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T1 - Verschleißmodelle und Verschleißschutz in der Plastifziereinheit von Thermoplast-Spritzgießmaschinen

AU - Blutmager, Andreas

N1 - gesperrt bis 02-10-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Verschleißschutz in der Plastifiziereinheit von Thermoplast-Spritzgießmaschinen ist, durch die immer schneller voranschreitende Entwicklung der Kunststoffe und Weiterentwicklung der Spritzgießtechnologien, stetig steigenden Lebensdaueranforderungen unterworfen. Um wirtschaftliche und maßgeschneiderte Lösungen für den Einsatz spezieller Werkstoffe für die Bauteile der Plastifiziereinheit und Spritzgießformen zu entwickeln, müssen die sich überlagernde Verschleißmechanismen getrennt voneinander betrachtet werden. In der vorliegenden Arbeit werden die einzelnen Verschleißzonen separiert behandelt und mit möglichst praxisnahen Modellversuchen und Berechnungswerkzeugen nachgestellt. Dabei wird der Kunststoff in jedem Aggregatzustand, in dem er auch verschleißrelevant vorliegt (fest und flüssig), betrachtet. Die Entwicklung eines Kunststoff-Pin-on-Disk-Testes ermöglicht in Zukunft die Nachstellung und die Untersuchung des sogenannten „Igeleffekts“ auf verschiedensten Stählen und Beschichtungen. Mit dem neuen Test war es möglich, den Verschleiß an Werkzeugoberflächen zu erzeugen und den Übertrag an Füllstoffpartikeln in der Verschleißspur nachzuweisen. Ein weiter Punkt war die Evaluierung des Verschleißes in engen Querschnitten unter hohen Einspritzgeschwindigkeiten und die Auswirkung auf die Verschleißfestigkeit hochlegierter Werkstoffe. Durch die bis dato viel zu gering betrachtete Dissipation der vorbeiströmenden, hoch glasfasergefüllten Kunststoffschmelze führte die Temperaturerhöhung zu einem massiven Härteabfall. Dies konnte auch mit Hilfe von Spritzgieß-Simulationen nachgewiesen werden. Im Bereich der Rückstromsperre konnte mit Hilfe eines neu erarbeiteten Berechnungsmodells die Darstellung der komplexen Schmelzeströmung zwischen zwei unterschiedlich schnell bewegten Wänden realisiert werden. Mit Hilfe dieses selbst programmierten Tools ist es möglich, die dissipierte Energie rechnerisch zu verifizieren und in Form von Druck-, Temperatur- und Viskositätsverteilungen rechnerisch und graphisch darzustellen. Zusätzlich wurde für die Rückstromsperre ein wirtschaftliches Verschleißschutzkonzept entwickelt, um mit einer maßgeschneiderten Werkstoffverbundlösung maximalen Schutz gegen abrasiven Verschleiß im Flügelbereich bei gleichzeitig guter Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Dieses Konzept stellt eine elegante, flexible und langfristig wirtschaftliche Lösung dar, die in jedem Teilbereich auf das Belastungskollektiv abgestimmte Eigenschaften aufweist und somit effizienten Schutz für den Einsatz in der Plastifiziereinheit gewährleistet. Für ein umfassendes Verständnis der untersuchten und mit Modellversuchen verifizierten Verschleißmechanismen müssten zukünftig Verschleißmodelle entwickelt werden, welche die Bewegungen und die mechanische Energie durch den Kontakt der einzelnen Partikel in dem tribologischen System "Kunststoff/Füllstoff/Werkzeugwand" berücksichtigen.

AB - Verschleißschutz in der Plastifiziereinheit von Thermoplast-Spritzgießmaschinen ist, durch die immer schneller voranschreitende Entwicklung der Kunststoffe und Weiterentwicklung der Spritzgießtechnologien, stetig steigenden Lebensdaueranforderungen unterworfen. Um wirtschaftliche und maßgeschneiderte Lösungen für den Einsatz spezieller Werkstoffe für die Bauteile der Plastifiziereinheit und Spritzgießformen zu entwickeln, müssen die sich überlagernde Verschleißmechanismen getrennt voneinander betrachtet werden. In der vorliegenden Arbeit werden die einzelnen Verschleißzonen separiert behandelt und mit möglichst praxisnahen Modellversuchen und Berechnungswerkzeugen nachgestellt. Dabei wird der Kunststoff in jedem Aggregatzustand, in dem er auch verschleißrelevant vorliegt (fest und flüssig), betrachtet. Die Entwicklung eines Kunststoff-Pin-on-Disk-Testes ermöglicht in Zukunft die Nachstellung und die Untersuchung des sogenannten „Igeleffekts“ auf verschiedensten Stählen und Beschichtungen. Mit dem neuen Test war es möglich, den Verschleiß an Werkzeugoberflächen zu erzeugen und den Übertrag an Füllstoffpartikeln in der Verschleißspur nachzuweisen. Ein weiter Punkt war die Evaluierung des Verschleißes in engen Querschnitten unter hohen Einspritzgeschwindigkeiten und die Auswirkung auf die Verschleißfestigkeit hochlegierter Werkstoffe. Durch die bis dato viel zu gering betrachtete Dissipation der vorbeiströmenden, hoch glasfasergefüllten Kunststoffschmelze führte die Temperaturerhöhung zu einem massiven Härteabfall. Dies konnte auch mit Hilfe von Spritzgieß-Simulationen nachgewiesen werden. Im Bereich der Rückstromsperre konnte mit Hilfe eines neu erarbeiteten Berechnungsmodells die Darstellung der komplexen Schmelzeströmung zwischen zwei unterschiedlich schnell bewegten Wänden realisiert werden. Mit Hilfe dieses selbst programmierten Tools ist es möglich, die dissipierte Energie rechnerisch zu verifizieren und in Form von Druck-, Temperatur- und Viskositätsverteilungen rechnerisch und graphisch darzustellen. Zusätzlich wurde für die Rückstromsperre ein wirtschaftliches Verschleißschutzkonzept entwickelt, um mit einer maßgeschneiderten Werkstoffverbundlösung maximalen Schutz gegen abrasiven Verschleiß im Flügelbereich bei gleichzeitig guter Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Dieses Konzept stellt eine elegante, flexible und langfristig wirtschaftliche Lösung dar, die in jedem Teilbereich auf das Belastungskollektiv abgestimmte Eigenschaften aufweist und somit effizienten Schutz für den Einsatz in der Plastifiziereinheit gewährleistet. Für ein umfassendes Verständnis der untersuchten und mit Modellversuchen verifizierten Verschleißmechanismen müssten zukünftig Verschleißmodelle entwickelt werden, welche die Bewegungen und die mechanische Energie durch den Kontakt der einzelnen Partikel in dem tribologischen System "Kunststoff/Füllstoff/Werkzeugwand" berücksichtigen.

KW - wear

KW - wear protection

KW - wear model

KW - check valve

KW - plasticizing unit

KW - simulation

KW - Verschleiß

KW - Verschleißschutz

KW - Verschleißmodelle

KW - Rückstromsperre

KW - Plastifiziereinheit

KW - Simulation

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.034

DO - 10.34901/mul.pub.2024.034

M3 - Dissertation

ER -