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Metalle mit weicher Haut - PUR Teile: alles was Sie wissen sollten!

by Martin Hintsteiner

Integralweichschaum: Der Werkstoff der auch metallische Bauteile ein Stück menschlicher wirken lässt. Polyurethane sind in der Industrie weit verbreitet und bieten echte Vorteile in Bezug auf Komfort, Schutz, Haptik und Energieeinsparung.


Bayflex Schaum

Polyurethanschäume finden sich in den Sitzen, Armlehnen und Kopfstützen der meisten Autos, wo ihre Dämpfungseigenschaften dazu beitragen, die Ermüdung und Belastung welche durch das Fahren entstehen zu verringern.

Nicht nur Ihre Haltbarkeit und ihr geringes Gewicht in Kombination mit ihrer Festigkeit, sondern auch Ihre Isolationseigenschaften gegenüber Hitze und  Geräuschen machen sie Ideal für den Einsatz in Karosserien.

Aufgrund der hohen Festigkeit und des geringen Gewichts von Polyurethanen wird durch deren Verwendung das Gesamtgewicht verringert, was zu einer höheren Kraftstoffeffizienz und einer verbesserten Umweltverträglichkeit führt.

Auch der Tastsinn (Haptik) kommt bei PU Schäumen voll auf seine Kosten. Egal ob Lenkrad oder Joystick, durch Einsatz von Polyurethanschaum wird das Bedienen von Maschinen und Fahrzeugen viel angenehmer. Bei der Anwendung von Integralschaum kann die Oberfläche strukturiert ausgeführt werden, wodurch die Gefahr des Abrutschens der Handflächen verringert wird. Durch Einsatz von geschlossenzelligen Schäumen entsteht eine geschlossenen Oberfläche, welche eine einfache Reinigung der Teile ermöglicht.

Im Motorsport findet eine weitere Art von Schaum ihre Anwendung:

Offenporige Polyurethanschäume sind durch ihre offenzellige Struktur besonders für Luftfilteranwendungen geeignet. Durch ihren Einsatz wird eine optimale Motorleistung in Kombination mit maximalem Luftstrom und minimalem Druckabfall ermöglicht.


Inhaltsverzeichnis:

1. Wie wird ein Weichschaumteil hergestellt?
2. Was ist ein geschlossenzelliger Weichschaum?
3. Was ist ein Integralweichschaum?
4. Werkzeugbau für Weichschaum-Formteile
5. Einlegeteile im Schäumprozess
6. Biokompatibilität
7. Flammschutz
8. Anwendungsbereiche
9. Fazit

Wie wird ein Weichschaumteil hergestellt? 

In der Regel wird ein Polyolmit mit einem Treibmittel vermischt und flüssiges Isocyonat von zwei separaten Behältern mittels Pumpen in einen speziellen Mischkopf befördert. In diesem Mischkopf werden die beiden Komponenten vermischt und anschließend in die dafür vorgesehene Form eingebracht. Durch die Kombination der beiden Materialien (Poly+Iso) entsteht ein stabiles langkettiges Molekül. Diese Kombination nennt man Polyurethan, kurz PU oder PUR.

Das eingebrachte Material reagiert nach kurzer Zeit in der Kavität und fängt an sich auszudehnen (expandiert). Nach einigen Minuten kann die Form geöffnet und der Bauteil entformt werden.  

Haut Kunststoff

Was ist ein geschlossenzelliger Weichschaum?

Der geschlossenzellige PUR Schaum hat eine sehr feine, gemischtzellige Porenstruktur und zeichnet sich durch extrem gute Dämpfereigenschaften aus. Die Zellwände sind geschlossen wodurch die Flüssigkeitsaufnahme äußerst gering ist.

Diese Art von PU-Schaum findet man oft als Polsterung in Möbeln und Autositzen oder auch als Andrückwalze im Maschinenbau.

integralweichschaum

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Was ist ein Integralweichschaum?

Der PU-Integralweichschaum hat überall wo er im Werkzeug auf Flächen trifft eine geschlossene Außenhaut. Der PU-Integralweichschaum hat überall wo er im Werkzeug auf Flächen trifft, eine geschlossene Außenhaut. Diese kann je nach Formtrennmittel, Temperatur bzw. verwendeten PU-Material an Oberflächendichte variieren. Durch die nahezu geschlossene Integralhaut wird die Wasseraufnahme verhindert. Im Vergleich zu anderen Weichschaumarten hat der Integralschaum eine sehr hohe Abriebfestigkeit.

Schäumwerkzeug

Werkzeugbau für Weichschaum Formteile

Für den Werkzeugbau können unterschiedliche Materialien verwendet werden. Stahl, Aluminium oder Kunstharz sind die Gängigsten. Für hohe Stückzahlen werden vorzugsweise Metalle verwendet, da diese eine bessere Wärmeleitung aufweisen. Dadurch ist eine schnellere Entformung der Bauteile möglich und somit die Produktionsrate höher. Der Nachteil an Metallwerkzeugen ist die aufwendigere Bearbeitung und die Einbringung der Temperierung (Heizung). Die effektivste Lösung im Werkzeugbau für Weichschaumteile sind Polymerbeton Werkzeuge. Hierbei wird ein Mastermodell aus Ureol gefräst oder durch 3D Druck hergestellt und formschlüssig eingebaut, anschließend wird der Formkasten mit Polymerbeton (Material: PB) aufgefüllt.

Dies ist eine Mischung die sich aus Quarz-Aluminium bzw. Epoxidharz zusammensetzt. Die Formtemperierung wird mit Hilfe von Kupferrohren in die Form implementiert. Die Standzeit (Lebensdauer) der PB Formen beträgt bei Weichschaum bis zu 5.000 Schuss. Ein weiterer Vorteil dieser Werkzeugbautechnologie ist, dass die Formhälften miteinander vergossen sind und dadurch beim Schäumprozess die Kavität vollkommen dicht verschlossen ist. Dadurch wird die Qualität des Schaumteiles enorm verbessert.

Einlegeteile im Schäumprozess

Egal ob Passagiersitze, Armlehnen oder Verkleidungsteile, bei den meisten Bauteilen handelt es sich um bewegliche Teile. Hierzu müssen in den meisten Fällen Einlegeteile integriert werden. Die gängigsten Materialien hierfür sind Stahl oder Holz. Bei Stahleinlegern können Gewindehülsen oder spezielle Nieten mit Gewinde verwendet werden. Holz wiederum hat einen großen Gewichtsvorteil und es ist ohne genauere Positionierung möglich den fertigen Bauteil mit Holzschrauben zu befestigen. Auch aus wirtschaftlicher Sicht ist Holz meistens die günstigere Variante.

PUR Schaum

Biokompatibilität

Im Medizinbereich und bei ständigem Hautkontakt werden größtenteils biokompatible Materialien verwendet. Zum Beispiel bei Prothesen: Viele Menschen empfinden es als unangenehm wenn ihre Kleidungstücke nur lose die Prothese abdecken. Ein kosmetisch angeformter Weichschaumteil verdeckt die mechanischen Komponenten und der Kontakt mit Gegenständen wird durch die Softtouchoberfläche gedämpft.

Kunststoff Biokompatibilität

Flammschutz

Die Verzögerung bzw. das Unterdrücken des Verbrennungsprozesses ist für Bauteile der Schienen- und  Luftfahrtindustrie verpflichtend. Da aber die meisten Zusatzmaterialien den Schäumprozess negativ beeinflussen ist viel Wissen und Erfahrung des Verarbeiters nötig. Die Vermischung mittels Rührwerk und die Temperatur der Behälter sind nur zwei Faktoren von vielen, welche für eine optimale Bauteilqualität berücksichtigt werden müssen.

Anwendungsgebiete

  • Sitze für Fahrzeuge (Autos, Züge, Flugzeuge, Busse …)
  • Sitzbänke für Motorräder
  • Sport und Fitnessgeräte
  • Zur Geräuschdämmung von Kabinen und Maschinen
  • Instrumententafeln und Bedienelemente (Joystick, Hebel …)
  • Spielgeräte
  • Crashelemente / Absorber

Fazit

Polyurethane, im speziellen Weichschaum Formulierungen sind extrem vielseitig und nahezu in allen Bereichen unseres Alltags vertreten. Die angeführte und beschriebene Technologie ist formgebunden und kann individuelle Geometrien bzw. Formen erfüllen. Speziell abgestimmte Materialtypen können unterschiedlichste Produkteigenschaften erzielen und für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Je größer die Bandbreite der gefertigten Formteile und Einsatzgebiete eines Verarbeiters ist, desto höher ist die Chance dass dieser die komplexen Anforderungen zu Ihrer Zufriedenheit erfüllt. Gerade bei geschäumten Materialien ist das menschliche Abhandeln und Berücksichtigen von vielen unterschiedlichen Einflüssen essenziell.

 

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Martin Hintsteiner

Geschäftsführer HINTSTEINER GROUP Experte Carbontechnik & Kunststofftechnik

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