PUR-IMC: Neue Werkzeugtechnik macht Nacharbeit hinfällig Effiziente Herstellung hochwertiger Sichtbauteile

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Neue Materialien Bayreuth GmbH

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Die in-situ-Polyurethanüberflutung im Spritzgießwerkzeug stellt hohe Anforderungen an die Abdichtung. Ein Forschungskonsortium hat nun ein flexibles, kavitätsbündiges System entwickelt, das Trenngrate vermeidet. Damit entfällt die kostenintensive Nachbearbeitung von Sichtbauteilen für die Automobil- und Elektronikbranche.

Die Herstellung von Sichtbauteilen im Polyurethan-In-Mold Coating-Prozess (PUR-IMC) ermöglicht kratzbeständige Oberflächen mit hochwertiger Optik direkt im Spritzgießwerkzeug.

Herausforderung durch niedrige Viskosität

Eine prozesstechnische Hürde stellt jedoch das PUR-Gemisch dar: Vor der Härtungsreaktion ist es niederviskos. Konventionelle Werkzeugabdichtungen, etwa nach dem Prinzip Stahl-auf-Stahl, reichen hier oft nicht aus.

Bisheriger Stand der Technik ist eine Abdichtung auf der Bauteiloberfläche. Dies hinterlässt jedoch eine charakteristische Abdichtkante, die in der Regel unerwünscht ist. Um marktreife Sichtbauteile zu erhalten, war deshalb bislang ein manueller oder automatisierter Nachbearbeitungsschritt zur Entfernung dieser Kante zwingend erforderlich, was die Prozesskosten erhöht.

Metallglas oder PEEK als Dichtwerkstoff

Im Rahmen des öffentlich geförderten Verbundprojekts „IMC-Seal3D“ wurde ein flexibles Werkzeugabdichtsystem entwickelt, das eine dauerhafte Dichtwirkung gewährleistet. Das Ziel der Projektpartner war eine kavitätsbündige Abdichtung, um die Entstehung von Trenngraten von vornherein zu verhindern. Für die Umsetzung untersuchten die Forscher amorphe Zirkonium-basierte Metalllegierungen (metallische Gläser) sowie den Hochleistungsthermoplast PEEK als alternative Dichtungswerkstoffe.

Um die Zuverlässigkeit unter industrierelevanten Bedingungen sicherzustellen, wurden die Systeme bei unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen und Innendrücken getestet. Dabei stand neben der Dichtwirkung bei variierenden Viskositäten auch die Standzeit und Wirtschaftlichkeit der Dichtwerkstoffe im Fokus. Als Ergebnis wurde eine Richtlinie entwickelt, die je nach Geometrie und Anforderung die Auswahl des optimalen Dichtmaterials ermöglicht.

Die Wahl des Werkstoffs hängt von der spezifischen Bauteilgeometrie, dem Innendruck und den Oberflächenanforderungen ab. Vorteile von Metallglas: Es bietet eine extrem hohe elastische Dehngrenze und Härte, was besonders bei sehr hohen Drücken und filigranen Dichtkanten von Vorteil ist. Vorteile von PEEK: Dieser Werkstoff punktet durch seine Verarbeitungsflexibilität (z. B. 3D-Druck oder spanende Bearbeitung komplexer Geometrien) und Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitig hoher thermischer Stabilität.

Validierung am Automotive-Demonstrator

Nach ersten Tests an einfachen Plattengeometrien erfolgte die Erprobung an einem seriennahen Demonstrator: einer Abdeckung für eine Fahrzeuginnenraumleuchte. Das System erwies sich dabei als äußerst vielseitig: Es eignet sich sowohl für kleine Einbauräume mit geringen Radien als auch für die Überflutung von großen 2D- und 3D-Bauteilen mit langen Dichtflanken.

Durch die Optimierung der Prozessparameter konnte das Konsortium nachweisen, dass keine Trenngrate an der Abdichtkante entstehen. „Mit diesem innovativen Werkstoff- und Prozesskonzept eröffnet das Projekt der Herstellung hochwertiger Sichtbauteile neue Möglichkeiten“, so das Fazit der Projektbeteiligten der Neue Materialien Bayreuth GmbH. Die Verkürzung der Prozesskette durch den Wegfall der Nacharbeit steigert die Effizienz in der Fertigung erheblich.

Hintergrund zum Konsortium

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) geförderte Projekt stand unter der Leitung der Neue Materialien Bayreuth GmbH. Zum Konsortium gehörten die Pakulla GmbH, die Murtfeldt GmbH & Co. KG sowie als assoziierte Partner die Heraeus Amloy Technologies GmbH und die Hella Innenleuchten-Systeme GmbH. Die Projektergebnisse leisten einen Beitrag zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Kunststoffindustrie im Bereich der Oberflächenveredelung.