Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Variotherme Temperierung von Extrusionsblasformwerkzeugen zur Verbesserung der Produktqualität

Das Extrusionsblasformen ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von Kunststoffhohlkörpern mit komplexen Geometrien und unterschiedlichsten Volumina. Die steigenden Anforderungen an die Artikelqualität der letzten Jahre haben auf dem Blasformsektor zu Veränderungen und verstärkten Qualitätsbemühungen bei Maschinenherstellern und Verarbeitern geführt. Dennoch existieren noch kritische Bereiche bei blasgeformten Produkten: Hierzu gehören z. B. die Quetschnaht, die Insert-Einbettung und die Oberflächengüte. Für all diese Bereiche ist die Materialtemperatur qualitätsentscheidend: Je wärmer das Material bei der Umformung ist, desto besser sind die Verschweißung der Quetschnaht, die Einbettung von Inserts und die Abformgenauigkeit der Oberfläche. Eine generelle Erhöhung der Umformtemperatur verlängert allerdings die Zykluszeit und bedarf zusätzlicher Energie für das weitere Aufwärmen und Abkühlen. Ziel ist es daher, durch die gezielt Einbringung von Energie in diesen kritischen Bereichen die Qualität der Bauteile zu verbessern.

In diesem Forschungsprojekt wird der Einsatz einer variothermen Temperierung im Blasformwerkzeug untersucht. Zunächst werden Werkzeugeinsätze für das Blasformwerkzeug mit variothermer Temperierung thermisch ausgelegt, konstruiert und gefertigt. Anhand dieser Werkzeugeinsätze kann die variotherme Temperierung für die kritischen Bereiche Quetschnaht, Insert und Oberfläche getrennt untersucht werden. Die Untersuchungen werden hinsichtlich des Prozesses, der Zykluszeit, des Energieverbrauchs und der entstehenden Kosten gegenüber der erzielbaren Bauteilqualität bewertet. Dies befähigt den Verarbeiter, eine schnelle Abschätzung über den Aufwand und die Wirtschaftlichkeit der variothermen Temperierung im Blasformen zu treffen. Durch das hierdurch generierte Wissen kann diese Technik anschließend ohne hohe Risiken von kmU industriell umgesetzt werden, um ihre Werkzeugtechnik bzw. blasgeformten Produkte mit Mehrwert zu versehen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Extrusionsblasformen existieren noch kritische Bereiche bei der Herstellung von Flaschen: Hierzu gehören z.B. die Quetschnaht, die Insert-Einbettung und die Oberflächengüte. Für all diese Bereiche ist die Materialtemperatur qualitätsentscheidend: Je wärmer das Material bei der Umformung ist, desto besser sind die stoffschlüssige Fügeverbindung im Bereich der Quetschnaht, die Einbettung von Inserts und die Abformgenauigkeit der Oberfläche. Eine generelle Erhöhung der Umformtemperatur verlängert allerdings die Zykluszeit und bedarf zusätzlicher Energie für das weitere Aufwärmen und Abkühlen. Ziel war es daher, durch die gezielte Einbringung von Energie in diesen kritischen Bereichen die Qualität der Bauteile zu verbessern.

Zu Beginn der Untersuchungen wurden für das am IKV vorhandene modulare Blasformwerkzeug Werkzeugeinsätzen konstruiert, die eine lokale variotherme Temperierung ermöglichen. Mithilfe dieser Werkzeugeinsätze konnte das Temperierkonzept für die kritischen Bereiche Quetschnaht, Insert und Oberfläche getrennt untersucht werden. Die Versuchsauswertung erfolgte hinsichtlich des Bauteileigenschaften, der Zykluszeit und des Energieverbrauchs.

Die Untersuchung des Einflusses der variothermen Temperaturführung auf die Bauteileigenschaften der drei kritischen Bauteilbereiche hat gezeigt, dass bei allen Untersuchungen Verbesserungen der Bauteilqualität resultieren. Besonders hervorzuheben sind die gesteigerten mechanischen Eigenschaften der Quetschnähte. Eine Verbesserung in diesem Bereich führt zu einer erhöhten Preisstabilität und ermöglicht außerdem eine Materialeinsparung. Die Insert Einbettung konnte durch variotherme Temperierung ebenfalls verbessert werden. Hier ist eine Steigerung der Ausreißkraft zu beobachten. Die Abformung von Hochglanzoberflächen wird mittels variothermer Temperierung ermöglicht und die Oberflächenrauheiten der Flaschen liegen im Bereich der des Werkzeugoberfläche.