TY - BOOK

T1 - Heizzeitverkürzung im Kautschukspritzguss unter Ausnutzung der Scher-, Dehn und Kompressionserwärmung

AU - Perko, Leonhard

N1 - nicht gesperrt

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Die Heizzeit nimmt beim Spritzgießen von Kautschukmischungen einen wesentlichen Teil der Zykluszeit in Anspruch. Neben der bereits bekannten Schererwärmung kann die in konischen Düsen auftretende Dehnerwärmung gezielt ausgenutzt werden, um die Massetemperatur bereits im Einspritzvorgang anzuheben. Zur Beschreibung dieses Phänomens wurde ein analytisches Berechnungsmodell für die Ermittlung der Massetemperatur unter Berücksichtigung der Dehnerwärmung entwickelt. Als Grundlage für diese Berechnung dienen neben thermodynamischen Daten der Mischungen auch am Hochdruckkapillarrheometer (HKR) gemessene Scher- und Dehnviskositätskurven bei hohen Deformationsraten. Um die Materialcharakterisierung korrekt vorzunehmen, wurde einerseits eine neue Methode zur Temperaturkorrektur der Scherviskosität und eine weitere Methode zur Auswertung der Dehnviskosität entwickelt. Die Validierung des Berechnungsmodelles erfolgte in praktischen Versuchen an einer Gummispritzgießmaschine mit einem speziell für Massetemperaturmessungen konstruierten Versuchswerkzeug. Untersucht wurde eine Reihe von konischen Düsen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln. Die Versuche belegen eine gute Vorhersagequalität des Berechnungsmodelles mit einem durchschnittlichen Fehler von weniger als 5%. Weiters wurden konische Düsen zur Heizzeitverkürzung unter Charakterisierung der so produzierten Formteile eingesetzt. Die Einspritzarbeit wurde als Haupteinflussgröße auf die erzielbare Massetemperaturerhöhung und damit Heizzeitverkürzung identifiziert. In dieser Arbeit wurde ebenfalls der Einsatz von Kompressionserwärmung zur Heizzeitverkürzung experimentell untersucht. Dafür wurde diese zunächst am Hochdruckkapillarrheometer (HKR) und in Folge auch an der Spritzgießmaschine gemessen. Die Kompressionserwärmung lag bei etwa 10°C pro 1800 bar Kompressionsdruck für die untersuchten Kautschukmischungen. Dieser Wert ließ sich rechnerisch mittels analytischer Berechnung mit guter Genauigkeit bestätigen. Anschließend wurde eine Kompressionsphase in den Spritzgießzyklus integriert, wodurch jedoch keine Verkürzung der Heizzeit oder Verbesserung der Formteilqualität erreicht werden konnte. Durch die Aufarbeitung der unterschiedlichen Mechanismen zur Einbringung von Wärme in Kautschukmischungen gibt diese Arbeit einen geschlossenen Überblick hinsichtlich der Möglichkeiten und Grenzen der Heizzeitverkürzung im Kautschukspritzguss.

AB - Die Heizzeit nimmt beim Spritzgießen von Kautschukmischungen einen wesentlichen Teil der Zykluszeit in Anspruch. Neben der bereits bekannten Schererwärmung kann die in konischen Düsen auftretende Dehnerwärmung gezielt ausgenutzt werden, um die Massetemperatur bereits im Einspritzvorgang anzuheben. Zur Beschreibung dieses Phänomens wurde ein analytisches Berechnungsmodell für die Ermittlung der Massetemperatur unter Berücksichtigung der Dehnerwärmung entwickelt. Als Grundlage für diese Berechnung dienen neben thermodynamischen Daten der Mischungen auch am Hochdruckkapillarrheometer (HKR) gemessene Scher- und Dehnviskositätskurven bei hohen Deformationsraten. Um die Materialcharakterisierung korrekt vorzunehmen, wurde einerseits eine neue Methode zur Temperaturkorrektur der Scherviskosität und eine weitere Methode zur Auswertung der Dehnviskosität entwickelt. Die Validierung des Berechnungsmodelles erfolgte in praktischen Versuchen an einer Gummispritzgießmaschine mit einem speziell für Massetemperaturmessungen konstruierten Versuchswerkzeug. Untersucht wurde eine Reihe von konischen Düsen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln. Die Versuche belegen eine gute Vorhersagequalität des Berechnungsmodelles mit einem durchschnittlichen Fehler von weniger als 5%. Weiters wurden konische Düsen zur Heizzeitverkürzung unter Charakterisierung der so produzierten Formteile eingesetzt. Die Einspritzarbeit wurde als Haupteinflussgröße auf die erzielbare Massetemperaturerhöhung und damit Heizzeitverkürzung identifiziert. In dieser Arbeit wurde ebenfalls der Einsatz von Kompressionserwärmung zur Heizzeitverkürzung experimentell untersucht. Dafür wurde diese zunächst am Hochdruckkapillarrheometer (HKR) und in Folge auch an der Spritzgießmaschine gemessen. Die Kompressionserwärmung lag bei etwa 10°C pro 1800 bar Kompressionsdruck für die untersuchten Kautschukmischungen. Dieser Wert ließ sich rechnerisch mittels analytischer Berechnung mit guter Genauigkeit bestätigen. Anschließend wurde eine Kompressionsphase in den Spritzgießzyklus integriert, wodurch jedoch keine Verkürzung der Heizzeit oder Verbesserung der Formteilqualität erreicht werden konnte. Durch die Aufarbeitung der unterschiedlichen Mechanismen zur Einbringung von Wärme in Kautschukmischungen gibt diese Arbeit einen geschlossenen Überblick hinsichtlich der Möglichkeiten und Grenzen der Heizzeitverkürzung im Kautschukspritzguss.

KW - rubber injection moulding

KW - shear heating

KW - elongation heating

KW - compression heating

KW - cure time reduction

KW - Kautschukspritzguss

KW - Elastomerspritzguss

KW - Schererwärmung

KW - Dehnerwärmung

KW - Kompressionserwärmung

KW - Heizzeitverkürzung

KW - Dissipation

M3 - Dissertation

ER -