Fraunhofer: TSG-Bauteile ohne Schlieren

Bauteile aus Kunststoff - etwa Abdeckungen von Airbags - lassen sich durch Schaum-Spritzguss herstellen. Beim Aufschäumen können sich jedoch Schlieren bilden. Wie sich solche Fehler vermeiden lassen, wollen Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft auf der K 2013 zeigen.

Für die Produktion von Abdeckungen für Airbags wird mittlerweile häufig ein neues Verfahren eingesetzt: Das Thermoplast-Schaum-Spritzgießen, kurz TSG. Gegenüber dem herkömmlichen Spritzgießverfahren soll die TSG-Technik einige Vorteile bieten. Zum einen spare sie bis zu 30 Prozent Material ein, zum anderen seien die Bauteile verzugsärmer - haben also weniger Dellen. Außerdem seien die Ingenieure bei der Gestaltung flexibler: Müssen sie beim herkömmlichen Spritzgießen darauf achten, den flüssigen Kunststoff vom dickeren Bauteilstück in die dünneren hinein zu spritzen, gehe dies beim Thermoplast-Schaum-Spritzgießen auch anders herum - also vom dünneren Bauteilstück in das dickere. Doch das neuartige Verfahren birgt auch einen Nachteil: Auf den Oberflächen der Kunststoffteile bilden sich Schlieren. Dass man diese bei den meisten Airbag-Abdeckungen nicht sieht, liege an der Narbenoptik, die Unregelmäßigkeiten kaschiere. Forscher am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologien ICT in Pfinztal wollen diese Schlieren nun ausmerzen - und dem Verfahren so auch zu Anwendungen verhelfen, bei denen die Bauteile gut sichtbar sind und ohne Oberflächenstrukturierung eingesetzt werden sollen.

Gespritzter Schaum ohne Schlieren
Schlieren entstehen beim Thermoplast-Schaum-Spritzgießen, weil die heiße Polymerschmelze Schaumblasen bildet, wenn sie durch das kühle Werkzeug fließt. Diese werden durch den Druck der Polymerschmelze an der Werkzeugwand zerdrückt - die Unebenheiten erstarren mit der Schmelze und bleiben an der Oberfläche des fertigen Bauteils sichtbar. "Wir vermeiden die Schlierenbildung, indem wir das Werkzeug variotherm beheizen", sagt Andreas Menrath, Wissenschaftler am ICT. "Das Polymer bleibt durch die höhere Werkzeugtemperatur während des Einspritzens länger verformbar, wenn es mit dem Werkzeug in Kontakt kommt. Die Blasen erstarren daher nicht sofort, stattdessen wird die Oberfläche glatt gedrückt." Die Anlagentechnik sei bereits erprobt und eingesetzt. Momentan arbeite Fraunhofer an einer weiteren Möglichkeit, die Schlieren zu verhindern: Das Werkzeug werde mit einer Isolierung beschichtet, die dafür sorge, dass die Wärme länger im Polymer bleibt. Derzeit testen die Ingenieure verschiedene Materialien und Schichtdicken. Auf der K wird eine TSG-Maschine ausgestellt, die vor Ort geschäumte Frisbee-Scheiben produziert.

24 Frisbees zeigen neue Technologien
Auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand präsentieren die beteiligten Institute 24 Frisbee-Scheiben, die jeweils mit neuen Materialien oder mit neuen Technologien hergestellt wurden. So zeigt das Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, eine Scheibe aus einem Holz-Kunststoff-Komposit, kurz WPC. Dieses Material besteht zu 60 bis 70 Prozent aus Holzmehl, zu 20 bis 35 Prozent aus Kunststoff und zu 5 bis 10 Prozent aus Additiven. Eine weiteres Frisbee zeigt einen Laserabtrag: Mit einem CO2-Laser wurden hier aus dem Polypropylen und Polyamid bestimmte Stellen abgetragen und somit Vertiefungen geschaffen.

Kunststoff und Glas vereinen
Beschichtungen sollen Kunststoffoberflächen härter und somit unempfindlicher gegen Kratzer machen. Da die Lacke, die hierfür üblicherweise verwendet werden, ebenfalls auf Kunststoff basieren, seien ihrer Härte jedoch Grenzen gesetzt. Forscher des Instituts für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie IGVP der Universität Stuttgart und des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB haben nun eine neuartige Beschichtung entwickelt: Statt aus Kunststoff besteht sie aus Glas. Die Wissenschaftler wollen damit erstmals Leichtigkeit und Härte vereinen. Das Auftragen der Glasschicht in einem Plasma dauere nicht länger als das des Lackes. Auch diese neue Beschichtung zeigen die Forscher auf der K am Beispiel einer Frisbee-Scheibe.

Weitere Informationen: www.fraunhofer.de

K 2013, 16.-23.10.2013, Düsseldorf, Halle 07, Stand B 05

Fraunhofer-Gesellschaft, München

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