Das physikalische Schäumen von Thermoplasten (Mucell) spart Kosten, Energie und Ressourcen und ist eine facettenreiche Zukunftstechnologie. Krauss-Maffei hat in intensiver Entwicklungsarbeit die neue Universalschnecke HPS-Physical Foaming für Mucell-Anwendungen mit 30 Prozent höherer Plastifizierleistung entwickelt. Leichtbaulösungen mit kleinerem CO2-Fußabdruck: Im Zuge angestrebter Ressourcenschonung wird Mucell immer häufiger genutzt und ist ein starker Wachstumsmarkt. Indem man dem Thermoplast ein physikalisches Treibmittel wie Stickstoff zusetzt, kann man im Vergleich zu kompakt gefertigten Bauteilen signifikant Materialgewicht sparen. Zusätzlich sind bei dünnwandigen Bauteilen längere Fließwege möglich, und durch das Schäumen entstehen verzugsarme Bauteile.
Die für Mucell genutzten Materialien sind vielfältig und enthalten oft unterschiedliche Anteile an Faser- und Füllstoffen. Krauss-Maffei hat mit der HPS-Physical Foaming deshalb eine Schnecke entwickelt, die universell einsetzbar ist und eine 30 Prozent höhere Plastifizierleistung erzielt. Dafür wurden in umfangreichen Laborversuchen alle auf dem Markt befindlichen Schneckentypen verglichen. Ein modulares Konzept machte es möglich, die einzelnen Bestandteile mittels Verschraubung zu kombinieren, so dass nicht jedes Mal eine neue Schnecke angefertigt werden musste. Im Fokus standen der Misch- und Begasungsbereich, die mittlere Rückstromsperre und der Dreizonenbereich.
Der Dreizonenbereich ließ sich ohne Qualitätsverlust auf Kosten des ersteren vergrößern und beträgt nun das 17-Fache des Durchmessers. Dadurch stieg zum einen die Plastifizierleistung, zum anderen wirkte es sich günstig auf das Verschleißverhalten aus. Bisher verwendete man meist größere Schnecken als vom Bauteilgewicht her nötig gewesen wäre, um eine vollständige Homogenisierung der Schmelze vor dem Injizieren des Gases sicherzustellen. Die mittlere Rückstromsperre (M-RSP) schließt nach Ende des Dosiervorgangs, trennt dadurch den Misch- und Begasungsbereich vom Dreizonenabschnitt und verhindert, dass die Schmelze zurückfließt. Nur so ist es möglich, den kritischen Druck oberhalb von 33,9 bar zu halten und damit ein Aufschäumen in der Plastifiziereinheit zu verhindern. Eine weitere Aufgabe der M-RSP ist es, für ein konstantes Schussgewicht zu sorgen. Die Analysen der Entwickler zeigten, dass die M-RSP am effektivsten mit einem Ball-Check-Element ausgeführt wird. Auch hier spielten die verschiedenen verwendeten Materialien eine große Rolle.
Das Team von Krauss-Maffei untersuchte die bisher vorhandenen und die neu entwickelte Schnecke anhand von PP mit unterschiedlichen Fließindizes (MFI 11 und MFI 44), mit mineralischer Füllung, mit Gasfaseranteilen von 20 und 30 (LGF) Prozent sowie mit ABS und PA6 GF 30. Je nach gewähltem Compound und eingestellten Parametern, wie zum Beispiel Staudruck, ändert sich die Plastifizierleistung. Da die Mucell-Kunden des Müncheners Maschinen- und Anlagenbauers weltweit unterschiedliche Anwendungen haben, musste die Universalschnecke diese Vielfalt abbilden. Der Dreizonenbereich wurde deshalb eingängig ausgeführt, die M-RSP mit Ball-Check. Für hochviskose Materialien ist auch ein Wendelscherteil möglich.
Die gründliche Forschungsarbeit brachte über die HPS-Physical Foaming hinaus einen weiteren Nutzen. Krauss-Maffei verfügt nun über einen Wissensbaukasten, der es ermöglicht, speziell auf ein Material abgestimmte Schnecken zu entwickeln, etwa für Kunden, die entsprechende Produkte konstant über einen längeren Zeitraum fertigen. Das modulare Konzept ist auch hier hilfreich für schnelle Tests. Das physikalische Schaumspritzgießen ist und bleibt eine Zukunftstechnologie, die, getrieben vom Wunsch nach Kosten-, Energie- sowie Ressourcenersparnis, immer mehr an Bedeutung gewinnt.
