Schaumspritzen

Außen schick – innen leicht

Hohe Oberflächenqualitäten sind auch bei geschäumten Bauteilen auf dem Niveau kompakter Spritzgießteile möglich - das soll eine Präsentation während der K nachdrücklich zeigen.

vollelektrische Ecopower 240/1330

Hergestellt werden soll zur Messe ein Bauteil in Strukturschaumtechnik mit Sichtteil-Oberfläche. Es handelt sich um ein Tablett, auf dem Platz für eine Kaffeetasse und die Ablage einer Visitenkarte ist. Eingesetzt Strukturschaumverfahren Cellmould in Verbindung mit Variothermer Temperierung und in Kombination mit dem HiP-Opening Programm (High Precision Opening). Mit dieser Technologie wird nach Unternehmensangaben eine Gewichtsersparnis bis 30 Prozent erzielt, die integrale Schaumverteilung sorge für ein leichtes, aber trotzdem stabiles Formteil.

Produziert werden die Teile auf einer vollelektrischen Ecopower 240/1330 ausgestattet mit den zusätzlichen Modulen. Entnahme und Ablage der Teile übernimmt ein Wittmann Roboter W822. Die Kombination der Verfahren werde zur K 2013 erstmals auf einer vollelektrischen Kniehebelmaschine eingesetzt.

Wenn drei Technologien physikalische Schmelzebegasung, variotherme Werkzeugtemperierung und Präzisionsöffnen des Werkzeugs miteinander verknüpft werden, lassen sich im Schaumspritzgießverfahren optisch und funktional hochwertige Sichtbauteile herstellen. Die Teile weisen demnach nicht nur eine schlierenfreie Oberfläche auf. Mit dem Präzisionsöffnen des Werkzeugs kann die Schaumexpansion genau kontrolliert werden. Die Bauteile – typische Anwendungen sind beispielsweise Verkleidungsteile für das automobile Interieur, aber auch Komponenten für Sportgeräte oder Gehäuse von Elektrogeräten – lassen sich daher um bis zu 30 Prozent leichter produzieren als in den bisherigen kompakten Varianten.

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Bei der Wahl der Werkzeugtemperatur und der Massetemperatur sowie der Parameter für das Schäumen, dazu zählen die Gasbeladung und der Öffnungshub, wird beim etablierten Schaumspritzgießen mit Präzisionsöffnen immer ein möglichst günstiger Kompromiss gesucht. Die Werkzeugtemperatur wird gerade so hoch eingestellt, dass das Material noch gut aufgeschäumt werden kann und trotzdem kurze Zykluszeiten möglich sind.

Bei konventioneller Werkzeugtemperierung müssen somit die thermischen Voraussetzungen, die vor allem im Interesse der Schaumausbildung voreingestellt werden, auch für das Ausbilden der Oberfläche akzeptiert werden. Für die optimale Aufschäumung und vor allem für eine schlierenfreie Oberfläche wären jedoch weit höhere Werkzeugwandtemperaturen notwendig. Die bislang übliche, vergleichsweise niedrige Werkzeugtemperatur trägt daher zur typischen Schlierenbildung beim Schaumspritzgießen bei.

Schritt für Schritt im optimierten Prozess
Mit einer variothermen Werkzeugtemperierung gelinge es, die Ausbildung der Oberfläche, die Schaumexpansion und die Abkühlung des Bauteils in thermischer Hinsicht voneinander zu trennen. Der Prozess läuft in drei Phasen ab: In der Einspritzphase trifft die begaste Thermoplastschmelze auf eine Werkzeugwand mit hoher Temperatur. Der Einspritzdruck presst den Kunststoff gegen die heiße Werkzeugwand, sodass die ansonsten für das Schaumspritzgießen typischen Oberflächenschlieren bei passender Prozessführung ganz eliminiert werden.

In der zweiten Phase werden für die Schaumbildung möglichst günstige Voraussetzungen geschaffen. Bevor die Schaumexpansion beginnt, wird die Werkzeugwandtemperatur abgesenkt, und das Präzisionsöffnen fast unmittelbar nach Ende des Einspritzvorgangs gestartet oder etwas verzögert.

In der dritten Phase stehen die Stabilisierung der Schaumstruktur und vor allem die Abkühlung des Bauteils auf Entformungstemperatur im Vordergrund. Dazu wird die Werkzeugtemperatur möglichst rasch auf eine niedrigere Temperatur, im Bereich des bei konstanter Werkzeugtemperierung üblichen Niveaus, abgesenkt.

Die Kombination aus physikalischer Schmelzebegasung, zyklischer Beheizung des Schaumspritzgießwerkzeugs und Schäumen mit Präzisionsöffnen des Werkzeugs stößt nicht nur die Tür für den Einsatz von Schaumspritzgießteilen im Sichtbereich auf. Da der Schäumschritt bei höherer Werkzeugtemperatur läuft als die anschließende Abkühlphase, kann zudem eine stärkere Aufschäumung erreicht werden, und da die Einspritzphase ebenfalls bei deutlich erhöhter Werkzeugtemperatur erfolgt, können auch geringe Ausgangswanddicken noch gefüllt werden. Beides wirke sich positiv in Richtung Leichtbaueffekt aus. Mit der neuen Schäumtechnologie können, so der Anlagenhersteller, Sichtbauteile in vielen Fällen um bis zu 30 Prozent leichter realisiert werden als ihr kompaktes Gegenstück. Der Schlüssel zum Erfolg liege in der richtigen Abstimmung der eingesetzten Technologien aufeinander.

Neben dem Fahrzeugbau, der eines der wichtigsten Anwendungsfelder für optisch hochwertige spritzblanke Bauteile ist, sind in vielen anderen Bereichen Einsatzmöglichkeiten denkbar. Dazu zählen Gehäusekomponenten von medizinischen Geräten genauso wie Behältersysteme für das Lagerwesen oder auch Sportgeräte bis zum spritzgegossenen Schneeschuh.

Nicht zuletzt führe die Unterdrückung der Schlierenbildung auch zu einer Sichtseite an den geschäumten Bauteilen, die bestens für eine anschließende Lackierung oder auch für eine Metallisierung genutzt werden könne. Für das Schaumspritzgießen mit Präzisionsöffnen in Kombination mit der zyklischen Werkzeugbeheizung finden sich daher beinahe ebenso viele Einsatzmöglichkeiten, wie das Auge für bislang noch ganz gewöhnliche spritzgegossene Sichtbauteile reicht.

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