Für das Schwerpunktthema LED-Technik (Leuchtdioden) berichtete Dr. Christina Keith von Osram Opto Semiconductors über die aktuellen Trends auf diesem Gebiet. Kunststoffe werden zum Bau von LED‘s in vielfältiger Weise eingesetzt. Werkstofflich gesehen seien jedoch keineswegs alle Schwierigkeiten gelöst, berichtete die Referentin. Ein wichtiger Grund dafür sei die Wärmeentwicklung beziehungsweise Wärmedichte an den nahezu punktförmigen Lichtquellen, auch wenn deren Wirkungsgrad mit rund 30% im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln verhältnismäßig groß sei. Am LED-Chip treten Temperaturen von 100 bis 150°C auf, und das bei einer Lebensdauer von zirka 20.000 Stunden. Dadurch komme es im Lauf der Zeit zu einer unerwünschten Bräunung am umgebenden Kunststoff, sowohl bei Thermoplasten als auch Vergussharzen, erklärte Keith. Zudem müsse der Kunststoff bei der LED-Herstellung kurzzeitig einen Lötprozess mit einer Temperatur von 260°C überstehen. Diese hohen Anforderungen schränkten die Materialauswahl weiter ein, sagte Keith, und deshalb sei man noch immer auf der Suche nach besseren und kostengünstigeren, transparenten Thermoplasten, die vor allem für die Verarbeitung im Spritzguss geeignet seien. Mit Silikonen gebe es diese Bräunungen zwar nicht, erläuterte die Referentin, aber dieses Material müsse vergossen werden. Auch bei den Linsen-Kunststoffen für LED-Lampen komme es zu Alterungsprozessen, die im Lauf der Zeit zu einer Verfärbung und Eintrübung des Materials führten. Auch hier werde noch nach stabileren Lösungen gesucht.
Von einer anderen Seite beleuchte Tobias Wiebel von Barlog Plastics die LED-Thematik. Er wies zunächst darauf hin, dass heute rund 20% des Weltenergieverbrauchs zur Erzeugung von Licht verbraucht werden. „Damit eröffnet sich ein riesiges Einsparpotential“, sagte Wiebel. Die Anwendungen von LED’s seien in nahezu alle Bereiche vorgedrungen. In neueren Autos seien heute bereits mehrere hundert LED’s verbaut. Der Einsatz von Kunststoffen, so Wiebel, sei in der LED-Technik weit verbreitet: rund um den LED-Chip als Reflektorgehäuse und Vergussmasse, zur Lichtlenkung als Linsen, Lichtleiter und Kollimatoren, bei der Stromversorgung der LED‘s als Isolatoren und als elektrisch leitende Kunststoffe und letztendlich als Gehäuse und Abdeckung der gesamten Leuchte. Wiebel wies ebenfalls auf das Problem mit der Wärmeentwicklung der LED’s hin, denn eine zu hohe Temperatur des Chips vermindere sowohl die Lebensdauer der LED’s als auch die abgestrahlte Lichtmenge. Somit müsse der Kunststoff die Aufgabe erfüllen, die Wärme vom LED-Chip abzuleiten, wofür bereits eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit ausreichend sein kann. Die thermische Leitfähigkeit werde durch entsprechende Füllstoffe im Kunststoff erzielt. Auch organische LED‘s (OLED‘s) seien inzwischen als kommerzielle Produkte zur Beleuchtung erhältlich und werden „mit fortschreitender Entwicklung immer mehr Anwendungsgebiete erobern“. Hemmnisse dafür seien der derzeit noch „hohe Preis, die begrenzte Lebensdauer und Effizienz“ der OLED‘s.
Klaus-Jürgen Steffner von der EMS-Grivory gab einen Überblick über die Einsatzgebiete von Spezialpolyamiden in der Beleuchtungstechnik, und stellte dabei zahlreiche Beispiele vor, die mit den Werkstoffen des Polyamid-Herstellers verwirklicht wurden. Darunter auch einige Anwendungen mit LED‘s: mit dem Werkstoff Grivory HT für ein LED-Reflektorgehäuse sowie Grilamid TR-Werkstoffe als Linsen- oder Gehäusematerialien. Als Zielsetzung für die Materialentwicklung für LED-Anwendungen nannte Steffner die Verbesserung der Wärmealterungsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe.
Die Materialschonende Verarbeitung von Thermoplasten zur Herstellung dekorativer Bauteile für die Fahrzeugbeleuchtung mittels Direktanspritzung war die Thematik des Heißkanalherstellers Synventive. Der Referent Klaus Schönberger zeigte zuerst häufige Fehlerquellen am Heißkanalsystem für mangelnde Bauteilqualität auf und stellte Lösungen vor, wie diese vermieden werden können. Dann berichtete er über eine Reihe von Heißkanalsystemen im Zusammenhang mit LED-Beleuchtungen für Auto- Scheinwerfer und -Rückleuchten, die das Unternehmen in jüngster Zeit realisiert hatte.
Metallersatz-Award für Kunststoffschrauben
Mit der Verleihung des Metallersatz-Awards rückte Peter Barlog, Geschäftsführer Barlog plastics, eine der gut gepflegten Kernkompetenzen seines Unternehmens ins Rampenlicht. Der Preis wird nach einem durchdachten Punktesystem für das innovativste Kundenprojekt des Jahres von Barlog verliehen. Diese Auszeichnung für das Jahr 2010 ging an den Schraubenhersteller Ejot aus Bad Berleburg für die Entwicklung einer Schraube aus einem glasfaserverstärktem Polyamid (Grivory HTV- 5H1). Wie Jürgen Behle, Prokurist von Ejot bei der Preisverleihung erklärte, war der Leichtbau der treibende Gedanke dieser Entwicklung. Mit dieser Schraube können, so Behle, unverstärkte, weiche thermoplastische Bauteile aus ABS, PP oder Polyamid gewindeformend verschraubt werden. Dabei betrage die Gewichtsersparnis etwa 80% gegenüber herkömmlichen Stahlschrauben. Zwar erreiche die Kunststoffschraube nicht die Festigkeit einer Stahlschraube, aber das sei in vielen Fällen nicht erforderlich, sagte Behle. Der Grund: Weil die Festigkeit einer Schraubverbindung auch durch die Schraubmutter des Bauteils begrenzt sei, müsse die Schraube selbst eigentlich nur diese Festigkeit erreichen. Und in vielen Fällen seien die Muttergewinde schwächer als die Kunststoffschraube, also eine Kunststoffschraube ausreichend. Für diese Fälle, so rechnet Behle, sei die Kunststoffschraube eine echte Alternative zur Stahlschraube. Zwar sei die Kunststoffschraube knapp doppelt so teuer wie eine Stahlschraube, aber mit der erzielbaren Gewichtsreduzierung vor allem für den Automobilbau eine sehr interessante Sache. Wie Behle erklärte, würden diese Kunststoffschrauben derzeit bei mehreren Automobilherstellern getestet.
Leichtere Bauteile mit verschiedenen Verfahren
Lange Fasern erhöhen die Bruchspannung und die Wärmeformbeständigkeit von Thermoplasten ganz erheblich und bieten somit ein großes Potential, metallische Werkstoffe im Druckguss zu ersetzen. Diese Kernaussage erläuterte Horst Heckel von EMS-Grivory sehr detailliert. Speziell kohlenstofffaserverstärkte Thermoplaste zeigten eine bis zu 50% erhöhte Festigkeit.
Einen gänzlich anderen Weg zur Gewichtsreduzierung von Kunststoff-Bauteilen zeigte Dieter Kremer von Wittmann-Battenfeld auf: Das Thermoplastschaumspritzgießen (TSG) mit chemischen und physikalischen Treibmitteln. Speziell das von Battenfeld entwickelte Cellmould-Verfahren sei in vielen Anwendungen erprobt und biete nicht nur den Vorteil der Gewichtsreduzierung, sondern auch Materialeinsparung, Verbesserung der Bauteilqualität und kostenwirksame Vorteile durch den Herstellungsprozess.
Einen ähnlichen Weg zur Gewichtsreduzierung bietet das Mucell-Verfahren, das Michael Sanin vom plastec Kunststofftechnikum Oberberg näher erläuterte. Plastec betreut die Mucell-Projekte in Europa in Kooperation mit dem Verfahrensgeber, der Firma Trexel in den USA. Auch mit diesem Verfahren wird ein Thermoplast geschäumt. Als Beispiel erläuterte der Referent unter anderem eine folienhinterspritzte Brüstung und folienhinterspritzte Abdeckungen mit Design-Oberflächen.
