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Spritzprägen

Spritzprägen transparenter Polyolefine schlägt Spritzgießen

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Spritzprägen verringert innere Spannungszustände

Die Verteilung der inneren Spannungen lässt sich mithilfe eines Polariskops beurteilen. Dabei wird die Probe zwischen zwei gekreuzten Polarisationsfiltern durchleuchtet. Innere Spannungen werden aufgrund von Doppelbrechung sichtbar als schwarze (Isoklinen) und farbige Linien (Isochromaten). Isoklinen zeigen die Richtung der Spannungen an, während Isochromaten die Hauptspannungsdifferenz durch Farbschattierungen anzeigen.

Sind innere Spannungen im Bauteil vorhanden, so tritt ein Phasenversatz der durchstrahlenden Wellenfront zu dem in der Probe doppelt gebrochenen Strahl auf. Durch Überlagerung entstehen Interferenzen, die im Polariskop sichtbar werden. Je größer der Phasenversatz zwischen den Lichtwellen ist, umso größer sind die inneren Spannungen. Eine Zahl für den Phasenversatz kann anhand von Farbtabellen ermittelt werden (siehe [5]) und liefert einen Wert für die Intensität der inneren Spannungen.

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An der mittels Spritzgießen hergestellten ebenen Scheibe zeigt sich die typische Konzentration der inneren Spannungen in der Nähe des Angusspunktes – dort erscheint das Teil dunkler, während sie beim durch Spritzprägen hergestellten Formteil wesentlich gleichmäßiger verteilt sind (Bild 4).

An allen drei Versuchswerkstoffen wird eine Reduzierung der inneren Spannungen durch Einsatz des Spritzprägens im Gegensatz zum konventionellen Spritzgießen festgestellt. Beim Vergleich der Spannungen in den jeweiligen Versuchswerkstoffen wird deutlich, dass sich das Spritzprägen bei der Verarbeitung von PMMA am signifikantesten auswirkt. An den Olefinpolymeren COC und COP sind bereits beim Spritzgießen wesentlich niedrigere innere Spannungen zu beobachten, die durch Spritzprägen weiter reduziert werden. Das ist in erster Linie auf die niedrigere Viskosität der Olefinpolymere im schmelzflüssigen Zustand und die damit einhergehenden niedrigeren Drücke bei der Verarbeitung zurückzuführen.

Der Blick auf die Zukunft des Spritzprägens

Durch Spritzprägen lassen sich innere Spannungen speziell bei flächigen Bauteilen reduzieren. Dies verbessert die optischen Eigenschaften bei einer geringeren Rissneigung in rauer Umgebung. Die Arbeiten zeigen, dass der Effekt des Spritzprägens bei allen drei verwendeten Thermoplasten (COC, COP, PMMA) nachweisbar ist. Das entwickelte Spritzprägewerkzeug ermöglicht das Nebenachsenprägen ohne zusätzlichen Steuerungsaufwand auf einer universellen Schneckenspritzgießmaschine. Eine weitere mögliche Anwendung dieses Prägeprinzips ist das zonale Prägen eines Spritzgießteiles, bei dem nur ein Teil der Fläche über den Prägestempel komprimiert wird.

Weitere Forschungsarbeiten widmen sich der Formfüllung unter Berücksichtigung der Erstarrung und Rheologie der Schmelze sowie dem Zusammenwirken von Temperatur und Druck in der Kavität beim Spritzprägen diverser transparenter Thermoplaste. Die dargestellten Forschungsarbeiten werden im Labor für Kunststoffverarbeitung und -prüfung der Beuth Hochschule für Technik in Berlin durchgeführt. Prof. Dr.-Ing. Jörg Schmütz ist dort berufen für das Lehrgebiet Fertigungstechnik und Fertigungsanlagen. Frau Liyana Fadzil M. Eng. ist Master-Absolventin des Fachbereichs Maschinenbau. MM

Literatur:

[1] Schmütz, J.; Sivri, B.; Jakob, T.: „Wie anspruchsvolle Polymere erfolgreich verarbeitet werden“. MM Maschinenmarkt, KW 40/2014, Vogel Business Media, Würzburg.

[2] Müller, R.-U.: „Prägende Erfahrung“. Kunststoffe 10/2013, Carl Hanser-Verlag, München.

[3] Fadzil, Liyana: „Internal Stresses in Plastic Optical Components Caused by Injection Molding and Injection Compression Molding “. Master-Thesis, Beuth Hochschule für Technik, Berlin, 2015.

[4] Jakob, T.: „Technologischer Vergleich des Schnecken- und Kolbenspritzgießens thermoplastischer Kunststoffe“. Bachelor-Thesis, Beuth Hochschule für Technik, Berlin, 2014.

[5] University of Cambridge, „University of Cambridge: Michel-Levy chart,“ [Online]. http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/optical-microscopy/michael_levy.php.

* Liyana Fadzil M. Eng. ist Masterabsolventin des Fachbereichs Maschinenbau an der Beuth Hochschule für Technik in 13353 Berlin. Prof. Dr.-Ing. Jörg Schmütz ist dort für das Lehrgebiet Fertigungstechnik und Fertigungsanlagen berufen, Tel. (0 30) 45 04-51 36, jschmuetz@beuth-hochschule.de, www.beuth-hochschule.de

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