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Neue Technik erweitert Portfolio im Labor

Zuverlässige fügetechnische Lösungen für geschäumte Leichtbauwerkstoffe stehen im Fokus der Kunststofftechniker der TU - Hochpräzise Schaumspritzgießmaschine ermöglicht die Bearbeitung neuer Projekte

Die Forscher der Professur Kunststoffe der Technischen Universität Chemnitz unter Leitung von Prof. Dr. Michael Gehde erarbeiten in einem aktuellen Kooperationsprojekt mit den Firmen KraussMaffei und Branson Ultraschall fügetechnische Lösungen zur zuverlässigen Verarbeitung von spritzgegossenen geschäumten Thermoplasten. Dafür wurde das Laboratorium der Professur mit einer neuen, hochpräzisen Schaumspritzgießmaschine der Firma KraussMaffei erweitert.

Thermoplastische Kunststoffe, die während des Spritzgießprozesses mit einem Treibgas versetzt werden, bilden in ihrem Kern Millionen kleinster Zellen, was zu einer Dichtereduzierung des Bauteils führt. Neben einer Gewichtseinsparung von bis zu 20 Prozent können dadurch Rohstoffe gespart, komplexe Geometrien hergestellt und geringere Zykluszeiten beim Spritzgießen realisiert werden. Die entstehenden Strukturbauteile weisen aufgrund ihrer kompakten Randschicht eine hohe Steifigkeit sowie sehr gute thermische und akustische Eigenschaften auf.

Während Forschung und Entwicklung zum Spritzgießen bereits seit den 1960er Jahren betrieben werden und aktuell einen hohen industriellen Reifegrad erreicht haben, ist das Knowhow zum Schweißen solcher Bauteile nur begrenzt verfügbar und beruht im Wesentlichen auf Empirie. Ein klassischer Vertreter geschäumter und geschweißter Bauteile ist die Instrumententafel in Kraftfahrzeugen. Im Schaumspritzguss hergestellt, werden in den Folgeschritten Luftkanäle, das Airbag-System - der sogenannte Schusskanal - und bei Bedarf Versteifungen hinter die I-Tafel geschweißt. Die Herausforderungen zum Schweißen dieser großflächigen Bauteile sind vielfältig und bestehen neben der Auswahl des Schweißprinzips in der fügegerechten Konstruktion und Gestaltung, der Krafteinleitung in die kompakte Randschicht ohne Zerstörung, im Ausgleich des unvermeidlichen Verzuges sowie in der Vermeidung der Durchmarkierung der Schweißnähte zur Sichtseite der I-Tafel und in der Maximierung der Bauteilfestigkeit unter statischer, dynamischer und schlagartiger Beanspruchung - beispielsweise beim Auslösen des Airbags. Diese Randbedingungen führen zu Prozessgestaltungen und Prozessführungen, die sich nur sehr bedingt mit dem Schweißen kompakter Materialien vergleichen lassen und bisher im Wesentlichen durch „trial-and-error“ gekennzeichnet sind.

Aufgrund der besonderen schweißtechnischen Expertise der Professur Kunststoffe der TU Chemnitz entstand eine Initiative, zusammen mit den Firmen KraussMaffei und Branson Ultraschall, diesen vor allem im Interieurbereich Automotive relevanten Problemkreis systematisch zu erforschen. Das Ziel ist es, die oben genannten besonderen Herausforderungen bereits im Konstruktionsstadium neuer Bauteile sicher beherrschen zu können. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht dabei das physikalische Schäumen thermoplastischer Bauteile in Verbindung mit den Fügeprozessen des Vibrations- und Infrarotschweißens.

Zur Projektbearbeitung wurde durch den Maschinenhersteller KraussMaffei eine neue, vollelektrische Spritzgießmaschine der AX-Reihe mit hoher Energieeffizienz zur Verfügung gestellt. Diese erweitert das verfügbare Portfolio im Laboratorium der Professur Kunststoffe nun auch im Bereich der Fertigung geschäumter Thermoplaste. „Mit der Durchführung des Projektes wollen wir es schaffen, die Entwicklungsbereiche Spritzguss und Fügetechnik miteinander zu kompatibilisieren. Ohne das Wissen der notwendigen fügetechnischen Randbedingungen ist es nicht möglich, eine zuverlässige Systemlösung zu generieren“, gibt der Projektleiter Prof. Gehde einen Ausblick auf die nachfolgende industrielle Umsetzung.

Weitere Informationen erteilt Eric Brückner, Telefon 0371 531-33729, E-Mail eric.brueckner@mb.tu-chemnitz.de

(Autor: Eric Brückner)

Mario Steinebach
29.01.2016

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