Kunststofftechnik: Mit Fluidinjektion zum hohlen Sitzverstellbügel

Verarbeiter landet Coup im automobilen Leichtbau

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Spritzgießer Müller-Technik entwickelte einen Sitzverstellhebel aus Kunststoff als Alternative zur schweren Metallausführung. Mit Erfolg: Der Automobilbau geht auf den Vorschlag ein und nimmt ihn in die Serienplanung auf.

Es ist kein Geheimnis, dass Tier-2-Betriebe als Unterlieferanten schon seit langem von Tier-1-Automobil-Zulieferern preislich unter Druck gesetzt werden, wobei letztere nur weitergeben, was ihnen die Automobilindustrie auferlegt. Gerade für Tier-2-Betriebe ist die Vergrößerung der technischen Kompetenz deshalb überlebensnotwendig. Diese Erkenntnis hat die Müller-Technik GmbH, ein Spritzgießverarbeiter von technischen Präzisionsteilen im oldenburgisch-münsterländischen Steinfeld, aktuell in die Tat umgesetzt. Für den Kunststoffspezialisten zeigte sich: Neuartige Spritzgießverfahren bieten Lösungen, um die Zukunft durch innovative Anwendungen zu sichern.

Dazu Helmut Kohake, Mitglied der Geschäftsleitung und Leiter Vertrieb und Entwicklung bei Müller-Technik: „Wir wissen, dass die Industrie unter dem Zwang steht, aus Gründen der Kosten- und Energieeinsparung immer leichtere Strukturen bei gleicher Festigkeit rationell zu fertigen. Deshalb haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, in Eigeninitiative jedes Jahr eine Neuentwicklung in Kunststoff zu kreieren, die wir mit dem Kunden zur Serienreife führen.“ Das Vorzeigebeispiel ist der jetzt vorgestellte Kunststoff-Bügel. Schon lange hatte man bei Müller-Technik den traditionell aus Blech gefertigten Verstellbügel von Autositzen als Substitutions-Objekt ins Auge gefasst.
Für die Idee gab es einen simplen Auslöser: Für Kohake fühlte sich der Metall-Sitzverstellbügel seines Autos unangenehm kalt an im Winter. Außerdem passte er als Einfachlösung nicht zu Preis und Anspruch seines Wagens, wie er meinte. Er wollte eine Verbesserung erreichen und ging nach der Methode „ausbauen, anschauen, Lösung finden, realisieren, einbauen“ vor – wobei er zunächst noch nicht an eine Serienanwendung dachte.
Eine derartige Entwicklung serienreif zu realisieren, ist bereits eine Herausforderung. Man muss sie aber auch verkaufen. Kohake beschritt dafür ebenfalls einen erfolgreichen Weg: „Wir haben überzeugend beim Autohersteller präsentiert, der seinerseits dem betreffenden Tier-1-Zulieferer die Annahme dieser Lösung empfohlen hat – und so wird das Projekt nun von uns realisiert.“
Beim Entwickeln des Leichtbau-Verstellhebels aus Kunststoff ging man in Steinfeld neue Wege. Entscheidend war der Schritt hin zum Spritzgießen mit Fluidinjektion, auch Wasserinjektionstechnik (WIT) genannt. Dabei wird unmittelbar nach dem Füllen der Kavität mit Kunstsstoffschmelze (Full Shot) über einen Injektor Wasser eingespritzt. Das Wasser drückt die noch plastische Seele des Formteils aus dem Werkzeug heraus, so dass ein Hohlraum entsteht. Diese Restschmelze kann man in Überlaufkavitäten „ausblasen“ oder zurück in den Spritzgießzylinder ziehen. Anschließend wird das Teil über eine WIT-Einheit im Kreislauf entwässert und entformt.
Müller-Technik hatte langjährige gute Erfahrungen mit der Gasinjektionstechnik Airmould von Wittmann-Battenfeld gemacht und wandte sich nun an den österreichischen Spritzgießmaschinenhersteller, um die Wasserinjektionstechnik Aquamould einzusetzen. Die damit hergestellten Bügel erreichten als Innovation beim SPE-Automotive-Award auf Anhieb den dritten Platz. Der Preis wurde auf der Messe K 2007 verliehen.
Geplant war diese Anwendung zunächst mit Gasinnendrucktechnik (GIT), doch dabei stießen die Norddeutschen an die Grenzen dieser Technologie. GIT lässt sich für kleine Bauteildurchmesser gut anwenden – das Medium Gas ist dann mit klein gebauten Injektoren einfach zu handhaben und rückzuführen. Gegen GIT sprechen jedoch unter anderem die hohen Kosten des Gases (Stickstoff) und lange Zykluszeiten sowie größere Restwandstärken. Abhilfe bietet hier die Wasserinjektionstechnik.
Wasser als Prozessmedium hat gegenüber Gas entscheidende Vorteile: Durch die hohe Wärmekapazität und die deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit kühlt Wasser das Formteil von innen wirkungsvoller als Gas, so dass sich im Vergleich zu GIT deutlich kürzere Zykluszeiten und dünnere Restwandstärken ergeben. Zudem wird das Aufschäumen der inneren Oberflächen vermieden. Das inkompressible Wasser vereinfacht die Prozesskontrolle und ist darüber hinaus weitaus kostengünstiger als technische Gase wie Stickstoff.
Mit Fluidtechnik verarbeiteter Kunststoff bietet gegenüber Metallteilen folgende Pluspunkte:
  • geringere Kosten
  • Designfreiheit
  • Integration von Funktionselementen wie Steckerhalterungen
  • erhöhter Komfort (angenehme Haptik)
  • Farbauswahl ohne Lackierung
  • ein Drittel weniger Gewicht
  • Korrosionsbeständigkeit
  • 100%ige Rezyklierbarkeit
Die Fluidtechnik für den Sitzverstellbügel entwickelte die hausinterne Werkzeug- und Formteilentwicklungsgruppe bei Müller-Technik. Der Herstellprozess entstand in Zusammenarbeit mit Wittmann Battenfeld in Meinerzhagen und Kottingbrunn, Österreich, sowie der A. Schulman GmbH in Kerpen als deutscher Niederlassung des gleichnamigen Kunststoffherstellers in Ohio/USA. Beide Unternehmen haben nach Helmut Kohake maßgeblichen Anteil am erfolgreichen Zustandekommen des Projekts durch ihre Unterstützung bei WIT sowie durch Material- und Anwendungsberatung und -entwicklung. Die Versuche zur Prozess- und Anlagenoptimierung erfolgten im Wittmann-Battenfeld-Technikum auf einer HM 210/1000 mit hydraulischer Schließeinheit und 210 t Schließkraft. Schulman optimierte den Kunststoff PA 6 mit 30 % Glasfasern genau für den individuellen Anwendungsfall. Dabei waren Anforderungen wie hohe mechanische Festigkeit, geringe Restwanddicke und gute Oberflächenqualität zu erfüllen.
Und wann geht die bereits preisgekrönte Anwendung in Serie? „Den ersten Vorentwicklungsauftrag haben wir bereits von einem Zulieferer bekommen, der die Idee als erster aufgegriffen hatte“, antwortet Kohake. „Der K-Bügel wird als Konzerngriff aller Voraussicht nach ab 2009 bei einem deutschen Automobilhersteller eingesetzt.“ Inzwischen sei die Vorentwicklung technisch klar abgesichert. „Und wir sind mit einem weiteren Zulieferer im Gespräch, der den K-Bügel in einer verstellbaren Hinterbank-Garnitur verbauen will.“
Für Müller-Technik ist das vermutlich erst der Anfang. Denn wenngleich schon zahlreiche Serienanwendungen für WIT existieren, hat das Verfahren immer noch ein hohes Entwicklungspotential. Denkbar sind Weiterentwicklungen in Richtung Funktionsintegration bei Formteilen, wofür die Mehrkomponententechnik zum Einsatz kommen könnte, sowie auch bei der Injektortechnik selbst.
Klaus Diebold Fachjournalist in Nürnberg
Kunststoff-Verstellhebel erhielt SPE-Automotive-Award

Marktchancen
Marktchancen lassen sich auch erkämpfen – das zeigt das Beispiel von Müller-Technik. Der Kunststoffverarbeiter entwickelte ein Automobilteil auf eigene Faust und brachte es in der Automobilindustrie als Substitut für ein Metallteil unter. Was notwendig ist für derartige Erfolge: Know-how über neue Technologien, gute Ideen, Mut und Durchhaltevermögen.
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