So kann Duroplastspritzgießen wirtschaftlicher werden
Neue Werkzeugtemperaturregelung soll zur Steigerung der Bauteilqualität, verringerten Ausschussquoten sowie der Verbesserung der Energiebilanz beitragen
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Prof. Dr. Michael Gehde (l.) und Thomas Scheffler von der Professur Kunststoffe der TU Chemnitz diskutieren Füllstudien von Phenolharzsystemen an einer Spritzgussmaschine. Foto: Aneta Cmarová
Die Verarbeitung duroplastischer Formmassen im Spritzguss kann aufgrund von Chargenschwankungen der verwendeten Materialien großen Prozessschwankungen unterliegen. Dabei führen Differenzen in der Formmassenzusammensetzung, dem Vorkonditionierungsgrad und dem Feuchtegehalte zu einem veränderten Fließ-Härtungsverhalten. Daraus resultieren wiederum materialbedingte Prozessschwankungen und eine Reduzierung der Bauteilqualität. Es entstehen Ausschussquoten bis zu 30 Prozent. Zudem wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens aus energetischer und ressourceneffizienter Sicht eingeschränkt.
Um das energetische Potenzial dieser Prozess-Material-Kombination nutzbar zu machen, forscht derzeit die Professur Kunststoffe der Technischen Universität Chemnitz gemeinsam mit der Aumo GmbH Radebeul an der Entwicklung einer zyklisch modulierten, formmassen- und bauteilspezifischen Werkzeugtemperaturregelung für die Verarbeitung duroplastischer Formmassen. Das auf zwei Jahre angelegte Forschungsprojekt startete bereits im April 2017 und wird gefördert durch den Freistaat Sachsen und den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE).
Herkömmliche Regelsysteme zur Werkzeugtemperierung neigen aufgrund ihres trägen Werkzeugtemperatur- und Regelansprechverhaltens zum deutlichen Überschwingen des Temperaturverlaufes. Des Weiteren erfolgt die Temperierung auch in Phasen, in denen dies aus technologischer Sicht nicht notwendig ist, z. B. während des Bauteilauswurfes oder der Reinigung der Kavität. Daraus ergeben sich ein gesteigerter energetischer Verbrauch (bis zu 10 %) und verlängerte Zykluszeiten (bis zu 15 %). Das Projekt zielt darauf ab, mithilfe einer dynamischen Werkzeugtemperierung ein Überschwingen zu unterbinden und die Temperierung nur dann vorzunehmen, wenn es prozesstechnisch notwendig ist. Somit können neue energetische Potenziale und eine ressourceneffizientere Fertigung realisiert werden. Des Weiteren kann die dynamische Temperaturregelung zum Ausgleich materialbedingter Prozessschwankungen genutzt werden. Anhand aufgenommener Maschinendaten und implementierter Werkzeugsensorik können rheologische Daten online erfasst und die Temperierparameter (Temperatur, Zeit) dynamisch angepasst werden. Durch die Anpassung der Werkzeugtemperierung an den jeweiligen Formmassenzustand können Chargenschwankungen ausgeglichen und somit hohe Ausschussquoten vermieden werden.
Zur Umsetzung dieses Vorhabens wird im Rahmen dieses Projektes eine hochinstrumentierte Sonderplastifizierung der Firma KraussMaffei zur Verarbeitung der duroplastischer Materialien genutzt. Somit können nicht konventionelle Daten über den gesamten Prozess erfasst werden und in ein Steuerungs-Regelungskonzept der Spritzgussmaschine in Verbindung mit den weiteren Maschinenparametern implementiert werden.
(Autoren: Nils Schmeißer)
Mario Steinebach
27.11.2017
