Spritzguss und Partikelschäumen kombinieren

Oftmals wünschen sich die Kunden mehr Auswahl in der Farbgestaltung, der Homogenität und der Schüttdichtenverteilung, um genauere Ergebnisse zu erhalten. (Bildquelle: T. Michel Formenbau)

Zurzeit sind EPS und EPP die gängigen Kunststoffe zum Aufschäumen. Allerdings sieht die derzeitige Marktentwicklung, vor allem in Bezug auf die Oberflächenerscheinung, UV- und Temperaturbeständigkeit, Potenziale bei Kunststoffen wie ETPU/expandierenden Copolymerschäumen aus PS und PE/EABS. Der Trend Kunststoffsorten aufzuschäumen und die Eigenschaften der Material Beads anzupassen, ermöglicht dabei für Kunststoffverarbeiter zusätzliche Anwendungsoptionen und verdrängt bewährte Produktlösungen. Um eine reproduzierbare Serienfertigung zu ermöglichen, ist es notwendig die Verfahren an die Partikel-Schaumstoffe anzupassen. Auch die von der Industrie gewünschten Farbeigenschaften bei Partikelschäumen sind wichtig und stellen Anforderungen an die Rohstoffhersteller. Oftmals wünschen sich die Kunden mehr Auswahl in der Farbgestaltung, der Homogenität und der Schüttdichtenverteilung, um genauere Ergebnisse zu erhalten.

Partikelschaumteile in einem Schuss produzieren

Spritzguss und Partikelschäumen kombinieren

Während der Entwicklungsphase des Schaumartikels lassen sich Fragen bezüglich des Schäummaterials und der Oberflächenstruktur besprechen. (Bildquelle: T. Michel Formenbau)

Dagegen ist neben der Farbgestaltung die Oberflächenbearbeitung von ­Schäum- und Spritzgusswerkzeugen für das Erzielen einer gewünschten ­Artikeloberfläche eine stark wachsende Technologie und wichtiger Punkt für viele Industriezweige. Die Kommunikation zwischen Kunde und Formenbauer ist dabei wichtig, denn bereits während der Entwicklungsphase des Schaumartikels lassen sich Fragen und Eckdaten besprechen und berücksichtigen: Welches Schäummaterial ist geeignet? Welche Oberflächenstruktur soll erzielt werden? Die Kunden profitieren dabei vom Wissen des Unternehmens T. Michel Formenbau, Lautert, hinsichtlich des Bearbeitens von Oberflächen zusammen mit dem Trennen und Befüllen von Werkzeugen, dem Geometrieoptimieren und den Auswerfern. Auch die visuelle Vorschau der Struktur vor dem Einarbeiten in das Werkzeug macht das Unternehmen möglich. Zudem bietet es Kombi-Fräs-Lasermaschinen, die Werkstücke mit einer maximalen Spannfläche von 2 x 1,8 x 1,2 m und einem Gewicht von bis zu 8 t mechanisch bearbeiten und mittels Laser – in einer Werkstück-Aufspannung – die Werkzeugoberfläche gestalten. Die bereits entwickelten Designoberflächen sind in einem Musterkatalog für Partikelschäume und Spritzgießen zusammengeführt, aber auch kunden­individuelle Texturen lassen sich einfach gestalten. Das 2000 gegründete Unternehmen hat sich spezialisiert auf die Produktion von Partikelschäum-Werkzeugen und deren Zubehör sowie die Prozessentwicklung und das Lasertexturieren. 45 Mitarbeiter arbeiten auf einer Produktionsfläche von 2.500 m², um die Technologien stetig weiterzuentwickeln.

Spritzguss und Partikelschäumen kombinieren

Bei Schäumen sind Softtouch-, Anti-Quietsch oder wasserdichte-Oberflächen
mit hochwertigen Texturen möglich. (Bildquelle: T. Michel Formenbau)

Darüber hinaus steht das Entwickeln von technischen Texturen mit Softtouch- oder Anti-Quietschoberflächen im Mittelpunkt bei T. Michel Formenbau. So hat das Unternehmen beispielsweise für die Anforderungen der Heizungs- und Verpackungsindustrie eine Textur entwickelt, die offenporige Partikelschaum-Oberflächen verschließt, um ein homogenes und wasserdichtes Oberflächenbild zu er­zeugen. Dadurch entfallen die Folienkaschierung und -einlagen oder Lackbeschichtungen. Produziert werden die Partikelschaum-Teile dabei in einem One-Shot-Verfahren.
Eine weitere Möglichkeit um eine hochwertige Oberfläche herzustellen, ist das Verhautungsprinzip. Hierbei überhitzt während des Schäumens ein Temperierverfahren die Werkzeug­innenfläche, wodurch die Partikelkörnchen kollabieren und in ihre Ursprungsmasse zurückschmelzen. So entsteht eine spritzgussähnliche Oberfläche, die mit dahinter liegendem Partikelschaum stoffschlüssig verbunden ist. Auch diese Bauteile lassen sich mittels One-Shot-Verfahren produzieren. Daneben dient das Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen (PVSG) unter anderem dem Produzieren von hochwertigen Oberflächen zusammen mit Partikelschäumen. So lassen sich Eigenschaften der Schäume mit den Vorteilen von Thermoplasten vereinen. Dabei entstehen in einem Schritt funktionelle Leichtbauteile, wie beispielsweise Interieur- und auch Exterieur-Bauteile für die Automobilindustrie. Normierte Befestigungselemente (K-Fix) lassen sich mit diesem Verfahren mediendicht und nachhaltig in Partikelschaum-Bauteile einbringen. Das ermöglicht zusätzliche Anwendungen und verbessert die Integration des Produkts in seine Umwelt.

 

Messen direkt im Prozess

Spritzguss und Partikelschäumen kombinieren

Die Messsonde MIC-Probe erfasst und analysiert Prozesswerte im Partikelschäum-Werkzeug, wie den Schauminnendruck bis 10 bar, die Schaum- sowie Kavitätstemperatur. (Bildquelle: T. Michel Formenbau)

Bei den genannten Verfahren erfasst und analysiert die unternehmenseigene Messsonde MIC-Probe (3 in 1), verschiedene Prozesswerte im Partikelschäum-Werkzeug, um eine gleichbleibende Artikelqualität bei Serienreihen zu ermöglichen. Sie misst Parameter wie den Schauminnendruck bis 10 bar, die Schaum- sowie Kavitätstemperatur und gibt diese Werte über einen digitalen Ausgang an einen Monitor oder das Steuerungstool der Produktionsmaschine weiter. Durch die Analyse der Daten lässt sich der laufende Produktionsprozess anpassen, um reproduzierbare Prozess- und Qualitätssicherung zu ermöglichen. Zudem sind die einzelnen Produktionsschritte live verfolgbar. Weitere Temperatur- und Drucksonden erfassen Messwerte direkt am Partikelschaum sowie in der Werkzeugkavität und nicht an der Maschinenseite, da die langen Strecken bis zum Messpunkt die Daten verfälschen können.

Spritzguss und Partikelschäumen kombinieren

Das Werkzeug-Kühlsystem FOG Jet senkt den Wasserverbrauch um bis zu 60 Prozent und
den Wartungsaufwand um etwa 90 Prozent. (Bildquelle: T. Michel Formenbau)

Das Kühlsystem eines Werkzeuges ist ebenfalls beim Stabilisieren und Schwinden des Produkts beteiligt. Das Kühlsystem FOG Jet von T. Michel Formenbau ermöglicht dabei ein effizientes Kühlen der Werkzeughälften. Der Wasserverbrauch sinkt um bis zu 60 Prozent und der Wartungsaufwand um 90 Prozent, da Anwender das Kühlsystem im montierten Zustand warten können.
Neben der Artikeloberfläche, dem Überwachen und Steuern sollten Anwender das Befüllen des Werkzeugs berücksichtigen. Beim Spritzgießen simuliert und konzipiert der Formenbauer die Einspritzpunkte und Parameter des Werkzeugs. Bei Partikelschäum-Werkzeugen hingegen fertigt oftmals ein Injektorenbauer die benötigten Füllpistolen zum Einbringen des Partikelschaums. Das jedoch mit eingeschränkter Kenntnis über das Rohmaterial, die Artikelgeometrie, die Werkzeugauslegung und die Produktionsmaschine. Ein Formenbauer entscheidet aufgrund der Erfahrung von jährlich etwa 400 verschiedener Füllproblematiken und einer Vielzahl an unterschiedlichen Injektorsystemen und –bauarten. Er beurteilt anhand des Schäummaterials, der Maschinenvoraussetzung, der Artikelgeometrie und -oberflächenstruktur, Werkzeug- sowie Entnahmetechnologie welcher Injektoren es bedarf. Ein Standard-Modell ist bei der Vielzahl der neuen Partikelschäume und Einbaumöglichkeiten nicht praktikabel. Um hier zusätzliche Rüstzeiten von bis zu 75 Prozent einzusparen, gibt es die Injektoren-Schnellwechselsysteme MIC-Quick-Lock. Dabei verbleibt die Injektorenhülse im Werkzeug und nur das Innenleben des Injektors wird gewechselt. Ein Dichtungssystem verlängert zudem die Standzeiten im Verschlusskolbenbereich der Injektoren, da es eine Reibdichtung ersetzt.

Halle/Stand 13/D39

Über den Autor

Thorsten Michel

ist Geschäftsführer ist bei T. Michel Formenbau in Lautert.