Mit Leichtigkeit für Antrieb sorgen

Die Anforderungen an Bauteile im Bereich der Mobilität sind hoch, da sie steigende Effizienz und Sicherheit bei gleichzeitig sinkenden Herstellungskosten gewährleisten müssen. Dabei bieten sich Formteile aus Partikelschaum – im Vergleich zu bekannten Spritzgussbauteilen – aufgrund ihrer Leichtbau-Eigenschaften, sowie des reduzierten Materialeinsatzes, besonders an. Der Formteilhersteller WSVK arbeitet dabei nicht nur mit etablierten Materialien wie expandiertes Polypropylen (EPP), sondern auch mit neuen Schäumen wie modifiziertes Polyphenylenether (mPPE) oder auch expandiertes Polyamid (EPA). Marcus Schmiedeck, Geschäftsführer von WSVK, erklärt: „Als Produzent für verschiedenste Branchen bieten wir individuelle und optimal abgestimmte Lösungen. Dabei gehen wir materialoffen an neue Projekte heran, um einen passenden Partikelschaum für unsere Kunden zu finden, welcher sich für das Einsatzgebiet des Formteils eignet, als auch die Funktion selbst unterstützt.“
Bisher hat sich der Einsatz von Partikelschaum Bereich der Mobilität vorwiegend auf Ladungsträger (beispielsweise für lackierte und empfindliche Bauteile), Crashpads, Sitzrampen und vieles mehr konzentriert. Fertigungsbedingt stellten Formteile mit Wandstärken von kleiner 8 mm eine besondere Hürde dar, was den Anwendungsbereich dadurch einschränkte. Mit dem Erscheinen von neuen Materialien hat das Unternehmen sich der Herausforderung gestellt, technische Möglichkeiten zu erschließen und Grenzbereiche neu zu definieren, um die Einsatzbereiche von Partikelschaum zu erweitern. Durch ein diversifiziertes Netzwerk von Rohstoffproduzenten sowie Partnern, mit umfangreichem Know-how im klassischen Werkzeugbau, Herstellen von 3D-Druck-Werkzeugen als auch Variothermen-Formenbau, werden kontinuierlich neue Lösungsansätze entwickelt.

Die Materialen, EPA und mPPE, verfügen über zusätzliche und bemerkenswerte Eigenschaften, wodurch diese sich unter anderem für Einsatzbereiche im Batteriesektor qualifizieren. Daher wurden aus diesen Schäumen bereits Formteile, Bauteile und Module entwickelt, die sich im Serieneinsatz bei verschiedenen OEMs befinden. So wird bereits ein Zellhalter aus EPA hergestellt, der Batterien in Lage fixiert. Solche Zellhalter sind entscheidend für die Stabilität des Batteriesystems in Elektrofahrzeugen. Als tragende Elemente fixieren sie nicht nur die Batterie fest im Modul, sondern tragen auch dazu bei, die strukturelle Integrität des gesamten Batteriesystems zu gewährleisten. Aufgrund der Sensibilität von Batterien ist eine gute Befestigung sowie hohe Packdichte relevant, um die maximale Energiedichte bei hoher Sicherheit zu gewährleisten.

Für das Realisieren geringer Abstände zwischen den Batteriezellen benötigt es dünne Wandstärken. Dadurch, dass EPA sowie mPPE über eine feine Granulatgröße verfügen, konnte WSVK mit diesen Partikelschäumen auch Wandstärken von unter 2 mm herstellen. Für diese spezielle Auslegung im Grenzbereich ist nicht nur die Wahl des Rohmaterials von Bedeutung, sondern auch die ideale Kombination mit einem geeigneten Werkzeugkonzept. Dies bildet die Grundlage für eine präzise Prozessführung, die es ermöglicht, solche Formteile sicher und werkzeugfallend herzustellen.

Oftmals wird eine Isolation respektive Kühlung der einzelnen Batteriezellen gefordert. Anhand präziser Spaltgeometrien kann die Anlagefläche so definiert werden, dass zwischen den Batteriezellen und der Lochgeometrie des Zellhalters ein Medium (beispielsweise Luft oder Öl) strömen kann. Dadurch lässt sich eine wirkungsvolle Temperierung realisieren, insofern die richtige Kombination von Kunststoff und Medium gewählt wurde.
Ein weiteres Kriterium ist die Brandbeständigkeit bei Kunststoffen. Diese ist bei Schäumen üblicherweise gering, konnte jedoch für einen speziellen Typ von mPPE so modifiziert werden, dass dieser die Brandklasse V0 erreicht. Hinzu kommt, dass die geringe Dichte von Partikelschaum im Vergleich zu herkömmlichen Spritzgussbauteilen bedeutende Vorteile für die Gesamtmasse des Fahrzeugs bietet. Dabei führt die Gewichtsreduzierung zu einer verbesserten Energieeffizienz und erhöhten Reichweite. Einerseits lassen sich dadurch die Betriebskosten senken und andererseits die Umweltauswirkungen des Fahrzeugs verringern. Somit trägt der Einsatz von Partikelschaum im Mobility Sektor zu seiner Gesamteffizienz und Umweltfreundlichkeit bei. WSVK realisiert daher Bauteile, die nicht nur bisherige Anforderungen erfüllen, sondern diese in Teilbereichen ebenfalls neu definieren. Dabei bietet der werkzeugfallende Herstellungsprozess eine kostenoptimierte Serienlösung.

Partikelschaum besteht aufgrund des Expansionsprozesses zum Großteil aus Luft, was nicht nur zu einer geringen Masse führt, sondern auch zu einem reduzierten Rohstoffverbrauch, da Formteildichten von 400 g/l bis deutlich unter 100 g/l je nach Anwendung gewählt werden können. Ein weiterer Aspekt bei der Auswahl des richtigen Materials ist die Recyclingfähigkeit am Ende des Produktlebenszyklus. Diese gestaltet sich bei Partikelschaum in aller Regel als sehr einfach, da bereits bei der Herstellung auf chemische Vernetzung, Verklebungen, oder Ähnliches verzichtet werden kann. Die Verbindungen zwischen den Kunststoffkügelchen entstehen durch ein simples Verschweißen an deren Oberfläche, welches durch Wärmeeintrag mittels Wasserdampfes erzeugt wird.

Um diesen Prozessschritt so effizient wie möglich abbilden zu können, bilden neue Wege im Werkzeugbau eine weitere Grundlage für eine optimale Anwenderlösung. Dabei kommen unter anderem auch 3D-Druck-Einsätze aus Kunststoff oder Metall zum Einsatz. Dadurch wird die passive Masse deutlich reduziert, was sich auf den Fertigungsprozess hinsichtlich Präzision und Verbrauch auswirkt. Die gewonnen Erfahrungen mit neuen Partikelschäumen tragen zudem auch zur Verbesserung des Herstellungsprozesses von Formteilen aus etablierten Materialen bei. Somit konnten etwa spezielle Werkzeugkonzepte auch erfolgreich bei EPP-Formteilen zum Einsatz kommen.

Den Einblick den WSVK durch verschiedenste Projekte in unterschiedlichsten Branchen und Einsatzfelder erhalten hat, lässt das Entwicklungspotenzial der expandierten Materialien nur erahnen. Dabei hat jeder Sektor andere Anforderungen an die Bauteile selbst. Ob lebensmittelecht, brandbeständig oder flexibel – Partikelschäume können in ihrer Vielfalt und Komplexität unterschiedlichste Anwendungsbereiche abdecken. Für eine kontinuierliche Entwicklung des Verfahrens und dem Entdecken neuer Potenziale in den Materialen, begleitet der Formteilhersteller stetig neue Projekte, die sich innerhalb aber auch an den Grenzen der Partikelschaumverarbeitung bewegen. Dabei steht vor allem die Offenheit gegenüber den unterschiedlichsten Rohstoffen im Fokus. Somit bietet dieses Feld in bestehenden, aber auch neuen Bereichen ein enormes Wachstumspotenzial.

Quelle: WSVK