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RIM-Kleinserien für Großteile im Rennsport

by Martin Hintsteiner

Im Rennsport kommen unterschiedlichste Fertigungsverfahren zum Einsatz. Im hochklassigen Rennsport spielen dabei die Herstellungskosten für Fahrzeugkomponenten meist eine untergeordnete Rolle. In niedrigeren Rennsportklassen und im Kundenrennsport sind hohe Teilekosten jedoch oftmals eine Hürde.

Große Fahrzeugteile für den Rennsport werden in der Regel aus Carbon-Verbundwerkstoff hergestellt. Dazu werden mehrere Lagen vorimprägniertes Carbon Gewebe (Gelege), die zuvor  passgenau geschnitten werden, in eine Form eingelegt.

Anschließend wird die Form in eine luftdichte Hülle gepackt und diese evakuiert. Der Arbeitsaufwand und das dafür erforderliche Equipment ist beträchtlich, was zu entsprechend hohen Preisen für die Teile führt.

PUR KUNSTSTOFF FORMTEILE

Wirtschaftliche Lösung für den Kundenrennsport

Jedoch möchte man auch im Kundenrennsport nicht auf optimierte Fahrzeugkomponenten verzichten. Das Anforderungsspektrum reicht von Aerodynamisch angepassten Karosserieteilen (Bodywork Bauteile) mit aufgesetzten Flaps, Winglets und Luftführungen über Splitter, Diffusoren und Heckflügel bis hin zu Luftkanälen, Airboxen und Interior Teile (Instrumententafel, Türverkleidung, Mittelkonsole usw.)

Da diese Komponenten für unterschiedlichste Fahrzeugtypen und Rennsportklassen benötigt werden, die oft auch einer entsprechenden Homologation genügen müssen, sind Kleinserien mit Losgrößen zwischen 25 und 400 Stück üblich.

Für Kleinserien kommt oft das Vakuumgussverfahren zum Einsatz. Dieses ist jedoch verfahrensbedingt nur für kleine bis mittlere Bauteilgrößen geeignet. Für große Komponenten stößt man dabei sehr schnell an die Grenzen der Fertigbarkeit. Auch das Tiefziehen ist bei komplexen Teilen eher problematisch. Für große Teile ist das weniger verbreitete RIM-Verfahren deutlich besser geeignet. RIM, das steht für Reaction Injection Moulding. Dabei wird eine zuvor aus zwei (manchmal auch mehr Komponenten) gemischte Reaktionsmasse in ein formgebendes Werkzeug gespritzt. Es kommen dabei fast ausschließlich Polyurethanwerkstoffe (eine Kombination aus Isocyanat und Polyol, sowie eventueller Additive) zum Einsatz. Die niedrige Viskosität des Reaktionsgemisches erlaubt es, auch dünnwandige Werkstücke mit teils großen Fließwegen zu befüllen, was ein breites Anwendungsfeld eröffnet. Dadurch können beispielsweise problemlos auch großflächige Karosserieteile effizient hergestellt werden. Mit Zykluszeiten von etwa 20 Minuten bietet somit das RIM-Verfahren bei geringeren Stückzahlen im Bereich von 25 bis 500 Stück pro Jahr in Verbindung mit hohen Anforderungen an die Widerholgenauigkeit eine wirtschaftlich interessante Fertigungsmöglichkeit.

Weniger Montage durch integrierte Anbauteile

Rennsportteile zeichnen sich oft dadurch aus, dass neben der eigentlichen Karosserieform zusätzlich Anbauteile wie Winglets oder Luftleitbleche angebracht werden. Derartige Anbauteile stellen bei Carbonbauweise einen erheblichen Aufwand dar. Die Anbauteile werden meist separat gefertigt, was aber zusätzlichen Montageaufwand verursacht.

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Herstellung von Hybridteilen für den Rennsport

Dieses Problem besteht bei der RIM-Methode nicht, sodass Winglets und Luftleitelemente direkt in die Form mit eingebracht werden können. Daneben bietet das RIM-Verfahren noch weitere Vorteile. So können durch Einlegen von vorgefertigten Teilen aus anderen Werkstoffen problemlos komplexe Hybridteile hergestellt werden. Insbesondere eine Kombination aus hochfesten Carbonkernen oder Carbonanschlussteilen, die mit dem PU-Werkstoff ergänzt werden, stellt eine hochperformante und dennoch wirtschaftliche Lösung im Kleinserienbereich dar.

Da es sich beim RIM-Prozess um ein Verfahren handelt, das unter vergleichsweise niedrigen Temperaturen abläuft und die Formgebung durch ein Vernetzen der Reaktionsmasse und nicht durch einen Erstarrungsprozess gegeben ist, entstehen bei diesem Verfahren auch nicht die problematischen Schwindungsdellen, die man vom Spritzgießen großer Teile kennt. Außerdem sind beim RIM-Verfahren nur niedrige Zuhaltedrücke erforderlich, wodurch wesentlich geringere Anforderungen an die Druckstabilität der Formen gestellt werden als beispielsweise beim Spritzgießen.

Für größere Stückzahlen im industriellen Maßstab wird dabei gerne auf Aluminiumformen zurückgegriffen, die jedoch bei entsprechender Bauteilgröße wiederum kostspielig werden. Eine wirtschaftliche Alternative stellen Epoxid-Beton-Formen dar, die in der Herstellung wesentlich kostengünstiger sind, aber trotzdem hohe Standzeiten aufweisen.

Hohe Genauigkeit

Mit diesen Epoxid-Betonformen werden so Teile in höchster Präzision und Formgenauigkeit mit perfekten Oberflächen hergestellt. Im Gegensatz zu den Silikonformen aus dem Vakuumguss können sie zudem problemlos über längere Zeit gelagert werden und bieten damit zusätzlich die Möglichkeit, auch nach längerer Zeit Wiederholteile in gleichbleibender Güte herzustellen.

Die Werkstoffbandbreite erstreckt sich bei diesem Verfahren dabei von Polyurethanwerkstoffen in unterschiedlichsten Ausführungen, die so eingestellt werden können, dass sie ABS- oder PE-ähnliche Eigenschaften aufweisen, über Gummi und Elastomere mit Härten zwischen A45 Shore bis A90 Shore , bis hin zu Integral und Weichschäumen für Sitzkomponenten, Crash-Elementen und haptischen Teilen. Alle Werkstoffvarianten können auch Flammgeschützt eingestellt werden, was mittlerweile im Motorsport häufig   gewünscht wird.

Im RIM-Verfahren hergestellte PU-Komponenten zeichnen sich durch hohe Genauigkeit und Formstabilität aus. So weisen derartig hergestellte Karosserieteile wie Stoßfänger und Aufprallschutzteile eine sehr hohe Rückschwingfähigkeit in die Ausgangsform auf. Auch bei den Strukturbauteilen stellen RIM-Teile oft eine wirtschaftliche Alternative dar.

Im Vergleich zu Carbonteilen überzeugt das Verfahren durch vertretbare Herstellungskosten bei guten Materialeigenschaften auch für große Teile. 

 

kunststofftechnik carbontechnik RIM

Martin Hintsteiner

Geschäftsführer HINTSTEINER GROUP Experte Carbontechnik & Kunststofftechnik

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