Hochpräzise Kunststoffoptiken durch anwendungsoptimierte Druckverfestigung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Drummer
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290812922

Das am Lehrstuhl für Kunststofftechnik entwickelte Verfahren der Druckverfestigung stellt die Möglichkeit dar, die durch die zweiphasige Abkühlung bei Standardverarbeitungsverfahren von Kunststoffen entstehenden Bauteilfehler wie Einfallstellen und Eigenspannungen zu reduzieren oder gar zu vermeiden. Das Verfahren nutzt den vom Druck abhängigen Glasübergangstemperaturbereich von Kunststoffen, der sich mit höherem Druck zu höheren Temperaturen verschiebt. So kann das gesamte Bauteil dickenunabhängig in der Kavität durch Druckaufbringung verfestigt, und anschließend einphasig als Festkörper abgekühlt werden. In den durch die DFG geförderten Projekten "Grundlegende Betrachtungen zum Einfluss hoher Drücke auf den Phasenübergang bei der Kunststoffverarbeitung" und "Übertragung der Grundlagen auf die Spritzgießvariante Druckverfestigung" wurde ein grundlegendes Werkstoffverständnis geschaffen und das Potential des Verfahrens aufgezeigt. Es konnte ein Versuchswerkzeug erstellt werden, mit dem die Einbindung des Verfahrens in einem automatisierten Spritzgießprozess ermöglicht wurde. Für die industrielle Umsetzung des Verfahrens zeigten sich, trotz vielversprechender Bauteileigenschaften, das Werkzeugkonzept und die verhältnismäßig lange Zykluszeit als nicht konkurrenzfähig. Ziel des beantragten Transferprojekts "Hochpräzise Kunststoffoptiken durch anwendungsoptimierte Druckverfestigung" ist es daher, die Potenziale zur Verkürzung der Zykluszeit anhand von neuartigen Ansätzen aufzuzeigen und umzusetzen. Zusätzlich sollen das Werkzeugkonzept und die Prozesssteuerung auf die wesentlichen Punkte reduziert ausgeführt werden, um eine erfolgreiche Integration des Verfahrens in bestehende Strukturen zu ermöglichen. Aus dem Ziel der Zykluszeitreduzierung ergeben sich zahlreiche zu erforschende wissenschaftliche Fragestellungen. So ist der Einfluss der Kompressionsgeschwindigkeit auf das resultierende Bauteilvolumen und die physikalische Alterung nur unzureichend beschrieben. Relevant ist diese besonders beim Einsatz unter erhöhten Umgebungstemperaturen. Ein weiterer zu analysierender Punkt ist die Auswirkung von Temperaturgradienten in der Schmelze bei der Verfestigung auf die inneren Bauteileigenschaften. Dies steht im direkten Zusammenhang mit der druckabhängigen Viskosität der Kunststoffe. Diese soll mit dem neuartigen Großgerät 'Gegendruckviskosimeter' analysiert werden. Durch die prozessgegeben hohen Drücke ist zusätzlich das Potential zur exakten Abformung von Mikrostrukturen auch bei sehr dickwandigen Bauteilen gegeben, die mit den Verfahren Standardspritzguss und Spritzprägen aktuell nur unzureichend möglich ist. Durch die Herstellung des Probekörpers 'Scheibe' können die oben genannten Punkte wissenschaftlich erforscht werden. Der anwendungsnahe Probekörper 'Linse' soll zeigen, dass die Fertigung von hochpräzisen Kunststoffoptiken mit dem innovativen Verfahren der Druckverfestigung wirtschaftlich möglich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Covestro AG; HB-THERM AG; KraussMaffei Technologies GmbH; Viaoptic GmbH