Ziel der Entwicklung
Die Motivation entspricht einer Forderung aus der Industrie nach kostengünstigem Leichtbau. Die Komponenten Organoblech, Thermoplast und Schaumkern werden konventionell in aufwendigen Fertigungszellen in mehreren Arbeitsgängen zu fertigen Bauteilen verarbeitet. Mit der neuen Technologie werden diese Komponenten im One-Shot-Verfahren, also in einem Arbeitsgang, maschinenfallend und ohne Nacharbeit hergestellt. Eine schaumgerechte Rippengeometrie bietet Vorteile in Bezug auf die spezifische (auf Gewicht bezogene) Biegesteifigkeit. Durch Spritzgießversuche wurden geeignete Materialkombinationen auf Basis Polypropylen ermittelt: einer verstärkenden Deckschicht aus Organoblech, einer Hautschicht aus glasfaserverstärktem Polypropylen und einer Kernschicht aus geschäumten unverstärktem Polypropylen Durch das neue Konzept konnte die spezifische Biegesteifigkeit und somit der Leichtbaueffekt erheblich gesteigert werden.
Vorteile und Lösungen
Im Forschungsvorhaben ist es gelungen, die Verfahrenskombination bis zur Serienreife zu entwickeln. Die Leichtbauteile sind wirtschaftlich, großserientauglich und maschinenfallend ohne Nacharbeit herstellbar. Nach maschinentechnischen Anpassungen, Inbetriebnahme und Anpassungsmaßnahmen von Seiten des Herstellers konnten für die Praxis der kunststoffverarbeitenden Industrie relevante Materialien prozesssicher verarbeitet werden. Für eine möglichst breite Ausrichtung der zukünftigen Anwendungen wurden sechs „Eigenschaftscluster“ definiert: 1. Geringe Kosten, 2. Geringer CO2-Footprint durch nachwachsende Rohstoffe, 3. Class-A-Oberfläche, 4. Geringer CO2-Footprint durch Recyclingmaterial, 5. Hohe Performance, 6. Tribologieoptimiertes Material für hohe Verschleißfestigkeit. Die jeweiligen Spritzgießversuche dienten der Technologiefindung und der Erprobung der Verfahrenskombination. Für jedes Eigenschaftscluster wurde eine geeignete Additivierung zur Homogenisierung der Schaumstruktur gefunden. Die Herausforderung der Verfahrenskombination, die Ausbildung einer ungleichmäßigen Schaumstruktur mit große Blasen am Fließwegende konnte durch Technologiefindung und Additivierung abhängig vom jeweiligen Materialtyp deutlich verbessert werden.
Abschließend kann gesagt werden, dass das Forschungsprojekt „Cell-2K+“ sehr erfolgreich verlaufen ist. Momentan werden einige zukunftsweisende industrielle Anwendungen mit Beispielcharakter für Kunden entwickelt. Im Hinblick auf die anhaltende Bedeutung des Leichtbauthemas ist mit weiterem Interesse an dieser speziellen Leichtbaulösung zu rechnen. Im Laufe des Projekts ergaben sich interessante und langfristige Kooperationen mit industriellen Anwendern wie zum Beispiel:
- Tragendes Bauteil im Bereich Elektromobilität
- Großvolumiges Bauteil im Automobil-Motorraum
- Rotierendes Maschinenelement: Verringerung bewegter Massen
Momentan werden weitere kundenspezifische Applikationen entwickelt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Prädestiniert sind verrippte, flächige, plattenartige oder schalenförmige Bauteile mit tragender Funktion, die biegesteif sein müssen. Beispiele im Bereich Automotive sind: Front-End-Träger, Säulenverkleidung, Schwellerverkleidung, Batterieträger, Haube für Zylinderkopf, Verdeckkastendeckel, Trittstufenverkleidung, Sitzschale, Kofferboden, Heckspoiler. Beispiele für technische Anwendungen sind hochfeste flächige Gehäuse, Aufbauten für Roboterköpfe, bewegte Schließmechanismen, schnell rotierende Maschinenelemente.
Unter Beachtung der stofflichen und rheologischen Kompatibilität lassen sich geometrieabhängig Verhältnisse von Haut- zu Kernschichtanteile von 30:70, maximal von 20:80 erreichen. Die Kernschichtdichten liegen bei zirka 0,5 g/cm³ oder darunter. Die so erzielten Gewichtsreduzierungen liegen im Bereich von 25 bis 45 Prozent, je nach Materialpaarung.
