Kunststoff Dem scharfen Auge für Qualität entgehen keine Mängel

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Einwandfreie Kunststoffqualität, erforderliche Fließfähigkeit des Materials, zuverlässige Dichtigkeit des fertigen Bauteils? Bevor aus der Produktidee ein Serienartikel für Kunden von Pöppelmann wird, werden die Werkstoffe und Bauteile im eigenen Prüflabor analysiert und getestet.

Wenn die Mitarbeitenden aus der Division K-Tech gemeinsam mit ihren Kunden hochkomplexe Fahrzeugbauteile aus Kunststoff entwickeln, sollen die Endprodukte häufig möglichst mehrere Funktionen in einem Bauteil vereinen, Gewichtseinsparungen realisieren, kosteneffizient sein und gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten. Möglichst viele dieser Eigenschaften unter einen Hut zu bringen, ist keine Zauberei, sondern Gegenstand einer sorgfältigen, tiefgehenden Prüfung auf Basis von umfangreichem Know-how und langjähriger Erfahrung.

Dafür gibt es im Unternehmen eine Kontrollinstanz, an der kein Material oder Bauteil vorbeikommt: das Labor. Hier werden Kunststoffe auf ihre Eignung und fertige Artikel für ihren Einsatzzweck umfassend geprüft. Nur das, was der vom Kunden geforderten und gewohnten hohen Pöppelmann Qualität entspricht, geht in die Weiterverarbeitung oder Serienproduktion.

Manfred Bremer, Leiter der Werkstoffanalyse & Werksstoffprüfung von Pöppelmann, erzählt: „Für unsere Kunden sind kurze Entwicklungszeiten oft erfolgsentscheidend. Das können wir durch unsere umfassenden Serviceleistungen und die schnelle Umsetzung im eigenen Labor bieten.“ Das Team besteht aus sechs Spezialisten mit den Fachgebieten Werkstofftechnik und Maschinenbau.

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Geeignet oder auch nicht – die Wareneingangsprüfung entscheidet

Das Team unterzieht sämtliche Rohstoffe, die bei Pöppelmann eintreffen, zunächst einer gründlichen Wareneingangsprüfung, bevor sie für den Serieneinsatz freigegeben werden. Je nach Werkstoff werden dabei unterschiedliche Prüfungen durchgeführt. Ein wichtiges Verfahren ist beispielsweise die Glührückstandsprüfung. Dabei wird durch Veraschen der Glührückstand von verstärkten oder gefüllten Kunststoffen ermittelt. Nach dem Verglühen der polymeren Bestandteile lassen sich auf diese Weise die mineralischen Anteile ermitteln. Der Glührückstand wird analysiert und erlaubt Rückschlüsse auf die in dem Material eingesetzten Füllstoffe. „Auf diese Weise können wir beispielsweise die Glasfasergehalte von Kunststoffen prüfen. Glasfaser ist ein elementares Verstärkungsmittel, das zur Festigung eines Kunststoffs eingesetzt wird“, erklärt der Laborleiter.

In weiteren Prüfverfahren werden außerdem die Dichte von Kunststoffen, die Schmelztemperatur und die Fließfähigkeit ermittelt. „Die verschiedenen Prüfungen entscheiden darüber, ob ein Kunststoffbauteil, welches ein Kunde von uns beziehen möchte, mit einem definierten Kunststoff tatsächlich hergestellt werden kann. Wenn der Werkstoff der Spezifikation entspricht, d. h. wenn unsere Prüfungen ergeben, dass die gelieferte Qualität stimmt, erfolgt die Freigabe durch Martina Soika, Wareneingangsprüfung, aus unserem Labor. Dann erst wird der Werkstoff zur Bemusterung oder Serienfertigung herangezogen“, so Manfred Bremer.

Nicht nur die eingehenden Rohstoffe, sondern auch die daraus hergestellten Bauteile müssen vor der Serienproduktion am Laborcheck vorbei. „Wenn wir bei K-Tech beispielsweise Gehäuseblindkappen für E-Mobility-Anwendungen entwickeln, die Stecker, Steckverbinder und mehr gegen Verunreinigung oder Nässe schützen sollen, gelangen diese Produkte zur Freigabe erst einmal in die Hände von Manfred Bremer und seinem Team. Diese prüfen Szenarien ab, denen das Bauteil standhalten muss, damit Batteriesysteme, Leitungen oder Elektronik nicht beschädigt werden“, beschreibt Frank Schockemöhle, Entwicklungsleiter bei Pöppelmann K-Tech.

Dichtigkeitsprüfung – unter Regentropfen und Wasserstrahl

Im Falle der Gehäuseblindkappen müssen unter anderem bestimmte Dichtigkeitsanforderungen gegen Wasser erfüllt werden. Die dafür erforderlichen IPx-Schutzartprüfungen werden im Pöppelmann Labor in einer speziellen Schutzartprüfkammer vorgenommen. Dafür generiert Ralf zur Heide, Prüfingenieur, für jeden Prüfling den entsprechenden Prüfraum: Das Bauteil wird auf einen rotierenden Prüftisch montiert, damit die Dichtigkeitsprüfung unter Einwirkung von Wasser von allen Seiten stattfinden kann. Die Kammer simuliert verschiedene Arten der Einwirkung – von herabtropfendem Wasser bis hin zum Wasserstrahl mit einem Druck von bis zu 100 bar. Dabei strömen Wassermengen von bis zu 100 Liter pro Minute auf das Bauteil ein. Die Division K-Tech lässt auf diese Weise z. B. Gehäuse für E-Bike-Akkus prüfen.

Sauberkeitsanalyse – für partikelfreie Bauteile

Viele technische Kunststoffbauteile unterliegen definierten Sauberkeitsanforderungen. Im sogenannte Spülkabinett werden im Labor die Produkte im Ultraschallbad oder mit einer Spüldüse mit einem speziellen Reiniger gewaschen. Ein Filter fängt mögliche Partikel oder Fasern auf. Diese werden anschließend getrocknet, gewogen und unter dem Digitalmikroskop vermessen. Der von Hildegard Rieger, Prüferin Bereich Sauberkeitsanalyse, daraus erstellte Prüfbericht listet unter anderem die genaue Anzahl und Größe der angefallenen Flusen (z. B. Haare, Fädchen, Fasern von Kleidungsstücken) und Partikel (z. B. Stoff- oder Staubkörnchen, Metallspäne/-partikel) auf. Anhand der Menge bewerten die Experten, ob das Bauteil und sein Fertigungsprozess den Kundenanforderungen entsprechen. „Für Kunden aus dem E-Mobility-Segment ist bei der Prüfung die Unterscheidung in metallische und nicht-metallische Partikel besonders wichtig, denn hier kann es z. B. zu einem Kurzschluss führen, wenn bestimmte Bauteile wie Steckergehäuse mit metallischen Partikeln verunreinigt sind“, so Manfred Bremer.

Mechanische Prüfung – welche Montagekraft ist erforderlich?

Ein weiterer Prüfbereich aus dem Portfolio des Labors sind die mechanischen Prüfungen, zu denen sogenannte Zug- oder Druckprüfungen gehören. Im gewählten K-Tech Beispiel der Batteriegehäuse und Blindschutzkappen werden bei der Zugprüfung die Abzugskräfte der Blindkappen von ihrem Gegenstück ermittelt. Die Druckprüfung stellt fest, welche Kräfte beim Zusammenfügen des Bauteils mit seinem Gegenstück erforderlich sind. Kunden können den Ergebnissen entnehmen, welche Kräfte für das manuelle oder automatisierte Zusammenfügen oder Demontieren des Bauteils in ihrer Produktion aufgewendet werden müssen. „Mechanische Prüfungen führen wir vielfach von der Erstbemusterung bis hin zur Serienfreigabe durch. Darüber hinaus findet diese Art der Prüfung auch serienbegleitend statt, um eine kontinuierliche Qualität der bei uns hergestellten Artikel zu belegen“, erläutert Andre Preuß, Prüfingenieur.

Intern und extern – viele weitere Werkstoffanalysen und Prüfungen

Neben den beschriebenen führt das Pöppelmann-Labor verschiedene weitere Analysen und Prüfungen durch. Um nachzuweisen, dass Werkstoffe einer bestimmten Brennbarkeitsklasse zuzuordnen sind, finden Brennprüfungen statt, wie Manfred Bremer erzählt: „Gerade im E-Mobility-Sektor, in dem wir es mit elektrischen Spannungen und Strömen zu tun haben, ist die korrekte Werkstoffauswahl hinsichtlich der Brennbarkeit immens wichtig. Wir beraten zusammen mit dem Rohstoffhersteller ausführlich rund um den passenden Werkstoff, der die Anforderungen für den gewünschten Einsatzzweck erfüllen kann.“

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Mit der DSC (Differential Scanning Calometry)-Analyse hingegen, einem Verfahren der thermischen Analyse, lassen sich Verarbeitungseffekte am Bauteil ermitteln, Schmelzpunkte feststellen und Auswirkungen der Fertigung auf Werkstoffe nachweisen, so Nele Zerhusen, M.Sc. Spezialistin Polymerwerkstoffe. Diese wird nicht nur als qualitätsbegleitende Analyse, sondern auch zur Schadensanalyse eingesetzt. Sind einmal besondere zusätzliche Prüfungen erforderlich, z. B. elektrische Funktionsprüfungen oder Prüfungen zu Spannungsfestigkeiten oder Durchschlagfestigkeiten, kommen externe Spezialisten aus dem Pöppelmann Netzwerk zum Einsatz. „Unter dem Strich profitieren unsere Kunden davon, dass sie bei uns alle Leistungen aus einer Hand erhalten: Die Pöppelmann Gruppe verfügt über Kunststoff-Fachpersonal mit umfassender Expertise, tiefgehendem Know-how und langjähriger Erfahrung,“ fasst Manfred Bremer zusammen. Das Gesamtsystem bestehe aus einem engmaschigen Netz zur Überwachung von Rohstoffen, Bauteilen und Gesamtprodukten. Neben dem eigenen Labor mit vielen verschiedenen Prüfmöglichkeiten können die Experten auf ein großes Netzwerk an spezialisierten und akkreditierten Anbietern von Spezialprüfungen zurückgreifen, mit denen sie auch Sonderanalysen verfügbar machen. Das ermögliche kurze Reaktionszeiten.

Recycling ist die Zukunft – Kunststoffexpertise wird noch wichtiger

Im Hinblick auf mehr Umwelt- und Klimaschutz berät Pöppelmann seine Kunden rund um mehr Ressourcenschonung im Einsatz von Kunststoffen und empfiehlt, wo möglich und sinnvoll, den Einsatz von Recyclingmaterial. Damit haben die Leistungen des Pöppelmann Labors noch einmal einen besonderen Stellenwert erhalten, so Manfred Bremer: „Rezyklate sind für uns ein ebenso wertvoller Werkstoff wie Neuware, wenn die Qualität stimmt. Dazu muss unser Labor das Eigenschaftsprofil der Rezyklate im Vergleich zu Virgin Material prüfen, denn die daraus gefertigten Produkte müssen vollumfänglich die hohen technischen Anforderungen unserer Kunden erfüllen.“ Das sei mit einem höheren Aufwand in der Wareneingangsprüfung verbunden: In den Fällen, in denen Neuware durch Rezyklat ersetzt wurde, wurde laut Bremer das gewohnt hohe Qualitätsniveau erreicht.

Das hat dazu geführt, dass auch die Division Pöppelmann K-Tech Bauteile aus Recyclingmaterialien herstellt, die sich beispielsweise für Fahrzeugbauteile wie Abdeckungen oder Halter eignen. „Inzwischen produzieren wir für einen renommierten Fahrzeughersteller sogar einen Halter für einen Soundgenerator aus einem Kunststoffgranulat, dessen Polymeranteile bis zu 100 Prozent aus gebrauchten Kunststoffverpackungen der haushaltsnahen Wertstoffsammlungen stammt. Diese wurden zu einem Recyclingkunststoff verarbeitet, dessen Materialeigenschaften dem strengen Auge für Qualität unserer Laborprüfungen standhielt. 2020 ist das Produkt aus Post-Consumer-Rezyklat (PCR) in Serie gegangen“, erzählt Frank Schockemöhle. 

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