Geiger Pressemitteilungen

 

 

 

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Strahlenschutz ganz ohne Blei spart bis zu 50 Prozent der Herstellungskosten

Speziell entwickelter Spritzgussprozess ermöglicht Produktion neuer Wolfram-Kunststoff-Komponenten für Computertomographen

Da Blei als höchst umweltgefährdend eingeschätzt wird, weil es zum einen toxisch wirken und zum anderen nicht oder nur schlecht abgebaut werden kann, erlaubt die neuste RoHS-Richtlinie nur einen Gewichtsanteil von 0,1 Prozent dieses Schwermetalls in neuen Elektro- und Elektronikgeräten. Da vermutet wird, dass auch dieser geringe Restanteil in Kürze verboten werden wird, das Schwermetall allerdings ein wichtiger Bestandteil des Strahlungsschutzes von elektrischen Bauteilen ist, sucht die Industrie ständig nach Alternativen. Zusammen mit der Firma PolyOne, einem führenden Hersteller von thermoplastischen Compounds und Masterbatches, entwickelte die fränkische Reiter-HG Geiger Kunststofftechnik GmbH dafür eine Wolfram-Kunststoff-Variante, die Strahlung ebenso gut abschirmt wie Blei und darüber hinaus so genannte „Hot Spots“, also Strahlungslecks verhindert. Ein Anteil von über 90 %  des schwer zu verarbeitenden Wolframs zwang die Reiter-HG Geiger Kunststofftechnik dazu, den Spritzgießprozess zu modifizieren und weiter zu entwickeln, um den hoch gefüllten, 11,0 g/m3 schweren Kunststoff dennoch wirtschaftlich bei einer Temperatur von 290 °C verarbeiten zu können. Mit Hilfe des neuartigen Polymer-Metall-Gemisches, das sich unter anderem durch seine hohe Dichte auszeichnet, können die Herstellungskosten von entsprechenden Schutzkomponenten jetzt zwischen 30 und 50 % reduziert werden.

Aufgrund hoher Strahlung in Geräten wie Computertomographen müssen empfindliche PCB (Printed Circuit Board) Kontrolleinheiten oder elektronische Komponenten abgeschirmt werden. Dafür wurden bisher ausschließlich Schwermetalle verwendet wie Blei, Wolfram, Tantal oder Molybdän. Diese Materialien sind sehr teuer und nur als Halbzeuge in Form von Platten oder Barren erhältlich. Daraus mit herkömmlichen Fertigungsmethoden die gewünschten Bauteile herzustellen, ist in der Serienproduktion mit hohen Kosten verbunden, außerdem sind die Gestaltungsmöglichkeiten sehr eingeschränkt. Um diese Probleme zu umgehen, musste eine völlig neue Lösung gefunden werden. Daher entwickelte Reiter-HG Geiger ein Hybridbauteil aus Kunststoff und einem neuen Werkstoff, dem Trilliant Healthcare Radiation Shielding Compound der Firma PolyOne aus Gaggenau, der aus einer Matrix aus PA12 und einer mehr als 90-prozentigen Wolframfüllung besteht. Diese Verbindung hält Röntgenstrahlung von bis zu 140 keV stand und ist damit ebenso wirksam wie pures Blei – jedoch speziell auf die Richtlinien und Bedürfnisse der Medizintechnik ausgelegt. Zudem verhindert die hervorragende Dispersion des metallischen Füllstoffes so genannte „Hot Spots“, also Schwachpunkte im Material, die Strahlung durchlassen könnten. 

Neue Produktionstechnologie garantiert hochgenaue Geometrien ohne mechanische Nachbearbeitung

„Das Material ist perfekt für diese Anwendung“, so Gert Sorgatz, Betriebsleiter bei der Reiter-HG Geiger Kunststofftechnik GmbH. „Allerdings haben wir festgestellt, dass die Plastifiziereinheiten in unseren Spritzgussmaschinen und bestimmte Bereiche im Spritzgießwerkzeug durch den hohen Wolframanteil im Trilliant

Healthcare Radiation Shielding Compound schnell verschleißen. Also mussten spezielle Reparaturkits angefertigt und verarbeitungsfreundliche und kunststoffgerechte Geometrien mit wenig Ecken und Kanten für das Bauteil gefunden werden.“ Der verwendete Werkstoff der Spritzgiessform verfügt zudem über eine hohe Wärmefestigkeit sowie gute Zähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Falls eine noch reinere, homogenere und zähere Version erforderlich ist, kann auch die ESU-Ausführung des hochlegierten Chromstahls mit der EN-Bezeichnung 1.2343 verwendet werden. 

Zudem stellten die unterschiedlichen Fließfähigkeiten der Materialien eine Herausforderung dar. So müssen diese innerhalb bestimmter Toleranzen geliefert werden, da sonst dünne Bereiche in der Form nicht ausfüllbar gewesen wären. Die aus diesen Problemen entstandenen Lösungen vereinen sich in einer neuer Produktionstechnologie, die höchste Präzision garantiert. Der neue Arbeitsprozess erlaubt die Herstellung von Bauteilen mit komplexen, hochgenauen Geometrien ohne mechanische Nachbearbeitung. 

Multifunktionalität und mehr Gestaltungsfreiheit als bei zerspanten Alternativen

Neben der Präzision ist dabei außerdem vor allem auch die Multifunktionalität des Bauteils wichtig. „Beispielsweise können Halterungen und Führungselemente mitangebracht werden, so dass es neben dem Strahlenschutz auch eine hochpräzise Führungsaufgabe erfüllt“, erklärt Sorgatz. Doch auch der wirtschaftliche Aufwand bei der Herstellung spielte eine große Rolle. Durch die Entwicklung des Trilliant Compounds und des darauf zugeschnittenen Produktionsprozesses von Seiten der Reiter-HG Geiger können die Kosten für abschirmende Bauteile im Gegensatz zu einer herkömmlichen Fertigung aus traditionell konfektionierten Metall- und Bleiteilen um 30 bis 50 Prozent reduziert werden. Da der Werkstoff Blei zu 100 Prozent ersetzt wurde, wurden auch die negativen Auswirkungen auf Gesundheit und die Umwelt gemindert. 

Darüber hinaus erlaubt diese Kunststoff-Wolfram-Verbindung zusammen mit dem speziell entwickelten Produktionsprozess eine große Gestaltungsfreiheit, so dass Bauteile in Formen produziert werden können, die bestimmte elektronische Komponenten effektiver abschirmen als zerspante Elemente. So werden die Neuerungen rund um den neu entwickelten Produktionsprozess in Zukunft auch in andere Projekte miteinfließen. „Wir haben hier definitiv eine Vorreiterrolle, weshalb Projekte aus verschiedenen Industriezweigen an uns herangetragen werden. Derzeit fertigen wir schon acht weitere Artikel aus diesem „wolframgefüllten Kunststoff“, so Sorgatz. 

Hintergrund

Die Reiter-HG Geiger Kunststofftechnik GmbH ist eines von drei Unternehmen, die zusammen die Geiger Gruppe bilden. Der Betrieb befindet sich in Hilpoltstein, während die Hans Geiger Spritzgießtechnik GmbH zusammen mit der Hans Geiger Formenbau GmbH am Hauptstandort im fränkischen Nürnberg angesiedelt ist. Das dritte Unternehmen, die, ist in Hilpoltstein zuhause. Gegründet wurde das Unternehmen 1961 als Formenbau-Betrieb von Hans Geiger. 1968 kam der Bereich Spritzguss hinzu. Damals konzentrierte man sich besonders auf die Sparten Spielzeug und Fotografie, bevor auf Kundenwunsch auch die Kunststofffertigung in Angriff genommen wurde. Heute ist die 190 Mann starke Gruppe spezialisiert auf die Herstellung komplexer Bauteile unter wirtschaftlichen rentablen Bedingungen sowie in höchster Qualität und zählt international bekannte Elektronik- und Automobilhersteller zu seinen Kunden. Wie schon 2012 erhielt das fränkische Unternehmen auch in diesem Jahr den „Top 100“-Preis für herausragende Innovationen von Mentor Ranga Yogeshwar. Dabei brachte Geiger die Entwicklung von Kunststoff mit immer neuen Eigenschaften, die Produktion spezieller Kunststoff-Metall-Hybride und die enge Zusammenarbeit mit seinen Kunden aus der Medizintechnik diesen Preis ein, der die Gruppe zum wiederholten Male zu einem der 100 deutschen Top-Innovatoren macht.