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Leichtbau

Leichtbauteile mittels Wasser-Injektions-Technik

| Redakteur: Dorothee Quitter

Wissenschaftler des Exzellenzclusters MERGE und des Instituts für Strukturleichtbau der Technischen Universität Chemnitz entwickeln gemeinsam mit dem Industriepartner PME fluidtec GmbH die Spritzgießtechnik weiter – und nutzen dabei gezielt Wasser als Hilfsmedium.

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Anwendung findet diese sogenannte Wasser-Injektions-Technik (WIT) bereits in der komplexen Bauteilstruktur eines Pkw-Kupplungspedals als Kunststoff-Hohlkörper.
Anwendung findet diese sogenannte Wasser-Injektions-Technik (WIT) bereits in der komplexen Bauteilstruktur eines Pkw-Kupplungspedals als Kunststoff-Hohlkörper.
(Bild: Thomas Am Ende / TU Chemnitz)

Die sogenannte Wasser-Injektions-Technik (WIT) erlaubt die Herstellung komplexer Hohlkörper im Spritzgussverfahren. Dabei schmilzt im Innern der Maschine eine rotierende Schnecke das Kunststoffgranulat bei Temperaturen zwischen 200 °C und 300 °C, fördert diese flüssige Masse in Richtung des Formwerkzeugs für das Bauteil und spritzt die heiße Kunststoffmasse anschließend unter hohem Druck in die Werkzeugkavität, also den Hohlraum der Form, ein. Während der ersten Prozessphase wird die Kavität komplett mit der heißen Kunststoffmasse gefüllt und der Kunststoff beginnt von außen nach innen zu erstarren. Damit der eigentliche Hohlkörper gefertigt werden kann, kommt in der nachfolgenden Prozess-Phase Wasser zum Einsatz. Es spült die sogenannte plastische Seele des Bauteils heraus, indem es mit bis zu 230 bar Druck den noch flüssigen Kunststoff aus dem Innern des Bauteils entfernt. Nur seine Außenwandung bleibt erhalten. Die entfernte Masse wird zur erneuten Verwendung wieder zurück in den Schneckenvorraum der Maschine befördert, sodass kein Abfall entsteht. Nach einer kurzen Nachdruck- und Abkühlphase wird das hohle Bauteil schließlich aus der Maschine entnommen.

Anwendung findet die Wasser-Injektions-Technik bereits in der komplexen Bauteilstruktur eines Pkw-Kupplungspedals als Kunststoff-Hohlkörper. Für die Fertigung nutzten die Forschungspartner Polyamid 6 mit Carbon- und Glasfaserverstärkung. Im Vergleich zum herkömmlichen Metallbauteil, einer Blech-Schweißkonstruktion, konnte das Gewicht von 960 g auf 220 g und damit um rund 77 % reduziert werden. Zudem entfallen aufwendige Prozessschritte wie Stanzen, Biegen, Schweißen und das Aufbringen eines geeigneten Korrosionsschutzes in Verbindung mit den dazugehörigen logistischen Verkettungen. Das neuartige Kunststoff-Kupplungspedal kann wesentlich schneller, effizienter, materialschonender und kostengünstiger gefertigt werden. Die WIT-gefertigten Produkte zeichnen sich durch hohe Formstabilität und Bauteilsteifigkeit bei geringem Gewicht und hervorragendem Design aus. Neben Automotive-Anwendungen findet die Technologie auch Einsatz für die Herstellung von Tragegriffen für Babysitzschalen oder Einkaufswägen, Fluidkanäle oder den Rahmen von Kunststoff-Schubkarren.

Da die Chemnitzer Wissenschaftler zusammen mit der PME fluidtec GmbH Wasser von rund 20 °C nutzen, ist bei dem aktuellen Vorgang zunächst noch eine isolierende Luftschicht zwischen Wasser und Kunststoffwand beim Ausspülen des Bauteils erforderlich, denn bei direktem Kontakt der beiden Medien würde der Kunststoff zu schnell erstarren und zu Fehlern bei der Hohlraumbildung führen. Daher arbeiten die Projektpartner aktuell an einer Weiterentwicklung dieses Verfahrens, um das Anwendungsfeld der Technologie zukünftig noch zu erweitern. (qui)

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