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Erwin Bürkle
Hans Wobbe

Kombinationstechnologien auf Basis des Spritzgießverfahrens

1. Auflage

Inhalt

Titelei

Impressum

Inhalt

Vorwort

Geleitwort

Einleitung

1 Impulse und Motivation für die Kombinationstechnologien

2 Definition und Merkmale der Kombinationstechnologie

2.1  Risiken der Verkettung

2.2  Know-how als Möglichkeit oder Last

2.3  Qualität und Qualitätskontrolle

2.4  Raum-/Platzbedarf

2.5  Logistikkosten

2.6  Energiebilanzen

2.7  Anlagenbedienung

2.8  Gesamtkostenbetrachtung

3 Maschinenbauliche Grundlagen für Prozesskombinationen

3.1  Maschinentechnik

3.1.1  Materialaufbereitung von Thermoplasten

3.1.2  Materialaufbereitung von Metallen

3.1.3  Variantenkonstruktion von Aggregatskombinationen der Spritzgießmaschine

3.1.4  Das Kolbenspritzaggregat

3.1.5  Modifikation der Schließeinheit für Kombinationstechnologien

3.2  Werkzeugtechnik und Peripherie

3.2.1  Werkzeugtechnik

3.2.2  Peripherie

3.3  Steuerungsgrundlagen

4 Spritzgießen und Compoundieren

4.1  Grundlagen zum Prozess

4.1.1  Dosieraggregate

4.1.2  Zweischneckenextruder

4.2  Maschinen- und Funktionsbeschreibung eines Spritzgießcompounders

4.3  Vorteile des Verfahrens

4.4  Anwendungsbeispiele

4.4.1  Waschmaschinengewicht

4.4.2  Automobil-Frontend-Montageträger

4.4.3  Kunststoffpaletten

4.5  Abgrenzung der Wettbewerbsverfahren zum Prinzip des Spritzgießcompounders

4.5.1  Direct Compounding Injection Molding (DCIM)

4.5.2  Direktspritzgießen

4.5.3  Abgrenzung der Verfahren zueinander

4.6  Zukunft des Spritzgießcompoundierens

5 Kombinationstechnologie: Spritzgießen und PU-Überfluten

5.1  Grundlagen zum Prozess

5.1.1  Produktionstechnik

5.1.2  Materialauswahl

5.1.3  Designnutzen

5.1.4  Wirtschaftlichkeit

5.2  Maschinenlayout

5.2.1  Mischkopftechnologie

5.2.2  Dosiertechnik

5.2.3  Werkzeugtechnik

5.2.4  Automation und Nachbearbeitung

5.3  Anwendungsbeispiele

5.3.1  Haptische Schicht

5.3.2  Optische Schicht

5.4  Sonderbeispiel "Varysoft" ‒ Softtouch nach Maß

5.4.1  Varysoft 1.0

5.4.2  Varysoft 2.0

6 Kombinationstechnologie: Spritz-Streckblasen

6.1  Das GITBlow-Verfahren

6.1.1  Verfahrensablauf

6.1.2  Verfahrenstechnische Aussagen

6.1.3  Potenzielle Anwendungen

6.2  Das inject2blow-Verfahren

6.2.1  Verfahrensablauf

6.2.2  Maschinentechnik für inject2blow

6.2.3  Verfahrenstechnik

6.2.4  Anwendungen in der Praxis

6.3  Injection(Stretch-) Blow Molding I(S)BM

6.3.1  Verfahrensabläufe im I(S)BM

6.3.2  Maschinentechnik

6.3.3  Verfahrenstechnik

6.3.4  Anwendungen in der Praxis

7 Kombinationstechnologie: PUR-Dichtungsauftrag

7.1  Integriert in die Spritzgießmaschine

7.1.1  Einleitung

7.1.2  Übersicht über die PUR-Verarbeitungsverfahren für Dichtraupen

7.2  Integriert in die Spritzgießzelle

7.2.1  2K-Niederdruckverfahren integriert in die Spritzgießzelle

7.2.2  1K-Verfahren integriert in die Spritzgießzelle

8 Kombinationstechnologie: Spritzgießen und Metalldruckguss

8.1  Materialien

8.1.1  Materialkombinationen und Verbundfestigkeit

8.2  Leiterbahndimensionierung und Möglichkeit der Kontaktierung

8.2.1  Einfluss der Temperierung auf die erzielbare Leiterbahnlänge

8.2.2  Kontaktierbarkeit von metallischen Einlegeteilen

8.2.3  Stromtragfähigkeit: Simulation der Wärmeentwicklung

8.3  Anlagen- und Prozesstechnik für das IMKS

8.3.1  Druckgießaggregat zur Verarbeitung der niedrig schmelzenden Metalllegierung

8.3.2  Beschichtung der Bauelemente

8.3.3  Schutz der flüssigen Metalllegierung

8.3.4  Beschickung des Schmelztiegels

8.3.5  Werkzeugtechnik und Anwendungen

9 Kombinationstechnologie: Spritzgießen (Urformen) und Umformen

9.1  Grundlagen zum Prozess

9.2  Maschinen-Layout

9.3  Anwendungsbeispiele

10 Kombinationstechnologie: Spritzgießen und Innenhochdruckumformen (IHU)

10.1  Grundlagen zum Prozess

10.2  Maschinen-Layout

10.3  Ausblick

11 Kombinationstechnologie: Spritzgießen und Partikelschaum

11.1  Einleitung

11.2  Prozessgrundlagen

11.2.1  Verbund Thermoplastschicht zum Partikelschaum

11.2.2  Das Verfahren des Partikelschäumens

11.2.3  Alternative Energien im Vergleich zum Heißdampf beim konventionellen Partikelschäumen

11.2.4  Kontrolle und Simulation der Füllphase der Schäumkavität

11.3  Potenziale des Kombinationsverfahrens Spritzgießen/Partikelschaum

12 Kombinationstechnologie: Spritzgießen und Resin-Transfer-Molding (Shell-Fiber-Verfahren)

12.1  Einleitung

12.2  Die Idee des Shell-Fiber-Verfahren

12.3  Bauteilfertigung mit faserverstärkten reaktiven Formmassen

12.4  Grundlagen für die Kombinationstechnologie Spritzgießen/RTM

12.5  Darstellung des Verfahrens Spritzgießen/RTM

13 Ausblick

Autorenverzeichnis

Vorwort

Nahezu vier Jahrzehnte begleiten wir als Maschinenbauer die Entwicklung der Kunststoffverarbeitung. Unser Schwerpunkt lag und liegt auf der Entwicklung von Maschinen und Prozessen für die Spritzgießtechnik.

Geprägt wurde diese Zeit neben der reinen Maschinentechnik vordergründig von der Entwicklung zahlreicher Sonderverfahren des Spritzgießens. Die Ansätze dazu entstanden an Hochschul- und Forschungsinstituten, bei den Maschinenbauunternehmen und zum Teil bei den Rohstoffherstellern, immer getrieben durch die steigenden Anforderungen an neue Produkte aus den verschiedensten Branchen - voran der Automobilindustrie.

Im Laufe der Zeit erschöpften sich die Ideen für weitere Verfahrensabwandlungen, und so wurde der Blick geschärft, über Verfahrensgrenzen hinaus nach neuen Lösungsmöglichkeiten zu suchen. Dabei entstanden bis heute Kombinationen auf der Basis der Spritzgießtechnik mit Compoundiermaschinen, Polyurethananlagen, Umformverfahren, Metalldruckgießtechnik, Blasformen und Partikelschaumtechnologie.

Im vorliegenden Buch werden (moderne) und innovative Kombinationstechnologien, deren Prozessgrundlagen und Besonderheiten, ihre spezielle Maschinen- und Werkzeugtechnik sowie die Peripherie und Anlagentechnik ausführlich beschrieben. Zudem wird ihr jeweiliges Einsatzgebiet anhand aktueller Anwendungsbeispiele aus der Praxis veranschaulicht. Die Beispiele sollen dem Leser zum einen eine gewisse Sicherheit zur Machbarkeit solcher "komplexer" Prozesse geben, zum anderen aber zu Ideen anregen für zukünftige Anwendungsmöglichkeiten und Potenziale eröffnen für die Herstellbarkeit neuer Produkte.

Am vorliegenden Buch haben renommierte Fachleute aus Wissenschaft und Industrie mitgewirkt. Unser besonderer Dank gilt den Autoren der einzelnen Kapitel und Abschnitte, für ihre Bereitschaft zur Mitarbeit und die Ausdauer bis zur Entstehung des Werkes sowie Herrn Florian Petzinka für die gekonnte künstlerische Gestaltung des Coverbildes. Wir bedanken uns auch bei den Firmen und Instituten, die uns vielfältiges Bild- und Filmmaterial zur Verfügung gestellt haben. Weiterhin sind die Herausgeber den Mitarbeitern des Carl Hanser Verlages, insbesondere unserer Lektorin Frau Ulrike Wittmann, zu großem Dank verpflichtet, für ihre Hilfsbereitschaft und großzügige Unterstützung bei der Koordination der Arbeiten im Verlag. Ein ganz besonderer Dank geht an Frau Angelika Wobbe, die nicht nur die Fäden zusammenhalten musste, sondern auch für ihr Engagement bei der sorgfältigen Durchsicht und Korrektur der einzelnen Buchkapitel.

Benediktbeuern/Hitzacker im Herbst 2015

Erwin Bürkle
Hans Wobbe

Geleitwort

Kein Werkstoff ist so vielfältig wie Kunststoff, kein Verarbeitungsverfahren so wandlungsfähig wie das Spritzgießverfahren. Es ermöglicht die Herstellung geometrisch äußerst komplex geformter, dabei hervorragend maßhaltiger und nachbearbeitungsfreier Kunststoffbauteile mit höchster Produktivität und Reproduzierbarkeit. Der Erfolg der Kunststoffe ist untrennbar mit dem Spritzgießen verbunden. Das Geheimnis des Erfolgs allerdings liegt in der Wandlungsfähigkeit des Verfahrens, die mit dem Wort Prozessintegration beschrieben wird und die Kombination mehrerer, teils artfremder Verarbeitungsschritte zu einem Gesamtprozess beschreibt. Sie ermöglicht die vollautomatisierte Herstellung hochgradig funktionsintegrierter Produkte durch die Integration sehr unterschiedlicher Verfahrensschritte, Werkstoffe und Funktionen. Hierdurch werden Eigenschaften erzeugt, die auf anderem Wege nur mit großem Aufwand oder auch gar nicht erreichbar sind. Kombinationstechnologien sind daher Schlüsseltechnologien zur Erschließung wirtschaftlicher Potenziale, die kein anderes Fertigungsverfahren in der Form bietet. Beispielweise ist der funktionsintegrierte Multi-Materialleichtbau ohne Kombinationstechnologien auf Basis des Spritzgießverfahrens nicht wirtschaftlich darstellbar. Er stellt aber die wesentliche Basis für die dringend erforderliche Gewichtsreduktion im Transportsektor zur Erreichung der Klimaziele dar. Kombinationstechnologien leisten also einen wichtigen Beitrag zur gesellschaftlichen Entwicklung.

Es ist erfreulich, dass sich mit den Autoren zwei ausgewiesene Experten mit langjähriger Erfahrung auf diesem wichtigen Gebiet die Mühe gemacht haben, diese Vielfalt zusammenzutragen, zu sortieren, zu strukturieren und in einem Buch so aufzubereiten, dass sie dem Leser nachvollziehbar und ihr Anwendungszweck und spezifischer Vorteil, aber auch die jeweiligen technischen und wirtschaftlichen Restriktionen verständlich werden. Damit ist dieses Buch den Studierenden ebenso ein wichtiges Lehrbuch wie dem Entwickler von Prozessen und Produkten ein Nachschlagewerk, der die Chancen der Kombinationstechnologien erfassen und in seinem Unternehmen nutzen möchte. Dass zahlreiche der am Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen erforschte und entwickelte Prozesse im Buch erörtert werden, freut mich in besonderer Weise. Damit leistet das Werk zusätzlich einen substantiellen Beitrag zum Technologietransfer aus der Wissenschaft in die betriebliche Praxis.

Sicher ist es auch im Sinne der Autoren, dieses Buch als Quelle der Inspiration zu nutzen. Wenn es den Leser anregt, neue Varianten und Kombinationen zu entdecken und zu entwickeln, hat das Werk seinen wertvollsten Zweck erfüllt. In diesem Sinne wünsche ich Ihnen eine anregende Entdeckungsreise durch die Welt der Kombinationstechnologien auf Basis der Spritzgießverfahrens.

Aachen im August 2015

Christian Hopmann

Einleitung

Erwin Bürkle und Hans Wobbe

Je anspruchsvoller sich Produktdesign und -funktionalität entwickeln, desto komplexer gestalten sich die Prozesse und die Baugruppen der Anlagen, die zur Herstellung dieser Produkte nötig sind. In der Kunststofftechnik wird es dann richtig spannend, wenn Anwender und Verarbeiter auf die Idee kommen, Bauteile mit mehreren Funktionen auszustatten, zugleich aber auf zusätzliche Montageschritte verzichten wollen. Daraus entstehen zunächst "Sonderverfahren", die sich nach einiger Zeit als weitgehend "normale" Verarbeitungsverfahren etablieren. Vielfach kommt die Initiative dazu aus den Märkten ‒ man denke dabei an die Forderung nach Mehrfarbentechnik für die Kfz-Rückleuchtenabdeckung ‒ oder ist durch Trends, wie z. B. dem Leichtbau, geprägt.

Im Laufe der Jahrzehnte sind viele Sonderverfahren entstanden, wie z. B. Hinterspritz-, Fluidinjektions- und Prägetechnik, Schäumen etc., um nur einige zu nennen. Die Sonderverfahren öffnen eine Fülle neuer Möglichkeiten für die Verwendung attraktiver Kunststofflösungen.

Das Spritzgießverfahren ist dabei in besonderer Weise durch Verfahrensvielfalt gekennzeichnet und gehört nach wie vor zu den innovativsten Technologien. Wer dachte, mit den seit den 1980er-Jahren bis heute entwickelten unterschiedlichen Sonderverfahren sei das Potenzial der Verfahrensinnovationen im Bereich Spritzgießen ausgeschöpft, sieht sich getäuscht. Heute geht der Blick über die Verfahrensgrenzen hinaus hin zu Verfahrenskombinationen (Bild 0.1).

Bild 0.1 Lebenszyklus von Verfahren der Spritzgießtechnik, Qualitative Ordnung über der Zeitachse

Einer der führenden Treiber von Innovationen und somit zwangsläufig auch von Veränderungen in den Fertigungstechnologien ist heute die Automobilindustrie. So spielt z. B. bei den Interieur-Designern die Gestaltung der Oberflächen der jeweiligen Baugruppen eine ganz besondere Rolle. Es kommen die unterschiedlichsten Materialien und Werkstoffverbunde sowie Fertigungstechnologien zur Anwendung. Die Oberflächenschichten werden dabei über Kaschiertechniken, Polyurethan-Technologien oder durch Spritzgießverfahren auf die Trägersysteme aufgebracht. Aufgrund der steigenden Anforderungen ist man gezwungen, die bekannten Pfade zu verlassen und neue Wege zu gehen.

Ein solches weiterführendes Verfahren ‒ abgeleitet aus der Zweikomponententechnik des Spritzgießens ‒ wurde in einem Firmenkonsortium entwickelt und erstmals auf der K' 2007 im Betrieb vorgestellt. Bei diesem Verfahren sind das Spritzgießen und das physikalische Schäumen in einer Fertigungszelle zusammengefasst ‒ bekannt geworden unter dem Namen "Dolphin-Verfahren". In einem Wendeplattenwerkzeug wird in der Station 1 ein Träger spritzgegossen und im geschlossenen Werkzeug in der Station 2 wird dieser Träger mit einem gasbeladenen thermoplastischen Elastomer (TPE) überspritzt. Nach einer kurzen Abkühlphase, in der sich an der kalten Werkzeugkavitätenwand eine geschlossene und genarbte Randschicht bildet, wird das Werkzeug in dieser Station kontrolliert um ca. 3 mm geöffnet, sodass das gasbeladene TPE expandieren und eine Schaumschicht bilden kann (Bild 0.2). Dadurch entsteht die gewünschte Soft-Touch-Oberfläche. Dieses Verfahren kann man zwar als Kombination von zwei Sonderverfahren des Spritzgießens bezeichnen, es fällt jedoch noch nicht unter die Definition der Kombinationstechnologien wie in Kapitel 2 festgelegt. Als echtes Kombinationsverfahren kann man dann erst das unter Abschnitt 5.4 ebenfalls ausführlich beschriebenes ähnliches Varysoft-Verfahren bezeichnen.

Bild 0.2 Schichtaufbau beim Dolphin-Verfahren [Bildquelle: BASF]

Sowohl die Komplexität neuer Bauteilkonzepte (z. B. durch erhöhte Funktionsintegration) als auch der Zwang zur Senkung der Herstellkosten (Zykluszeit, Ausschuss), aber auch die Notwendigkeit einer gesicherten reproduzierbaren Bauteilqualität erfordern es, neue Wege zu gehen und über den angestammten Verfahrenshorizont hinaus zu schauen und zu denken.

In der Wertschöpfungskette benachbarte Verfahrenstechnologien werden oft in vorgeschalteten Prozessstufen angewandt, wie z. B. das Spritzgießen eines Bauteilträgers mit dem anschließenden "Veredeln" mittels Polyurethan-Technologie, wobei dann meist aufwendige Zwischenschritte (wie Vorbehandlungen, Fügeverfahren etc.) erforderlich sind. Die Vereinigung zweier unterschiedlicher Verfahren hat auch den Vorteil, dass die anfallende Prozesswärme direkt für den nachfolgenden Verfahrensvorgang genutzt werden kann, was wiederum energetische Vorteile mit sich bringt. Daneben sei auch auf die Reduktion der teils kostenintensiven Logistik hingewiesen.

Aus heutiger Sicht kann man sagen: Die Zukunft der innovativen Spritzgießverfahren gehört eindeutig den Verfahrenskombinationen, aus denen sich möglicherweise das ein oder andere Verfahren als neuer industrieller Fertigungsstandard entwickelt. Wird dann dabei noch die Möglichkeit der Integration eines Sonderverfahrens in die Kombinationstechnologie genutzt, ist das das Salz in der Suppe! Erste Ansätze dazu bieten die Fluidinjektionstechnik, die Prägetechnik oder auch das physikalische Schäumen.

Nicht vergessen darf man allerdings, dass sich die Kombinationstechnologien noch in einem frühen Stadium der Entwicklung befinden und es derzeit keines dieser innovativen Verfahren ‒ bis auf die einzige Ausnahme des Spritzgießcompounders ‒ geschafft hat, sich hin zu einem neuen, industriell verbreiteten Standardfertigungsverfahren zu entwickeln. In der Ethnologie gibt es den Begriff der "Liminalität", der den Schwellenzustand zwischen zwei Entwicklungsstadien, der Phase zwischen "nicht mehr" und "noch nicht" bezeichnet. In Anlehnung an diese Definition könnte man sagen, dass sich die Kombinationstechnologien ziemlich genau dort auf dem Weg zu neuen Fertigungsstandards befinden.

1 Impulse und Motivation für die Kombinationstechnologien

Erwin Bürkle

Sehr oft zwingt der Entwicklungsfortschritt an technologischen oder wirtschaftlichen Brennpunkten zu einem Umdenken in den eingefahrenen Vorgehensweisen. Häufig müssen ganz neue Wege beschritten werden, die ‒ im Gegensatz zum Einsatz neuer Materialien ‒ bisher nie im Fokus standen, beispielsweise Fertigungsmethoden. Auslöser sind in der Regel gesteigerte Bedürfnisse auf dem Markt. So wurden schon Mitte der 90er-Jahre Forderungen in der Gartenmöbelindustrie laut, beim Spritzgießen von Gartenstühlen direkt im Prozess erhöhte Mengen an Calciumcarbonat (CaCO3) beizumischen. Der Grund hierfür lag einerseits in der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Bauteils, andererseits in der Reduktion der Herstellkosten. Eine klassische Spritzgießmaschine mit Einschnecken-Plastifiziersystem war mit dieser Aufgabe überfordert. Der hohe Anteil von CaCO3-Pulver konnte nicht homogen in der PP-Schmelze verteilt werden. Es stellte sich die Frage, welche Lösungswege sich hierfür anbieten.

Ein erster Lösungsansatz war der Einsatz eines gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruders, wie er aus der Compoundierindustrie bekannt ist. Dieser hätte einer Spritzgießmaschine vorgeschaltet werden müssen. Aus wirtschaftlicher Sicht wurde dieser Weg aber verworfen. Die ideale Lösung wäre, die Spritzgießmaschine konstruktiv mit einem Doppelschnecken-Plastifizieraggregat auszustatten, also quasi den Doppelschneckencompounder mit der Spritzgießmaschine zu "verheiraten". Die Herausforderung dabei ist, den kontinuierlichen Prozess des Compoundierens mit dem diskontinuierlichen Spritzgießverfahren zu kombinieren. Letztlich wurde dieser Weg verfolgt und in einer Partnerschaft zwischen Maschinenbauern und einem Endanwender eine entsprechende Maschine entwickelt ‒ es entstand der Spritzgießcompounder, auch Injection-Molding-Compounder (IMC) genannt (Bild 1.1).

Bild 1.1 Spritzgießcompounder [Bildquelle: KraussMaffei Technologies GmbH]

Dieses neue Maschinenkonzept wird seitdem am Markt als Produktionsmaschine für unterschiedliche Compoundier-/Spritzgießaufgaben eingesetzt.

Heute setzt der Leichtbaugedanke neue Maßstäbe an die Produktionstechnologien. Dabei kommt insbesondere dem Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen (FVW) ein hoher Stellenwert zu. Besonders die hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringer Masse, die einstellbaren Dämpfungs- und Crasheigenschaften machen die noch junge Werkstoffgruppe der thermoplastischen Faserverbundwerkstoffe für künftige industrielle Anwendungen höchst interessant. Zudem setzt sich aktuell ein starker Bewusstseinswandel durch exogene Effekte durch (CO2-Strafzahlungen, Elektromobilität, Innenstadtverbote mit konventionellem Antrieb etc.), mit welchen ein weiterer Zwang zum Leichtbau ‒ insbesondere im Automobilbereich ‒ verbunden ist.

In diesem Zusammenhang ist eine exponierte Baugruppe aus dem Automobil zu nennen, bei der der konzeptionelle Entwicklungsfortschritt zu einem neuen Technologieansatz für die Herstellung des Bauteils führte. Es handelt sich dabei um die in einer Fahrzeugtür benachbarten Komponenten "Türinnenverkleidung" und "Türmodul". Die Innenverkleidung muss dem Design und der Anmutung Rechnung tragen, während das Türmodul alle Funktionskomponenten einer Tür, wie Fensterheber, Schließeinheit oder beliebige Servomotoren, zu tragen hat. Zum Erreichen der erforderlichen Steifigkeit des Türmoduls musste beim Spritzgießprozess auf die Langfasertechnik (LFT) zurückgegriffen werden (Bild 1.2).

Bild 1.2 Qualitative Darstellung des Einflusses von Faserlänge und Faserarchitektur auf mechanische Bauteileigenschaften [Bildquelle: LANXESS Deutschland GmbH, Bond Laminates]

Bei dem sogenannten integrierten Türmodul des MINI der zweiten Generation [1] wurde nicht nur Blech durch langglasfaserverstärktes PP im Spritzgießverfahren ersetzt, sondern gleichzeitig das Türmodul auch noch partiell mit einem TPO-Dekor hinterspritzt (Bild 1.3).

Bild 1.3 Integriertes Türmodul [Bildquelle: GK Formenbau AG]

Das Ergebnis betraf eine sehr weitgehende Funktionsintegration. Bleibt die Frage, inwiefern solche Entwicklungen dazu beitragen, Gewicht einzusparen. Auf den ersten flüchtigen Blick mag der Eindruck entstehen, dass eher das Gegenteil der Fall ist. Doch genauer betrachtet erschließen sich zahlreiche Details, die zusammen ein ganzes Bündel an technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen bieten.

Aus fertigungstechnischer Sicht ist die einstufige Herstellung solch komplexer Bauteile ohne Frage ein gewaltiges Plus. Hier stehen sicherlich zwei Effekte an erster Stelle:

  • die verringerte Zahl der Fertigungsschritte und

  • die Vorteile der Funktionsintegration.

Mit der Zeit wurden zudem die Wanddicken generell ‒ aber auch die Verstärkungsrippen und die Befestigungsdome ‒ systematisch optimiert, was ebenfalls deutliche Material- und damit Gewichtseinsparungen brachte [2].

Und die Entwicklung geht weiter ‒ es soll noch mehr Gewicht eingespart werden. Aber das Potenzial einer weiteren Wanddickenreduzierung durch Kompaktspritzguss ist ausgeschöpft. Auch die Materialseite einschließlich Kurz- oder Langfaserverstärkung ist ausgereizt. Wie aus den Bildern 1.2 und 1.4 hervorgeht, können höhere mechanische Bauteileigenschaften ‒ hier im Speziellen die Schlagzähigkeit ‒ nur durch Endlosfasersysteme (Gewebe oder Gelege) erreicht werden.

Bild 1.4 Einfluss der Faserlängen auf die mechanischen Eigenschaften, nach J. L. Thomason [3]

Das bedeutet aber, dass das Spritzgießverfahren hier ausscheidet, obwohl es die idealen Voraussetzungen hinsichtlich der möglichen Bauteilkomplexität erfüllt und den wirtschaftlichsten, großserientauglichsten Prozess darstellt.

Die Entwicklung von mit thermoplastischer Matrix konsolidierten Endlosfasergewebestrukturen, auch bekannt als Organoblech, bietet einen neuen Lösungsansatz. Die lasttragenden Bereiche in einem Bauteil werden durch ein dünnwandiges, im Pressverfahren umgeformtes, Organoblechhalbzeug ersetzt. Der so hergestellte Preform wird anschließend in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und die notwendigen Funktionen und Berandungen zum Fertigteil angespritzt. Das heißt, die beiden Prozesse "Umformen" und "Urformen" werden in einem Zweistufenprozess verknüpft (Bild 1.5).