Thermoplast-Schaumspritzgießen spielt seine Stärken endlich aus

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Das Hauptmerkmal ist dabei laut Handschke „die zweite Rückstromsperre im mittleren Schneckenbereich“. Dazu kommt noch die Prozessperipherie: Sie besteht im Wesentlichen aus einem Gasinjektor, einer Schnittstelle zur Maschinensteuerung und einer Hochdruckdosieranlage, die den Stickstoff in einen überkritischen, flüssigen Zustand versetzt. Mithilfe dieser Prozesstechnik erzeuge das Mucell-Verfahren nicht nur reproduzierbare Schaumstrukturen, erläutert Handschke, die Zellbildung könne auch gezielt verändert werden: „Es stehen einige Maschinenparameter zur Verfügung, um die Bauteilergebnisse zu optimieren.“

Maschineninterne Qualitätskontrolle beim physikalischen Verfahren

Besonders verweist Handschke auf die Möglichkeit zur maschineninternen Qualitätskontrolle: „Soll die Produktion überwacht und dokumentiert werden, ist dazu das Mucell-Verfahren sehr gut geeignet.“ Davon profitierten beispielsweise Präzisions- und lange Flachteile. Physikalisch geschäumte Spritzgießteile seien für engste Bauräume prädestiniert: Im Vergleich zu Kompaktteilen ist für Handschke „die Verzugsminimierung einer der entscheidenden Vorteile“.

Jedoch gibt es beim Schäumen auch Einschränkungen. Das betrifft vor allem die Oberflächenqualität. Noch finde man wenige geschäumte Spritzgießteile im Sichtbereich von Produkten, bemerkt Arburg-Fachmann Schmid. „Das Verfahren hat sich bei Anwendungen etabliert, bei denen die Oberfläche nicht im Mittelpunkt steht.“

Allerdings gibt es Entwicklungen, um das zu ändern. So wurden laut Traut Kunststoffe für das Mucell-Verfahren so angepasst, dass die oft typische Schlierenbildung auf den Bauteilenoberflächen vermieden wird. Bei modifiziertem Polyamid und PBT seien die Oberflächen geschäumter und kompakter Spritzgießteile nicht mehr zu unterscheiden. Weitere Möglichkeiten zur Oberflächenverbesserung bieten dynamische Heizsysteme für Werkzeuge, eine Verfahrenskombination mit dem Folienhinterspritzen und ein nachfolgendes Lackieren.

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Chemisches Schäumen

Verschobene Anwendungsgrenzen erfordern Korrekturen in den Köpfen

Das Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) ist eigentlich Stand der Technik. Anfangs angewendet, um ungünstige Wanddickenverhältnisse bei dickwandigen Formteilen und den damit verbundenen Einfall zu kaschieren, wurden chemische Treibmittel als Lösung zur Gewichts- und Kunststoffeinsparung bei Spritzgießteilen entwickelt. Später kam das physikalische Schäumen mit Treibgasen wie Stickstoff dazu, das aufgrund der Möglichkeit zur direkten Beeinflussung des Gasgehalts eine feinere, reproduzierbare Schaumstruktur versprach.

Bei Verwendung chemischer Treibmittel ist die Beeinflussung nur indirekt möglich. „Das erfordert ein gutes Prozessverständnis“, berichtet Timo Schulz, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Kunststoff-Institut Lüdenscheid. So seien für die Prozessoptimierung teilweise zum Kompaktspritzgießen gegenläufige Maßnahmen nötig. Oft entstehe aus Unwissenheit ein falsches Bild.

Um mehr Prozessverständnis bei den Spritzgießern zu erzeugen, wurde am Institut das Verbundprojekt „TSG Pro“ aufgelegt, das der Institutsmitarbeiter betreut. Es soll unter anderem zeigen, dass sich die in den Köpfen verankerten Abgrenzungen zwischen dem chemischen und dem physikalischen Schäumen verwaschen haben. „Sie müssen neu abgesteckt werden“, sagt der Institutsmitarbeiter.

So gibt es bei den Treibmitteln in Masterbatchform zahlreiche Weiterentwicklungen. Inzwischen sind sogar Substanzen am Markt, die auf einem physikalischen Wirkprinzip beruhen. Das Schäumen mit Masterbatches eigne sich heute auch für Spritzgießteile mit geringeren Wanddicken, folgert Schulz.

Eine Bauteilgewichtsersparnis von 10 bis 20% sei auch beim chemischen Verfahren durchaus möglich. Jedoch hat sich mit der Weiterentwicklung auch das Angebot extrem erhöht. „Die Vielfalt an Treibmittel in Masterbatchform ist riesig“, resümiert Schulz. Daher würden viele Treibmittel im Rahmen des Projekts getestet. Ziel der Tests sei die Erstellung einer Treibmitteldatenbank. Sie soll den Teilnehmern auf einfachem Weg für ihre Anwendungen geeignete Treibmittel empfehlen.

Viele Spritzgießteile werden (noch) nicht geschäumt

„Sie sind aber immer mit einem Mehraufwand verbunden, der die Vorteile des Verfahrens etwas reduziert“, stellt Handschke fest. „Es wäre daher sehr hilfreich, wenn man mit einfacheren Mitteln zu guten Ergebnissen käme.“ Laut dem Krauss-Maffei-Manager gibt es noch viele Spritzgießteile, die deshalb nicht geschäumt werden.

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Maschineninterne Qualitätskontrolle beim physikalischen Verfahren

Viele Spritzgießteile werden (noch) nicht geschäumt