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Polypropylenschaum als Alleskönner

Gegenüber Polystyrol zwar teurer, aber mit vielen Vorteilen
Polypropylenschaum als Alleskönner

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Der PP-Kunststoff Arpro wird stetig weiterentwickelt und übernimmt immer mehr Aufgaben im Automobilsektor. Neben Verkleidungen kommt es auch als Mehrwegverpackung für Scheiben oder Elektronik zum Einsatz. Hersteller JSP setzt dabei vor allem auf kurze Wege bei der Hilfestellung während der Neueinführung des Produktes bei OEMs.

Der Autor: Tobias Meyer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion

Arpro ist ein halbharter, geschlossenzelliger Partikelschaum aus Polypropylen, der Aufprall-Energie-Management mit einer Kombination von Eigenschaften verbindet: Trotz eines niedrigen Gewichts verfügt Arpro über eine feste Struktur, die laut Hersteller nicht nur chemikalienbeständig sei, sondern auch thermischer sowie akustischer Dämmung diene und effiziente Energieabsorption gewährleisten soll. Zudem habe Arpro nachweislich einen 12-mal höheren Umweltvorteil als Umweltbelastung durch seine Herstellung. Bei der Produktion wird auf umweltschädliche Zusätze, wie beispielsweise organische Verbindungen verzichtet. Zusätzlich wird Arpro in einer Recyclingausführung angeboten. Der Nachteil: Der Rohstoff ist etwa drei mal so teuer wie EPS, bekannt als Styropor.
Arpro-Hersteller JSP ist ein international tätiges Unternehmen, dass sich inzwischen zum global führenden Lieferanten in der Branche entwickelt hat: „Andere Chemiekonzerne haben 15 000 Produkte im Portfolio, wir dagegen machen nur Arpro, dabei verfügen wir aber über mehr als 50 % Marktanteil bei Polypropylenschäumen“, erklärt Jens Grunwald, Sales Manager bei JSP.
Verpackungen für die Automobilbranche
Arpro verhindert Feuchtigkeitsbildungen, ist Temperaturbeständig und absorbiert Vibrationen, sodass zerbrechliches Glas und elektronische Güter leichter von Herstellern international versandt werden können. Webasto konnte beispielsweise durch die Verwendung von Arpro den Transportbruch seiner Panorama-Sonnendächer für Mercedes-Benz von 6 auf 0 % reduzieren. Zusätzlich wurde die Staubbelastung vollständig eliminiert und das Verpackungsgewicht um 80 % reduziert. Ein weiteres Beispiel liefert Alpine Electronics, die so eine sichere Lieferung von Navigationssystemen für Mercedes-Benz Fahrzeuge gewährleisten konnten.
Um die Nachhaltigkeit zu erhöhen und unnötige Ressourcenverschwendung zu reduzieren, hat auch Verpackungsspezialist Omnipack Arpro als Material ausgewählt, um die zuvor genutzten Kartonverpackungen zu ersetzen. Die Arpro Ladungsträger waren nicht nur siebenmal kostengünstiger, sondern machte es überdies möglich, 250 Sätze von nicht wiederverwendbaren Kartonverpackungen mit einer produzierten Einheit Arpro langfristig zu ersetzen. Für spezielle Anwendungen wurde außerdem Arpro 5135 ESDP entwickelt. Dieser Werkstoff sichert elektrostatischen Entladungsschutz und minimiert dadurch statische Elektrizität.
Testanlage für Kunden
Traditionell bestand der einzige Weg zum Entwickeln neuer Anwendungen für Formteilnutzer wie die Automobilindustrie darin, ihre Formteillieferanten anzusprechen, die dafür ihre optimal eingestellten Formteilanlagen zeitweilig aus der Produktion herausnehmen mussten. Das war einerseits mit erheblichen Kosten verbunden und barg wegen der Fertigungsunterbrechung ebenfalls ein Risikopotenzial für die normale Produktionsplanung.
In den letzten Jahren stellte man bei den Kunden eine Veränderung der Anforderungen: Die Designs entfernten sich von den einfachen Verfahren des Formenschäumens von Werkzeugen und Bauteilen nach Zeichnung, hin zu wesentlichen Neuerungen im Bereich Materialfertigung und -entwicklung. Daher hat JSP die Türen des Eureka-Labors geöffnet.
Herzstück ist die nach dem neuesten Stand der Technik konzipierte Schäumanlage, mit der alle Schritte und Parameter des Verarbeitungsprozesses über Telemetrie gesteuert und aufgezeichnet werden können. Einbezogen sind ebenfalls die Prozesse der Druckbeladung und Nachbehandlung, so dass der komplette Formvorgang des Materials erforscht und enge Abmessungstoleranzen entwickelt werden können.
„Auch abseits der Nutzung des Eureka-Labors sehen wir die Hilfestellung bei der Werkzeugentwicklung als Teil unseres Produktes Arpro. Da stellen wir auch keine extra Rechnung“, so Grunwald. Man gehen zusammen mit dem Tier-1-Werkzeugbauer zum OEM und entwickle dann gemeinsam vor Ort das gewünschte Produkt.
30 Jahre im Automotive-Bereich aktiv
Während das Gewicht des Fahrzeugs reduziert werden soll, dürfen gleichzeitig keine Zugeständnisse an Leistung oder Sicherheit erfolgen. Eine der Schlüssel-Innovationen in den letzten Jahrzehnten war die Entwicklung von Arpro. Das Material ist seit mehr als drei Jahrzehnten fester Bestandteil im europäischen Fahrzeugbau.
Bei Vorgängermaterialien sei laut JSP die Energieabsorption fraglich gewesen, wogegen Arpro durch zwei fundamentale physikalische Eigenschaften hervorsteche, mit denen es sich schnell als das „Referenzmaterial“ für den Aufprallschutz etablieren konnte: Zunächst ist dieser geschlossenzellige Kunststoff isotropisch, d h. er bietet gleichbleibende Leistung unabhängig davon, aus welcher Richtung der Aufprall erfolgt. Außerdem biete Arpro ein hohes Maß an Formstabilität und kehrt auch bei Mehrfachaufprall immer in seine ursprüngliche Form zurück, weshalb es gerade für Anwendungen mit Bereich des Aufpralls bei niedrigen Geschwindigkeiten ideal eingesetzt werden könne.
Arpro wird in passiven Sicherheitselementen wie Türen, Seitenaufprallschutz und Türverkleidungen, Kopfstützen und Sitzkernen, Sitz- und Knieschutz sowie Kofferraumkomponenten verarbeitet. Sein Verhältnis von Festigkeit und Gewicht machen es außerdem möglich, Tool-Boxen in Kofferraumauskleidungen, Ladeflächen und Konsolenkomponenten zu integrieren.
Ein Beispiel für diese vielseitige Einsetzbarkeit ist der Peugeot 308. Die Verwendung von Arpro reduzierte nicht nur das Gewicht des neuen Modells um 140 kg und führte dementsprechend zu einem geringerem Kraftstoffverbrauch und niedrigerem CO2-Ausstoß, sondern trug auch zu einer erhöhten Sicherheit und mehr Leistung bei. Grenzen der machbaren 3-D-Formen wurden mit Arpro ausgedehnt und es ist möglich, kleinere und dünnere Produkte zu kreieren.
„Wir wollen Bewusstsein schaffen für dieses Material, das viele noch nicht auf dem Schirm haben. Einer unserer Kunden arbeitet nun im Chassis mit Arpro, da mussten wir Ingenieure überzeugen, die bisher nur mit Alu und Stahl gearbeitet haben“, so Grunwald. Hier half JSP auch bei der Simulation und CAE, da beim OEM noch keine entsprechende Erfahrung vorhanden war.
Neben Sicherheit, Fahrzeuggewicht und Zuverlässigkeit des Motors sind auch Geräusch- und Gefühlserfahrungen in einem Kraftfahrzeug äußerst wichtig. Als Schutz für den Motor und zur Reduzierung von Vibrationen werden die Arpro-Materialien unter der Motorhaube verwendet, können dort das Geräuschniveau senken und Energie absorbieren. Die geschlossenzellige Struktur mache hier laut JSP hier eine strukturelle Geräuschperformance möglich, durch die Lärm absorbiert und sogar hohe Schallfrequenzen eines leistungsstarken Fahrzeugs verändert werden können. „Wenn man weniger Geräusch will, nutzt man einfach mehr Arpro“, sagt Grunwald.
Schaum kommt an die Oberfläche
Auch mit Blick auf das optische Design werden immer weiter Fortschritte gemacht. „Die neuen Materialien bieten Oberflächen, die den Nutzer das Rohmaterial vergessen lassen, weil sie ihm ein ansprechendes, gleichmäßiges Aussehen bieten. Die Verfahren werden künftig so gut werden, dass wir Class A anstreben“, betont Grunwald. Zudem ist die Befestigung der Endprodukte sehr einfach – anders als bei Wabenstrukturen kann sie je nach Anwendungsbedarf über Nieten, Kleben, Reib- oder US-Schweißen und Schnappverbindungen erfolgen.
Der Automobilzulieferer Magna hat Arpro verwendet, um Tür- und Seitenverkleidungsträger zu entwickeln. Dadurch konnte das Gewicht der Türen um etwa 22 % verringert und die Crash-Performance der Fahrzeuge verbessert werden. Gleichzeitig wurden die Türen durch die Verarbeitung des neuen Werkstoffs gegen Wärme und Kälte gedämmt und Voraussetzungen für eine problemlose Integration von Kabelkanälen und Schaltern geschaffen.
Die Flügeltüren des BMW i8 sind ein Beispiel für die Verarbeitung von Arpro: Das Design verlangte ein leichtes Materials in den Verkleidungen, damit ein einfaches Wegschwingen vom Boden möglich ist. Die Entwicklung der Türverkleidungen war laut JSP revolutionär, denn weitere Komponenten und Funktionen (Zierleisten, Lautsprecher, Schalter sowie Wärme- und Schall-dämmung) mussten sich in ein dünnwandiges Formteil integrieren lassen. Und all das mit für ein Premium-Fahrzeug üblichen engen Toleranzen. Nur durch rigorose und aufwendige Prüfungen im Entwicklungslabor Eureka konnten alle Herausforderungen gemeistert werden.
JSP, Tel.: +44 13 44 894800
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