Zum Thermoformen mit integrierten Gestaltelementen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436232907

Beim Thermoformen werden flächige thermoplastische Halbzeuge zu dreidimensionalen Bauteilen umgeformt. Die Umformung erfolgt dabei in der Regel über ein einseitiges Werkzeug durch die Aufbringung von Druckdifferenzen (Vakuum- und/oder Druckluftformung) und/oder mit Hilfe von Verstreckhilfen. Mit Hilfe des Thermoformens werden heutzutage vor allem Verpackungsartikel aber auch großflächige technische Bauteile hergestellt. Dabei steht das Thermoformen oftmals in Konkurrenz zum Spritzgießen. Das Thermoformen weist jedoch zum jetzigen Stand der Technik noch einige Nachteile gegenüber dem Spritzgießen auf. Vor allem die Gestaltungsfreiheit ist beim Thermoformen im Vergleich zum Spitzgießen eingeschränkt und eher auf schalenförmige Bauteile ohne individualisierte Funktionselemente (z. B. Rippen, Schraubdome, Schnapphaken) begrenzt. Funktionselemente können nur durch einen zusätzlichen Weiterverarbeitungsschritt, beispielsweise Schweißen oder Kleben, realisiert werden. Ein neuartiger Forschungsgegenstand, das Thermoformen mit integrierten Gestaltelementen, ermöglicht jedoch erstmalig die Einbindung von Funktionselementen wie Rippen, Schnapphaken oder Schraubdomen in den Thermoformprozess. Durch diese neuartige Prozessintegration kann der nachträgliche Schritt des Fügens der Bauteile zur Anbringung von Gestaltelementen eingespart und somit die Funktionsintegration erhöht werden. Beim Thermoformen mit integrierten Gestaltelementen wird zunächst ein Einlegeteil im Thermoformwerkzeug platziert und während der Abformung des Thermoformhalbzeugs mit diesem geschweißt. Dadurch entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Einleger und Thermoform-halbzeug. Innerhalb dieses Forschungsvorhabens sollen die werkstofflichen Grundzusammenhänge beim Thermoformen mit integrierten Gestaltelementen erforscht werden, um diese neuartige Prozess-kombination besser zu verstehen. Auf Basis dieser Erkenntnisse soll zudem eine Modellierung dieser Prozessvariante erfolgen, um den kombinierten Thermoform- und Schweißprozess vorher-sagbar zu machen. Es gilt somit innerhalb dieses Forschungsvorhabens, die einzelnen Prozesspa-rameter und Einflüsse auf die Güte der Schweißverbindung beim Thermoformen mit integrierten Gestaltelementen zu untersuchen und auf Basis dieser Untersuchung diese neue Prozessvariante weiter zu erforschen, um einen reproduzierbaren Prozess zur Herstellung individualisierter Ther-moformbauteile zu erhalten. Außerdem sollen die Ergebnisse dazu verwendet werden, bestehende Modelle zur Beschreibung der Wirkmechanismen innerhalb von Schweißprozessen zu überprüfen und weiterzuentwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen