Förderprojekt Duroplastregelung

 

Entwicklung eines Regelungskonzeptes zur Steigerung der Produktqualität und Produktivität beim
Spritzgießen von Duroplasten

 

Motivation

Duroplaste bieten gegenüber thermoplastischen Kunstoffen eine Reihe von gewichtigen Vorteilen.
Sie zeichnen sich vor allem durch eine hohe Temperatur- sowie Medienbeständigkeit, gute
elektrische Isolierungseigenschaften sowie eine hohe mechanische Steifigkeit aus und rücken daher
vermehrt in den Fokus technischer Serienanwendungen. Das Spritzgießen ist dabei ein bedeutendes
Verfahren zur Herstellung komplexer Formteile aus duroplastischem Material.
Die Herstellung duroplastischer Formteile birgt jedoch technische Herausforderungen. Durch die
thermisch irreversible Vernetzungsreaktion lassen sich gespritzte Formteile nach der Vernetzung
nicht erneut aufschmelzen. Zudem hängt das Materialverhalten der Kunststoffschmelze vom
Fortschritt der Vernetzungsreaktion ab. Die rheologischen Eigenschaften der Duroplaste variieren
zudem je nach Materialzusammensetzung, Lagerungsbedingungen und Lagerungszeit.
Um vor diesem Hintergrund einen reproduzierbaren Spritzgießprozess zu gewährleisten, ist bis heute
ein iteratives und erfahrungsbasiertes Einstellen des Prozesses seitens des Maschinenbedieners
erforderlich. Der Erfolg hängt hierbei stark vom vorhandenen Erfahrungswissen sowie der
Komplexität des verwendeten Werkzeugs ab. Die Folge ist ein hoher personeller Aufwand, subjektive
Qualitätsergebnisse sowie ein zumeist hoher Ausschuss durch das iterative Vorgehen.

 

Projektziele und Methoden

Durch eine modellbasierte Regelung soll eine Steigerung der Produktqualität und Produktivität beim
Spritzgießen mit Duroplasten erreichet werden, welche die zuvor genannten Störungen kompensiert
und somit eine reproduzierbare Formteilqualität sicherstellt.
Im ersten Schritt müssen Prozessgrößen gefunden werden, welche sich wesentlich auf die
Formteilqualität auswirken und sich für eine Regelung eignen. Hierzu werden in Kooperation mit dem
Institut für Kunststoffverarbeitung, kurz IKV, der RWTH Aachen Messreihen mit verschiedenem
Ausgangsmaterial durchgeführt und eine Korrelationsanalyse angefertigt. Anhand der identifizierten
Korrelationen zwischen den Prozess- und Qualitätsgrößen, wird anschließend ein datenbasiertes
Qualitätsmodell entwickelt, welches die Zusammenhänge zwischen Formteilqualität und den dafür
notwendigen Prozessgrößenverläufen abbildet.
Das Qualitätsmodell dient dabei der Generierung optimaler Sollwertverläufe für die untersuchte
modellprädiktive Prozessregelung. Das entwickelte Regelungskonzept wird an unterschiedlichen
Werkzeugen und mit variierenden Materialien erprobt, um ein systematisches Vorgehen zur
Übertragung des Regelungskonzeptes auf andere Werkzeuge abzuleiten.

 

Innovationen und Perspektiven

Die Forschung im Bereich des Duroplast-Spritzgießens soll Methoden untersuchen und Wege
aufzeigen, wie die Produktqualität und die Produktivität bei der Herstellung der Bauteile gesteigert
werden kann. Durch die Qualitäts- und Produktivitätssteigerung soll der Werkstoff attraktiver und
dessen Vielzahl an Vorteilen gegenüber Thermoplasten wirtschaftlich nutzbarer gemacht werden.
Eine derartige Qualitätsregelung existiert bisher nicht und besitzt daher ein hohes Forschungs- sowie
Marktpotential.

 

Projektpartner
RWTH Aachen, IKV - Institut für Kunststoffverarbeitung