Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 01/2017, 20.01.2017

Kritische Kunststoffbauteile besser entformen

Mithilfe eines neuartigen Spritzgiessmesswerkzeugs wollen Forscher des Fraunhofer LBF das Entformen von optischen Kunststoffbauteilen verbessern. Ein Schwerpunkt der Messtätigkeit zielt auf die Quantifizierung der auftretenden Adhäsionskräfte.

(pi) Bei der Fertigung hochwertiger optischer und mikrostrukturierter Bauteile aus Kunststoffen – wie komplexe Linsensysteme für lichttechnische Anwendungen in der Automobilindustrie oder optische Bauteile in der Medizintechnik – sind häufig hohe Massetemperaturen und lange Kontaktzeiten der Polymerschmelze mit der formgebenden Werkzeugoberfläche erforderlich.

Nachteil: Die Klebeneigung und die Entformungskräfte sind hoch, was wiederum die Effizienz der Prozesse begrenzt, mögliche Produktdesigns einschränkt und zudem hohe Stückkosten verursacht. In begrenztem Umfang lässt sich die Entformbarkeit durch anwendungsspezifische Additivierungen der Kunststoffformmassen verbessern (interne Trennmittel). Externe Trennmittel, die zur Reduzierung von Haft- und Reibeffekten zyklisch auf die Werkzeugoberfläche aufgebracht werden, sind für die Herstellung hochwertiger Formteile zumeist ungeeignet, da sie zu einer Trübung oder Vergilbung der Komponenten führen können.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Verbesserung der Entformbarkeit optischer Kunststoffformteile konzentrieren sich daher auf die Bereitstellung von Werkzeugbeschichtungen mit guten antiadhäsiven Eigenschaften und hoher Verschleissbeständigkeit, um schadensfrei und reproduzierbar entformen zu können. Dabei verfolgen Forscher unterschiedliche Beschichtungsansätze wie nasschemisch aufgebrachte Schichtsysteme oder PVD- (Physical Vapor Deposition) und PACVD-Verfahren (Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition). Im Rahmen eines Forschungsprojekts (IGF-Vorhaben 496ZN) hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) ein neuartiges Spritzgiessmesswerkzeug entwickelt. Mit ihm lassen sich Adhäsionskräfte quantifizieren und innovative antiadhäsive Beschichtungen und Formmasserezepturen analysieren.

Dabei handelt es sich um ein temperierbares 3-Platten-Werkzeug mit einer zentral positionierten Aufnahmeeinheit für auswechselbare Formeinsätze mit unterschiedlichsten Oberflächenstrukturen und Beschichtungen. Die Formteilgeometrie gestalteten die LBF-Wissenschaftler als ebene Scheibe. Sie wird mittig über einen konischen Kaltkanal angespritzt.

Das Spritzgiessmesswerkzeug ist mit einem mehrstufigen, federnd gelagerten Abdrück- und Rückhaltesystem ausgestattet. Dieses System stellt beim Öffnen des Werkzeugs sicher, dass sich Formteil und Anguss vollständig von der Düsenseite lösen, ohne die Haftung auf der Auswerferseite zu beeinflussen. Das Entformen des Spritzlings erfolgt über eine zentrale Auswerfer­einheit mit integrierter Kraftmessung. Dazu dient eine piezoelektrische Messunterlagsscheibe.

Ein in den Auswerferplatten platzierter Wirbelstromsensor erfasst den Entformungshub. Somit kann für jeden Spritzzyklus ein Kraft-Zeit- oder Kraft-Weg-Diagramm ermittelt werden. Damit können die Wissenschaftler den Entformungsvorgang und die dabei zu überwindenden Entformungskräfte detailliert quantitativ beurteilen. Druck- und Temperatursensoren dienen zur Überwachung der Prozessparameter. Im Verlauf des Forschungsprojekts unternahmen die LBF-Wissenschaftler Versuche an unbeschichteten und beschichteten Werkzeugeinsätzen. Dabei variierten sie Verfahrensparameter wie Schmelze- und Werkzeugtemperaturen, Nachdruckhöhen oder Nachdruckprofile und Verweilzeiten. Mit dem neuen Spritzgiessmesswerkzeug lassen sich die Entformungskräfte bei verschiedensten Prozessbedingungen praxisgerecht beurteilen. Daher ist es besonders interessant für die Hersteller von Maschinen- und Werkzeugkomponenten sowie die Entwickler antiadhäsiver Beschichtungssysteme und Formmassen.


Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
DE-64289 Darmstadt, Tel. +49 6151 705-0
info@lbf.fraunhofer.de

Messwerterfassung mit LabView; im Hintergrund die Formteilgeometrie als ebene Scheibe, die mittig über einen konischen Kaltkanal angespritzt wird. (Bilder: Fraunhofer LBF)


Einfluss der Nachdruckhöhe auf die Adhäsionskraft beim Entformen unterschiedlich beschichteter Formeinsätze.