Zungenbrecher: Die Dichtungen werden direkt im Bauteil aufgeschäumt, daher der Name FIPFG-Verfahren (formed-in-place-foam-gasket) . (Bild: Pöppelmann)
Traditionell werden als Dichtungen statische Lösungen montiert oder im 2K-Spritzguss angebracht. „Ortsgeschäumte PUR-Dichtungen sind eine wirtschaftliche Alternative zu diesen Verfahren“, erläutert Andreas Kellermann, Verkaufsleiter K-Tech bei Pöppelmann. Sie schützen einerseits vor Schmutz, Ölen, Fetten, Chemikalien und Wasser. Andererseits verringern sie Vibrationen, Lärm und Schwingungen. Letzteres spielt vor allem in der Automobilindustrie, aber auch in der Elektrotechnik und im Maschinen- und Apparatebau eine Rolle. Weil die Dichtungen direkt im Bauteil aufgeschäumt werden, spricht man auch vom FIPFG-Verfahren (formed-in-place-foam-gasket).
Dichtungen im FIPFG-Verfahren eigenen sich für Bauteile mit komplexen Dichtungsgeometrien (Bild: Pöppelmann).
Ein CNC-gesteuerter Dosierkopf bringt die Dichtung an der am Kunststoffteil vorgesehenen Nut auf. Aufgrund der automatischen Steuerung lässt sich der Schäumprozess jederzeit reproduzieren. Da der Schaum an der Kopplungsstelle ineinander wächst, entsteht im Gegensatz zu eingelegten Schnurdichtungen keine Nahtstelle. Härtegrad sowie Höhe und Breite der Schaumdichtung sind individuell einstellbar. Nicht zuletzt ergeben sich durch sogenannte Freiform-Ausführungen flexible Gestaltungsmöglichkeiten. Mittels Plasma-Vorbehandlungen des Kunststoffteils können die PUR-Dichtungen auch ohne Nut ihre Position halten.
Das vollautomatische FIPFG-Verfahren bietet Vorteile wie niedrige Ausschussraten, keine Stanz- oder Verschnittverluste, eine hohe Produktivität, weniger Personalaufwand, kurze Zyklen und hohe Produktionsgeschwindigkeiten. „Es entstehen keine zusätzlichen Werkzeugkosten, und ein zeitaufwendiger Maschinenrüstvorgang entfällt“, erklärt Andreas Kellermann. Aufgrund der automatischen Bauteilerkennung ist zudem eine chaotische Teilezuführung möglich.
Individuelle Dichtsysteme konzipieren
Pöppelmann K-Tech bietet individuelle Beratung an und übernimmt über den ganzen Prozess hinweg die Verantwortung für das Bauteil: „Wir konzipieren je nach Vorgabe und Verbausituation individuelle Dichtungskonzepte“, erzählt Andreas Kellermann. „Bereits in der Entwicklungsphase entscheidet sich, wie wirtschaftlich das Bauteil als Spritzgussteil im Werkzeug ausgelegt und später geschäumt werden kann.“
Zungenbrecher: Die Dichtungen werden direkt im Bauteil aufgeschäumt, daher der Name FIPFG-Verfahren (formed-in-place-foam-gasket) (Bild: Pöppelmann).
Das Unternehmen setzt grundsätzlich auf ein zertifiziertes Qualitätsmanagement und eine eigene Schutzart-Prüfkammer gemäß DIN 40050. „Wir sind in der Lage, unsere Kunststoffteile und Dichtungen gemäß der geforderten IP-Dichtigkeitsklassen zu prüfen und zu dokumentieren“, fährt Kellermann fort. Anhand von Prototypen lässt sich bereits in der Entwicklungsphase die Dichtigkeit der Bauteile bewerten. Somit erhält der Anwender serienreife Funktionsmuster des Kunststoffteils inklusive Dichtung.
Leichter mit Schaum
Eine Leichtbautechnik, die Pöppelmann K-Tech einsetzt, ist das Mucell-Verfahren. Bei dem physikalischen Prozess zum Schäumen von Thermoplasten wird ein Gas wie zum Beispiel Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid in eine heiße Kunststoffschmelze eingebracht. Diese Gas/Kunststofflösung wird dann in das Werkzeug eingespritzt und bildet mikrozellulare Strukturen mit einer Zellgröße zwischen fünf und 500 µm.
In Mucell hergestellte Formteile haben weniger Verzug, kaum Einfallstellen, geringere Eigenspannungen und eine höhere Dimensionsstabilität. Gleichzeitig lässt sich die Bauteildichte um bis zu fünfzehn Prozent reduzieren. Durch die maschinelle Steuerung ist der Fertigungsprozess jederzeit reproduzierbar und prozesssicher.
Auch aus wirtschaftlicher Sicht lohnt sich das Verfahren: Denn je nach Bauteildimension kann auf Maschinen mit geringeren Schließkräften als im Kompaktspritzguss gefertigt werden. Zudem lassen sich durch die Dichtereduzierung Materialkosten einsparen. Auch bei der Werkzeugabstimmung fällt weniger Aufwand an – so erreichen viele Bauteile schneller den Serienstatus.
Auf die inneren Werte kommt es an
„Bezüglich des Mucell-Verfahrens haben wir in den letzten Jahren umfassende Erfahrungen gesammelt“, erklärt Kellermann. Gerade bei der Auswahl des richtigen Materials muss einiges beachtet werden: Denn zwischen den unterschiedlichen Polymergruppen und Herstellern gibt es große Schwankungen. Aus diesem Grund hat das Unternehmen schon vor Jahren damit begonnen, Materialanalysen durchzuführen. Das zahlt sich heute aus: So hat der Anbieter bereits über 1800 Tonnen Material auf den Mucell-Maschinen in Serie verarbeitet.
In der Konstruktion Ziele definieren
Materialanalyse: Zwischen den unterschiedlichen Polymergruppen und Herstellern gibt es große Unterschiede (Bild: Pöppelmann).
Bei dem Verfahren sind einige wesentliche Punkte bei der Bauteilkonstruktion zu beachten: Grundsätzlich sollte im Vorfeld die Zielsetzung zum Beispiel bezüglich Gewichtsreduzierung oder Bauteilverzug definiert werden. Auch fertigungsbezogene Vorgaben wie eine möglichst gleiche Fließweglänge für eine gleichmäßige Schaumstruktur, die Vermeidung von Hotspots sowie die Angleichung des Rippen-/Wandstärkeverhältnisses müssten beachtet werden. Das Fließweg-Wandstärkenverhältnis bestimme letztendlich die maximale Gewichtsreduzierung. „Schon bei der Konstruktion setzen wir gezielt Simulationsprogramme ein“, so Andreas Kellermann weiter.
Bei der Anfertigung der Werkzeuge für den Fertigungsprozess gilt es, spezielle Anforderungen zu erfüllen. So müssen zum Beispiel die Entlüftung und die Kühlkreisläufe prozessgerecht ausgelegt werden, damit eine konstante Serienqualität des Artikels über den gesamten Lebenszyklus hinweg gewährleistet werden kann. „Wir haben gute Erfahrungen mit Kombi-Werkzeugen gemacht“, erklärt der Vertriebler. Dabei werden zwei unterschiedliche Bauteile einer Baugruppe in einem Werkzeug kombiniert, was Aufwand und Kosten reduziert. Alle bei Pöppelmann eingesetzten Mucell-Werkzeuge sind Heißkanalwerkzeuge mit Nadelverschlussdüse.
Noch Luft nach oben
Das Unternehmen fertigt schon seit einigen Jahren Mucell-Produkte in Serie, doch ist längst nicht das gesamte Potenzial ausgeschöpft. „Vor allem bei den Materialien gibt es noch Luft nach oben“, betont Andreas Kellermann. Deshalb arbeitet die Abteilung an einer Studie, um den Anwendern bereits in der Projektphase geeignete Polymertypen zu empfehlen und Strukturanalysen durchzuführen.
Darüber hinaus berät und unterstützt das Unternehmen die Anwender in jeder Projektphase – von der Mucell-gerechten Zeichnung, über die Zellgrößenanalyse oder mechanische Bauteilteilprüfungen bis hin zur Freigabe des Serienprozesses.
Das Ziel ist nun, die Oberflächeneigenschaften der Kunststoffkomponenten zu verbessern. „Weil viele Mucell-Bauteile bei der Herstellung Schlieren auf der Oberfläche bilden, werden sie häufig in Bereichen eingesetzt, in denen sie nicht sichtbar sind“, erklärt Andreas Kellermann. Mit einer ansprechenderen Oberflächenoptik könnten weitere Anwendungsgebiete erschlossen werden. do
Von Apparatebau bis Verpackung
Familienbetrieb mit Tradition
Seit 1949 ist Pöppelmann in der kunststoffverarbeitenden Industrie aktiv. Der Familienbetrieb aus Lohne hat weltweit 1700 Mitarbeitern und gliedert sich in vier Geschäftsfelder: Im Bereich Kapsto werden in erster Linie Kappen und Stopfen hergestellt, die zum Schützen und Verschließen von Bohrungen, Rohren oder Gewinden eingesetzt werden. Bei K-Tech werden hochpräzise technische Kunststoff-Spritzgussteile von der Entwicklung bis zur Serie gefertigt, unter anderem für die Bereiche erneuerbare Energien, den Maschinen- und Apparatebau sowie die Automobil- und Elektroindustrie.
Für die Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie sowie die Medizintechnik entwickelt und produziert die Abteilung Famac technische Funktionsteile und Verpackungen. Das vierte Segment Teku vertreibt Pflanztöpfe und Anzuchtsysteme für den Erwerbsgartenbau. Das Unternehmen entwickelt kontinuierlich neue Produktionsverfahren und erprobt Materialien. Im Kompetenzbereich K-Tech werden beispielsweise mithilfe des FIPFG-Verfahrens Pur-Dichtungen passgenau mit Kunststoffelementen kombiniert. Auf der Hannover Messe stellt Pöppelmann in Halle 6 am Stand B18 aus.
Autor: Dirk Stubbe, Pöppelmann Kunststoff-Technik