Optimale Oberfläche für maximale Produktivität · Eine wirtschaftliche Spritzgießfertigung in Verbindung mit hohen Qualitätsanforderungen bedingt zwingend einen reibungslosen

Projektname: Optimale Oberfläche Projektstart: Februar 2019Projektlaufzeit: 1,5 JahreProjektkosten: Basis: 2 x 4.950 €*

Erweitert (30 h): 2 x 6.350 €*

Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen jeweils zum Start des Projektes und nach einer Laufzeit von einem Jahr.*Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent er-mäßigten Projektbeitrag.

Quereinstieg möglichAuch nach Projektstart ist ein Quereinstieg jederzeit möglich.

Projektdaten

Weitere Auskünfte zum Projektinhalt und -ablauf er-halten Sie über unsere Internetseite oder durch einen direkten Kontakt:

Dr.-Ing. Ruben Schlutter+49 (0) 23 51.10 [email protected]

Matthias Korres, B.Eng.+49 (0) 23 51.10 [email protected]

Information

Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH

(K.I.M.W.)Karolinenstraße 8 | 58507 Lüdenscheid

Tel.: +49 (0) 23 51.10 64-191Fax: +49 (0) 23 51.10 64-190

www.kunststoff -institut.de | mail@kunststoff -institut.de

Optimale Oberfläche für maximale Produktivität

Ziel ist es, den Projektteilnehmern die Potentiale und Möglichkeiten zur Reduzierung der Entformungskraft durch den Einsatz verschiedener Strukturen in Ver-bindung mit industriell verwendeten Kunststoffen zu vermitteln. Dabei wird eine definierte Oberflächen-rauheit beibehalten. Das erforderliche Know-how wird in Form eines kompakten Nachschlagewerks zu-sammengefasst und zur Verfügung gestellt.

Projektziel

Theoretische GrundlagenRecherche zum Stand der Technik zur Strukturie-

rungRecherche über weitere entformungskraftreduzie-

rende werkzeugseitige MaßnahmenEntwicklung verschiedener Strukturen für die wei-

teren Untersuchungen

Praktische UntersuchungenHerstellung der Strukturen auf RondenPraxisnahe Untersuchung der Entformungskräfte

mit vorhandenem TribometerUntersuchung der Oberflächenqualität der

Kavitäten und der gefertigten Bauteile mittels Weißlichtinterferometer

Allgemeine Leistungenfünf Projekttreffen in der ProjektlaufzeitVermittlung der theoretischen GrundlagenUnternehmensspezifische Beratung zu Entfor-

mungssystemenErstellung eines elektronischen Nachschlagewerkes

Optionaler Stundenpool (30 h)Untersuchung weiterer SchichtsystemeUntersuchung spezifischer OberflächenstrukturenUntersuchung spezifischer KunststoffeUnternehmensspezifische Schichtauswahl

Projektleistungen

Haftkräfte minimieren im Spitzgießprozess

Verbund-projekt

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Datenschutzrechtliche Hinweise:Verantwortlich für die Zusendung dieses Flyers ist das Kunststoff -Institut Lüdenscheid. Die Zu-sendung erfolgt aufgrund Ihres Interesses an Neuigkeiten aus unserem Hause. Informationen zur Datenerhebung fi nden Sie unter www.kunststoff -institut.de. Sie haben jederzeit die Möglich-keit einer zukünftigen Nutzung Ihrer personenbezogenen Daten für diese Zwecke zu widerspre-chen. Einen Widerspruch richten Sie bitte an das Kunststoff -Institut Lüdenscheid, Karolinenstra-ße 8, 58507 Lüdenscheid, Tel.:+49 (0) 23 51.10 64-191 oder mail@kunststoff -institut.de. Fragen zum Datenschutz richten Sie an datenschutz@kunststoff -institut.de

Eine wirtschaftliche Spritzgießfertigung in Verbindung mit hohen Qualitätsanforderungen bedingt zwingend einen reibungslosen und störungsfreien Produktions-ablauf. Hierzu müssen alle Funktionskomplexe eines Spritzgießwerkzeuges, wie das Temperier- und Anguss-system, die mechanische Steifigkeit und Festigkeit und notwendige Werkzeugbewegungen, den jeweiligen An-forderungen angepasst werden.

Bei der Verwendung großflächiger Werkzeuge in Ver-bindung mit verschiedenen Kunststoffen treten zuneh-mend Entformungsprobleme auf, die eine reibungs-lose Großserienfertigung behindern. Hochglanzpolierte Oberflächen erhöhen die Haftreibung zusätzlich und damit auch die zur Entformung der Bauteile notwendige Entformungskraft.

Zum Stand der Technik zur Reduzierung der Entfor-mungskräfte gehören der Einsatz von Gleit- und Trenn-mitteln auf der einen Seite und das Applizieren von PVD- oder CVD-Beschichtungen auf der anderen Seite. Beide Anwendungen führen dabei zu einer Reduzierung der Entformungskraft.

Der Einsatz von Gleit- und Trennmitteln stellt dabei jedoch einen Eingriff in die Sauberkeit des Prozesses dar. Dieser führt zu einer Kontaminierung der gefertig-ten Bauteile. Eine Reinigung der Bauteile für weitere Prozessschritte ist dann notwendig. Eine Fertigung von Medizinprodukten oder Reinraumprodukten ist auf die-sem Wege gar nicht möglich.

Beschichtungen der Werkzeugoberfläche beeinflussen neben der Entformung auch andere Eigenschaften in der Prozessführung. So können PVD- und CVD-Schich-ten eine andere Wärmeleitfähigkeit als der umgebende Werkzeugstahl aufweisen, was zwar die Abformgenau-igkeit der Werkzeugkavität verbessert, aber die Ent-formung verschlechtert. Fehlstellen und Poren in der Schicht können darüber hinaus die Korrosion der Werk-zeugkavität begünstigen oder sogar verstärken.

Einleitung

Inhalt Optimale Oberfläche für maximale Produktivität

Projektschwerpunkte

Im Rahmen des Projektes „Optimale Oberfläche für maximale Produktivität“ werden verschiedene Struk-turen in die Kavität eingebracht, von denen eine Re-duzierung der Entformungsschwierigkeiten erwartet wird. Dabei wird die Kavität chemisch nicht verän-dert. Näher betrachtet werden dabei vor allem:

definierte Ätzstrukturenfein erodierte Oberflächen gestrahlte Oberflächenmit verschiedenen Korngrößen diamantpolierte

Oberflächen

Während des Projektes werden verschiedene Kunst-stoff-Struktur-Reibpaare untersucht, um die Entfor-mung entsprechender Bauteile zu vereinfachen. Die-se werden von den Projektpartnern im Rahmen des Kick-Off-Meetings definiert.

Durch eine kunststoffspezifische, seriennahe Prü-fung der Entformungseigenschaften der aufgebrach-ten Strukturen kann eine optimierte Ablösung der gefertigten Kunststoffbauteile im Spritzgießprozess erreicht werden.

Im Projekt wird ein elektronisches Nachschlage-werk generiert. Dieses fasst die Ergebnisse aus den praktischen Untersuchungen des Projektes zusam-men. Zusätzlich werden die am Markt verfügbaren Informationen zum Thema Entformung (Konstrukti-on, Materialauswahl, etc.) zusammengetragen. Das elektronische Nachschlagewerk dient den Projekt-teilnehmern zur zielgerichteten Gestaltung und Be-wertung eines Entformungssystems in der Praxis.

Was ist ein Verbundprojekt? In den Verbundprojekten entwickelt das Institut für die teil-nehmenden Unternehmen ein innovatives Thema. Dieses ist praxisnah, mit hohem technologischem Know-how und wird ausschließlich über Teilnehmer-Beiträge finanziert.

Vorteile eines Verbundprojektes Kostensharing = niedrige Projektbeiträge pro Teilnehmer Geringe Personaleinbindung der teilnehmenden Firmen Technologische Marktführerschaft Netzwerkbildung Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch Mitarbeiterweiterbildung/-qualifizierung

Zeit- und kostenintensive Untersuchungen sowie die Projekt-abwicklung erfolgen ausschließlich durch das Institut. Die Personaleinbindung der Firmen beschränkt sich im Minimum auf die Teilnahme an den Projekttreffen (i. d. R. zwei- bis dreimal im Jahr).

GeheimhaltungSämtliche Projektergebnisse unterliegen während der Pro-jektlaufzeit der Geheimhaltung. Ergebnisse von firmenspezi-fischen Untersuchungen werden vertraulich behandelt.

Abbildung 1: Funktionsprinzip des Tribometers

13.06.18

Verbundprojekt "Optimale Oberflächen" 1© Kunststoff-Institut Lüdenscheid

Projektskizze „Optimale Oberfläche für maximale Produktivität“Stand 28.05.2018

© Kunststoff-Institut Lüdenscheid

Ziele des Projekts

► Das Verbundprojekt besitzt zwei inhaltliche Schwerpunkte

§ Ermittlung optimaler Oberflächentopographien und -strukturen im Spritzgusswerkzeug zur Reduzierung der Haft-/Klebneigung der Werkstoffe

§ Erstellung eines elektronischen Nachschlagewerks zur Unterstützung bei der optimalen Gestaltung des Entformungssystems in der Werkzeugkonstruktion im Bezug auf geeignete Kunststoff-Struktur-Reibpaare

2Verbundprojekt "Optimale Oberfläche für maximale Produktivität" 08.06.2018

13.06.18



Motivation für eine Teilnahme

► Das Projekt ist für Firmen geeignet, die Probleme mit der einwandfreien Entformung von Bauteilen im Spritzgießprozess haben

► Der Einsatz von zusätzlichen Hilfsstoffen im Spritzgießprozess entfällt

► Der Einsatz aufwändiger Beschichtungen ist nicht notwendig

► Eine Überführung der Projektergebnisse auf neue Werkzeuge mit bekannten Werkstoffen ist möglich



Die Problemstellung

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► Ein nicht optimal gestaltetes Entformungssystem eines Spritzgusswerkzeuges kann im späteren Einsatz sowohl den Prozess als auch die Bauteilqualität negativ beeinflussen und zu erheblichen Kosten führen§ Destabilisierung des Prozesses => gesteigerte

Maschinenstillstandszeiten§ Schädigung des Formteils => Mindere Bauteilqualität bzw.

Ausschuss§ Belastung des Werkzeuges => kürzere Wartungsintervalle,

verringerte Lebensdauer der Komponenten§ Verlangsamung des Entformungsvorganges => Verlängerung der

Zykluszeit§ Reduziertes Prozessfenster => Allgemeine Bauteilqualität kann

nur begrenzt durch Verfahrensparameter optimiert werden

Verbundprojekt "Optimale Oberfläche für maximale Produktivität" 08.06.2018

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Formteilfehler durch ein nicht optimales Entformungssystem

► Beispiel: Riefen durch zu geringe Entformungsschrägen und zu hohe Haftkräfte

Quelle: K.I.M.W. GmbH




► Beispiel: Weißbruch im Bereich der Auswerfer



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► Beispiel: Glanzunterschied durch Belagbildung bzw. nicht optimale Oberflächenbeschaffenheit




Stand der Technik

► Einsatz von Gleit- und Trennmitteln§ Eingriff in die Sauberkeit des Prozesses§ Kontaminierung der gefertigten Bauteile § Reinigung der Bauteile für weitere Prozessschritte notwendig § Fertigung von Medizinprodukten oder Reinraumprodukten

unmöglich

► Im Projekt „Optimale Oberflächen“ wird komplett auf den Einsatz von Trenn- und Gleitmitteln verzichtet


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Stand der Technik

► Applizieren von PVD- oder CVD-Beschichtungen § Beschichtungen der Werkzeugoberfläche beeinflussen auch

andere Eigenschaften in der Prozessführung§ PVD- und CVD-Schichten weisen eine andere Wärmeleitfähigkeit

als der umgebende Werkzeugstahl§ Verbesserte Abformgenauigkeit der Werkzeugkavität, aber

verschlechterte Entformung § Fehlstellen begünstigen Korrosion der Werkzeugkavität§ Reparatur/Nacharbeit der Schichten ist aufwändig

► Im Projekt „Optimale Oberflächen“ wird komplett auf den Einsatz von Beschichtungstechnologien verzichtet



Stand der Technik

► Aufbringen definierter Strukturen in die Werkzeugkavität § Das Strukturieren von Oberflächen zur Verringerung der

Haftkräfte gehört ebenfalls zum Stand der Technik. § Dabei haben sich folgende Strukturierungstechnologien als

vielversprechend herausgestellt: – definierte Ätzstrukturen– fein erodierte Oberflächen – gestrahlte Oberflächen– mit verschiedenen Korngrößen diamantpolierte Oberflächen

► Im Projekt „Optimale Oberflächen“ werden verschiedene Strukturen im Bezug auf ihr Potential Verringerung der Entformungs-kraft in breit angelegten Versuchen systematisch untersucht.


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Stand der Technik

► Versuchswerkzeug zur Erfassung der Entformungskräfte




Versuchswerkzeug

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► Versuchswerkzeug zur Erfassung der Entformungskräfte

Quelle: Kunststoff-Institut Lüdenscheid


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Kompetenzen des KIMW

► Das Kunststoff-Institut Lüdenscheid hat sich in der Vergangenheit intensiv, auch in Form vorangegangener Verbundprojekte, mit der Thematik der Entformungskraftreduzierung im Spritzgießprozess auseinandergesetzt:§ Beschichtungstechnologien und verschiedene Schichten§ Strukturierungstechnologien

– Diamantpolieren– Chemisch Ätzen– Sandstrahlen

§ Charakterisierungen von Schicht- und Struktureigenschaften § Prozessparameter-Variationen im Spritzgießprozess

– DoE



ProjektleistungenReduzierung der Haft-/Klebneigung

► Innerhalb praktischer Untersuchungen wird ein Versuchswerkzeug eingesetzt, dass mit entsprechender Messtechnik zur Erfassung der Entformungskräfte (-spannungen) ausgerüstet ist§ Erfassung des Ablösedrehmoments bei definiertem Anlagedruck

zwischen Kunststoff und Werkzeugoberfläche– Bestimmung der erforderlichen Schubspannungen zum

Trennen der Verbindung– Simulation des Schwindungseffekts (Variation des

Anlagedrucks)§ Erfassung des Forminnendrucks zur Überwachung des Prozesses

(z.B. Vermeidung eines Restdrucks)§ Wechseleinsätze zur sequenziellen Untersuchung verschiedener

Oberflächentopographien und Strukturen im laufenden Prozess– Benchmarking der Werkzeugoberflächenstrukturen für die

Kunststoffe unter konstanten Bedingungen– Günstig hinsichtlich Formgebung und Preis

► Untersuchung der Oberflächenqualität der Kavitäten und der gefertigten Bauteile mittels Weißlichtinterferometer


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ProjektleistungenReduzierung der Haft-/Klebneigung

► Untersuchung des Einflusses von Strukturen auf die Klebneigung

§ Definition von fünf Kunststoffen durch die Projektteilnehmer

§ Strukturauswahl (ca. 10) durch das Kunststoff-Institut u.a. durch – definierte Ätzstrukturen– fein erodierte Oberflächen – gestrahlte Oberflächen– mit verschiedenen Korngrößen diamantpolierte Oberflächen

§ Untersuchung des Einfluss der Verfahrensparameter auf die Klebneigung mittels statistischer Versuchsplanung (DoE)

§ Benchmarking der Strukturen für den jeweiligen Kunststoff (in Relation zu einer Referenz) durch das Versuchswerkzeug

§ Erstellung einer Übersichts-/Auswahlmatrix auf Basis der empirischen Daten



Projektleistungen Erstellung eines el. Nachschlagewerks

► Die Reduzierung der Haft-/Klebneigung zwischen Kunststoff und der Struktur der Werkzeugoberfläche stellt nur einen wichtigen Aspekt bei der Gestaltung des Entformungssystems dar

► Im Rahmen des Projektes sollen daher auch Aspekte betrachtet werden, die innerhalb der Formteil- und Werkzeugkonstruktion zu berücksichtigen sind

► Es werden hierzu zunächst umfassende und aktuelle Informationen in Bezug auf die Gestaltung eines Entformungssystems gesammelt

► Die ermittelten Informationen werden für die Projektteilnehmer aufbereitet und im Rahmen der Projekttreffen vermittelt

► Zudem wird ein elektronisches Nachschlagewerk generiert, das die teilnehmenden Unternehmen als Werkzeug in der eigenen Artikel-und Werkzeuggestaltung nutzen können


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Projektleistungen Erstellung eines el. Nachschlagewerks

► Für das elektronische Nachschlagewerk sind unter anderem folgende Inhalte geplant§ Entformungssysteme/Werkzeugarten§ Entformungsschrägen§ Auswerfergestaltung§ Gestaltung von Schiebern/Backen§ Gestaltung bei Zwangsentformung§ Steifigkeit des Werkzeugs / Mechanische Werkzeugauslegung§ Oberflächenstrukturen§ Strukturen allgemein§ Haftung einiger Kunststoffe auf Stahl§ Einfluss der Verfahrensparameter§ …



Projektleistungen im optionalen Stundenpool

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► Der optionale Stundenpool umfasst einen zusätzlichen Aufwand von 30 h.

► Diese können vom Projektteilnehmer im Rahmen der Projekttätigkeit frei definiert werden und können folgende Punkte umfassen: § Recherche nach geeigneten Strukturen§ Untersuchung der Haft-/Klebneigung an weiteren Strukturen§ Untersuchung der Haft-/Klebneigung an weiteren Kunststoffen§ Untersuchung des Einflusses von Additiven im Kunststoff auf die

Haft-/Klebneigung


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Zusammenfassung

► Untersuchung kundenspezifischer Werkstoffe

► Innerhalb des optionalen Stundenpools können weiterhin verschiedene Additivkonzentrationen oder weitere Werkstoffe geprüft werden

► Zusammenfassung aller Projektergebnisse in einem elektronischen Nachschlagewerk

► Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch mit den anderen Projektteilnehmern



Projektinformationen

► Projektbeginn: Februar 2019

► Projektlaufzeit: § 1,5 Jahre

► Kosten§ 2 x 4.950 €* ohne erweiterten Stundenpool§ 2 x 6.350 €* mit erweitertem Stundenpool

► Ein Quereinstieg ist jederzeit möglich

► Mitgeltende Unterlagen : AGB und Projektflyer


*Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag.

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Kontakt:Kunststoff-Institut LüdenscheidKarolinenstr. 858507 Lüdenscheidwww.kunststoff-institut.de

Dr.-Ing. Ruben SchlutterTel.: +49 (0) 23 51.10 64-821Mail: [email protected]

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www.kunststoff-institut.de

mailto:[email protected]

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Kunststoff-Institut Lüdenscheid Herr Stefan Euler Karolinenstr. 8 58507 Lüdenscheid

per Fax: +49 (0) 23 51.10 64-190 per E-Mail: [email protected]

Anmeldung zum Projekt: Optimale Oberfläche für maximale Produktivität

Hiermit bestätigen wir verbindlich unsere Teilnahme an dem Projekt. Projektleiter: Dr.-Ing. Ruben Schlutter Matthias Korres, B.Eng. Projektkosten: Basispreis: 4.950 €/Jahr*1 Erweitert: 6.350 €/Jahr*2 Laufzeit: 1,5 Jahre Projektstart: Februar 2019 Mitgeltende Unterlagen: AGB und Projektflyer Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag.

*1 Basispreis *2 Erweitert (+30 Std.)

Unsere Einkaufsbestell-Nr. lautet: _____________________

Wir reichen unsere Einkaufsbestell-Nr. nach

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Datum rechtsverbindliche Unterschrift/Stempel *erforderliche Angaben

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Optimale Oberfläche für maximale Produktivität · Eine wirtschaftliche Spritzgießfertigung in Verbindung mit hohen Qualitätsanforderungen bedingt zwingend einen reibungslosen