Internationalisierung von Forschung, Entwicklung, Ausbildung und Technologietransfer

Internationale Forschungsprojekte

Internationale Kooperationsprojekte dienen dem IKV zur inhaltlichen Weiterentwicklung. An dieser Stelle stellen wir einige der spannenden Projekte aus verschiedenen Bereichen der Kunststoffverarbeitung in kurzen Skizzen vor.

Ziel des Forschungsprojektes „Connecting simulation and machine to optimize the production process of injection molded parts – CoSiMa“ (03INT507BA) ist es, eine lückenlose Kommunikation zwischen Prozesssimulation und Spritzgießmaschine zu realisieren.

Mit einem internationalen Konsortium aus deutschen und slowenischen Unternehmen sowie dem slowenischen Forschungscluster Tecos – Slovenian Tool and Die Development Centre, Celje, Slowenien wird eine Transferfunktion entwickelt, um simulationsbasierte Einstelldatensätze direkt der Spritzgießmaschine zu übergeben. Mithilfe eines Manufacturing Execution Systems (MES) als Mediator zwischen Simulation und Maschine, wird es zudem möglich sein, den Bediener an der Maschine im Einstellprozess durch die Bereitstellung der Simulationsergebnisse eines relevanten Prozessfensters zu unterstützen.

Das IKV koordiniert neben den eigenen inhaltlichen Tätigkeiten auch die erfolgreiche internationale Kooperation im Konsortiums. ARBURG treibt die maschinenseitige Entwicklung der notwendigen Schnittstellen und der Maschinensteuerung voran, während GRP die Infrastruktur zum Datenhandling bereitstellt. Simcon forciert die simulationsseitige Schnittstelle und die hinterlegten Materialmodelle. TECOS koordiniert die Arbeiten der slowenischen Partner und die Betrachtung werkzeugabhängiger Einflussfaktoren, während Praxistests bei den Partnern KOLEKTOR und TEHNOMAT durchgeführt werden.

Im Rahmen des EU-Kooperationsprojekts „Cross-linkable CO2-Polyether Polyols“ (CroCO2PETs) werden Anwendungsgebiete für quervernetzbare Polyether-Polycarbonat-Polyole mit eingebautem Kohlendioxid für die Elastomer-Herstellung untersucht. Durch die Nutzung von Kohlendioxid können etwa 25 Prozent des alternativ verwendeten Öls durch CO2 ersetzt werden und damit die endlichen Ressourcen der Natur geschont werden.

Die Verarbeitung dieser Polymere ist in unterschiedlichen Verfahren der Kautschuk- und Polyurethanverarbeitung möglich und wird stetig weiterentwickelt und angepasst. Neben der technischen Entwicklung der Polymere erfolgt auch eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Entwicklung der neuartigen Polymere.

Mit dem Ziel, eine inline qualitätsgesicherte und regelbare Fertigung von Luftfahrtbauteilen im RTM-Prozess zu ermöglichen, wurde gemeinsam mit den Firmen Airbus Operations GmbH, Stade, und Fill Gesellschaft m.b.H., Gurten, Österreich eine neuartige Injektionsanlage entwickelt.

Basierend auf Einwegkartuschen ermöglicht die neuartige Injektionseinheit die Fertigung von RTM-Bauteilen unter kontrollierten Bedingungen. Die Injektionseinheit ist mit einer Sensorbox ausgestattet, in der neben Temperatur- und Drucksensoren auch ein dielektrischer Sensor verbaut ist. Dadurch ist unter anderem eine inline-Messung des Vernetzungsgrades des Harzes sowie der Viskosität möglich. Während der Vernetzungsgrad für die qualitätsgesicherte Fertigung relevant ist, bietet die Viskositätsmessung das Potential einer integrierten Regelung des Injektionsprozesses.

Die Herstellung von CFK-Sichtbauteilen mit hohen Faservolumengehalten erfordert bis heute in den meisten Fällen eine aufwändige Nachbearbeitung und Lackierung. Zur effizienten Herstellung von CFK-Sichtbauteilen mit hohen Faservolumengehalten wird am IKV gemeinsam mit der Mubea Carbo Tech GmbH, Salzburg, Österreich, ein Verfahren zur prozessintegrierten Aufbringung einer qualitativ hochwertigen Oberflächenschicht entwickelt.

Hierzu wird ein PUR-Sprühverfahren mit einem klassischen Nasspressverfahren kombiniert. Die prozessintegriert aufgebrachte Oberflächenschicht kann dabei entweder aus dem gleichen Material wie die Matrix bestehen oder aus einem aliphatischen PUR-System. Letzteres ist dabei glasklar, UV-stabil und selbstheilend und kann damit im Innenraum auch ohne zusätzliche Lackierung eingesetzt werden.

Die Sandwichbauweise bietet hinsichtlich hoher Steifigkeiten bei geringem Gewicht ein großes Potenzial. Die Herstellung struktureller 3D-Sandwichbauteile mit endlosfaserverstärkten Deckschichten ist bisher jedoch nicht effizient möglich, da mehrere Prozessschritte zur Schaumausformung sowie zur Imprägnierung der Decklagen erforderlich sind.

Ziel des Projektes PUR-LIT ist daher die Weiterentwicklung der PUR-Sprüh-Prozesskette zur Fertigung komplexer FVK-Sandwichbauteile in der Großserie. Hierbei soll die Herstellung des 3D-Schaumkerns in den Formungs- und Vernetzungsschritt der Decklagen integriert werden. Projektpartner ist die Greiner Perfoam GmbH aus Linz in Österreich.

Hydrophobie und eine ansprechende Haptik sind in vielen Anwendungsbereichen, beispielsweise der Verpackungs- und Automobilindustrie oder in der Medizintechnik, erstrebenswerte Eigenschaften von Kunststoffoberflächen und können einen immensen Mehrwert darstellen. Andererseits können strukturierte Werkzeugoberflächen das Fließverhalten der Kunststoffschmelze in der Kavität beeinflussen, indem die Reibung zwischen Werkzeug und Schmelze verringert wird. Ein geringerer benötigter Einspritzdruck und eine bessere Entformung sind die Folge. Dadurch kann folglich ein reduzierter Verschleiß von Maschine und Werkzeug erreicht werden.

Im Spritzgießprozess können diese Oberflächen durch Abformung von Mikrostrukturen auf das Bauteil erzeugt werden. Um eine bedarfsgerechte Auslegung und Fertigung von Mikro- und Nanostrukturen für die genannten Anwendungsbereiche zu gewährleisten, ist eine ganzheitliche Betrachtung der Funktionalität und Herstellung der Strukturen, Beschichtung der Kavität, Prozessführung sowie Modellbildung und Simulation notwendig – Das Projekt SEPIM widmet sich der Erforschung dieser Faktoren.

Dr.-Ing. Torben Fischer

Oberingenieur Ansprechpartner für Fragen zur Internationalisierung +49 241 80-93823 torben.fischer@ikv.rwth-aachen.de

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10. März 2020
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