Wie das Spritzgießen den Verschleiß bei Zahnrädern reduziert

Anbieter zum Thema

GGB Heilbronn GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Trivid_Logo_easy-video-creation_254pixel.jpg ()

trivid GmbH

Wittmann Kunststoffgeräte GmbH

ENGEL AUSTRIA GmbH

mehr weniger

Um den Temperier- mit dem Spritzgießzyklus zu synchronisieren und so eine reproduzierbare Prozessführung zu ermöglichen, wird über die Spritzgießmaschine die Werkzeugtemperatur nahe der Kavität kontinuierlich erfasst.

Spritzgießzyklus erfordert hohe Temperaturdifferenzen

Dadurch lassen sich ein definiertes Umschalten der Ventilsteuerung des Zweikreis-Temperieraggregats sowie ein Einspritzen bei einer dem Werkstoff angepassten Temperatur erreichen. Die Ventilsteuerung sorgt zum einen für eine möglichst geringe Durchmischung der unterschiedlich temperierten Wasserkreise und zum anderen für einen Druckausgleich zwischen den beiden drucküberlagerten Kreisläufen.

Für die ersten Untersuchungen wurden damit Zahnräder aus POM (Hostaform C9021, Ticona GmbH) spritzgegossen. Um den Kristallisationsbereich des Kunststoffs zu erreichen, ist eine Werkzeugtemperatur über 150 °C notwendig. Die sichere Entformung bedingt dagegen eine deutlich niedrigere Bauteiltemperatur.

Um die Temperaturwechsel dabei möglichst schnell zu vollziehen, wurden am verwendeten Temperiergerät (Hersteller Single Temperiertechnik GmbH, Hochdorf) die Vorlauftemperaturen für den Warmwasserkreis auf 185 °C und für den Kaltwasserkreis auf 40 °C eingestellt. Aufgrund der damit erreichbaren hohen Temperaturgradienten ist es möglich, die Temperatur der Kavität innerhalb von 10 s um 80 K zu erhöhen oder zu senken.

Hochdynamische Temperierung des Spritzgießwerkzeugs erlaubt kürzere Zykluszeiten

Wird im Rahmen einer konventionellen Werkzeugtemperierung eine für technische Bauteile aus diesem Werkstoff übliche Werkzeugtemperatur von 100 °C eingestellt, kommt es zur Ausbildung einer erheblichen Randschicht. Zwar ermöglicht eine Erhöhung der Temperatur auf 140 °C eine homogene Morphologie bis in den Rand hinein, dadurch verdoppelt sich jedoch die Zykluszeit aufgrund der deutlich langsameren Bauteilabkühlung.

Bei der hochdynamischen Werkzeugtemperierung erstreckt sich dagegen die homogene kristalline Struktur bis in die Zahnflanke. Gleichzeitig kann der Prozess nicht nur zykluszeitneutral gehalten werden, sondern lässt sich mit kürzeren Zykluszeiten realisieren.

Hochkristalline Bereiche spritzgegossener Zahnräder verschleißfester als geringkristalline

Modellversuche im Stift-Scheibe-Tribometer haben gezeigt, dass bei gleichen Lastkollektiven hochkristalline Bereiche verschleißfester als geringkristalline Bereiche sind. Es ist davon auszugehen, dass es diesen Effekt auch im tribologischen System Zahnrad gibt. Daraus resultieren weitere Möglichkeiten, die Bauteileigenschaften durch die Prozessgestaltung zu beeinflussen und zu optimieren.

Beide Ansätze bieten die Möglichkeit, die stark verschleißbeanspruchte Zahnflanke gezielt zu stärken, was die Lebensdauer von Kunststoffzahnrädern erhöht. Werden aufgespritzte Randschichten eher für größere Maschinenelemente verwendet, sieht man am LKT die hochdynamische Temperierung insbesondere bei kleineren Bauteilen als zielführend an.

Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft e. V. für die Förderung des Forschungsvorhabens DFG-SCHM 682/43-1 sowie der Arbung GmbH + Co. KG, der Wittmann Kunststoffgeräte GmbH und der Ticona GmbH für die Bereitstellung der eingesetzten Spritzgießmaschine mit Handlingsystem und der Versuchswerkstoffe. Darüber hinaus ist für die Versuche zur hochdynamischen Temperierung der Hofmann Innovation Group, der Single Temperiertechnik GmbH, der Oechsler AG und der Engel Austria GmbH besonders zu danken. MM

* Prof. Dr.-Ing. Dietmar Drummer ist Inhaber des Lehrstuhls für Kunststofftechnik (LKT) der Universität Erlangen-Nürnberg. Dipl.-Ing. Michael O. Kobes leitet die Abteilung Werkstoffe und Konstruktion des LKT. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Daniel Merken arbeitet dort als wissenschaftlicher Mitarbeiter. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Steve Meister ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Thermoplastverarbeitung des LKT

(ID:26734560)