspritzguss

Die Materialkosten in der Kunststoffbranche steigen zunehmend und führen im Einklang mit der Forderung nach "Leichtbaukomponenten" zum Bedarf einer materialeffizienten Produktgestaltung. Der konstruktive Leichtbau (z.B. durch Topologieoptimierungen) stellt hier eine Möglichkeit dar, Material und Gewicht einzusparen. Es existieren jedoch ebenso "Leichtbaupotentiale" im Bereich der Fertigungstechnik. Neben der Realisierung von Hybridkomponenten stellt hier auch der Thermoplast-Schaumspritzguss eine Möglichkeit der Materialeffizienz dar. Diese Effizienz wird jedoch nur bei Kenntnis aller produkt- und prozessrelevanten Einflussfaktoren wirklich im vollen Umfange genutzt. Die Umstellung eines vorhandenen Prozesses auf den TSG ist zumeist mit Kompromissen und je nach dem mit Qualitätseinbußen im Bereich der Oberflächen verbunden. Eine Berücksichtigung dieses Sonderverfahrens in der Produkt- und Prozessentwicklung ermöglicht erst die volle Nutzung der Vorteile des selbigen, erläutert das Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH den Hintergrund des Verfahrens.

Dabei muss man sich gedanklich evtl. von ausgetretenen Pfaden entfernen und neue Wege beschreiten, heißt es weiter. Beispielsweise die gedankliche Verknüpfung vom Einsatz chemischer Treibmittel in Masterbatchform mit dickwandigen Formteilen sei durch neue Produktentwicklungen nur bedingt zutreffend. So wurden am Kunststoff-Institut Lüdenscheid Bauteile mit einer Wanddicke von 1,3 bis 1,5 mm chemisch geschäumt und eine Gewichtsreduzierung von bis zu 7% erzielt. Auf dem ersten Blick möge diese Gewichts- und Materialersparnis gering erscheinen, birge aber vor dem Hintergrund großer Stückzahlen und relativ geringer Kosten für das eingesetzte Treibmittel ein hohes Kostensenkungspotential.

Verteilung der Schaumbildung am Beispiel eines geschäumten PEI Bauteils

Ferner werden chemische Treibmittel oftmals als ungeeignet für das Verschäumen von kostenintensiven Hochtemperaturwerkstoffen angesehen. Hier werden die "temperaturneutralen", physikalischen Schäumverfahren bevorzugt. Untersuchungen hätten jedoch auch hier gezeigt, dass ein Umdenken erforderlich sei. So wurden PEI-Formteile bei einer Massetemperatur von 360°C erfolgreich mittels chemischer Treibmittel geschäumt. Die hier erzielte Gewichtsreduzierung lag bei 13%, was hinsichtlich Materialkosten von ca. 25 €/kg durchaus wirtschaftlich "attraktiv" sei. Zudem konnten an diesen Formteilen Schlieren vermieden und Hochglanzoberflächen durch eine variotherme Temperierung erzielt werden, was hinsichtlich der weiteren Oberflächenbehandlung derartiger Bauteile von Vorteil ist. Aufwendige Zwischenschritte zur Generierung einer "glatten" Oberfläche, die einer anschließenden Lackierung als Grundlage dient, könnten somit eingespart werden.

In ähnlicher Weise bestehen Potentiale durch dieses Vorgehen die Galvanisierung von geschäumten Formteilen zu ermöglichen. In Voruntersuchungen des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid wurden ABS-Probekörper chemisch geschäumt und sowohl mit als auch ohne variothermer Temperaturführung im Werkzeug gefertigt. Bei der anschließenden Galvanisierung zeigt sich bei "konventionellen" Oberflächen (ohne den Einsatz der variothermen Temperierung) eine sehr unruhige und mit Fehlstellen versehene Beschichtung. Durch den Einsatz der variothermen Werkzeugtemperierung konnten demgegenüber bereits sehr gute Oberflächenqualitäten erzielt werden.

Diese vielversprechenden Ergebnisse waren Anlass den Aspekt der nachträglichen Oberflächenbehandlung von geschäumten Formteilen ebenfalls mit in den Leistungsumfang des Verbundprojekts "TSGPro" aufzunehmen, welches durch das Kunststoff-Institut Lüdenscheid angeboten wird und im Januar 2012 starten soll. Neben der Galvanisierung geschäumter Formteile soll auch die Eignung entsprechender Oberflächen für die Direktlackierung untersucht werden. Als Basis dieser Untersuchungen dienen die Ergebnisse der weiteren Leistungen des Projekts wie etwa die Erstellung einer Treibmitteldatenbank, die Erfassung und Bündelung konstruktiver, verfahrenstechnischer und werkzeugtechnischer Anforderungen für das TSG sowie die Erfassung des Einflusses der Verfahrensparameter auf die Gewichtsreduzierung und die Oberflächenqualität. Zudem sollen den Projektteilnehmern Treibmittelempfehlungen für die eigenen Materialien mit an die Hand gegeben werden und entsprechende Materialkombinationen darüber hinaus auch innerhalb des Projekts geprüft werden. Hier spielen die Kompatibilitäten, die erzielbare Gewichtsreduzierung sowie die Veränderung mechanischer Eigenschaften eine entscheidende Rolle.

Ziel des Projekts "TSGPro" soll es sein, den Projektteilnehmern den aktuellen Stand der Technik im Bereich des chemischen und physikalischen Schäumens aufzuzeigen. Im Bereich des chemischen Schäumens sollen diese Erkenntnisse durch praktische Untersuchungen geprüft und auf die Materialien der Projektteilnehmer übertragen werden. Alle gesammelten Informationen münden abschließend in einen Projektleitfaden, der als Handbuch für die Umsetzung der eigenen TSG-Fertigung verstanden werden kann.

Weitere Informationen: www.kunststoff-institut.de

Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH, Lüdenscheid

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