Campingtischplatte aus nachwachsenden Rohstoffen

Wer unterwegs nicht auf Komfort bei der Mahlzeit verzichten möchte, steckt einen klappbaren Campingtisch in seinen Van. Auch einen Empfang bei schönem Wetter im Freien kann man sich ohne Abstellflächen für Partygläser wie z.B. Stehtische schlecht vorstellen. Doch das Tragen hochwertiger Akzessorien dieser Bestimmung macht wenig Freude aufgrund des entsprechend hohen Gewichts. In der Regel wird dann oft ein Kompromiss zwischen Gewicht und Robustheit eines Campingtisches auf Kosten der Belastbarkeit eingegangen.  Anders ist es jedoch bei der neuen Campingtischplatte aus nachwachsenden Rohstoffen, die Hugo Stiehl GmbH Kunststoffverarbeitung und Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der Technischen Universität Chemnitz im FENAFA-Projekt (gefördert von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. als Projektträger des BMEL) gemeinsam entwickelt haben. Diese vereint eine hohe Biegesteifigkeit, Funktionalität und Wertanmutung mit einem geringen Gewicht bei einer prozessintegrierten Fertigung. Darüber hinaus zeichnet sich das neue Produkt durch einen hohen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen aus.

Marktübliche Campingtischplatten weisen oft eine hohe Biegesteifigkeit auf, aber auch ein hohes Bauteilgewicht durch eingesetzte Materialien (z.B. Werzalit-Platten). Da die Tischplatten sich grundsätzlich auf einem erheblichen Abstand zum Boden befinden, erfolgt durch das Eigengewicht der Tischplatte eine unerwünschte Schwerpunktverlagerung der Gesamtkonstruktion nach oben. Dies führt insbesondere bei Stehtischen zur Kippanfälligkeit, die durch ein schweres Gestell oder durch das Beschweren des Tischgestells z.B. mit einem Wassertank ausgeglichen wird.

Für die Umsetzung der Anforderungen an eine hohe Biegesteifigkeit der neuen Tischplatte bei einem geringen Gewicht wurde im Ergebnis eingehender Analysen eine Sandwichkonstruktion favorisiert. Diese berücksichtigt auch die geforderte Witterungsbeständigkeit und Prozessintegrität sowie den Einsatz nachwachsender Rohstoffe in Form von Wellpappen-Sandwichkern und mattenförmigen Naturfaser-Thermopolast-Halbzeugen.

Grundsätzlich sind in der modernen Möbelindustrie Sandwichstrukturen aus Holzfaserplatten mit Wellpappenkern sehr verbreitet. Das Besondere am FENAFA-Verfahren ist die Kombination der Spritzgieß-, Umform- und Sandwichtechnik in einem Prozess, wodurch völlig neue Produkteigenschaften und -vorteile generiert werden können (Abb. 1). So sind unterschiedliche Naturfaserhalbzeuge, Dekorfolien bzw. -platten, spritzgießfähige Kunststoffe und Sandwichkerne verarbeitbar (Abb. 2). Auch die Entsorgungs- bzw. Recyclingproblematik nach der Nutzungsphase kann hier durch eine geeignete Auswahl eingesetzter Komponenten gelöst werden. Um die Flexibilität der Produktlösung zu behalten, wurden keine finalen Befestigungselemente, sondern nur definierte Montageflächen an die Tischplatte angebracht. Dadurch sind Leichtbau-Tischplatten für differierende Gestelle herstellbar, indem lediglich die entsprechenden Befestigungselemente montiert werden.

Die Oberseite der Tischplatte ist mit einer witterungsbeständigen Melamindekorplatte ausgestattet und weist eine umlaufende Tropfkante aus Kunststoff auf, die den Randabschluss der Sandwichstruktur bildet und über die Fließkanäle von der Bauteilrückseite angespritzt wird. Die Rückseite besteht aus einem umgeformten Naturfaser-Polypropylen-Mattenhalbzeug (NF-PP-Halbzeug) mit den vier hochverdichteten Bereichen an den Montageflächen für Befestigungselemente. Das Formen der Bauteilrückseite inklusive Montageflächen erfolgt direkt im Spritzgießwerkzeug unter Nutzung der werkzeugintegrierten Core-back-Technik, sodass ein komplett fertiges Produkt aus dem Werkzeug entnommen wird. Die Montageflächen werden über vier Heißkanalangüsse synchron mit dem Kunststoff angespritzt, wodurch ein Stoffschluss mit der leichten Sandwichstruktur entsteht. Die Anbindung der Verbundkomponenten wurde bei verschiedenen Parameterkonstellationen ermittelt und übersteigt sogar die Festigkeit der naturfaserverstärkten Deckschicht.

Für die Umsetzung der neuen Tischplatte wurde ein entsprechendes Werkzeug aufgebaut, welches auf der sogenannten Auswerferseite die Ansaugdüsen zum Festhalten des gesamten Halbzeugpakets aufweist. Aufgrund der besonderen Form der Tischplatte sind die Auswerfer im Gegensatz zum üblichen Werkzeugdesign auf der Düsenseite untergebracht, wofür gleich die kernzuggesteuerten Formeinsätze mit integrierten Einspritzdüsen genutzt werden. Nach dem Absolvieren aller Fertigungsschritte und Auffahren des Werkzeugs verbleibt das Fertigteil auf der Düsenseite. Somit kann einerseits die hochwertige Oberseite der Tischplatte geschont und andererseits mittels Sauggreifer die fertige Leichtbau-Campingtischplatte an der glatten Oberfläche zuverlässig gegriffen und entnommen werden.

Gemäß dem entwickelten Technologiekonzept wird im Arbeitsschritt 1 ein NF-PP-Halbzeugzuschnitt auf dem Schiebetisch der Heizvorrichtung positioniert, im Arbeitsschritt 2 in das IR-Heizfeld gebracht, auf die Temperatur von ca. 220°C erwärmt und anschließend mittels des Schiebetisches in die Abholposition des Greifers gefördert (Abb. 3).

Im Arbeitsschritt 3 wird der aufgeheizte, biegeschlaffe NF-PP-Plattenzuschnitt mittels eines eigens entwickelten Handlings gegriffen, auf das vorbereitete Dekorplattenhalbzeg mit einer Hotmeltfolie abgelegt und angepresst. Dieser Klebefilm schmilzt und verbindet die Komponenten der Sandwichstruktur stoffschlüssig miteinander. Das gesamte Lagenpaket wird im Arbeitsschritt 4 mit dem Handling sekundenschnell in das Spritzgießwerkzeug übergeben und dort mittels der integrierten Ansaugdüsen zuverlässig fixiert. Anschließend erfolgen die Umformung der Backseite der Tischplatte sowie das Anspritzen der Montageflächen und der Tropfkante. Nach Ablauf der Kühlzeit lässt sich ein Fertigteil mit einem geschlossenen Kunststoffrand und angespritzten Montageflächen problemlos entformen. Die fertige Leichtbau-Campingtischplatte wird dazu mit Hilfe von Sauggreifern aus dem Spritzgießwerkzeug entnommen (Abb. 4). Die Fertigteilentnahme kann unmittelbar nach der Übergabe des neuen Halbzeugpakets ins Werkzeug erfolgen, um Prozesszeit zu sparen.

Zur Auslegung der Tischplatte wurde zuvor eine FEM-Berechnung durchgeführt. Die simulierte Tischplatte wurde zur Analyse einer gebrauchsüblichen Abstützsituation mit einer lokalen Belastung von 400 N (entspricht ca. 40 kg Stützlast) am Tischrand beaufschlagt und eine resultierende Durchbiegung an der Aufstützfläche ermittelt. Zur Bestimmung der tatsächlichen Durchbiegung der neuen Tischplatte wurde eine Einspannvorrichtung angefertigt und der gesamte Aufbau einer Druckprüfung mittels einer Druckprüfmaschine vom Typ Zwick/Roell Z 5,0 unterzogen (Abb. 5). Die Durchbiegung der Tischplatte liegt demnach zwischen 2,2 mm und 2,6 mm.

Zusammenfassend konnten bei der neuen Leichtbau-Campingtischplatte eine Gewichtsreduzierung von über 50% gegenüber gängigen Tischplatten gleicher Größe und eine hohe Struktursteifigkeit dank dem Sandwichaufbau erzielt werden. Darüber hinaus sind die prozessintegrierte Fertigung und die Übertragbarkeit des Technologiekonzepts auf verwandte Bauteile im technischen Bereich, wie beispielsweise Pkw-Kofferraumladeboden besonders hervorzuheben.

Die Autoren danken der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. und dem BMEL für die gewährte finanzielle Unterstützung des Projekts.