TY - THES

T1 - Potential für die Heizzeitverkürzung beim Kautschukspritzgießen unter Nutzung von Scher- und Dehnerwärmung

AU - Chaloupka, Georg

N1 - gesperrt bis 08-11-2019

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Bei der Produktion von dickwandigen Elastomerformteilen hat die Heizzeit zur Vulkanisation des Kautschuks den größten Anteil an der gesamten Zykluszeit. Speziell der Elastomerspritzguss bietet hier noch Potential zur Prozessoptimierung. Das FFG-Bridge-Projekt „Heizzeitverkürzung“, in dessen Rahmen diese Arbeit stattfindet, verfolgt dabei den Ansatz gezielter Nutzung von Scher- und Dehnerwärmung durch den Einsatz konischer Düsen. Die vorliegende Arbeit untersucht in praktischen Spritzversuchen den Einfluss unterschiedlicher Düsengeometrien auf die Massetemperatur und das Vulkanisationszeitverhalten beim Kautschukspritzguss. Im Vergleich zu früheren Versuchen im Laufe des Projekts „Heizzeitverkürzung“ wurde die Einspritzarbeit durch Begrenzung des Hydraulikdruckes konstant gehalten. Von besonderem Interesse war hierbei, ob verschiedene Einlaufwinkel und Kapillarlängen bei gleichem Vernetzungsgrad zu einer abweichenden Heizzeit führen. Die Messung des Druckverformungsrestes als Indikator für den Vernetzungsgrad zeigte, dass weder Einlaufwinkel, noch Kapillarlänge Einfluss auf die minimale Heizzeit haben. Als bestimmender Faktor konnte der Druckverlust identifiziert werden, der vom erreichbaren Einspritzdruck und dem Durchmesser der Düsenöffnung abhängt. Eine Reihe von Zugprüfungen ließ weder Schädigungen des Kautschuks durch zu hohe Scherbeanspruchung, noch vorvulkanisierte Stellen erkennen. Abschließend erfolgte mit Hilfe eines Berechnungsprogrammes eine Parameterstudie zur Ermittlung der Heizzeitverkürzung in Abhängigkeit der Bauteildicke. Dabei gingen sowohl unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten, als auch Werkzeugwand- und Massetemperaturen in die Kalkulation ein. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine erhöhte Einspritztemperatur bereits bei Bauteildicken von 5 mm darin resultiert, die angenommene Signifikanzschwelle von 5 % Heizzeitverkürzung zu erreichen. Bei optimaler Prozessführung können Einsparungen von bis zu 38 % erreicht werden. Die Aussagen haben jedoch nur für die untersuchte SBR-Mischung Gültigkeit und setzen eine umfassende und aufwändige Materialcharakterisierung voraus. Prozessoptimierungen zur Heizzeitverkürzung erfordern eine genaue Abstimmung von Material, Werkzeug und Maschine.

AB - Bei der Produktion von dickwandigen Elastomerformteilen hat die Heizzeit zur Vulkanisation des Kautschuks den größten Anteil an der gesamten Zykluszeit. Speziell der Elastomerspritzguss bietet hier noch Potential zur Prozessoptimierung. Das FFG-Bridge-Projekt „Heizzeitverkürzung“, in dessen Rahmen diese Arbeit stattfindet, verfolgt dabei den Ansatz gezielter Nutzung von Scher- und Dehnerwärmung durch den Einsatz konischer Düsen. Die vorliegende Arbeit untersucht in praktischen Spritzversuchen den Einfluss unterschiedlicher Düsengeometrien auf die Massetemperatur und das Vulkanisationszeitverhalten beim Kautschukspritzguss. Im Vergleich zu früheren Versuchen im Laufe des Projekts „Heizzeitverkürzung“ wurde die Einspritzarbeit durch Begrenzung des Hydraulikdruckes konstant gehalten. Von besonderem Interesse war hierbei, ob verschiedene Einlaufwinkel und Kapillarlängen bei gleichem Vernetzungsgrad zu einer abweichenden Heizzeit führen. Die Messung des Druckverformungsrestes als Indikator für den Vernetzungsgrad zeigte, dass weder Einlaufwinkel, noch Kapillarlänge Einfluss auf die minimale Heizzeit haben. Als bestimmender Faktor konnte der Druckverlust identifiziert werden, der vom erreichbaren Einspritzdruck und dem Durchmesser der Düsenöffnung abhängt. Eine Reihe von Zugprüfungen ließ weder Schädigungen des Kautschuks durch zu hohe Scherbeanspruchung, noch vorvulkanisierte Stellen erkennen. Abschließend erfolgte mit Hilfe eines Berechnungsprogrammes eine Parameterstudie zur Ermittlung der Heizzeitverkürzung in Abhängigkeit der Bauteildicke. Dabei gingen sowohl unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten, als auch Werkzeugwand- und Massetemperaturen in die Kalkulation ein. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine erhöhte Einspritztemperatur bereits bei Bauteildicken von 5 mm darin resultiert, die angenommene Signifikanzschwelle von 5 % Heizzeitverkürzung zu erreichen. Bei optimaler Prozessführung können Einsparungen von bis zu 38 % erreicht werden. Die Aussagen haben jedoch nur für die untersuchte SBR-Mischung Gültigkeit und setzen eine umfassende und aufwändige Materialcharakterisierung voraus. Prozessoptimierungen zur Heizzeitverkürzung erfordern eine genaue Abstimmung von Material, Werkzeug und Maschine.

KW - rubber

KW - injection moulding

KW - cure time reduction

KW - injection work

KW - Kautschuk

KW - Spritzguss

KW - Heizzeitverkürzung

KW - Einspritzarbeit

M3 - Masterarbeit

ER -