Suche nach dem perfekten Werkstoff

Lösungen zwischen Bettfederhärten und Flammschutznormen

Den passenden Werkstoff für eine Anwendung zu finden, ist trotz der enormen Angebotsbreite mitunter langwierig und anspruchsvoll. Distributeure können Herstellern und Anwendern als integrativer Partner hohen Mehrwert bieten - mit Erfahrungen aus dem Markt, die für den Kunden entscheidend sind. Pan-europäische, strategische Distributeure unterhalten eine hohe Anzahl an lokalen Lägern und dezentrale, Vertriebsorganisationen. Die Mitarbeiter sprechen neben der Landessprache oft regionalen Dialekt und sind spezialisiert, um im persönlichen Kundenkontakt technische Anwendungsberatung und Service zu leisten. Wir haben mit vier Experten von Biesterfeld Plastic über die Herausforderungen zur Findung des optimalen Werkstoffs gesprochen.

Dietmar Zinkand, Business Manager Engineering. Polymers. © Biesterfeld

Das Finden des optimalen Werkstoffs ist kein einfacher Prozess. Geben Sie uns einen Einblick. Welche Aspekte müssen Sie berücksichtigen, bis Sie die passende Produktlösung anbieten können?

Dietmar Zinkand: Es ist wichtig zunächst die genauen Anforderungen für jedes Industriesegment zu kennen. Nehmen wir zum Beispiel das Brennverhalten von Kunststoffen. Als minimale Anforderung in der Automobilindustrie gilt der "Federal Motor Vehicle Safety Standard" entsprechend FMVSS 302. Dies ist ein Test, der definiert wie schnell ein Werkstoff abbrennt. Bei Schienenfahrzeugen regelt beispielsweise die Bahn-Norm EN 45545-2 das Brandverhalten von Materialien und Komponenten, die im Schienenverkehr eingesetzt werden. Ein gleiches Beispiel ist für die Elektroindustrie die UL94 Brennprüfung. Dies sind nur drei triviale Anforderungen an unsere Rohstoffe.

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Claus Berger: Product Manager Engineering Polymers. © Biesterfeld

Claus Berger: In besonderen Fällen müssen wir bei einem Produkt Zulassungsvorschriften für zwei unterschiedliche Industrien berücksichtigen. Wir haben beispielsweise einen Ladestecker für Elektromobilität entwickelt, bei dem die eingesetzten Kunststoffe für die Elektro- und die Automobilindustrie etabliert sein mussten. Hierzu haben wir die benötigten Zulassungen und Eigenschaften aus der Elektroindustrie, eben die UL 94, und die der Automobilindustrie zusammengeführt. Da der Ladestecker global benötigt wurde, mussten auch länderspezifische Vorschriften erfüllt werden. Durch die enge Zusammenarbeit unserer Experten mit den etablierten Produzenten ist hieraus eine neu designte TPU-Type entstanden. Hierbei haben wir den kompletten Prozess begleitet: Angefangen beim Lastenheft, über die Polymerauswahl, die Werkzeugherstellung und den Spritzgießprozess bis zur Erfüllung aller Prüfungen. Heute produziert unser Kunde den Ladestecker erfolgreich für sämtliche Länder.

Martin Rathke: Das Beispiel des Ladesteckers für Elektromobilität zeigt, dass alle Werkstoffe bestimmten Anforderungen oder Regularien entsprechen müssen, bevor sie in Produkten zum Einsatz kommen. Unsere Experten kennen alle diese Anforderungen und begleiten unsere Kunden Schritt für Schritt. Meistens sind wir dafür in der Produktion des Kunden mit vor Ort. Neben allen Anforderungen gibt es natürlich auch Vorgaben hinsichtlich der optimalen Preis/Leistungs-relevanten Verarbeitung. Also welchen Werkstoff verwenden wir, um beispielsweise die Output-Rate an der Maschine zu erhöhen?

Claus Berger: In diesem Zusammenhang spielt auch die richtige Verarbeitungsmethode eine wichtige Rolle. Nutzt der Kunde für die Herstellung seines Produkts beispielsweise den klassischen Spritzguss mit Vor- und Nachbehandlung oder wählt er die eventuell kostengünstigere Alternative des Mehrkomponenten-Spritzgießens? Auch das hat selbstverständlich Auswirkungen darauf, welche Materialkombination wir dem Kunden empfehlen können.

Martin Rathke: Product Manager Engineering Polymers. © Biesterfeld

Martin Rathke: Für den Mehrkomponenten-Spritzguss haben wir zum Beispiel Mascara-Komponenten entwickelt, in denen wir TPC-ET Hytrel und PBT Crastin verwendet haben. Der Applikator, also die Mascara-Bürste, wurde aus Hytrel hergestellt und musste optimal am Stift haften, der wiederum aus Crastin hergestellt wurde. Beide Produkte enthalten die gleiche Polymerbasis, in diesem Fall ein Polyester, und denselben Schmelzpunkt, was das Haften begünstigt. Darüber hinaus mussten wir noch eine gute Einfärbbarkeit und angenehme haptische Eigenschaften berücksichtigen. Da ein Mascara in südlichen Ländern bei weit über 30 Grad Celsius, aber auch bei Minustemperaturen verwendbar sein muss, spielte auch die Temperaturbeständigkeit bei der Materialauswahl eine wichtige Rolle. Nicht zuletzt die guten chemischen und mechanischen Beständigkeiten sorgen letztlich dafür, dass Hytrel und Crastin in Mascara-Komponenten optimal zum Einsatz kommen können.

Hat das Produktdesign den Materialauswahlprozess in den letzten Jahren überdurchschnittlich beeinflusst?

Martin Rathke: Auf den ersten Blick wenig spektakulär aber ein gutes Arbeitsbeispiel sind Kunststoff-Bettenfedern, denn je nach Design lassen sie sich für ganz verschiedene Anforderungen entwickeln. Je nach Feder-Design kann der Federvorgang sehr unterschiedlich verlaufen. In unseren vergangenen Projekten war es immer wichtig neben dem geforderten Design auch eine lange Lebensdauer der Bettenfedern zu gewährleisten und die Produktion unterschiedlicher Federhärten zu ermöglichen. Trotz dünnwandigem Design konnten wir in Simulationen durch Verrippungen und Hinterschnitte unterschiedliche Härtegrade der Federn erreichen. Gute Rückstellelastizität und Ermüdungsfestigkeit des Kunststoffs sind hier essentiell. Oft müssen wir aber auch Sonderumstände berücksichtigen. Bei Bettenfedern in Krankenhausbetten spielt beispielsweise auch die Chemikalienbeständigkeit eine wichtige Rolle, denn diese Betten werden häufig mit chemischen Mitteln gereinigt. In den meisten Fällen kommt in Bettenfedern ein TPC-ET, früher auch TPE-E oder TEEE genannt, zum Einsatz. Es bietet neben allen bereits genannten Eigenschaften sehr gute Fließeigenschaften für eine komplexe Bauteilauslegung wie die der Bettenfedern.

Von der Ideenfindung, über die Auswahl des richtigen Werkstoffs bis zum fertigen Produkt - der Druck schneller auf den Markt zu kommen steigt. Mit welchen Zeiträumen planen Ihre Kunden und Sie aktuell?

Biesterfeld Marktabdeckung international. © Biesterfeld

Claus Berger: Wie lange solch ein Prozess dauert, lässt sich nicht pauschal sagen, das variiert in den unterschiedlichen Branchen sehr stark. Im Medizinbereich beispielsweise rechnen wir in aller Regel nicht unter zwei Jahren mit einer Validierung eines Materials für ein Bauteil. Hierfür bringen wir aber die für unsere Kunden wichtige und notwendige Ausdauer und Zuverlässigkeit mit - nicht zuletzt auch durch unsere langfristigen Partnerschaften mit den Produzenten. Sicherlich gibt es aber auch Ausnahmen, die weniger Zeit erfordern.

Welche Werkstoff­-Anforderungen, die Sie bekommen, erfordern aktuell am meisten Zeit in der Umsetzung?

Dietmar Zinkand: Die Dauer des Entwicklungsprozess ist sehr abhängig vom Kunden, den Tiers sowie den OEMs. Hier gibt es zum Beispiel welche, die das Material bereits in der Zeichnung vorschreiben. Es ist jedoch mittlerweile üblich auf Bauteilfreigaben zu setzen. Unsere Expertise hinsichtlich Materialfreigaben direkt vom OEM spezifiziert sowie OEM-Bauteilfreigaben helfen uns mit dem Kunden die richtige Materialauswahl zu treffen und seine Projekte erfolgreich umzusetzen.

Claus Berger: Ähnliche Situationen haben wir bei der Ausarbeitung farblicher Einstellungen, wenn es Vorgaben seitens der Brandowner gibt. Schon ein anderes Farbmessgerät oder die Fehlinterpretation der Farbdefinition kann erhebliche Auswirkungen haben und "falsche" Ergebnisse liefern. Wir stellen sicher, dass wir von Anfang an die "gleiche Sprache sprechen", um fehlerhafte Ausarbeitungen auszuschließen.

Martin Rathke: Nehmen wir als Beispiel die Ausarbeitung eines satinschwarzen Farbtons nach OEM Vorgabe. Das Bauteil, die Spiegelkappe eines Fahrzeugs, aus einem Styrolcopolymer ASA muss beispielsweise zu einem angrenzenden Polyamid Bauteil passen. Das Polyamid für den Träger wurde gemäß OEM-Angaben farblich in satinschwarz nachgestellt und bedeutet bereits eine "Farbabweichung" vom Urmuster. Wir müssen nunmehr einen akzeptablen Angleich an das vorhandene Trägerbauteil vornehmen und die originalen Vorgaben mit allen LAB-Farbspezifikationen beachten. All diese Schritte müssen berücksichtigt werden, da heutzutage aus Kostengründen auf das teure Lackieren verzichtet wird und man den Materialauschuss verringern muss. Der Markttrend geht weiter in Richtung spritzfertige Bauteile ohne Nachbearbeitung.

Dietmar Zinkand: Neben all diesen anwendungs- und produktspezifischen Herausforderungen ist "trouble shooting" eine Kernkompetenz, denn am Ende des Tages muss die Produktion im Falle einer Störung bei unseren Kunden einwandfrei und schnellstens weiterlaufen.

Biesterfeld Plastic ist nach Angaben Ihres Marketings seit mehr als 30 Jahren in über 40 Ländern aktiv. Was sind aus Ihrer Sicht die Erfolgsfaktoren der letzten Jahre?

Martin Umbach, Managing Director, Biesterfeld Plastic. © Biesterfeld

Martin Umbach: Zuallererst natürlich unsere 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die tagtäglich mit viel Engagement und Expertenwissen in unserer internationalen und dezentralen Organisationsstruktur unsere Kunden betreuen. Wir arbeiten mit spezialisierten und persönlichen Ansprechpartnern vor Ort sehr kundennah und bieten erstklassige technische Produkte von globalen Produzenten. Dadurch finden wir für die technischen Herausforderungen unserer Kunden optimale Lösungen und verstehen uns als Partner der Industrie. Neben Biesterfeld Plastic sind unsere anderen Geschäftsbereiche Biesterfeld Performance Rubber, Biesterfeld Spezialchemie und Biesterfeld International wichtige Säulen in der Unternehmensgruppe. Die diversifizierte Ausrichtung unserer Geschäftsbereiche ist ein Vorteil für unsere Kunden und Lieferanten. Kurz gesagt: Unsere Kunden wird alles aus einer Hand angeboten. Dabei werden Synergien hinsichtlich bestehender Partnerschaften zu Lieferanten sowie Kunden sinnvoll genutzt und passen in unsere Strategie "One Biesterfeld".

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