Dezember 2023

Innovation im Spritzguss: Pollmann definiert chemisches Schäumen neu

Wenn es um technische Bauteile geht, traut die Branche dem chemischen Schäumen zu wenig zu. Wir haben jedoch frühzeitig das Potenzial dieser Technologie erkannt und setzen es erfolgreich ein.

Allgemein

Pollmann geht bei neuen Kunststoffverarbeitungstechnologien nicht einfach mit, wir nehmen eine konsequente Vorreiterrolle ein. Vorreiter waren wir im Jahr 2008, als wir als eines der ersten Unternehmen das Verfahren des physikalischen Schäumens (MuCell®) für die Produktion von Türschloss-Anwendungen, später sogar mit integrierten Leiterbahnen und Dichtheitsanforderungen, eingeführt haben. Und Vorreiter sind wir auch jetzt, beim chemischen Schäumen derartiger technischer Bauteile.

Bei diesen Sonderverfahren des Spritzgießens wird der thermoplastische Kunststoff in der Kavität aufgeschäumt, so vergrößert sich das Volumen. Beim physikalischen Schäumen wird dieser Prozess durch das Einbringen von Gas in die Schmelze gestartet. Dafür ist besonderes Equipment, eine aufwendige Umrüstung der Anlagen, aber auch speziell ausgebildetes Fachpersonal erforderlich.

Das chemische Schäumen hingegen ist unkomplizierter und kostengünstiger zu implementieren, da das Treibmittel dem Ausgangsmaterial – in unserem Fall Polypropylen – einfach als Granulat beigegeben wird. Durch das anschließende Plastifizieren wird es aufgeschmolzen und setzt eine chemische Reaktion in Gang, wodurch es expandiert, also auf einfacherem Weg den gleichen Effekt wie beim physikalischen Schäumen erzielt.

Schliffbild eines geschäumten Bauteils

Chemisches Schäumen erobert komplexe Anwendungen

Das Verfahren des chemischen Schäumens an sich ist nicht neu, unsere Anwendung aber ist innovativ. Immerhin ist diese Technologie im Automotive-Sektor in den meisten Köpfen hartnäckig mit groben, überwiegend dickwandigen Elementen wie etwa Hutablagen verknüpft. Nicht mit technischen Bauteilen wie Türschloss-Anwendungen. Doch: „In den letzten Jahren haben sich die Treibmittel kontinuierlich weiterentwickelt, wodurch die Prozessstabilität extrem gestiegen ist“, erklärt Andreas Greulberger, Head of Innovation & Design bei Pollmann International. Und wir bei Pollmann haben das Potenzial dieser Entwicklung frühzeitig erkannt.

„Unsere vielen Versuchsreihen über mehrere Jahre haben eindrücklich gezeigt, dass wir alle Vorteile des physikalischen Schäumens auch mit dem chemischen Schäumen erreichen. Außerdem fallen die Gewichtsschwankungen geringer aus und wir erzielen eine schönere Oberfläche“, erklärt Roman Schmidt, Leiter der Anwendungstechnik bei Pollmann Austria.

Chemisch geschäumte Bauteile (links) überzeugen im Vergleich zu physikalisch geschäumten Teilen (rechts) mit einer ästhetisch ansprechenderen Oberfläche.

Chemisches löst physikalisches Schäumen ab

Dass das physikalische Schäumen mit großen Investitionen verbunden ist, auf dafür umgerüsteten Anlagen nicht länger kompakt gespritzt werden kann, die Wartungsanfälligkeit hoch und die Ersatzteilversorgung nicht sicher ist, machen das chemische Schäumen für Pollmann zur bevorzugten und zukunftsträchtigeren Methode. Daher haben wir den Entschluss gefasst, Neuprojekte nur noch chemisch zu schäumen. Auch bestehende Projekte werden vereinzelt umgestellt. „Das physikalische Schäumen hatte seine Berechtigung, wir waren damit sehr erfolgreich. Doch wir sehen, dass uns das chemische Schäumen mehr Sicherheit bietet, daher war es an der Zeit, diesen Schritt zu gehen“, so Schmidt.

Wirtschaftlicher, effizienter, nachhaltiger

Doch wo liegen nun eigentlich die Vorteile des Schaumspritzgießens gegenüber dem Kompaktspritzgießen? Wirtschaftlichkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit, das sind die wichtigsten Schlagworte. Denn durch die um bis zu 30% geringere erforderliche Schließkraft, kann auf erheblich kleineren Anlagen produziert werden. Schmelz- und Werkzeugtemperaturen sind niedriger und aus dem Wegfall der Nachdruckphase resultieren um bis zu 15% kürzere Zykluszeiten. Da ein Teil des Kunststoffes durch Gas ersetzt wird, sinkt außerdem der Materialverbrauch um bis zu 10%.

Die genannten Vorteile verringern den Platz-, Strom- und Kunststoffbedarf, was Ressourcen schont und Kosten senkt. „Ich sage immer, wenn Geld keine Rolle spielt, kann man derartige Türschloss-Anwendungen auch kompakt spritzen“, schmunzelt Andreas Greulberger, der weiß, dass viele Kunden erst überzeugt werden müssen. Vor allem dem chemischen Schäumen schlägt noch Skepsis entgegen, zu unbekannt ist der technologische Fortschritt.

Doch nicht nur der Herstellungsprozess, auch die Bauteile selbst profitieren vom Schäumen: Geschäumte Teile sind leichter, zudem maßhaltiger. Das Ausschäumen sorgt für einen homogenen Innendruck in der Kavität, wodurch der Verzug signifikant reduziert wird. Die gewichtsbezogene Steifigkeit kann bei gewissen Schäumgraden erhöht werden, Einfallstellen werden eliminiert und die Haftung von Vergussmassen wird verbessert. Dass es bei der mechanischen Festigkeit Einbußen gibt, lässt sich gut durch die Bauteilgeometrie kompensieren.