Entwicklung einer Einspritzstrategie für das Kaskadenspritzgießen zur Erzielung einer gleichmäßigen Fließfrontgeschwindigkeit.

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560493839

Das Kaskadenspritzgießen ist bei Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität und großen Fließweg/Wanddicken-Verhältnissen das Verfahren der Wahl. Die Oberflächenqualität wird maßgeblich in der Einspritzphase beeinflusst. Aufgrund der auftretenden Druckspitzen durch das Öffnen und Schließen der Verschlussnadeln ist die Erzielung einer guten Oberflächenqualität schwieriger als bei Einfachwerkzeugen. Wegen der komplexen Zusammenhänge beim Kaskadenspritzgießen, insbesondere zwischen dem maschinenseitig eingestellten Einspritzvolumenstromprofil und der Wechselwirkung der individuellen Nadelführungen, ist die Prozesseinrichtung sehr aufwändig und mit einer Vielzahl von experimentellen Versuchen verbunden. Daher soll eine Methodik zur Ableitung der Einspritzstrategie für das Kaskadenspritzgießen entwickelt werden, welche unabhängig vom Erfahrungswissen des Maschinenbedieners und ohne umfangreiche Versuche gute Bauteilqualitäten bewirkt. Um eine gleichmäßig hohe Oberflächenqualität entlang des gesamten Fließwegs zu erzielen, soll in der Kavität eine konstante Fließfrontfrontgeschwindigkeit erzielt werden. In einem ersten Schritt werden dafür mittels einer automatisierbaren Methodik unter Berücksichtigung der Kaskade die düsenspezifischen Solleinspritzvolumenstromprofile ermittelt, um eine konstante Zielfließfrontgeschwindigkeit in der Kavität zu realisieren. Auf Basis der notwendigen düsenspezifischen Volumenstromprofile werden mithilfe eines Prozessmodells die individuellen Öffnungshubprofile sowie das maschinenseitige Einspritzvolumenstromprofil berechnet. Das Prozessmodell berücksichtigt insbesondere die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Heißkanaldüsen. Anhand von experimentellen Versuchen wird die entwickelte Einspritzstrategie sowohl für unterschiedliche Geometrien als auch Materialtypen validiert und optimiert. Zudem wird der Effekt der Einspritzstrategie auf die Oberflächenqualität, wie Glanz, Rauheit und Molekülorientierung in der Randschicht, untersucht. Abschließend wird die Robustheit des Prozesses gegenüber Prozessschwankungen analysiert, um daraus Kennzahlen zur Prozessüberwachung der Füllphase des Kaskadenspritzgießens abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen