Leichtere, maßhaltigere und wirtschaftlichere Bauteile dank Kunststoffschäumen

Q: Welche Vorteile hat das Schäumen von Kunststoff?

Leichtere Bauteile Geschäumte Bauteile sind gegenüber konventionellen Spritzgussteilen deutlich leichter, da ein Teil des Materials durch Gas ersetzt wird. Weniger Verzug Darüber hinaus sorgt das Ausschäumen für einen homogenen Innendruck in der Kavität, dadurch reduziert sich der Verzug signifikant und die Bauteile werden maßhaltiger. Wirtschaftliches Verfahren Zu guter Letzt ist das foammelt-Verfahren wirtschaftlich, da weniger Material benötigt wird und die Zykluszeit aufgrund des Wegfalls der Nachdruckphase reduziert werden kann. Zudem lassen sich aufgrund der deutlich geringeren erforderlichen Schließkraft auch größere Teile auf kleineren Maschinen produzieren. Dazu mehr im nächsten Absatz.

23. Dezember 2020 in Marktexpertise

von Wolfgang Kienzl
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Eine Einführung in die Welt des Schaumspritzgusses

Nach diesem Blogartikel werden Sie schäumen – nein, nicht vor Wut, sondern mit Ihrer Spritzgießmaschine! Lesen Sie, welche Vorteile das Schaumspritzgießen Ihnen bietet, wie es funktioniert und was Cola damit zu tun hat.

Bild zeigt Armaturenträger mit geringem Bauteilgewicht (© Borealis)

Wie funktioniert das Schäumen von Spritzgussteilen?

Sie kennen das sicher: Man öffnet eine Flasche Cola welche zuvor ordentlich durchgeschüttelt wurde, sofort schießt Schaum aus dieser und verteilt sich großzügig in der unmittelbaren Umgebung. Schaumspritzgießen funktioniert im Prinzip genau gleich! Dem Material (also quasi der Cola) wird ein Treibmittel zugesetzt (bei der Cola ist das die Kohlensäure) welches sich durch hohen Druck und hohe Temperatur im Material gleichmäßig löst (entsprechend dem Schütteln der Cola-Flasche). Spritzt man nun die unter Druck stehende Polymer-Gaslösung in die Werkzeugkavität ein (bzw. öffnet man die Cola-Flasche), erzeugt dies einen schlagartigen Druckabfall im Material. Das Gemisch wird übersättigt und das gelöste Gas entweicht unter Schaumbildung. Der einzige gravierende Unterschied beim Schaumspritzgießen (bei ENGEL foammelt genannt) ist: Im Gegensatz zum Cola-Experiment findet der Prozess unter kontrollierten Bedingungen statt – wir wollen ja schließlich ein funktionierendes Bauteil am Ende haben und keine Sauerei.

Bild zeigt Funktionsweise des Schaumspritzgusses — Schematischer Querschnitt durch ein geschäumtes Spritzgießteil

Unser Partnerunternehmen Trexel™ zeigt den Schaumspritzgießprozess im Überblick:

Welche Vorteile hat das Schäumen von Kunststoff?

Leichtere Bauteile
Geschäumte Bauteile sind gegenüber konventionellen Spritzgussteilen deutlich leichter, da ein Teil des Materials durch Gas ersetzt wird.
Weniger Verzug
Darüber hinaus sorgt das Ausschäumen für einen homogenen Innendruck in der Kavität, dadurch reduziert sich der Verzug signifikant und die Bauteile werden maßhaltiger.
Wirtschaftliches Verfahren
Zu guter Letzt ist das foammelt-Verfahren wirtschaftlich, da weniger Material benötigt wird und die Zykluszeit aufgrund des Wegfalls der Nachdruckphase reduziert werden kann. Zudem lassen sich aufgrund der deutlich geringeren erforderlichen Schließkraft auch größere Teile auf kleineren Maschinen produzieren. Dazu mehr im nächsten Absatz.

Bild zeigt Anwendung im Schaumspritzguss — Kunststoffschäumen ist eine hervorragende Basis für diverse Oberflächentechnologien, wie z.B. DecoJect®

Welche Arten von Schaumspritzgießen gibt es und was benötige ich dafür?

Grundsätzlich gibt es zwei Schäumverfahren, welche sich durch die Art und Einbringung des Treibmittels in das Polymer unterscheiden: Das physikalische und das chemische Schäumen.

Beim physikalischen Schäumen wird Gas (meistens Stickstoff oder Kohlendioxid) nach dem Plastifizieren in die Schmelze eingebracht. Dazu ist zusätzliches Equipment nötig. Welches Gas man verwendet hängt von der Bauteilgeometrie und dem gewünschten Endzweck ab.
Beim chemischen Schäumen wird ein Treibmittel in Granulat- oder Pulverform dem Ausgangsmaterial beigemischt. Durch das anschließende Plastifizieren wird das Treibmittel aufgeschmolzen und setzt Gase frei (dieses Verfahren wäre also quasi das Mentos in der Cola-Flasche). Für das chemische Schäumen ist kein zusätzliches Equipment nötig, es ist daher einfacher und günstiger zu implementieren.

Beiden Verfahren ist gemein, dass eine Verringerung der Schmelzeviskosität bewirkt wird. Dadurch wird der Forminnendruck wesentlich geringer als beim Kompaktspritzgießen, was einerseits die Lebensdauer des Werkzeuges positiv beeinflusst und andererseits auch zu einer Reduktion der Schließkraft führt. Sehr oft führt die geringere Schließkraft auch zu kleineren Maschinen, was den Invest wiederum verringert. Für die Produktion von großen Bauteilen auf kleineren Maschinen ist unsere patentierte, holmlose ENGEL victory Baureihe prädestiniert.

Bild zeigt schaumspritzgegossenes Bauteil — Der Schaumdruck sorgt für eine verlässliche und homogene Füllung von komplexen Bauteil-Geometrien.

Leichtere Bauteile dank Kunststoffschäumen – das Wichtigste im Überblick

So funktioniert’s: Im Material wird ein Treibmittel (Gas) gelöst. Das Einspritzen geht mit einem schlagartigen Druckabfall einher, was dazu führt, dass das Gas unter Schaumbildung entweicht.
Die Vorteile: Kunststoffschäumen ist wirtschaftlich, es reduziert den Verzug dank homogenem Innendruck in der Kavität und bringt leichtere Bauteile hervor.
Das wird benötigt: Gas und zusätzliches Equipment für dessen Einbringung (physikalisches Schäumen) bzw. lediglich Treibmittel (chemisches Schäumen), ohne Bedarf an weiterem Equipment.

Wie kann ich mich weiter über Schaumspritzgießen informieren?

Ganz einfach indem Sie unsere Experten kontaktieren – wir beraten Sie gerne umfassend und erarbeiten mit Ihnen eine auf Ihre individuellen Anforderungen zugeschnittene Lösung. Darüber hinaus findet jedes Jahr eine foammelt-Tagung bei ENGEL mit vielen interessanten Vorträgen rund ums Schäumen statt.