Duroplastverarbeitung Spritzgieß- und Pressverfahren profitieren von Duroplastteilen als Metallersatz

Autor / Redakteur: Paul Molter und Ursula Schröder / Josef-Martin Kraus

Die Verarbeitung duroplastischer Kunststoffe erlebt eine Renaissance, gerade in der Automobil- und Elektrobranche, wo die Werkstoffe aufgrund vorteilhafter Eigenschaften wie hohe mechanische Stabilität und Temperaturbeständigkeit, niedriges spezifisches Gewicht und elektrische Isolierwirkung es mit Metallen aufnehmen können. So sind spritzgegossene oder gepresste Duroplastteile insbesondere für elektrotechnische Anwendungen geeignet.

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Sie suchen für ein spezielles Bauteil – vielleicht mit geringen Wanddicken, in Kombination mit einer technisch anspruchsvollen Geometrie – einen Werkstoff, der stabil und kratzfest ist, der eine hohe Hitze- und Chemikalienresistenz hat und der aufgrund der Anwendung im elektrotechnischen Bereich nicht elektrisch leitfähig sein darf? Dann lohnt es sich, über den Einsatz von Duroplasten nachzudenken. Mit der entsprechenden Kompetenz lassen sich daraus komplexe Teile produzieren, die in jeder Mengenkategorie wirtschaftlich interessant sind.

Ein gutes Anwendungsbeispiel für Duroplaste sind die verschiedenen Varianten eines Rollenkörpers, der weltweit für den Antrieb in Zwirn- und Spinnmaschinen eingesetzt wird (Bild 1). Eine von Hand eingelegte Eingussbüchse wird dabei mit dem Duroplast Bakelite PF 31 umspritzt; danach wird das Teil eine bestimmte Zeit für optimale Maßhaltigkeit getempert und schließlich entgratet. Weil es sich dabei um spezielle Einbauteile mit einem relativ kleinen Lieferumfang handelt, würde sich das automatisierte Einlegen und Nachbearbeiten mit Handling-Robotern nicht rechnen. Dennoch kann der Spritzgießer Schroeder Kunststofftechnik im tschechischen Werk Ostrava die Rollenkörper aufgrund der jahrelangen Erfahrung zu wettbewerbsfähigen Preisen und in zuverlässiger Qualität produzieren.

Das geschieht zum Beispiel im Auftrag der HL Products Maschinenteile GmbH, Kirchheim/Teck, die auch die Einlegeteile herstellt und die Rollenkörper anschließend zu verkaufsfertigen Endprodukten montiert. Die Produkte kommen weltweit in Antrieben für Spinn- und Zwirnmaschinen zur Anwendung. Für diese Maschinen, die zum Teil mit über tausend Spindeln im Drei-Schicht-Betrieb arbeiten, sind die Duroplastrollen qualitativ die beste Wahl. So hat HL Products Maschinenteile über die Jahre hinweg wiederholt mit Werkstoffalternativen experimentiert, jedoch sei man immer wieder zum Duroplast zurückgekommen.

Zunehmende Produktion bei Bremsbacken aller Art

Auch die Bremsbacken-Paare, mit denen die einzelnen Spindeln der Spinn- und Zwirnmaschinen zum Nachfüllen oder Warten angehalten werden können, produziert die tschechische Tochterfirma Schroeder CZ aus dem Duroplast Bakelite PF 31 im Spritzgießverfahren (Bild 2). Weil Duroplast auch erhöhten Temperaturen standhält, ohne sich zu verformen, hat die Anwendung dieses Werkstoffs bei Bremsen aller Art in den vergangenen Jahren kontinuierlich zugenommen.

Im Gegensatz zu diesen begrenzten Mengen läuft die Produktion von Kohlebürstenhaltern für einen Staubsaugermotor der Firma Vorwerk in großen Stückzahlen. Rund 100 000 Stück pro Monat wurden in den vergangenen Jahren an den Hersteller der bekannten Haushaltsgeräte geliefert (Bild 3). Bei dieser Anwendung sollen die als Köcher bezeichneten Teile stabil und bruchsicher, aber auch nicht elektrisch leitend sein. Aufgrund dieser Eigenschaftskombination empfiehlt sich Duroplast – in diesem Fall der Werkstoff Vyncolit.

Drei Spritzgießmaschinen stehen bei Schroeder CZ für die Duroplastverarbeitung zur Verfügung: eine Spritzgießmaschine (320 D) des Maschinenherstellers Arburg und zwei Krauss-Maffei-Maschinen, von denen die größere Ausführung Spritzgießteile bis zu 295 g Schussgewicht produzieren kann. Dazu kommt noch eine Presserei, die insgesamt acht Maschinen (Hersteller Dieffenbacher, Viebahn und Bussmann) mit Schließkräften von 800 bis 5000 kN umfasst. Immer wieder wird das Pressverfahren mit dem Vorurteil konfrontiert, es sei technisch überholt und durch den hohen Anteil manueller Tätigkeiten nicht wirtschaftlich. Jedoch hat man bei Schroeder CZ ganz andere Erfahrungen gemacht: Es gibt einfach Fälle, da bietet sich das Pressen an.

Zum Beispiel bei einem Leistenkörper für die Jung Polykontakt GmbH, Ostrach, die hochwertige Produkte im Bereich der Niederspannungstechnik herstellt. Der Leistenkörper ist die Basis für eine NH-Sicherungslasttrennleiste, die auch für Anlagen im Freien geeignet sein muss. Ursprünglich wurde sie aus dem Kunststoff Polyamid spritzgegossen. In Bezug auf Zähigkeit und Witterungsbeständigkeit sprach vieles für diesen thermoplastischen Werkstoff. Dann gab es allerdings Probleme bei der Durchschlagsprüfung, weil der hygroskopische Thermoplast unter bestimmten Bedingungen bis zu 5% Feuchtigkeit aufnimmt. Dieses Fehlerrisiko war für ein Gerät, das bis zu 690 V Betriebsspannung ausgesetzt ist, zu hoch.

Steigerung der Festigkeit durch Glasfaserverstärkung

Heute wird die etwa 640 mm lange Leiste aus dem Duroplast SMC gepresst. Das erfordert allerdings deutlich mehr Erfahrung durch den Maschinenbediener als beim Spritzgießen: So ist ein genauer Plan für die SMC-Zuschnitte erforderlich. Allerdings lohnt sich dieser Aufwand, weil nicht nur die für Duroplast typischen Werkstoffvorteile wie das elektrische Isolierverhalten zum Tragen kommen, sondern auch der Glasfaseranteil von 23 Vol.-%. Er sorgt für eine erhöhte mechanische Stabilität und Festigkeit der Leiste.

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Die Kleinstadt Kierspe im märkischen Sauerland verfügt nicht nur über das erste Bakelitmuseum in Deutschland, sondern auch über eine traditionsreiche Kunststoffindustrie. Dazu gehört die Schröder Kunststofftechnik GmbH, die von Anfang an sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste verspritzt – im Press- und Spritzgießverfahren.

Bakelit war Ausgangspunkt für breites Duroplastspektrum

Seit 2000 wurde bei Schröder Kunststofftechnik die Duroplastverarbeitung Zug um Zug in die tschechische Tochterfirma verlegt, um zum einen in Kierspe die Thermoplastverarbeitung auszuweiten und zum andereren den wirtschaftlichen Vorteil des tschechischen Standorts zu nutzen. Heute verfügt Schröder Kunststofftechnik in Kierspe unter anderem über mehrere Spritzgießmaschinen, die im Mucell- und Zwei-Komponenten-Verfahren Kunststoffteile herstellen.

Wenn an den Kiersper Heimattagen die historischen Pressen in Betrieb genommen werden, wird noch einmal an den Chemiker Baekeland erinnert, der 1909 den ersten verpressbaren Werkstoff – das Bakelit – entwickelte. Fast hundert Jahre später verfügt die Branche nicht nur über eine breite Palette duroplastischer Kunststoffe, sondern auch über deutlich verbesserte Verfahren. Die entscheidende Rolle spielt jedoch bei den erforderlichen Prozessen innerhalb der Fertigungskette das Know-how – von der Werkzeugauslegung über die Verarbeitung bis zum Tempern mit der richtigen Temperatur in der richtigen Zeitspanne.

Paul Molter ist Projektleiter bei der Schröder Kunststofftechnik GmbH in Kierspe, Ursula Schröder ist freie Fachjournalistin in Kierspe. Weitere Informationen: Dorette Finke, Schröder Kunststofftechnik GmbH, 58566 Kierspe, Tel. (02359) 9080-95, Fax (02359) 9080-99, dfinke@ schroeder-kunststofftechnik.de

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