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Moderne Kunststoffe für wehrtechnische Anwendungen

by Martin Hintsteiner

In der Wehrtechnik kommt spezielle Ausrüstung zum Einsatz. Diese wird zumeist in geringen Stückzahlen benötigt. Jene geringen Stückzahlen, beispielsweise gegenüber der Serienfertigung in der Automobilindustrie, und der hohe Invest in den Werkzeugbau für Komponenten aus Kunststoff schreckt die Hersteller von Militärfahrzeugen und anderen spezifischen Ausrüstungsgegenständen oft ab. Eine Verfahren, welches es aber ermöglicht geringe Stückzahlen kostengünstig zu fertigen, ist die RIM-Technologie (Niederdruck-Spritzguss). Aufgrund dessen bietet diese Technologie wesentliches Potential in der Fertigung von Kunststoffkomponenten für die Wehrtechnik. 

Nutzfahrzeug mit KunststoffteilenAbbildung 1:  modernes Nutzfahrzeug mit einer Vielzahl an Kunststoffteilen (Rheinmetall MAN)

Obwohl das Niederdruck-Spritzguss-Verfahren gerade in der Prototypen- und Kleinserienfertigung entscheidende Vorteile bieten kann, findet es nur selten Einzug in die ersten Erwägungen von  Projektverantwortlichen und Konstrukteuren in der Rüstungsindustrie. Dies mag auf mangelndes Wissen um die Preisvorteile des Verfahrens, wie auch auf den Umstand zurückzuführen sein, dass aus unternehmensstrukturellen Gründen überhaupt nur wenige Kunststoff-Verarbeiter in der Lage sind RIM-Fertigung für Kleinst- und Kleinserien anzubieten.

RIMTC51-Blog


Abbildung 2: Schlagzäh-modifiziertes Material für Anbauteile ( RIM TC51 )

Das geringe spezifische Gewicht der Werkstücke, die Korrosionsbeständigkeit und die enorme Schlagzähigkeit sind Vorteile, die  mit einem besonders interessanten Preis-Leistungs-Verhältnis einhergehen, da relativ geringe Investitionskosten für Werkzeuge entstehen.

RIM Werkzeug für GehäuseAbbildung 3 : Ureol Form für die Produktion eines Polyurethan Gehäuses 

Gerade bei militärischen Anwendungen müssen Materialien über längere Zeiträume hinweg einer Vielzahl von schwierigen Einsatzbedingungen in extremer Umgebung standhalten. Verkleidungskomponenten für Militärfahrzeuge, Kameragehäuse oder auch die Innenausstattung (Instrumententafel, Türverkleidung usw.) müssen hohen Richtlinien (NATO-STANAG) standhalten. Neben hohen Brandschutzauflagen, die die Bauteile erfüllen müssen, dürfen auch chemische Stoffe, wie beispielsweise Dekontaminationsmittel, den Bauteilen nichts anhaben. Aufgrund der hohen Schlag- und Reißfestigkeit des Materials stellt ein auftretender Steinschlag bzw. leichte Kollisionen mit Gegenständen kein Problem dar.

In diesem Beitrag erklären wir, worin die Vorzüge des Reaction Injection Moulding bestehen und in welchen Anwendungsbereichen es klassischen Spritzguss übertrifft.

Inhaltsverzeichnis

  1. RIM punktet mit kostengünstigem Werkzeugbau
  2. RIM beschleunigt den Start
  3. RIM eignet sich für große Formteile
  4. Knackpunkt Materialanforderung
  5. Fazit: RIM – Der Hidden Champion!

RIM punktet mit kostengünstigem Werkzeugbau

Geht es um die Investitionskosten für den Formenbau punktet das RIM-Verfahren mit deutlich geringeren Kosten als der herkömmliche Spritzguss. Auch wenn letzteres unter Zuhilfenahme von Stammformen und Einsätzen in der Prototypen- und Kleinserienfertigung relativ ressourcenschonend umgesetzt werden kann, schlagen Aluminium- und Stahlwerkzeuge immer mit höheren Kosten zu Buche, als die im RIM-Verfahren eingesetzten Polymerbeton- und Kunststoffvarianten.

Ein derart sparsamer Werkzeugbau ist möglich, weil beim Reaction Injection Moulding zwei Komponenten in einem Mischkopf vermengt und unmittelbar als Reaktionsmasse in die Form eingespritzt werden, wo das Material dann auch aushärtet. Ein hoher Zuhaltedruck wie beim konventionellen Spritzguss ist deshalb nicht erforderlich, weshalb weniger druckstabile und somit günstigere Werkzeuge zum Einsatz kommen. Ausgehend von der Produktion eines einfachen Stoßfängers bedeutet das einen 5-10 Mal geringeren Invest in den Werkzeugbau als bei herkömmlicher Spritzguss-Fertigung.

Trotz dieses Kostenvorteils weisen die formgebenden Werkzeuge, die im RIM-Verfahren zur Anwendung kommen, mit bis zu 2.500 Stück durchaus hohe Standzeiten auf. Für die Abdeckung von Vor- und Kleinserien kann das Reaction Injection Moulding daher eine extrem attraktive Option darstellen – insbesondere weil die produzierten Formteile den späteren Serienteilen hinsichtlich Detailtreue, Wandstärke und Oberflächenstruktur grundlegend entsprechen.

RIM Bauteil EntformungAbbildung 4 : Entformen des Bauteils mittels Druckluft

RIM beschleunigt den Start

Auch hinsichtlich der Werkzeug-Produktionsdauer hat das RIM-Niederdruck-Spritzgießen die Nase vorn: Reaction Injection Molding ermöglicht es – je nach Bauteilkomplexität – eine deutliche Prozessbeschleunigung gegenüber konventionellem Spritzguss zu erzielen. Ein 3 bis 4 Mal schnellerer Fertigungsstart ist durchaus realisierbar.

Niederdruck SpritzgussAbbildung 5: Programmierung der Niederdruck RIM-Anlage und Überprüfung der Ventile am Schusskopf

Werden die Anforderungen an die Stückzahlen allerdings höher, gewinnt das herkömmliche Spritzgießen wieder die Oberhand: ein Teilebedarf von mehreren hundert Teilen pro Tag ist binnen kurzer Zeit mit dem RIM-Verfahren nicht wirtschaftlich abdeckbar, da bei der Teileproduktion von einer Zyklusdauer von rund 15 Minuten auszugehen ist. Stückzahlen von 5 bis 250 Stück pro Jahr sind hingegen realistisch, effizient und kostengünstig produzierbar.

RIM eignet sich für große Formteile

Beim Reaction Injection Molding bestehen grundsätzlich kaum Größenbeschränkungen für fertigbare Formteile. Das Verfahren wird deshalb regelmäßig für die Herstellung von Komponenten mit einer Größe von 100 bis 2500 mm herangezogen. Dabei erweist sich das RIM-Niederdruck-Spritzgießen insgesamt als günstigste Produktionsform für große Formteile in der Prototypen- und Kleinserienfertigung. Wo konventioneller Spritzguss an seine Grenzen stößt, steigt die Wirtschaftlichkeit des Reaction Injection Moldings proportional zur Bauteilgröße.

RIM ProzessAbbildung 6: Schematische Darstellung eines RIM Produktionsprozess

Knackpunkt Materialanforderung

Ob das RIM-Verfahren bei der Fertigung eines Bauteils zur echten Spritzguss-Alternative werden kann, entscheidet sich letztlich aber anhand der Toleranz- und Materialanforderungen. Besonders strenge Präzisionsvorgaben (kleiner als 0,5 mm) schließen das Reaction Injection Molding als Herstellungsverfahren ebenso aus, wie spezifische Auflagen, die nach den Eigenschaften von thermoplastischen Schmelzen verlangen. Der Anwendungsbereich für das RIM-Verfahren ist nichtsdestotrotz enorm und kann besonders im Rüstungsbau, sowie in der Produktion von Ersatzteilen in geringen Stückzahlen einen enormen Kostenvorteil bieten.

Polyurethan Fässer für RIMAbbildung 7: Isocyanat und Polyol (Polyurethan) werden flüssig in Fässern oder anderen Gebinden geliefert

Da das RIM-Verfahren ausschließlich zur Verarbeitung von Polyurethanen geeignet ist, kann es zwar keine derart große Materialvielfalt wie das konventionelle Spritzgießen aufweisen, aber mit seinen Materialeigenschaften in unterschiedlichsten Anwendungsfeldern punkten: Im RIM-Verfahren gefertigte Formteile zeichnen sich durch hohe Stabilität bei geringem Gewicht, hervorragende mechanische Eigenschaften sowie Wärmeformbeständigkeit aus. Da in der Herstellung nur wenig Druck zur Anwendung kommt, eignet es sich außerdem zum Umgießen drucksensibler Komponenten (bspw. Elektroverguss).

RIM Werkzeug Abbildung 8: Der geringe Druckaufbau im Werkzeug ermöglicht bei der Kleinserien-Produktion einen Verschluss der Formhälften durch Schraubzwingen.

Die Tatsache, dass sich das RIM-Verfahren sowohl zur Herstellung von Gieß- als auch Integralschaumteilen eignet, führt zu einer breiten Branchen- und Anwendungsvielfalt: Die produzierbaren Komponenten reichen von schall- und stoßdämpfenden Elementen in Fahrzeugen, über Innenausstattungskomponenten (Instrumententafel, Türverkleidung usw.) von Spezialfahrzeugen, bis hin zu Gehäuseteilen für den medizintechnischen Bereich.

Fazit: RIM – Der Hidden Champion!

Gerade wenn es um die rasche und kostengünstige Produktion großer Formteile in der Prototypen- und Kleinserienfertigung geht, sollten Sie RIM als Spritzguss-Alternative in Erwägung ziehen. Sofern spezifische Toleranz- und Materialanforderungen der Fertigung aus PUR (Polyurethane) nicht im Wege stehen, ist das Niederdruck-Spritzgießen eine reizvolle und effiziente Option.

kunststofftechnik RIM Kleinserie wehrtechnik

Martin Hintsteiner

Geschäftsführer HINTSTEINER GROUP Experte Carbontechnik & Kunststofftechnik

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