Effiziente Leichtbaulösungen durch Schaumspritzgießen

Die Anforderungen an moderne Kunststoffbauteile steigen stetig: Neben mechanischer Stabilität stehen vor allem Nachhaltigkeit und Effizienz im Fokus. Eine Lösung für diese Herausforderungen bietet das Schaumspritzgießen, das sich beim Fertigen von Batteriezellabdeckungen bei Hesco in Luckenwalde bewährt hat.

Cellmould, ein von Wittmann Battenfeld entwickeltes Schaumspritzgießverfahren, nutzt physikalisches Schäumen mit superkritischem Stickstoff. Dieser wird in die Kunststoffschmelze eingebracht und erzeugt beim Einspritzen in das Werkzeug durch Druckentlastung eine feine Schaumstruktur. Die notwendige Technologie kann vollständig in die Spritzgießmaschine integriert werden, was eine einfache Bedienung und hohe Prozesssicherheit gewährleistet.

Die beim Kunststoffverarbeiter in Luckenwalde hergestellte Batteriezellabdeckung ist ein hochkomplexes Bauteil mit einer Größe von circa 60 × 40 cm, einem Gewicht von 250 g, einer Wanddicke von lediglich 1,5 mm und vielen Durchbrüchen, unter denen die Einzelzellen liegen. Die Abdeckung ist Teil des Zellkontaktiersystems von Elektrofahrzeugen und dient als Montageboard für die Verbindung und Überwachung der einzelnen Batteriezellen. Durch den Einsatz des Verfahrens können, wie von Dr. Felix Reiche, Geschäftsführer Hesco, beschrieben, folgende Verbesserungen erzielt werden:

•    Leichtbau und Materialeinsparung: Gegenüber herkömmlichen Verfahren können bei einer Jahresproduktion von 3,5 Mio. Teilen mehrere Tonnen Material eingespart werden, denn die Abdeckung wurde durch das Schäumen 12 g leichter. Das Verwenden von Stickstoff ermöglicht es, weniger Kunststoff einzusetzen und die Stabilität zu erhöhen.
•    Mechanische Eigenschaften: Die geschäumte Struktur erhöht die Steifigkeit des Bauteils deutlich. Im Vergleich zu kompakt gespritzten Teilen zeigt sich eine geringere Verformung sowie eine verbesserte Maß-haltigkeit. Diese Eigenschaften sind entscheidend, um die Funktionalität der Batteriezellabdeckung sicherzustellen.
•    CO2-Reduktion: Die Materialeinsparungen wirken sich positiv auf den CO2-Fußabdruck aus. Zusätzlich reduziert der Prozess den Energieverbrauch, da geringere Schließkräfte erforderlich sind und der Nachdruck entfällt. Der Einsatz von Cellmould ermöglichte es zudem, kleinere Spritzgießmaschinen zu verwenden, was weitere Energieeinsparungen bewirkt.

Das Thema Nachhaltigkeit ist ein wesentlicher Treiber für die Weiterentwicklung des Schaumspritzgießens. Neben der Reduktion von Material und Energie werden zunehmend biobasierte Kunststoffe und Rezyklate getestet. Dr. Felix Reiche betont die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAP, um biobasierte Materialien in Kombination mit physikalischem Schäumen weiterzuentwickeln. Erste Tests zeigen vielversprechende Ergebnisse, auch wenn die mechanischen Eigenschaften noch optimiert werden müssen.

Ein weiteres Zukunftspotenzial liegt in der Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten, wie Andreas Schramm, Geschäftsführer Wittmann Deutschland, ausführt. Neben der Automobilindustrie werden physikalisch geschäumte Bauteile in der Elektronikindustrie, im Maschinenbau und im Lebensmitteleinzelhandel eingesetzt. Besonders interessant ist dabei die Kombination aus Leichtbau und hoher Maßhaltigkeit, beispielsweise bei Abdeckungen und Halteplatten.

Trotz der Fortschritte bleibt die Beherrschbarkeit des Serienprozesses eine zentrale Herausforderung. Eine einfache Bedienbarkeit und Prozessüberwachung sind Schlüsselfaktoren für eine erfolgreiche Implementierung. Zukünftig könnten digitale Assistenzsysteme und KI-basierte Optimierungen die Stabilität und Effizienz weiter steigern.

Dr. Reiche und Andreas Schramm sind sich einig, dass das Cellmould-Verfahren durch seine Vielseitigkeit und Nachhaltigkeit einen wichtigen Beitrag zur Zukunft der Kunststoffverarbeitung leisten wird. Insbesondere im Bereich der Elektromobilität, wo Leichtbau und CO2-Reduktion eine Schlüsselrolle spielen, wird diese Technologie eine zentrale Position einnehmen.

Quelle: Wittmann Battenfeld