TY - BOOK

T1 - Einfluss variothermer Werkzeugtemperierung auf die Oberflächengüte von Kunststoffbauteilen

AU - Pacher, Gernot Alois

N1 - nicht gesperrt

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Das optische Erscheinungsbild von Kunststoffbauteilen gewinnt mit der steigenden Anzahl an Hochglanzanwendungen in Marktbereichen wie Automotive Interior und Consumer Electronics neben der Erfüllung der geforderten technischen und mechanischen Anforderungen immer mehr an Bedeutung. Durch die direkte, spritzgießtechnische Herstellung solch hochglänzender Bauteile sollen bisher oftmals erforderliche nachfolgende Verfahrensschritte zur Veredelung der Oberfläche entfallen. Durch variotherme Werkzeugtemperierung können diese Anforderungen zu großen Teilen erfüllt werden. Probleme vieler am Markt eingesetzter Variothermtechniken sind ungleichmäßige Temperaturverteilung, hoher Energiebedarf für aktives Aufheizen und aktives Abkühlen, Zykluszeitverlängerung und (oder) hohe Investitionskosten. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit ein energieeffizientes, hochdynamisches Variotherm-System entwickelt, das auf dem Prinzip der Joule’schen Erwärmung basiert. Durch die Aufbringung von funktionalisierten Beschichtungen auf Bereiche von Spritzgießwerkzeugen kann mit die Werkzeugoberfläche, die mit der Kunststoffschmelze in Kontakt tritt, mit dem entwickelten System direkt erhitzt werden, während die Kühlung durch konventionelle Systeme erfolgen kann. Daraus resultierend reichen bereits geringe elektrische Leistungen (kleiner 1 kW) für die hochdynamische Temperierung von Werkzeugbereichen in der Größenordnung von 130 mm × 120 mm aus. Ein weiterer Schwerpunkt wurde auf die Charakterisierung der Auswirkungen einer variothermen Temperierung auf die Oberflächenqualität von Kunststoffteilen gelegt. Um Untersuchungen zur Auswirkung variothermer Prozessführung auf die Oberflächenqualität durchführen zu können, wurde ein Spritzgießwerkzeug mit zwei integrierten Variotherm-Technologien konstruiert und gebaut. Mehrere positive Effekte der variothermen Prozessführung, wie die Verringerungen der Einfallstellentiefe und die Steigerung der Abformung der Werkzeugoberfläche, wurden analysiert und nachgewiesen. Des Weiteren wurde im Zuge dieser Arbeit auch das komplexe Zusammenspiel von Temperaturen und thermischen Stoffeigenschaften als Einflussgrößen auf die Oberflächengüte, auch in Verbindung mit Füllstoffen, beleuchtet. Es konnte gezeigt werden, dass variotherme Werkzeugtemperierung in der Lage ist, gute Oberflächenqualitäten auch bei der Verwendung von Füllstoffen zu erzielen.

AB - Das optische Erscheinungsbild von Kunststoffbauteilen gewinnt mit der steigenden Anzahl an Hochglanzanwendungen in Marktbereichen wie Automotive Interior und Consumer Electronics neben der Erfüllung der geforderten technischen und mechanischen Anforderungen immer mehr an Bedeutung. Durch die direkte, spritzgießtechnische Herstellung solch hochglänzender Bauteile sollen bisher oftmals erforderliche nachfolgende Verfahrensschritte zur Veredelung der Oberfläche entfallen. Durch variotherme Werkzeugtemperierung können diese Anforderungen zu großen Teilen erfüllt werden. Probleme vieler am Markt eingesetzter Variothermtechniken sind ungleichmäßige Temperaturverteilung, hoher Energiebedarf für aktives Aufheizen und aktives Abkühlen, Zykluszeitverlängerung und (oder) hohe Investitionskosten. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit ein energieeffizientes, hochdynamisches Variotherm-System entwickelt, das auf dem Prinzip der Joule’schen Erwärmung basiert. Durch die Aufbringung von funktionalisierten Beschichtungen auf Bereiche von Spritzgießwerkzeugen kann mit die Werkzeugoberfläche, die mit der Kunststoffschmelze in Kontakt tritt, mit dem entwickelten System direkt erhitzt werden, während die Kühlung durch konventionelle Systeme erfolgen kann. Daraus resultierend reichen bereits geringe elektrische Leistungen (kleiner 1 kW) für die hochdynamische Temperierung von Werkzeugbereichen in der Größenordnung von 130 mm × 120 mm aus. Ein weiterer Schwerpunkt wurde auf die Charakterisierung der Auswirkungen einer variothermen Temperierung auf die Oberflächenqualität von Kunststoffteilen gelegt. Um Untersuchungen zur Auswirkung variothermer Prozessführung auf die Oberflächenqualität durchführen zu können, wurde ein Spritzgießwerkzeug mit zwei integrierten Variotherm-Technologien konstruiert und gebaut. Mehrere positive Effekte der variothermen Prozessführung, wie die Verringerungen der Einfallstellentiefe und die Steigerung der Abformung der Werkzeugoberfläche, wurden analysiert und nachgewiesen. Des Weiteren wurde im Zuge dieser Arbeit auch das komplexe Zusammenspiel von Temperaturen und thermischen Stoffeigenschaften als Einflussgrößen auf die Oberflächengüte, auch in Verbindung mit Füllstoffen, beleuchtet. Es konnte gezeigt werden, dass variotherme Werkzeugtemperierung in der Lage ist, gute Oberflächenqualitäten auch bei der Verwendung von Füllstoffen zu erzielen.

KW - sink mark

KW - injection molding

KW - surface quality

KW - rapid heat cycle molding

KW - Einfallstellen

KW - Spritzgießen

KW - Oberflächengüte

KW - variotherm

M3 - Dissertation

ER -