{"id":12716,"date":"2019-04-11T09:04:40","date_gmt":"2019-04-11T07:04:40","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=12716"},"modified":"2019-04-10T13:09:36","modified_gmt":"2019-04-10T11:09:36","slug":"veredeln-von-partikelschaumoberflaechen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=12716","title":{"rendered":"Veredeln von Partikelschaumoberfl\u00e4chen"},"content":{"rendered":"
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Leicht sollen sie sein, dem passiven Insassenschutz dienen, isolieren sollen sie nach M\u00f6glichkeit ebenfalls \u2013 und dabei auch noch sch\u00f6n aussehen: Komponenten der Innenausstattung im Fahrzeugbau haben etliche Anforderungen zu erf\u00fcllen. W\u00e4hrend die ersten drei Eigenschaften von den Partikelsch\u00e4umen locker erf\u00fcllt werden, bereiten die Oberfl\u00e4chen Designern wie Technikern vielfach Kopfschmerzen.<\/p>\n

Problematisch ist einerseits die sichtbare Partikelstruktur mit den Dampfd\u00fcsenabdr\u00fccken, Zwickeln sowie vereinzelt auch Farbunterschieden. Hinzu kommt die Empfindlichkeit der Partikeloberfl\u00e4chen hinsichtlich Abrieb und Besch\u00e4digungen und der Umstand, dass Fl\u00fcssigkeiten in das Bauteil eindringen k\u00f6nnen. W\u00fcnschenswert ist eine geschlossene, feste Oberfl\u00e4che, die zudem einen optisch hochwertigen Eindruck macht und sich m\u00f6glichst nicht von einem Spritzgussteil unterscheidet.<\/p>\n

Um die Oberfl\u00e4che von Partikelschaumteilen zu \u201everedeln\u201c kommen verschiedene Verfahren infrage. Technisch aufw\u00e4ndig ist das Hintersch\u00e4umen von Textil- oder Dekorfolien. Das Bekleben mit Folien und das Bedrucken oder Lackieren ist ebenfalls eine M\u00f6glichkeit, Schaumbauteile zu kaschieren. Und schlie\u00dflich lassen sich die Oberfl\u00e4chen mit Laserstrukturen veredeln, wobei jedoch keine geschlossene Oberfl\u00e4che entsteht.<\/p>\n

Etwa Ende der 90er Jahre wurde das so genannte Verhauten entdeckt. Verhauten ist das Verfl\u00fcssigen oder Aufschmelzen von aufgeblasenen Partikelschaumperlen an der Forminnenseite, um in einem Arbeitsgang ein Bauteil mit geschlossener, glatter und homogener Oberfl\u00e4che zu erzeugen. Allerdings stellte sich das gleichm\u00e4\u00dfige Aufschmelzen und Verschwei\u00dfen der Perlen mit Wasserdampf wegen des damit verbundenen hohen Verschlei\u00dfes der Werkzeuge \u2013 aufgrund der hohen Temperaturen und des hohen Dampfdrucks \u2013 schnell als kritisch heraus. Ein bis heute praktizierter Ausweg ist der Einsatz von Widerstandsheizungen (Heizst\u00e4ben), um die Energie von au\u00dfen nach innen n\u00e4her an die Kavit\u00e4t zu bringen.<\/p>\n

Variothermes Verhauten \u2013 Alternative mit Potential<\/strong><\/p>\n

Eine zukunftsweisende Alternative k\u00f6nnte das Verhauten in Verbindung mit einer variothermen konturnahenTemperierung des Werkzeugs sein, wie sie jetzt von der T. Michel Formenbau GmbH, Lautert, und der gwk Gesellschaft W\u00e4rme K\u00e4ltetechnik mbH, Meinerzhagen, vorgestellt wurde. Man kann den Weg, den die Partner gesucht und gefunden haben durchaus mit dem einst arg strapazierten Begriff \u201eSynergie\u201c \u00fcberschreiben. Denn die variotherme Werkzeugtemperierung ist in Verbindung mit dem kontur- oder kavit\u00e4tsnahen Temperieren beim Spritzgie\u00dfen schon lange ein Begriff.<\/p>\n

Verfahrensablauf in Etappen<\/strong><\/p>\n

Zum Verhauten werden nach dem Werkzeugschlie\u00dfen EPP-Schaumperlen mit einem speziellen F\u00fcllverfahren auf eine zuvor thermisch \u00fcberhitzte Werkzeugoberfl\u00e4che in das Werkzeug eingebracht (eingeblasen). Trifft das Material auf die \u00fcberhitzte Kavit\u00e4tenoberfl\u00e4che, bricht die Zellstruktur der Perlen zusammen, sie schmelzen. Bedingt durch das st\u00e4ndige Nachdr\u00fccken bzw. Weiterf\u00fcllen baut sich ein Forminnendruck auf, wobei das Material weiter nach vorne in Richtung \u00fcberhitzte Fl\u00e4che geschoben wird. Dabei bildet sich eine Haut aus geschmolzenen EPP, die maximal ein bis 1,2 mm dick sein kann.<\/p>\n

Nach dem Verhauten l\u00e4uft ein Standard-Partikelsch\u00e4umprozess ab. Als n\u00e4chstes wird der Bedampfungsprozess eingeleitet. Der Dampf str\u00f6mt in diesem Fall hinter der Haut durch die Schaumperlen um sie zu verschwei\u00dfen. Anschlie\u00dfend wird die Kavit\u00e4t gek\u00fchlt. Das K\u00fchlen erfolgt auf der festen Seite mit dem variothermen Temperiersysten, auf der beweglichen Seite mit speziellen D\u00fcsen (Fog-Jet-D\u00fcsen), die einen feinen Wassernebel erzeugen, was die K\u00fchlleistung verbessert. Es folgt die Stabilisierungsphase, in der das Formteil auf Entformungstemperatur herunterk\u00fchlt, ehe es nach dem Werkzeug\u00f6ffnen entformt werden kann. Schlussendlich entsteht so ein sortenreiner, stoffschl\u00fcssiger Verbund.<\/p>\n

Die Werkzeugh\u00e4lfte (auf der festen Seite) auf deren Oberfl\u00e4che sich die Haut bildet ist variotherm temperiert. Dazu wurde in diese H\u00e4lfte ein konturnahes Kanalsystem eingebaut, durch das das Temperiermedium (hier Wasser) gepumpt wird. Ein Aspekt betrifft in diesem Zusammenhang die Werkzeugwerkstoffe, die f\u00fcr das Verhauten temperaturwechselfest sein und zudem eine gute thermische Leitf\u00e4higkeit vorweisen m\u00fcssen. Nicht zu untersch\u00e4tzen ist auch die W\u00e4rmeausdehnung, denn die Werkzeugh\u00e4lfte auf der Verhautungsseite wird auf 200 \u00b0C und mehr temperiert, w\u00e4hrend die andere Werkzeugh\u00e4lfte nur 140 \u00b0C hat. Wenn die Formh\u00e4lften zusammenfahren betr\u00e4gt die Differenz somit 60 K. Trotzdem m\u00fcssen die Kavit\u00e4ten dicht abschlie\u00dfen.<\/p>\n

Variotherme Temperierung<\/strong><\/p>\n

Die Temperierung erfolgt mit einem 2-Kreis-Temperierger\u00e4t (Teco Vario) in Verbindung mit einer Energiespeicher- und Regeleinheit (ESR) von gwk. Ein Kreis ist der Heizkreis (200 \u00b0C), der andere der K\u00fchlkreis (ca. 60 \u00b0C). Das Hei\u00dfwassertemperierger\u00e4t arbeitet druck\u00fcberlagert; Temperiermedium ist wegen der guten W\u00e4rme\u00fcbertragungseigenschaften Wasser.<\/p>\n

Das Umschalten zwischen Heiz- und K\u00fchlphase erfolgt \u00fcber eine Energiespeicher- und Regeleinheit (ESR). Sie speichert die wechselnde W\u00e4rmemenge und gibt sie beim Umschalten von Heizen auf K\u00fchlen und umgekehrt wieder in den Prozess zur\u00fcck. Die ESR ist so geschaltet, dass in der Heizphase nur hei\u00dfes Wasser durch den Temperierkanal im Werkzeug flie\u00dft. Beim Umschalten auf die K\u00fchlphase flie\u00dft das \u201ekalte\u201c Wasser durch den gleichen Kanal. Grund daf\u00fcr ist, dass in diesem Fall im Werkzeug kein Platz f\u00fcr zwei Temperierkan\u00e4le ist.<\/p>\n

Die Ventilstation ist zugleich ein Energiespeicher. In der Station befindet sich ein Kolbenspeicher, der je nach Betriebszustand entweder kaltes oder hei\u00dfes Wasser puffert. Vermieden wird dadurch das Vermischen von hei\u00dfem und kaltem Wasser \u2013 zudem ist das Konzept dadurch sehr schnell und energieeffizient. Die Steuerung der ESR erfolgt \u00fcber eine Schnittstelle aus dem Sch\u00e4umautomaten.<\/p>\n

Komplexe Sensorik<\/strong><\/p>\n

Zudem befinden sich im Werkzeug verschiedene Sensoren. Beim F\u00fcllen des Werkzeugs wird der Werkzeuginnendruck \u00fcberwacht. Sobald ein vorgegebener Innendruck erreicht ist, stoppt das F\u00fcllen. Die Schichtdicke der Haut und deren Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t h\u00e4ngen ab von der Rohdichte der Schaumperlen, der Dauer des Nachf\u00fcllens, dem Forminnendruck, der Temperatur und nicht zuletzt von der Aufheizzeit.<\/p>\n

Kontinuierlich w\u00e4hrend des gesamten Prozesses werden der Forminnendruck und die Temperaturen des Partikelschaums erfasst und aufgezeichnet. Die Temperatur der Werkzeugh\u00e4lfte auf der festen Seite wird \u00fcber GWK-Temperaturf\u00fchler, alle \u00fcbrigen Daten mit Mic-Probe-Sensoren, eine Eigenentwicklung von T. Michel. Hinzu kommt ein Schaumdrucksensor um den Schaumdruck zu messen. Auch der Dampfdruck und die Dampftemperatur werden erfasst und aufgezeichnet.<\/p>\n

Im Vergleich Zykluszeit halbiert<\/strong><\/p>\n

Interessant ist ein Vergleich der Zykluszeiten f\u00fcr das Verhauten mit einer Widerstandsheizung (WH) bzw. mit der variothermen Temperierung (VT). Bei einer Hautdicke von ca. 0,7 mm konnte allein die Gesamt-Zykluszeit von 400 s auf runde 180 s mehr als halbiert werden. Dazu tragen insbesondere die Heiz- und K\u00fchlzeiten bei.<\/p>\n

Deutlich zu erkennen ist der Unterschied zwischen Widerstandsheizung (200 s) und variothermer Temperierung (100 s) beim Aufheizen der festen Seite (Verhautungsseite). Noch w\u00e4hrend des Heizens kann beim variothermen Prozess bereits das F\u00fcllen der Form und anschlie\u00dfend das Bedampfen der Kavit\u00e4t starten.<\/p>\n

Um die Kavit\u00e4t und das Schaumteil zu k\u00fchlen wird die Kavit\u00e4tenr\u00fcckwand auf der beweglichen Seite mit der FogJet-K\u00fchlung gek\u00fchlt, w\u00e4hrend auf der festen Seite die variotherme K\u00fchlung startet. Mit 60 s ben\u00f6tigt hierf\u00fcr die Widerstandsheizung doppelt so lange wie die variotherme Temperierung.<\/p>\n

Anders beim Spritzgie\u00dfen \u2013 dort wird aktiv gek\u00fchlt bis zum Entformen \u2013 l\u00e4uft das K\u00fchlen bei der Partikelschaumverarbeitung ohne weitere Temperatursteuerung ab. Wenn die Sensoren in der Formkavit\u00e4t signalisieren, dass die Entformungstemperatur erreicht ist, wird die K\u00fchlung abgestellt. Das hei\u00dft jedoch nicht, dass auch das Bauteil die Entformungstemperatur erreicht hat. Dann kommt wiederum ein Sensor ins Spiel um die Temperatur der Schaumoberfl\u00e4che zu messen (idealer w\u00e4re es, die Kerntemperatur zu messen). Es folgt die Stabilisierungsphase (WH: 100 s; VT: 5 s), die Wartezeit bis der Forminnendruck abgebaut und die Temperatur im Inneren des Schaumteils gesunken ist. Erst wenn die Entformungstemperatur erreicht ist und der \u201eBl\u00e4hdruck\u201c (Forminnendruck) abgebaut ist, kann die Maschine \u00f6ffnen um das Teil zu entformen. Sobald das Teil ausgeworfen wird, kann bereits das (variotherme) Aufheizen auf der festen Seite beginnen.<\/p>\n

Wirtschaftlich d\u00fcrfte eine Haut mit 0,5 mm Wanddicke herzustellen sein. Sie bietet den gew\u00fcnschten Oberfl\u00e4chenschutz, ist wasserdicht und wirkt optisch wie ein Spritzgussteil.<\/p>\n

Aktuelle und denkbare Anwendungen<\/strong><\/p>\n

Aktuelle Beispiele mit verhauteten Oberfl\u00e4chen sind vielfach innen verhautete Transportboxen, etwa Medizin- oder Lebensmittel-Transportbeh\u00e4lter. Auch Luftverteilungselemente und Kinnteile von Motorradhelmen werden verhautet.<\/p>\n

Im Fahrzeugbau sind zahlreiche Anwendungen denkbar, im Interieur etwa T\u00fcrinnenverkleidungen, A-, B-, C-S\u00e4ulenverkleidungen aber auch Spoiler, Schweller; sogar \u00fcber Sto\u00dff\u00e4nger wird nachgedacht. Kurz alles, was eine funktionalisierte, optisch ansprechende Oberfl\u00e4che ben\u00f6tigt, leicht sein soll und in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann.<\/p>\n

Quelle: gwk<\/p>\n

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