Kunststoff 31.07.2009, 19:42 Uhr

Zulieferer gewinnt mit modifiziertem Blasformen  

Erster Platz und dazu den Grand Award für die höchste Jurybewertung – das war das Ergebnis beim „Automotive Division Award 2009“ der Society of Plastics Engineers Central Europe für ein Ladeluftrohr des Kfz-Zulieferers Röchling Automotive. Die Vereinigung der Kunststoffingenieure würdigte die hochtemperaturbeständige Motorkomponente aus Polyphenylensulfid damit als innovativstes Kunststoffbauteil in der Kategorie Powertrain/Parts & Components. VDI nachrichten, Düsseldorf, 31. 7. 09, Si

Die europäische Sektion der Kunststoffingenieursvereinigung Society of Plastics Engineers (SPE), Hannover, hat bei ihrem Innovationspreiswettbewerb „Automotive Division Award 2009“ in Düsseldorf die erste Serienanwendung eines Ladeluftrohrs aus Polyphenylensulfid (PPS) für 2,0-l-Dieselmotoren von VW mit dem „Grand Award“ der Kategorie „Parts & Components“ ausgezeichnet.

„30 % weniger Gewicht gegenüber dem Aluminiumrohr, und das Ganze bei 230 oC und 2,8 bar Druck als regelmäßiger Belastung: Damit erschließen wir mit einem Ladeluftrohr aus Kunststoff ein neues Feld der Metallsubstitution“, freute sich Fabrizio Chini, Entwicklungsmanager von Röchling Automotive, über die Auszeichnung. Die erste Serienanwendung fand das in enger Zusammenarbeit mit dem Polymerproduzenten Ticona, Kelsterbach, entwickelte Kfz-Zulieferteil im Tiguan 2.0 TDI (125 kW) von VW.

„Durch eine Kombination aus Prozess- und Produktoptimierungen werden bei der Fertigung des Ladeluftrohrs die Kosten gegenüber Aluminium um etwa 25 % gesenkt“, nannte Ticona-Europavertriebschef Carsten W. Wörner als weiteren Wettbewerbsvorteil, denn ein modifiziertes Blasformverfahren erlaube die rationelle Fertigung des Kunststoffteils. Dabei kommen zwei unterschiedliche PPS-Typen zum Einsatz, um das Rohr herzustellen sowie Halterungen, Laschen oder Clips optimal integrativ zu applizieren.

Als Gründe für die Einsparungen führte Chini „geringere Ausschussquoten im Vergleich zum Schweißen, das Zusammenfassen mehrerer Fertigungsschritte, kurze Zykluszeiten und eine höhere Prozesssicherheit während des Fertigungsprozesses“ auf.

Entscheidendes Potenzial für die Kostenreduktion um 25 % konnte durch die Integration von Funktionselementen bereits während des Blasformens des Rohrs erschlossen werden. Waren bislang Halterungen, Laschen, Clips usw. in separaten Werkzeugen spritzgegossen und dann mit dem blasgeformten Rohr in einem dritten Verfahrensschritt (häufig mittels Heißspiegelschweißen oder Vibrationsschweißen) zusammengefügt worden, entfallen bei dem von Röchling entwickelten und patentierten „Spritzfügen TM“, ein bzw. zwei Verfahrensschritte. Der Grund: Spritzgießen und Fügen sind zusammengefasst und erfolgen im Blasformwerkzeug und zusätzlich in einem separaten Spritzgießwerkzeug.

Patentiertes Spritzfügen kombiniert zwei Verarbeitungsprozesse

Direkt im Blasformwerkzeug werden zwei der Funktionselemente zeitgleich zum Blasen spritzgegossen und gefügt. Bei dieser Variante befindet sich am Blaswerkzeug eine Spritzeinheit, mit der während des Blasformzyklus Befestigungslaschen angespritzt werden. Direkt nachdem das Bauteil ausgeblasen und noch nicht erkaltet ist, erfolgt das Aufbringen der Laschen mit der integrierten Spritzeinheit. Dadurch entsteht eine hochfeste Verbindung zwischen dem eigentlichen Rohr und den Funktionselementen.

Auch die Zykluszeit kann laut den Unternehmensangaben sehr kurz gehalten werden, da Blasformen und Spritzfügen nahezu zeitgleich erfolgen und ein weiteres Bauteilhandling nicht erforderlich ist. Die aufwendigere Gestaltung des kombinierten Blas- und Spritzgießwerkzeugs erlaubt allerdings nur eine begrenzte Anzahl von spritzgefügten Funktionselementen.

Um die komplexe Gestaltung umzusetzen, werden deshalb dem blasgeformten Ladeluftrohr anschließend zwei weitere Elemente durch Spritzfügen in einem separaten Werkzeug aufgespritzt. Die Oberfläche des Trägerteils muss dabei so gestaltet sein, dass ein partielles Anschmelzen der Oberfläche durch die aufgebrachte Kunststoffschmelze gelingt. Außerdem schwinden die Halterungen, die das Rohr komplett umschließen, beim Abkühlen auf das Rohr auf. Insgesamt werde damit eine Festigkeit erreicht, die um über 20 % höher liege als bei der bisherigen Fertigung.

„Diese Variante des Spritzfügens erlaubt eine größere Gestaltungsfreiheit der Funktionselemente. Dadurch lassen sich komplexere Geometrien realisieren“, erläuterte Chini die Vorzüge des Verfahrens. Die Spritzgießwerkzeuge könnten außerdem so ausgelegt werden, dass mehrere Anbauelemente auf einmal angespritzt werden. Damit reduzierten sich zusätzliche Handlingschritte auf ein Minimum.

Um das Spritzfügen bei möglichst niedrigen Drücken und Temperaturen zu sichern, muss der Werkstoff über sehr gute Fließeigenschaften verfügen. Außerdem ist eine hohe Schlagzähigkeit gefordert. Röchling erprobte daher Fortron FX4330T7 von Ticona. Der mit 30 % Glasfasern verstärkte PPS-Typ erfüllte nicht nur sämtliche Voraussetzungen für den Einsatz in beiden Verfahrensvarianten, sondern zeichnete sich auch durch verbesserte Zähigkeitseigenschaften aus. Und laut den Herstellerangaben besonders wichtig: Dieser schlagzäh modifizierte Kunststoff geht eine sehr gute Haftung mit dem PPS-Typ 1115LO ein, der für das Ladeluftrohr verwendet wird. JÜRGEN SIEBENLIST

Von Jürgen Siebenlist
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