Entwicklung eines einfach nachrüstbaren Verfahrens zur Profilierung der Halbzeugtemperatur

Durch die stetige Weiterentwicklung von Thermoformanlagen wie beispielsweise Prozess-, Steuer- und Regeloptimierungen stellt der Materialkostenanteil von thermogeformten Produkten bis zu 90 % der Gesamtkosten des Herstellungsprozesses dar. Eine materialeffiziente Produktion ist somit entscheidend für eine weitere Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Zur Steigerung der Materialeffizienz bietet die Homogenisierung der Wanddickenverteilung thermogeformter Bauteile ein hohes Optimierungspotenzial. Zur Homogenisierung kann das stark temperaturabhängige Umformverhalten von Kunststoffen genutzt werden, indem während des Aufheizvorgangs des Kunststoffhalbzeugs ein Temperaturprofil auf dem Halbzeug erzeugt wird. Durch die Temperaturprofilierung wird den unterschiedlichen Verstreckgraden konventionell geformter Bauteile entgegen gewirkt, sodass die Wanddicken der Bauteile durch gleichmäßige Verstreckung homogenisiert werden.

Im Zuge eines durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) wird die Implementierung von Aluminiummasken in einer Thermoformanlage zur Erzeugung eines Temperaturprofils durch Schattenwurf und die systematische Analyse der Einflüsse auf die Wanddickenverteilung untersucht.

Forschungsziel

Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Materialeffizienz durch eine Homogenisierung der Wanddickenverteilung thermogeformter Bauteile zu verbessern, um die Wirtschaftlichkeit des Thermoformens weiter zu steigern. Dazu werden die geometrischen sowie prozesstechnischen Einflüsse auf das Verfahren empirisch untersucht und hinsichtlich einer möglichst homogenen Wanddicke optimiert. Die Abmessungen der Thermoformanlage, insbesondere der Abstand der Strahlerheizungen zu Maske und Kunststoffhalbzeug sowie die geometrischen Abmessungen der verwendeten Aluminiummasken, besitzen einen maßgeblichen Einfluss auf die Temperaturprofilierung und damit auf die lokalen Wanddicken. Das Homogenisieren der Wanddickenverteilung führt des Weiteren zu besseren Topload-Eigenschaften bei den Becherprobekörpern. Neben einer Materialersparnis von bis zu 33 % weisen temperaturprofilierte Becher bei gleicher Halbzeugdicke eine bis zu 400 % höhere Topload-Stabilität gegenüber konventionell hergestellten Bechern auf. Weiterhin kann durch die Verknüpfung von Strahlungs-, Aufheiz- und Umformsimulation der Prozess erstmals in seiner Gesamtheit abgebildet werden, sodass eine Vordimensionierung von Masken ohne empirische Vorversuche möglich ist.

Martin Facklam, M.Sc.

Abteilungsleiter Extrusion und Kautschuktechnologie +49 241 80-28372 martin.facklam@ikv.rwth-aachen.de

Haben Sie Fragen zu diesem Thema? Dann freue ich mich auf Ihren Anruf oder Ihre Nachricht.