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Kunststoff-Formteile aus Polyurethan in der RIM Technologie

by Martin Hintsteiner

IntegralschaumAbbildung 1:  Steuerhebel aus Polyurethan Integralschaum für angenehmes Handling

Haben Sie schon vom Reaction Injection Molding – kurz RIM – gehört? Obwohl das Niederdruck-Spritzguss Verfahren gerade in der Prototypen- und in der Kleinserie entscheidende Vorteile bieten kann, wird es nur selten von Projektleitern bzw. Konstrukteuren in Erwägung gezogen. Dies mag auf das mangelnde Wissen um die Vorteile des Verfahrens zurückführen zu sein oder auf die Umstände das überhaupt nur wenige Kunststoffverarbeiter in der Lage sind, RIM-Formteile für Kleinst- und Kleinserien anzubieten. Polyurethan-Teile werden in unterschiedlichsten Bereichen und aus vielen verschiedenen Material-Formulierungen  eingesetzt z.B.: für Sonderfahrzeuge,  Schienenfahrzeuge, Maschinenbau, Medizintechnik uvm. Ob es sich um große Verkleidungsteile, weiche Kopfstützen oder einen Steuerhebel der eine gewisse Härte aufweisen muss jedoch angenehm weich in der Hand liegt handelt, dies alles ist bereits bei geringen Stückzahlen möglich und die Investition in den Werkzeugbau bzw. Formenbau ist gegenüber einen Spritzgusswerkzeug äußerst gering.

In diesem Beitrag erklären wir, worin die Vorzüge des Reaction Injection Moulding (PU RIM) liegen und in welchen Anwendungsbereichen es den klassischen Spritzguss übertrifft.

Inhaltsverzeichnis:
1. Kostengünstiger Werkzeugbau
2. Schnelle Durchlaufzeiten - RIM beschleunigt den Start 
3. RIM eignet sich für große Formteile
4. Materialanforderungen
5. Fazit

Kostengünstiger Werkzeugbau

Geht es um die Investitionskosten für den Formenbau, punktet das RIM-Verfahren mit deutlich geringeren Aufwänden als das herkömmliche Spritzgussverfahren. 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.

Kunststoff Formenbau-2Abbildung 2:  RIM Werkzeug für einen Stoßfänger aus Polyurethan 

Ein derart sparsamer Werkzeugbau ist möglich, da beim Reaction Injection Moulding zwei Komponenten in einem Mischkopf vermengt und unmittelbar als Reaktionsmasse in die Form eingespritzt werden, in welchem das Material aushärtet. Ein starker Zuhaltedruck wie beim konventionellen Spritzguss ist also nicht erforderlich, weshalb weniger druckstabile und somit günstigere Werkzeuge zum Einsatz gelangen können. Ausgehend von der Produktion eines einfachen Stoßfängers bedeutet das einen 5 bis 10-mal geringeren Invest in den Formenbau als bei herkömmlicher Spritzgussfertigung.

Epoxidharz WerkzeugAbbildung 3: Einfaches Epoxidharz Werkzeug ohne Schließsystem für Kleinserien

Trotz dieser Kostenvorteile 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 also eine mehr als interessante Option sein – insbesondere weil die produzierten Formteile den späteren Serienteilen hinsichtlich Detailtreue, Wandstärke und Oberflächenstruktur grundlegend entsprechen.

RIM beschleunigt den Start

Auch hinsichtlich der Werkzeug-Produktionsdauer hat das RIM-Niederdruckspritzgießen die Nase vorne, denn Reaction Injection Molding ermöglicht – je nach Bauteilkomplexität – eine deutliche Prozessbeschleunigung gegenüber konventionellem Spritzguss. Sie können also davon ausgehen, 3 bis 4-mal schneller in die Fertigung zu starten.

PUR TürverkleidungAbbildung 4: Kleinserie von Fahrzeug-Innenverkleidungen für den Motorsport 

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 500 Stück pro Jahr sind hingegen realistisch und effizient 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. Denn wo konventioneller Spritzguss an seine Grenzen stößt, steigt die Wirtschaftlichkeit des Reaction Injection Molding proportional zur Bauteilgröße.

RimAbbildung 5: Schematische Darstellung des 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 Moulding als Herstellungsverfahren ebenso aus wie spezifische Auflagen, die nach den Eigenschaften von thermoplastischen Schmelzen verlangen.

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 verschiedenen Anwendungsfeldern punkten. Im RIM-Verfahren gefertigte Formteile zeichnen sich etwa durch hohe Stabilität bei geringem Gewicht, guten mechanischen Eigenschaften sowie Wärmeformbeständigkeit aus. Da in der Herstellung nur wenig Druck zur Anwendung kommt, eignet es sich außerdem zum Umgießen drucksensibler (elektronischer) Komponenten.

Abbildung 6:  RIM Material > TC51 < das bei starker Beanspruchung nicht Splittert bzw. sich wieder zurück verformt

Der Umstand, dass sich das Verfahren sowohl zur Herstellung von Gieß- als auch Integralschaumteilen eignet, macht es für verschiedene Branchen und Anwendungsbereiche interessant. Die produzierbaren Komponenten reichen von schall- und stoßdämpfenden Elementen in Fahrzeugen bis zu Gehäuseteilen für den medizintechnischen Bereich. Gerade die speziellen Material Formulierungen wie zum Beispiel das TC51 wurde von der Hintsteiner Group entwickelt und  dient speziell für Stossfänger und Anbauteile bzw. werden damit Innenverkleidungen für Sicherheitsfahrzeuge produziert. Der große Vorteil dabei ist, dass bei auftretenden Kräften (bei Ansprengen bzw. Einwirkungen von Impact - Kräften) keine Splitterwirkung eintritt.

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 nicht im Wege stehen, ist das Niederdruck-Spritzgießen eine durchaus reizvolle Option.

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kunststofftechnik RIM

Martin Hintsteiner

Geschäftsführer HINTSTEINER GROUP Experte Carbontechnik & Kunststofftechnik

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