Die Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB) hat im Rahmen eines öffentlich geförderten Kooperationsprojekts gemeinsam mit den Partnern Teubert Maschinenbau GmbH und Heinrich Nymphius GmbH eine innovative gravimetrisch basierte Fülltechnologie für Partikelschäume entwickelt.
Das Hauptziel des kürzlich abgeschlossenen Entwicklungsprojekts im Förderprogramm „ZIM“ bestand in der Entwicklung eines neuartigen, gravimetrisch arbeitenden Füllsystems, dass für alle auf dem Markt erhältlichen Partikelschäume universell eingesetzt werden kann. Der innovative Kern des Vorhabens bestand darin, den gemäß Stand der Technik volumetrischen Dosier- und Füllvorgang durch einen gravimetrisch basierten Prozess zu ersetzen.
Die Notwendigkeit ergab sich aus den im Partikelschaum-Rohmaterial teils vorhandenen Dichteschwankungen von bis zu ± 10%, die bislang über den volumetrischen Füllprozess materialeigenschaftsabhängig nur bedingt (oft mit aufwendigem Processing) oder kaum ausgeglichen werden können und sich daher auf die Partikelschaumbauteile übertragen. Die daraus resultierende Schwankung der mechanischen Eigenschaften ist insbesondere für sicherheitsrelevante Bauteile kritisch. Speziell beim Füllen von neuartigen technischen Partikelschäumen auf Basis von Konstruktions- und Hochleistungskunststoffen kann ein Ausgleich von Dichteinhomogenitäten im Rohmaterial aufgrund Ihrer vergleichsweisen hohen Steifigkeit bei Raumtemperatur oder durch fehlendes Treibmittel oftmals durch das klassische Füllverfahren nicht realisiert werden. Eine weitere Motivation bestand darin, dass ausgewählte Typen der neuen technischen Partikelschäume herstellungsbedingt starke geometrische Inhomogenitäten aufweisen. Sie unterscheiden sich von den klassischen Partikelschäumen hinsichtlich Partikelgröße, Größenverteilung und Partikelgeometrie, was dazu führt, dass ein reproduzierbares, volumetrisches Füllen mit bestehendem Dosier- und Füllequipment nicht wirtschaftlich darstellbar ist.
Der Lösungsansatz im F&E-Vorhaben bestand darin, mittels der neuen gravimetrisch basierenden Technologie pro Zyklus stets die gleiche Masse an Partikelschaum-Rohmaterial in eine vorgegebene Werkzeugkavität zu dosieren, um die Dichte- und Qualitätsschwankungen zu minimieren und um beispielsweiße auch den hohen Bauteilanforderungen im Automotive- und Luftfahrtsektor gerecht zu werden.
Das wichtigste Ergebnis war die erfolgreiche Umsetzung einer gravimetrischen Fülltechnik in Form einer Pilotanlage im Technikumsmaßstab. Dabei entwickelte Teubert die dazu notwendige Dosiertechnik. Die Fa. Nymphius entwickelte einen dazugehörigen Injektortyp und NMB war für die Erarbeitung der Prozesstechnik zuständig. In den Versuchsserien wurde unter anderem mit den Werkstoffen EPP, EPS, E-PBT und einem Partikelschaum auf Basis von Polymethacrylimid gearbeitet.
Dieser Materialtyp konnte mit Hilfe der neuen Pilotanlage erstmalig reproduzierbar automatisiert in ein Formwerkzeug gefüllt werden. Verglichen mit den bislang verwendeten, nicht automatisierten Füllvorgang, ist eine Reduzierung der Zykluszeit um rund 90 % möglich. Hinsichtlich der Reproduzierbarkeit konnte im Technikumsmaßstab eine max. Abweichungen (Masse der Formteile) beim gravimetrischen Füllvorgang mit dem Partikelschaum EPP von kleiner 1% erreicht werden.
Die Pilotanlage im Technikums-Maßstab wird aktuell im Technikum der NMB betrieben und ist mobil ausgeführt, so dass ein Einsatz an unterschiedlichen Formteilautomaten bzw. Standorten möglich ist.
Eine Entwicklungsperspektive besteht in der Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf neuartige dampflose Verarbeitungsverfahren für Partikelschäume. Dort kann die Kombination von energieeffizienten Prozessen mit der präzisen Reproduzierbarkeit zur Herstellung von Partikelschaumbauteilen (basierend auf der gravimetrischen Dosier- und Fülltechnologie) entscheidende Vorteile gegenüber bisherigen Lösungen bieten. Dadurch besteht das Potenzial einer wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Herstellung von sicherheitsrelevanten Partikelschaumbauteilen wodurch weitere Märkte erschließbar sind. Dies soll in zukünftigen Forschungsaktivitäten und Projekten weiterverfolgt werden.
Das Verfahren sowie der entsprechende Anlagenprototyp wurden im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekts „graviPRIME – Neuentwicklung einer gravimetrischen Fülltechnik für thermoplastische Partikelschäume“ (Förderkennzeichen ZF4064609LP7) von den Kooperationspartnern Neue Materialien Bayreuth GmbH, Teubert Maschinenbau GmbH und Heinrich Nymphius GmbH entwickelt.
Neue Materialien Bayreuth GmbH
Dipl.-Ing. (FH) Peter Schreier | E-Mail: peter.schreier@nmbgmbh.de
