Partikelschaum und Thermoplast - das beste aus beiden Welten

In Zeiten der Elektromobilität ist das Gewicht eines Produktes von entscheidender Bedeutung. Das gilt insbesondere für Kunststoffe. Für diese Gewichtsreduktion gibt es zwei unterschiedliche Vorgehensweisen. Zum einen gibt es konstruktive Möglichkeiten, indem man die Wandstärke von Kunststoffteilen beispielsweise von 4 mm auf 3,5 bis 3 mm reduziert. Zum anderen können physikalische oder chemische Aufschäumverfahren genutzt werden, mit denen thermoplastische Komponenten um 10 bis 20 Prozent leichter werden. Mehr Gewichtseinsparung ist hier jedoch nicht mehr möglich.

Dies liegt auch an den Kunststoffen, die traditionell im Automobil-Leichtbau eingesetzt werden: Thermoplaste verfügen über funktionale Oberflächen, an denen weitere Bauteile problemlos montiert oder befestigt werden können, weisen gleichzeitig aber relativ hohe Raumgewichte auf.

Anders bei Partikelschäumen wie expandiertem Polypropylen (EPP), das viel Luft enthält: Hier entstehen Teile mit einem Raumgewicht von 60 bis 80 g/l, während das gleiche Bauteil aus normalem Polypropylen (PP) fast 900 g/l schwer wäre. Somit liegt die erzielbare Gewichtsreduktion im Vergleich zum Thermoplast bei 90 Prozent. Partikelschäume weisen zudem viele weitere positive Eigenschaften auf, darunter eine sehr gute Wärmedämmung und Energieabsorption, die sie beispielsweise im Bereich des Aufprallschutzes interessant machen. Lange konnten aus expandiertem Polystyrol (EPS), EPP und anderen Schäumen jedoch nur Fassadenplatten, Verpackungsartikel oder im Automotive-Bereich Bauteile von Stoßfängern (Prallschutz) hergestellt werden. Der Grund ist, dass diese Werkstoffe einen entscheidenden Nachteil aufweisen: Sie verfügen über eine unansehnliche porige Oberfläche, an der aufgrund des 90-prozentigen Luftanteils im Material auch nichts befestigt werden kann. Daher wird der Werkstoff im Automobil-Leichtbau bisher kaum als Alternative zu Thermoplasten wahrgenommen.

Besonders in der Automobilindustrie wird immer wieder nach neuen Produktionsmöglichkeiten für leichtere Bauteile aus Kunststoffen gesucht. Bisherige Experimente zur Gewichtsreduktion durch Aufschäumverfahren von Polymeren scheiterten allerdings, da die entstandenen grobkörnigen Oberflächen den optischen Anforderungen der Hersteller und Endkunden nicht gerecht wurden. Außerdem ließen sich diese Komponenten aus Partikelschaum nur schwer einbauen, denn aufgrund der porösen Materialstruktur konnten keine zuverlässigen Halterungen für die Fixierung anderer Bauteile angebracht werden. Daher hat die Heinze Gruppe mit den K-Fix®-Produkten ein standardisiertes Montage- und Befestigungssystem für Partikelschaum-Komponenten entwickelt. Diese Elemente werden von expandiertem Polypropylen (EPP) umschäumt und gehen eine untrennbare Verbindung mit dem Bauteil ein. So lassen sich bis zu 20 Prozent Gewicht gegenüber herkömmlichen Kunststoffkomponenten einsparen. Außerdem weisen K-Fix®-Produkte eine gute Dämmwirkung auf und hält selbst starken Vibrationen stand.

Zum Beispiel in Schaum schrauben …!

Bei Metallkomponenten ist eine Befestigung anderer Bauteile aufwendig und kostenintensiv, da üblicherweise erst Gewinde oder Muttern eingeschweißt werden müssen. Bei Kunststoff hingegen lassen sich diese Elemente direkt bei der Produktion einspritzen, weswegen zahlreiche Funktionsteile in der Automobilindustrie immer häufiger auf Basis solcher Polymere hergestellt werden. Komponenten aus Partikelschäumen gehören dabei zwar zu den leichtesten Varianten, allerdings war hier die Montage zusätzlicher Elemente durch die kugelförmigen Poren bisher nur eingeschränkt möglich. Durch das überwiegend durch Krallmann entwickelte Partikelschaum-Verbund-Spritzgießverfahren (PVSG) ist das allerdings kein Thema mehr. In dem Verfahren wird thermoplastischer Kunststoff mit EPP-Partikelschaum umschäumt, wodurch ein stoffschlüssiges Mehrkomponentenbauteil entsteht. Dieses Element lässt sich zuverlässig befestigen und ist gleichzeitig bis zu 20 Prozent leichter als herkömmliche Kunststoffbauteile.

Das Partikelschaum-Verbund-Spritzgießverfahren in besten Händen

„Die Magie von K-Fix®

Zur Herstellung von K-Fix® verwendet die Heinze Gruppe eine speziell entwickelte Fertigungszelle mit einer Spritzgießmaschine, einer Schäumanlage, einem Sechs-Achs-Roboter und einem für das Partikelschaum-Verbund-Spritzgießverfahren optimierten Werkzeug.

Zunächst wird das Formteil aus EPP geschäumt und durch den Roboter in das Spritzgießwerkzeug eingelegt. Im nächsten Schritt wird die Halterung des K-Fix®-Befestigungselements stoffschlüssig angespritzt. Während dieses Prozesses wird außerdem die Oberfläche des Einlegeteils aufgeschmolzen, wodurch beide Komponenten untrennbar zusammengeführt werden. Diese K-Fix®-Teile mit stoffschlüssiger Verbindung lassen sich überall anbringen und widerstehen selbst hohen Belastungen sowie starken Vibrationen.

Individuell positionierbare
Leichtbaukomponenten

Auf Basis der langjährigen Praxiserfahrung der Heinze Gruppe in der Entwicklung von Komponenten für den Leichtbau haben die Kunststoffexperten einen Design-Katalog mit unterschiedlichen Ausführungen von K-Fix® erstellt, die üblicherweise benötigt werden. Als Lohnfertiger stehen wir unseren Kunden aber auch bei Sonderwünschen zur Seite. Dafür bieten wir im Vorfeld eine umfassende Beratung an. So sind beispielsweise auch individuelle Anpassungen und Positionierungen der K-Fix®-Elemente bei Bedarf jederzeit möglich.

Bauteil
aus Partikelschaum
Bauteil
aus Thermoplast
PVSG-Bauteil
Das Beste aus beiden Welten
Geringes Raumgewicht Relativ hohes Raumgewicht Geringes Raumgewicht
Hohe Absorption von Energie Geringe Absorption von Energie Hohe Absorption von Energie
Hohe Wärmedämmung Mäßige Wärmedämmung Hohe Wärmedämmung
Eingeschränkte Oberfläche Funktionale Oberflächen Funktionale Oberflächen
Eingeschränkte Montagemöglichkeit Vielfältige Montagemöglichkeiten Vielfältige Montagemöglichkeiten