Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Verfahren zur Inline-Qualitätssicherung bei geschäumten Spritzgussbauteilen

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens (FV) ist die Entwicklung verschiedener Inlinequalitätstechniken im Spritzguss für geschäumte, thermoplastische Bauteile. Durch die Validierung der Qualitätssicherungstechniken wie z. B. der Inline-Gewichtsmessung und der Inline-Thermografie hinsichtlich ihrer Tauglichkeit als Qualitätssicherungsverfahren für thermoplastische Schäume entstehen Handlungsempfehlungen über deren Potentiale, Herausforderungen und Chancen im industriellen Einsatz.

Zuerst erfolgt die Charakterisierung der Schaumstrukturen mittels zerstörender Prüfverfahren. Die genaue, systematische Begutachtung der Schaumstrukturen sowie auftretender Fehler liefert Daten über Einflussfaktoren im Prozess und den resultierenden mechanischen Eigenschaften und Einsatzgrenzen. Diese Strukturdaten sollen helfen ein Bauteil als gut bzw. schlecht einzustufen. Dies liefert die Grundlage zum Eignungstest der genannten Qualitätssicherungstechniken. Ähnlich den Gefügestrukturbildern bei Metalllegierungen entsteht eine Übersicht über prägnante Schaumstruktureigenschaften und -fehler. Diese sowie geeignete Inlinequalitätstechniken ermöglichen nach Abschluss des FV einer Vielzahl an Unternehmen, insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (KMU), eine wertvolle Unterstützung in der täglichen Arbeit. Das physikalische Schäumen mit seinen vielen Vorzügen bietet gerade für KMU eine echte Chance, um Material, Energie, Bauteilgewicht und Kosten zu sparen sowie Einfallstellen zu vermeiden. Eine 100 % Bauteilkontrolle durch eine sekundenschnelle, zerstörungsfreie Prüfung der Bauteile mit bezahlbarem Aufwand stellt einen erheblichen Wettbewerbsvorteil für viele KMU dar.

Aufgrund der langjährigen Erfahrungen auf dem Gebiet der Kunststoffe trägt die Forschungsstelle dafür Sorge, dass der Transfer des Erkenntnisgewinns dieses FV einer breiten Öffentlichkeit als Publikationen, Lehrgänge, Tagungen, Vorlesungen sowie durch den Vertrieb der Inlinequalitätssicherungssysteme zur Verfügung steht.

Ergebniszusammenfassung:

Dieses Forschungsvorhaben bewertet den Einsatz bekannter Qualitätssicherungstechnologien mit speziellem Fokus auf das Thermoplast-Schaumspritzgießen.

Verfahren, welche im Projekt untersucht wurden, umfassen die Gewichtsmessung, die Thermografie und den Werkzeuginnendruck. Für eine Implementierung in den Prozess erfolgte eine teilweise Adaptierung der Technologien und zugehörigen Mess- und Auswertesoftware. Um eine umfassende Evaluierung zu gewährleisten wurden vier Werkstoffe evaluiert, welche sich in ihrem Verarbeitungsverhalten signifikant unterscheiden, ebenso wie drei in ihrem Aufbau verschiedene Spritzgießwerkzeuge. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen zeigen, dass eine Prozessüberwachung und Prozessoptimierung mit Hilfe der untersuchten Maßnahmen in hohem Maße erfolgversprechend ist. Hierbei liefert die Gewichtsmessung generische Antworten, in wie weit ein Prozess über viele Zyklen konstant läuft. Die Werkzeuginnendruckkurven geschäumter Bauteile unterscheiden sich signifikant von den kompakt gespritzten Proben. Ihr Verlauf ist jedoch ebenfalls für das Sonderverfahren charakteristisch. Insbesondere Prozessparameter, welche die Homogenisierung der gasbeladenen Schmelze betrachten, können mit dieser Qualitätssicherungstechnologie umfassend evaluiert werden. Die Thermografie bietet hinsichtlich der Optimierung der Schaumstruktur den größten Mehrwert. Das Fließverhalten und die Ausbildung von Schaumstrukturen kann über das gesamte Bauteil erfasst werden und wichtige Informationen zur Prozessoptimierung, Analyse von Fehlerbildern und Verbesserung der Werkzeugauslegung liefern.

Die Erkenntnisse aus diesem Vorhaben steigern in hohem Maße die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen, insbesondere KMU und fördern die Implementierung von Leichtbau-Strategien.