Leichte Bauteilkonstruktion, Bild: Pöppelmann

Ein entscheidender Faktor für die Gewichtsreduzierung ist das richtige Material. In Kombination mit einer kunststoffgerechten Bauteilkonstruktion entstehen echte Leichtbau-­Lösungen. Bild: Pöppelmann

Besonders in der Automobilindustrie spielt Leichtbau eine entscheidende Rolle. Denn jedes eingesparte Gramm hilft, den Kraftstoffverbrauch zu senken und die gesetzlichen CO₂-Vorgaben einzuhalten. Aber auch in anderen Industriezweigen gewinnt das Thema zunehmend an Relevanz – spätestens dann, wenn sich durch konsequente Reduzierung des Gesamtgewichts ein Teil der Betriebskosten einsparen lässt. Pöppelmann K-Tech bietet verschiedene Strategien und Lösungen, um Gewichtseinsparungen zu erzielen.

So vielfältig wie die Anwendungsbereiche und technischen Anforderungen sind, umso komplexer sind die Zielvorgaben – gerade in Bezug auf die Gewichtsreduzierung. Die Erfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass es nicht die „eine“ Lösung gibt. Stattdessen muss jedes Produkt und jeder Prozess separat durchleuchtet werden.

Pöppelmann K-Tech betreut seine Kunden von der Entwicklung bis zur Serie – mit Erfolg. Denn je eher der Kunststoff-Experte in den Entwicklungsprozess eingebunden wird, desto stärker ist das Ergebnis. Mithilfe von leistungsfähigen Polymeren produziert das Unternehmen zum Beispiel hochbelastbare Öldruckrohre, die vorher aus Aluminium gefertigt wurden, aus Kunststoff.

K-Tech-Check

Bevor das Unternehmen mit einem neuen Projekt startet, führen die Experten des Kunststoffverarbeiters aus Lohne bei Oldenburg gemeinsam mit dessen Kunden eine intensive Bauteilbewertung durch: den K-Tech-Check. Dabei wird jede Anfrage auf die Parameter Material, Konstruktion, Werkzeug und Prozess überprüft, sodass sich beurteilen lässt, an welcher Stellschraube die Ingenieure drehen müssen, um das Gesamtgewicht der Lösung zu reduzieren.

Ein entscheidender Faktor für Gewichtsreduzierung ist das Material – gerade wenn es darum geht, Metallteile in Kunststoff umzukonstruieren. „Jedes Bauteil muss zum Beispiel von Anfang an kunststoffgerecht in Relation zum Material ausgelegt werden – damit schon in der Konstruktion frühzeitig wichtige Weichen in Bezug auf Funktionalität gestellt werden können“, erklärt Reinhard Böckmann, Projektleiter bei Pöppelmann K-Tech.

CAD-Daten am Computer, Bild: Pöppelmann
Experten sichten die CAD-­Daten, um für jedes Bauteil das passende Material zu bestimmen. Bild: Pöppelmann

„Gleichzeitig schauen wir uns den Prozess an, sprich: Mit welcher Technologie und nach welchen Vorgaben wir am sinnvollsten produzieren. Parallel kümmern wir uns um das Werkzeug: Was muss es leisten? Wie lasten wir es am effektivsten aus?“

Die Entscheidung für das passende Material fällt nach Sichtung der CAD-Daten: „Denn erst, wenn das Material zu hundert Prozent zur Konstruktion passt, wird am Ende eine wirtschaftliche Lösung daraus“, sagt Projektleiter Sascha Arkenau. Wie fest muss das Material sein? Welcher Temperatur muss es standhalten? Wie flexibel muss es sein, wie teuer darf es sein? Und wie sieht es mit Recycling aus? Natürlich spielt auch das Gewicht eine entscheidende Rolle. „Das sind Fragen, die wir uns jedes Mal stellen – auch bei bestehenden Kunststoffteilen“, so Arkenau weiter.

MuCell-Verfahren

Außer über den Aspekt Material kann das Bauteilgewicht auch über neue Herstellungsverfahren reduziert werden. Seit vielen Jahren kommt hier das MuCell-Verfahren zum Einsatz, eine Technologie zum physikalischen Schäumen von Thermoplasten.

Dieses Verfahren bietet eine Menge von Vorteilen. Mithilfe der Maschinenparameter ist der Fertigungsprozess sicher zu steuern und somit absolut reproduzierbar. Weiterhin kann durch die Schaumbildung das Bauteilgewicht um bis zu 15 Prozent, je nach Materialtyp, reduziert werden.

MuCell-Verfahren, Bild: Pöppelmann
Das MuCell-Verfahren zeigt vor allem bei großen Bauteilen seine Vorteile. Nicht nur wegen seiner Gewichtsreduzierung, sondern vor allem wegen der sichtbaren Verzugsminimierung. Bild: Pöppelmann

Doch die Gewichtsreduzierung ist nur ein wesentlicher Vorteil des MuCell-Verfahrens: Stärker überwiegen funktionelle Vorteile wie unter anderem die verbesserte Dimensionsstabilität der Formteile. Dank des thermoplastischen Schäumens lassen sich Formteile mit geringem Verzug und hoher Steifigkeit herstellen. Außerdem lassen sich Einfallsstellen reduzieren. Gerade bei verzugsanfälligen Bauteilen wie zum Beispiel bei Batteriegehäusen ein wichtiger Faktor.

„Am Ende erhält man mehr Funktionen bei reduziertem Gewicht bei gleichzeitiger Kostenkontrolle“, fasst Karen Rußmann, bei Pöppelmann K-Tech zuständig für die Prozessumsetzung, zusammen. Mit über 4,5 Millionen produzierter Serienbauteile allein im Jahr 2015 ist das Unternehmen einer der führenden Verarbeiter, wenn es um MuCell geht.

Organobleche: noch leichter und feste

Männer mit Bauteil, Bild: Pöppelmann
Reproduzierbar und prozesssicher, der MuCell-­Fertigungsprozess bei Pöppelmann. Bild: Pöppelmann

Doch nicht für jedes Bauteil ist MuCell das richtige Verfahren. In diesem Zusammenhang bieten Organobleche neue, vielversprechende Konstruktionsmöglichkeiten. Bei Organoblechen handelt es sich um vorgefertigte Halbzeuge, bestehend aus in Polymer getränktem Endlosglasfaser-Gewebe. Diese werden je nach Kontur zugeschnitten, aufgeheizt und direkt im Spritzgusswerkzeug umgeformt.

Das Besondere: Die Funktionsbereiche werden einfach auf den Einleger gespritzt. Zusätzliche, aufwendige Nacharbeitungsschritte entfallen. „Diese Funktionsintegration ist ein großer Vorteil gegenüber Metallbauteilen“, sagt Frank Schockemöhle, Leiter Prozessumsetzung bei Pöppelmann K-Tech. „Hinzukommt, dass die Steifigkeit und Festigkeit vergleichbar sind.

Aber die Bauteile sind deutlich leichter.“ Der Einsatz von Organoblechen ist nicht neu, erhält aber durch die Zielvorgabe Gewichtsreduktion immer mehr an Bedeutung. Der Spezialist produziert bereits mehrere Bauteile für laufende Serienanwendungen.

Sitzschale Auto, Bild: Pöppelmann
Die ersten Serienbauteile zeigen die Leichtbau-­Potenziale der Organobleche. Bild: Pöppelmann

Die Möglichkeiten, das Gewicht von Bauteilen zu reduzieren und zugleich die Funktionalität zu erhalten oder sogar zu erweitern, sind also vielfältig. Pöppelmann K-Tech bietet seinen Kunden hierzu verschiedene Lösungen. Da das Unternehmen Bauteilentwicklung und Serienproduktion aus einer Hand bietet, profitieren Kunden von kurzen Entwicklungszeiten. Mithilfe von 3D-Entwicklungstools wie FEM-Berechnungen oder Füllsimulationen können Konstruktionsdaten bereits in frühen Projektphasen bewertet werden.

Zudem verfügt der Kunststoffverarbeiter über umfangreiche Praxiserfahrungen im Umgang mit unterschiedlichen Materialien und Werkzeuganforderungen sowie ein gutes Netzwerk zu allen namhaften Rohstoffherstellern. hei