Zukunftsthema Metallersatz
Immer häufiger werden Teile aus Metall durch Kunststoff-Teile ersetzt. Dabei spielen sowohl Gewichts- und Nachhaltigkeits- als auch Design-Aspekte eine Rolle. Goran Brkljac, Leiter Anwendungstechnik bei der Ter Hell Plastik GmbH aus Herne, sieht diese Entwicklung durch die Megatrends Klimawandel und Mobilität erst am Beginn ihrer Möglichkeiten. „Kunststoff als Metallersatz spielt nicht nur in den Bereichen Auto und Mobilität eine Rolle, sondern zunehmend auch in anderen Branchen wie in der Sport- und Möbelindustrie, aber auch im Maschinenbau und der Bauindustrie“, sagte er im Gespräch mit der Redaktion des Rupp-Newsletters.
Kunststoff-Teile kommen dem Trend zum Leichtbau entgegen. „Je leichter ein Auto heute ist, desto weniger Treibstoff verbraucht es. Das bedeutet weniger CO2-Emissionen. Im Fall von Elektroautos resultiert jede Gewichtsersparnis in mehr Reichweite“, sagt Brkljac. „Doch die Vorteile beginnen schon bei der Herstellung. Metalle müssen bei höheren Temperaturen gegossen und verarbeitet werden, Aluminium zum Beispiel bei 600 Grad Celsius. Kunststoffe werden zum Beispiel bei 290 Grad Celsius verarbeitet.“
Neue Kunststoffe eröffnen vielfältige Möglichkeiten
Speziell für den Metallersatz entwickelte Kunststoffe werden künftig dafür sorgen, dass sich immer mehr Möglichkeiten für die Anwendung von Kunststoff ergeben. „Wir haben zum Beispiel die Produktreihe Terez GT 3 entwickelt, die höchsten Anforderungen der Metallsubstitution in der Automobilindustrie, dem Maschinenbau und der Sanitärbranche gerecht wird“, sagt Brkljac. „Aufgrund möglicher Glasfasergehalte von bis zu 60 Prozent werden sehr hohe Steifigkeiten und Festigkeiten erreicht. Im Vergleich zu Zink- oder Aluminiumdruckguss kann der Werkzeugverschleiß deutlich reduziert werden, sodass sich die Werkzeugstandzeiten im besten Falle um den Faktor fünf verbessern. Auch die Wärmebeständigkeit ist im Vergleich zu konventionellen Kunststoffen deutlich höher.“
Die Glasfasern wirken in Kunststoffteilen wie die Armierung in Beton. Sie stabilisieren und verstärken das Kunststoffteil. Organobleche, also in Thermoplaste getränkte Gewebegeflechte, oder Tapes, die in Teilbereichen zur Verstärkung eingesetzt werden, bieten weitere Verbesserungen. Durch die Langfaser-Technologie ist mehr mechanische Belastung in und quer zur Fließrichtung möglich. „Die Einsatzgebiete von Kunststoff werden insgesamt größer und vielfältiger“, ist Brkljac überzeugt. „Kunststoff kann mittlerweile sogar dort eingesetzt werden, wo es um Strukturbauteile geht, die hohen Lasten und starken Kräften ausgesetzt sind.“
Als Beispiele nennt der Entwickler Skibindungen, Bürostuhlteile, oder Verbindungselemente im Baubereich. Auch Lüfterlamellen in Fahrzeugen werden in der Regel nicht mehr aus Aluminium hergestellt. Zudem spiele die Hitzebeständigkeit von Kunststoffen eine immer größere Rolle. Ein Beispiel seien die Motoren moderner Autos. „Die Motoren werden immer leistungsstärker und gleichzeitig immer kleiner. Das führt zu höheren Temperaturen“, sagt Brkljac. „Die Kunststoffe aus dem „Ter Plastics Polymer Portfolio“ halten 230 Grad Celsius über mehrere tausend Stunden aus und können ohne weiteres in Motornähe eingesetzt werden.“
Größere Designfreiheit und neue ästhetische Ansprüche
Einen großen Vorteil hat Kunststoff gegenüber Metall, wenn es um das Design geht. „Metall wird gegossen. Danach folgenden diverse Nachbearbeitungsschritte. Es muss entgratet werden, Bohrungen werden gesetzt und Gewinde geschnitten. Am Schluss muss das Teil möglicherweise noch lackiert werden“, sagt Brkljac. „Bei einem Kunststoffteil reicht für alles ein Fertigungsschritt. Das ist nicht nur kostengünstiger und umweltfreundlicher, sondern gibt dem Hersteller auch mehr Freiheit beim Design. Alle Anforderungen werden im Werkzeug umgesetzt.“ Hinzu komme, dass Bauteile wegen der Trends zur Miniaturisierung und Digitalisierung immer kleiner würden. Sehr dünne Wandstärken seien an der Tagesordnung. „Mit Kunststoff können wir die Geometrie abbilden“, sagt Brkljac.
Eine Rolle spiele in vielen Bereichen auch der ästhetische Anspruch, den moderne Kunststoffe mittlerweile sehr gut einlösen könnten. „Selbst im Innenraum eines Premiumfahrzeugs bleibt heute ohne Kunststoff nicht mehr viel übrig“, schmunzelt Brkljac. Den Kunststoffmotor sieht der Entwickler zwar noch nicht am Horizont, aber: „Die Entwicklung geht immer weiter. Wir probieren immer mehr aus. Heute gibt es schon Bremspedale aus Kunststoff. Sie sind Stand der Technik – geprüft, getestet und zugelassen. Noch vor wenigen Jahren war das undenkbar. Ich bin sicher, dass sich künftig immer mehr Anwendungen für Kunststoff ergeben werden.“
Tipp: Am 7. Mai findet bei Ter Hell in Herne das „Polymer Forum Metallersatz 2.0“ statt. Referenten aus verschiedenen Unternehmen informieren über das Potenzial von Kunststoffen für den Metallersatz und klären Fragen zu Produkten, Simulation und Verfahren.