Integrale Fertigung von hybriden Leichtbau-Sandwich-Strukturen im Partikelschaum-Verbundspritzgießen für die Großserie (SamPa)

Problemlage:
Der Leichtbau in Elektrofahrzeugen erfolgt u. a. unter Verwendung vielfältiger Kunststoffe, darunter Schaumstoffe. Partikelschaumstoffe entstehen, indem das im thermoplastischen Kunststoffgranulat enthaltene Treibmittel verdampft wird. Die so entstehenden aufgeblähten Schaumstoffpartikel verkleben in einem Werkzeug zur gewünschten Form. Diese Werkstoffe haben aufgrund ihrer geringen Dichte sowie der geringen Rohstoff- und Verarbeitungskosten ein enormes Einsatzpotential in Fahrzeugen im Bereich der Isolation, Schalldämmung und der Kräfteabsorption. Erste Untersuchungen belegen die Kombinierbarkeit von Partikelschaumstoffen mit weiteren Kunststoffen im Spritzgießprozess. Für die Anwendung in der Serienfertigung sind dazu jedoch noch vielfältige Aufgabenstellungen zu lösen.

Zielstellung:
Im Forschungsprojekt SamPa wird deshalb ein neuartiges Fertigungsverfahren entwickelt, das den Schäumprozess mit dem etablierten Spritzgießprozess kombiniert. Die Verknüpfung beider Basistechnologien stellt einen innovativen Ansatz zur Generierung komplexer, integraler Leichtbaukomponenten mit funktionalisierten Oberflächen dar.

Vorgehensweise:
Dazu wird insbesondere ein wirtschaftliches und serientaugliches Formwerkzeug zur Herstellung funktionalisierter Partikelschaum-Verbundbauteile aus mehreren Komponenten entwickelt. Für ein weit über klassische Bauweisen hinausgehendes Maß an Prozess-, Struktur- und Funktionsintegration am Bauteil und zur Erzielung bedeutender Gewichts- sowie Kosten-reduzierungen müssen die gleichzeitige Verarbeitung verschiedener Kunststoffe und das Umspritzen von z. B. Befestigungselementen in einem Fertigungsschritt gelöst werden. Die Vorteile von Partikelschaumstoffen, wie z.B. die hervorragenden Crashabsorptions- und Isolationseigenschaften sowie die Formgestaltungsvielfalt beim Spritzgießen, können damit in der SamPa-Fertigungsprozesskette gezielt kombiniert und anhand einer funktionalen Demonstratorstruktur gezeigt werden.

Ergegebnisse und Verwertung:
Die Projektergebnisse leisten einen wesentlichen Beitrag zur ressourceneffizienten Serienfertigung von Elektrofahrzeugen bei gleichzeitiger Erfüllung höchster technologischer und funktionaler Anforderungen. Es wird künftig möglich sein, Partikelschaum-Spritzgieß-Verbundbauteile in verschiedenen Werkstoffkombinationen effizient herzustellen. Die Verarbeitbarkeit verschiedener Kunststoffe in einem formgebenden Fertigungsprozess hat großes Potenzial auch für die Erhöhung des Automatisierungsgrades und damit der Wirtschaftlichkeit in der Konsumgüterindustrie, bei medizinischen Geräten, bei mobilen Arbeitsgeräten und bei Elektronikgehäusen. Die aus dem Projekt resultierenden Weiterentwicklungen in der Werkzeugtechnik, der Maschinentechnik und der Prozesstechnik lassen sich zudem auf vielfältige werkzeuggebundene Fertigungstechnologien in der Kunststoffverarbeitung übertragen.

• ARBURG GmbH + Co KG
• inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
• Krallmann Pilot-Werkzeug GmbH
• RUCH NOVAPLAST GmbH + Co. KG
• T. Michel Formenbau GmbH & Co. KG
• Technische Universität Dresden
• Universität Paderborn