Projekt 15767/01

Umsetzung eines thermoplastischen Werkstoffs aus nachwachsenden Rohstoffen in ein hochwertiges industrielles Produkt

Projektdurchführung

TECNARO GmbH
Burgweg 5
74360 Ilsfeld

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ausgangssituation für dieses Projekt ist der Einsatz des Werkstoffes ARBOFORM, der zu 100 % aus schnell nachwachsenden Rohstoffen (Lignin, Naturfasern, nat. Additive) besteht und in Granulatform auf Standard-Spritzgussmaschinen kunststoffspezifisch zu Formteilen verarbeitet werden kann. Das Naturpolymer Lignin fungiert hierbei als Matrix für die Naturfasern. Lignin ist ein Beiprodukt aus der Zellstoffindustrie, welches derzeit zu etwa 60 Mio. Tonnen weltweit jährlich anfällt und daraus zu 95 % direkt in den Zellstoffwerken zur Energiegewinnung verbrannt wird. Eine hochwertige werkstoffliche Nutzung dieses wertvollen natürlichen Rohstoffes ist Gegenstand dieses Verbundprojektes.
Werkzeugseitig müssen konstruktiv einige Dinge beachtet werden, um einen störungsfreien, vollautomatischen Spritzgussbetrieb gewährleisten zu können.
Ziel dieses Projektes ist es, diese konstruktiven Richtlinien beispielhaft an einem Modellprodukt zu erarbeiten und die Zusammenhänge zwischen Werkzeugkonstruktion und Bauteileigenschaften korrelieren zu können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeitsschritte sind in folgende Hauptgruppen unterteilt:
A) Die werkstoff- und bauteilgerechte Spritzgusswerkzeugentwicklung anhand des ausgewählten Produktes, die
B) Granulat- und Prototypenherstellung,
C) Abstimmung des Gehäusedesigns (Modellbau mit Rapid Prototyping) auf die Elektronik und die Lautsprechermembranen einschließlich Prüfung der akustischen Eigenschaften, sowie die
D) Analyse und gegebenenfalls Reduktion der Emissionen bzw. der Geruchsentwicklungen.
Da es sich bei ARBOFORM um einen völlig neuartigen thermoplastisch verarbeitbaren Holzwerkstoff handelt, sind die Erkenntnisse aus diesem Projekt fundamental und werden in spätere Produktentwicklungen einfließen. Je mehr Einsatzfelder für ARBOFORM gefunden werden, desto weniger Kunststoffe müssen für diese Produkte zum Einsatz kommen, was eine nachhaltige Umweltentlastung in Form von Energie- und (fossiler) Rohstoffeinsparung mit sich bringt. Die Projektergebnisse werden somit weit über den Stand der Technik hinaus gehen.


Ergebnisse und Diskussion

Zu A) Folgende Erkenntnisse konnten durch dieses Projekt bzgl. der werkstoffgerechten Werkzeugkonstruktion gewonnen werden: Entformungsschrägen von mind. 0,5 ° sind erforderlich, um eine Auslösung des Bauteiles aus der Form zu gewährleisten; Die Werkzeugoberflächen müssen bei dieser Schräge mind. Strichpoliert sein; Das richtige Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser bei Schraubdomen wurde ermittelt; die Mindestwandstärke für ausreichende Festigkeit; die optimale Angussituation; die Problematik der Formentlüftung konnte geklärt werden; die integrierte Hinterspritztechnik konnte aufgrund der Geometrie des Gehäuses nicht weiterverfolgt werden.
Zu B) Für die Granulat- und Prototypenherstellung konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden: Der Ligningehalt wurde hinsichtlich einer guten Granulatqualität sowie einer guten Verarbeitbarkeit auf dem Spritzgusswerkzeug ermittelt; Einsatz von speziellen kurzen Naturfasern für gute akustische Eigenschaften (schallschluckendes Verhalten von ARBOFORM); Einsatz von umweltverträglichen Farbaddi-tiven zur gezielten Farbeinstellung bzw. Einstellung der wurzelholzähnlichen Bauteiloberfläche.
Zu C) Emission von Formaldehyd liegt bei ARBOFORM um etwa Faktor 60 niedriger als bei E1 Spanplatten, die üblicherweise im Lautsprecherbau verwendet werden. Durch eine äußere und innere Lackierung konnte das typische Geruchsniveau von ARBOFORM auf nahezu Null reduziert werden. Eine Lackierung ist aus optischen Gründen unbedingt notwendig (hochglanzfinish).
Generell kann als Projektergebnis festgehalten werden, dass hinsichtlich der umweltrelevanten, der optischen, der akustischen sowie der emissionstechnischen Anforderungen ein Lautsprechergehäuse aus ARBOFORMÒ vorteilhaft im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoff- oder Holzwerkstoffgehäusen zu sehen ist. Somit bringt der Einsatz von ARBOFORM als Lautsprechergehäuse mehrere Vorteile mit sich bzw. verbindet die guten akustischen Eigenschaften eines Lautsprechers aus Span- bzw. MDF-Platten mit den Formgestaltungsmöglichkeiten eines Kunststofflautsprechers. Nicht zuletzt ist die äußerst positive Umweltrelevanz gegenüber Holzwerkstoffen und Kunststoffgehäusen erheblich, da ARBOFORMÒ zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen besteht und außerdem biologisch abbaubar ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bereits auf der int. Messe für Werkzeug- und Formenbau EUROMOLD im Dezember 2003 in Frankfurt konnten die ersten Prototypen der Öffentlichkeit vorgestellt werden. Es ist geplant weitere Veröffentlichungen durch Ausstellungen und fachspezifische Zeitschriftenartikel zu platzieren. Ein eigens für dieses Projekt entwickelter Flyer wird gedruckt und über Presseverteiler verteilt werden.


Fazit

Die ursprünglich gesetzten Ziele des Projektes konnten in funktionsfähige Prototypen umgesetzt werden. Es wurde ein Lautsprechergehäuse aus einem frei formbaren Holzwerkstoff (ARBOFORMÒ) entwickelt. ARBOFORMÒ besteht zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen und ist biol. abbaubar. Die Vermarktung des entwickelten Produktes soll in 2004 anlaufen.