01.02.2016

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Erstarrungsvorgänge im Kunststoff beherrschen - IKV forscht im SFB 1120 zur Modellbildung und Prozessregelung beim Spritzgießen

Im Sonderforschungsbereich 1120 "Bauteilpräzision durch Beherrschung von Schmelze und Erstarrung in Produktionsprozessen" werden Werkzeugauslegung, Materialwissenschaft und Prozesstechnik kombiniert mit dem Ziel, Verzug zu minimieren und Präzision zu erhöhen. Das Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen ist mit drei Teilprojekten Projektpartner innerhalb eines Konsortiums von zehn Instituten der RWTH, die dieses Großprojekt der RWTH mit einer geplanten Projektlaufzeit von zwölf Jahren bearbeiten.

Im Teilprojekt "Selbstoptimierende Regelungsstrategien für eine hochsegmentierte Werkzeugtemperierung" untersucht das IKV Temperiertechniken, Sensorik und Regelungskonzepte für eine Werkzeugtemperierung, die es ermöglichen, das lokale spezifische Volumen des Bauteils zu beeinflussen. Mithilfe eines Versuchsaufbaus werden dazu Heizraten, Temperaturgradienten und Reaktionszeiten gemessen. Aufbauend auf diesen Messungen entsteht ein Werkzeugkonzept für eine hochsegmentierte Temperierung, das die Umsetzung von Regelungskonzepten für minimalen Bauteilverzug als Zielgröße ermöglicht.

Das Teilprojekt "Algorithmen zur Auslegung eines Temperierlayouts für Spritzgießwerkzeuge unter Berücksichtigung des lokalen Kühlbedarfs" strebt eine automatisierte thermische Werkzeugauslegung an. Visionäres Ziel hinter diesen Bestrebungen ist die vollständige Vermeidung des Bauteilverzugs. Dazu wird eine integrative Simulationskette aus Spritzgießsimulation und numerischer Optimierung aufgebaut. Zunächst liefert die Spritzgießsimulation Eingangsparameter, z.B. in Form der Temperaturverteilung zu einem bestimmten Zeitpunkt des Spritzgießzyklus. Mithilfe numerischer Optimierung kann ein inverses thermisches Wärmeleitungsproblem gelöst werden. Daraus lässt sich anschließend der optimale lokale Kühlbedarf des Bauteils bestimmen.

Im dritten Teilprojekt "Analyse der thermischen Kopplung von Schmelze, Gefüge und Werkzeug zur präzisen Vorhersage von Schwindung und Verzug im Spritzgießprozess" entwickelte das IKV eine Messzelle, mit der die Ultraschalltemperaturmessung möglich ist. Dazu werden acht Messingvorlaufelemente eingesetzt, die das Ultraschallsignal in die Schmelze einleiten. In experimentellen Versuchen konnte gezeigt werden, dass die Messung mit Ultraschallsensoren umsetzbar ist und ein tomografisches Bild der Temperaturverteilung in der Schmelze liefern kann. Zukünftig wird das Messverfahren unter realen Prozessbedingungen angewendet. Dazu wird ein spezielles Spritzgießwerkzeug konstruiert, das die kontaktfreie Ultraschalltemperaturmessung ermöglicht.

Die ganzheitliche Betrachtung der Erstarrungsvorgänge kann zukünftig die Fertigung hochpräziser, komplexer Kunststoffbauteile ermöglichen und eine effiziente Prozess- und Werkzeugauslegung unterstützen.

Beim 28. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik zeigen die IKV-Wissenschaftler unter dem Programmpunkt IKV 360° die Ultraschallmesszelle, den Versuchsstand zur Charakterisierung der dynamischen Temperiermethode und geben Informationen zur inversen Werkzeugauslegung.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

28. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 24.-25.02.2016, Aachen

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