24 März 2011

Spritzgussgehäuse aus nachwachsenden Rohstoffen

NawaRo-Gehäuseserie der Wöhr GmbH als Vorzeigebeispiel

bildKunststoffprodukte sind heute allgegenwärtig, sie machen unser Leben sicherer und angenehmer. Sie unterliegen nicht der Korrosion und lassen sich in nahezu jede beliebige Form bringen. Auch im Sinn der Nachhaltigkeit gibt es viele positive Ansätze, wie zum Beispiel die Produkte haltbarer zu machen und den Materialverbrauch geringer zu halten.

Mit der Markteinführung der Gehäuseserie NawaRo (Nachwachsende Rohstoffe) übernimmt Richard Wöhr eine Vorreiterrolle in punkto Umweltschutz und Nachhaltigkeit. Als erster Gehäusehersteller bietet das Familienunternehmen mit Sitz in Höfen/Enz branchenweit ein derartiges Standardprogramm aus 100% biologisch abbaubaren Spritzgussgehäusen aus Biokunststoffen an.

Letztere bestehen zu 100% aus nachwachsenden Rohstoffen, die nicht als Nahrungsmittel eingesetzt werden, sondern Beiprodukte aus industrieller Fertigung sind.Wenngleich konventionelle Kunststoffe noch für lange Zeit unverzichtbar bleiben, schreitet die Entwicklung alternativer Werkstoffe weiter voran. Diese Entwicklung und ein damit verbundenes wachsendes ökologisches Bewusstsein bei Herstellern und Verbrauchern aktiv mit zu gestalten ist das Ziel der Produkteinführung im Hause Wöhr.

Bereits seit dem Jahr 2003 befasst sich der Hersteller von Industriekomponenten mit dem Einsatz von Naturfaserverbundwerkstoffen bei der Herstellung von Gehäusen. Ein erster Prototyp auf Basis von Sisal- und Hanffasern wurde Anfang 2004 realisiert. Da die nötige Stabilisierung und Festigkeit des Materials jedoch nur in Verbindung mit Kunstharzen ermöglicht werden konnte, blieb es zunächst bei einer eingeschränkten Kompostierbarkeit der Gehäuse.

Verbundwerkstoff aus Holz und Pflanzenfasern
Bei den aktuellen Werkstoffen handelt es sich um ein Compound aus Holz- und anderen pflanzlichen Fasern mit dem Hauptbestandteil Lignin, dem neben der Zellulose am häufigsten in der Natur vorkommenden organischen Stoff. Der Verbundwerkstoff enthält ausschließlich Holzfasern aus regionalen Sägewerken im süddeutschen Raum und damit aus nachhaltiger Forstwirtschaft.

Lignin ist eine dreidimensional vernetzte, aromatische Kohlenwasserstoffverbindung. Es ist in der Zellwand von verholzten Pflanzen wie Gräsern, Stauden, Sträuchern und Bäumen eingelagert und dient dort als Festigungselement. Bei der Papierherstellung ist Lignin unerwünscht, weil es zur Vergilbung beiträgt. Deshalb wird es chemisch entfernt und findet dann als industrieller Beistoff Verwendung in anderen Einsatzbereichen, so auch in Granulaten zur Herstellung von Biokunststoffprodukten.

Einsatz von “Holz” wie ein herkömmlicher Kunststoff
Das Unternehmen ist so in der Lage, den Werkstoff Holz wie einen herkömmlichen thermoplastischen Kunststoff einzusetzen. In den nächsten Jahren sind nach Einschätzung aus Fachkreisen Wachstumsraten von 20% in der Produktion von Biokunststoffen zu erwarten.

Sämtliche Kunststoffgehäuse aus der Markenserie KM-Gehäusetech, einer Tochtergesellschaft des Unternehmens, sowie Plattenware sind mit dem neuen Werkstoff lieferbar. Kundenspezifische Modifizierungen sind aufgrund der Werkzeugkosten in der Regel jedoch erst ab einer größeren Bestellmenge wirtschaftlich rentabel.

Die Bio-Granulate wurden mit wissenschaftlichen Messverfahren auf ihre mechanischen, physikalischen und thermischen Eigenschaften sowie Lebensmittelechtheit gestestetDie KM-Werkzeuge für das Spritzgussverfahren wurden so angelegt, dass neben herkömmlichen Kunststoffgranulaten auch Bio-Granulate auf pflanzlicher Basis verarbeitet werden können. Umfangreiche Versuche haben ergeben, dass dies mit hierauf optimierten Prozessparametern möglich ist. Die Bio-Granulate wurden mit wissenschaftlichen Messverfahren auf ihre mechanischen, physikalischen und thermischen Eigenschaften sowie Lebensmittelechtheit gestestet.

Ein Test zur Wasseraufnahme eines Spritzguss-Handgehäuses ergab eine vernachlässigbare Gewichtszunahme um maximal 0,66% nach zehn Tagen. Nach einer Trocknungsphase wurde das ursprüngliche Gewicht nahezu wieder erreicht.

Auch bei Temperaturschwankungen und Wärmeeinwirkung werden die für den Einsatz in der Industrie und in der Medizintechnik erforderlichen Werte eingehalten. Die für die Gehäuseserien verwendeten Werkstoffe gleichen im mechanischen Eigenschaftsprofil schlagzähen Kunststoffen (z.B. ABS) und bestehen je nach Rezeptur aus Biopolymeren, Polyhydroxialkanoaten, -butyraten, Polycaprolacton, Polyester, Stärke, IngeoTM, Lignin, Naturharzen, -wachsen, -ölen, natürlichen Fettsäuren, Cellulose, biologischen Additiven und natürlichen Verstärkungsfasern.

Eigenschaften von Bio-Kunststoffen
Die Eigenschaften des jeweils verwendeten Biogranulats können durch eine entsprechende Additivierung an höhere Anforderungen angepasst werden. Hinsichtlich der UV-Beständigkeit eignet sich die Naturvariante im Außenbereich für kurz- bis mittelfristige Güter, die nicht direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.

Für langlebigere Anwendungen kann ein zusätzlicher UV-Schutz eingearbeitet werden. Im Programm sind sowohl Biogranulate, die sich für steife Gehäuse eignen, als auch Varianten mit sehr guter Spannungsrissbeständigkeit.

Die Gehäuse aus Biokunststoffen lassen sich – etwa mittels Fräsen und Bohren – genauso weiterverarbeiten wie vergleichbare Teile aus herkömmlichen Kunststoffen und unterscheiden sich auch in der Designfreiheit nicht von Polyamiden auf Erdölbasis. Durch Lackieren wird jedoch die Kompostierbarkeit eingeschränkt. Allerdings schreitet bei der Farbgebung die Entwicklung von Bio-Farbbatchen aus organischen Stoffen zur direkten Einfärbung im Spritzgussverfahren voran, deren Einsatz das Unternehmen aus Höfen favorisieren wird, sobald die Anforderungen für bestimmte Produkteigenschaften erfüllt werden.

Entsorgung der Bio-Kunststoffe
Bei der Entsorgung entsteht durch die thermische Verwertung zusätzlich klimaneutrale Energie. Alternativ kann das Material mechanisch geschreddert und dann auf natürlichem Weg kompostiert und durch Mikroorganismen zersetzt werden. Des weiteren befassen sich die Hersteller der Biogranulate auch mit Möglichkeiten zum Recycling ausgedienter Komponenten. In allen Fällen müssen jedoch eingebaute Elektronik- und Metallteile entfernt werden.

Nach den bereits mehrfach auditierten DIN EN ISO Zertifizierungen 9001 (Qualität) und 13485 (Medizin) haben die Höfener zum 1. Juli 2010 auch die Umweltzertifizierung nach DIN EN ISO 14001 erhalten. Denn eine nachhaltige umweltgerechte Produktion und eine Abkehr von den immer knapper werdenden fossilen Rohstoffen ist dem Unternehmen ein großes Anliegen, auch mit Blick auf künftige Generationen.

Mit entsprechenden Maßnahmen und Neuentwicklungen, in die alle Mitarbeiter von Anfang an mit einbezogen sind, wird das 1967 als Industrielackiererei gegründete Unternehmen dem Anforderungskatalog für die Umweltzertifizierung mehr als gerecht. Dazu gehören unter anderem auch eine emissionsarme Beheizung und Klimatisierung des Firmengebäudes durch eine maßgeschneiderte Wärmepumpenanlage (das soll im Jahr 2011 im Rahmen der Firmenerweiterung realisiert werden).

Source: Elektronikpraxis Vogel, 2011-03-24.

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