Leichtere Kunststoffteile durch physikalisches Schäumen
In der Kunststoffverarbeitung beeinflussen Materialkosten einen erheblichen Teil der späteren Herstellungskosten. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an einen sparsamen Einsatz von Rohstoffen und Energie. Deshalb beschäftigen sich viele Unternehmen mit Verfahren, die den Materialverbrauch reduzieren können, ohne die grundlegenden Eigenschaften eines Bauteils vollständig zu verändern.
Eine Möglichkeit hierfür bietet der Schaumspritzguss. Durch eine spezielle Prozessführung entstehen Kunststoffteile mit reduziertem Gewicht und einer besonderen inneren Struktur.
Kurzfassung
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Warum Materialkosten in der Kunststoffverarbeitung entscheidend sind
Bei vielen Spritzgussteilen entfällt ein großer Anteil der Gesamtkosten auf den verwendeten Kunststoff. Je schwerer ein Bauteil ist, desto mehr Material wird benötigt. In der Serienfertigung können bereits geringe Unterschiede beim Gewicht über lange Laufzeiten hinweg deutliche Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit haben.
Vor diesem Hintergrund rückt auch das MuCell-Verfahren zunehmend in den Fokus. Das Verfahren ermöglicht es, den Materialeinsatz zu reduzieren, ohne das Bauteilvolumen grundsätzlich zu verändern.
Aus diesem Grund werden verschiedene Möglichkeiten untersucht, um Bauteile leichter auszuführen. Klassische Maßnahmen wie geringere Wandstärken oder konstruktive Anpassungen stoßen jedoch teilweise an technische Grenzen.
Hinzu kommt, dass sich steigende Rohstoffpreise unmittelbar auf die Produktionskosten auswirken. Unternehmen prüfen deshalb verstärkt Fertigungsverfahren, mit denen sich der Materialverbrauch reduzieren lässt, ohne die vorgesehenen Eigenschaften eines Bauteils grundlegend zu verändern. Gerade bei großen Produktionsmengen können bereits geringe Materialeinsparungen erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtkosten haben.
Wo geringeres Bauteilgewicht Vorteile bringen kann
Ein reduziertes Bauteilgewicht verringert den Materialverbrauch. Darüber hinaus kann eine gleichmäßigere Druckverteilung das Verzugsverhalten beeinflussen und die Maßhaltigkeit verbessern.
Bei hohen Produktionsmengen haben selbst kleine Gewichtsunterschiede einen großen Vorteil. Dadurch entstehen Einsparpotenziale, die über die gesamte Laufzeit eines Projekts relevant sein können.
Welche Auswirkungen tatsächlich erreicht werden, hängt jedoch immer von Material, Bauteilgeometrie und den jeweiligen Anforderungen an das fertige Bauteil ab.
Für welche Anwendungen sich das MuCell-Verfahren eignet
Besonders häufig wird die Technologie bei folgenden Anwendungen eingesetzt:
- technische Kunststoffteile mit hohem Produktionsvolumen,
- komplexe Geometrien,
- Bauteile mit erhöhten Anforderungen an die Formstabilität,
- Produkte mit vergleichsweise hohem Materialanteil.
Je höher das Gewicht eines Bauteils ausfällt, desto größer kann das Einsparpotenzial werden.
Auch Bauteile mit anspruchsvollen Formen profitieren häufig von einer gleichmäßigeren Druckverteilung während des Spritzgießens. Ob sich das Verfahren eignet, sollte jedoch immer anhand der jeweiligen Geometrie, der Materialeigenschaften und der geplanten Stückzahlen geprüft werden.
So funktioniert das physikalische Schäumen im Spritzguss
Beim Herstellungsprozess wird ein Gas in die Kunststoffschmelze eingebracht. Häufig kommen hierfür Stickstoff oder Kohlendioxid zum Einsatz. Während des Einspritzvorgangs expandiert das Gas und erzeugt im Inneren des Bauteils eine feine Zellstruktur. Die äußeren Bereiche bleiben dagegen kompakt.
Dadurch entsteht ein Bauteil mit geschäumtem Kern und geschlossener Oberfläche. Das gleiche Volumen kann somit mit einer geringeren Materialmenge hergestellt werden.
Zusätzlich kann die veränderte Druckverteilung innerhalb des Werkzeugs zu einer gleichmäßigeren Formfüllung beitragen und das Verzugsverhalten positiv beeinflussen. Unter bestimmten Voraussetzungen lassen sich außerdem die Nachdruckzeit und damit auch die Zykluszeit verkürzen.
Welche Grenzen bei der Anwendung bestehen
Nicht jedes Kunststoffteil eignet sich gleichermaßen für den Schaumspritzguss. Die Eignung hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:
- verwendeter Werkstoff,
- Bauteilgeometrie,
- mechanische Anforderungen,
- branchenspezifische Vorgaben.
Insbesondere bei sehr speziellen Materialanforderungen oder stark regulierten Bereichen können zusätzliche Prüfungen erforderlich werden.
Warum neue Fertigungsverfahren sorgfältig geprüft werden
Die Einführung neuer Technologien wirkt sich häufig auf mehrere Bereiche gleichzeitig aus. Konstruktion, Werkzeugauslegung und Prozessparameter greifen dabei ineinander, sodass eine theoretische Betrachtung allein meist nicht ausreicht.
Erst unter realen Produktionsbedingungen zeigt sich, ob ein Verfahren dauerhaft stabil eingesetzt werden kann. Aus diesem Grund werden neue Konzepte häufig bereits in frühen Entwicklungsphasen untersucht und bewertet.
Welche Kunststoffe verarbeitet werden können
Im Schaumspritzguss lassen sich zahlreiche thermoplastische Kunststoffe einsetzen. Dazu gehören beispielsweise:
- Polypropylen (PP),
- ABS,
- Polycarbonat (PC),
- Polyamid (PA),
- verschiedene technische Kunststoffmischungen.
Welcher Werkstoff verwendet wird, richtet sich nach den mechanischen Anforderungen, den Einsatzbedingungen und der gewünschten Bauteilgeometrie. Deshalb wird die Materialauswahl bereits in einer frühen Entwicklungsphase berücksichtigt, um das Zusammenspiel zwischen Werkstoff und Fertigungsprozess bewerten zu können.
Fazit
Der Materialverbrauch gehört zu den wichtigsten Einflussfaktoren bei der Herstellung von Kunststoffteilen. Verfahren aus dem Bereich des Schaumspritzgusses können dazu beitragen, Gewicht und Rohstoffverbrauch zu verringern.
Ob sich der Einsatz wirtschaftlich lohnt, hängt jedoch von mehreren Faktoren ab. Produktionsvolumen, Bauteilgeometrie und Materialeigenschaften sollten stets gemeinsam betrachtet werden.
Vor allem bei Serienbauteilen mit hohen Stückzahlen kann eine frühzeitige technische Bewertung dabei helfen, mögliche Einsparpotenziale realistisch einzuschätzen und die Auswirkungen auf den späteren Produktionsprozess besser zu beurteilen.
