Analyse der Bindenahtausbildung in Spritzgießbauteilen mittels Dünnfilmsensorik zur Modellierung der mechanischen Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann; Professor Dr.-Ing. Marc Christopher Wurz
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564473956

In der modernen Produktionstechnik werden höchste Anforderungen an Qualität, Fertigungsgeschwindigkeit und Ressourcenschonung gestellt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, kommen Sensoren in Fertigungsmaschinen zur Zustandsüberwachung und Prozessregelung zum Einsatz. In diesem Forschungsvorhaben steht dabei der Spritzgießprozess und dessen Prozessüberwachung mittels Dünnfilmsensorik im Vordergrund. Besonderes Augenmerk wird dabei auf Bindenähte in Spritzgießbauteilen gelegt, die beim Aufeinandertreffen zweier Fließfronten entstehen und die mechanischen Eigenschaften an den Verbindungsstellen schwächen. Die Festigkeit der Bindenähte hängt stark von den lokalen Prozessbedingungen ab, die bislang nur unzureichend untersucht wurden. Insbesondere konventionelle Sensoren sind aufgrund ihrer Größe limitiert und konnten bisher keine detaillierte Prozessuntersuchung ermöglichen. Das Gesamtziel des beantragten Vorhabens ist es, die Bindenahtausbildung unter Berücksichtigung der vorherrschenden Prozessbedingungen wie lokaler Temperatur und Druck zu verstehen, um auch den Einfluss von Prozessschwankungen zu berücksichtigen. Hierbei steht die Temperaturmessung als entscheidende Prozessgröße im Mittelpunkt des Spritzgießprozesses. Die Zustandsüberwachung soll hier mit polymerfreien, direktabgeschiedenen Dünnfilmsensoren an zuvor unzugänglichen Messpositionen geschehen, die deutlich präzisere Temperaturmessdaten mit erhöhter lokaler Auflösung erzeugen. Die Sensoren werden direkt auf dem Spritzgießwerkzeug appliziert und haben aufgrund ihrer geringen Höhe von wenigen Mikrometern nur minimalen Einfluss auf den Spritzgießprozess. Durch die geringe Größe und damit einhergehende hohe Anzahl an Temperatursensoren, die sich direkt an der Messoberfläche befinden, können diese Sensoren neue Einblicke in die Bindenahtausbildung liefern. Durch eine Evaluation der resultierenden mechanischen Bindenahtfestigkeit und Korrelation mit den gemessen Sensorwerten ermöglicht dies, die Bindenahtausbildung detaillierter zu verstehen und für Anwendungen zu optimieren. Darüber hinaus werden die Auswirkungen von Prozessschwankungen, wie sie durch unterschiedliche Materialchargen oder Restfeuchte entstehen können, untersucht. Solche Schwankungen können bereits bei Spritzgießbauteilen zu Herausforderungen führen. Bei Bindenähten wirken sie sich jedoch noch stärker aus. Daher wird untersucht, inwiefern die Sensoren in der Lage sind, diese Schwankungen zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen zu ermöglichen. Insgesamt zielt das Vorhaben darauf ab, die Entstehung von Bindenähten detaillierter zu untersuchen, um die mechanische Stabilität zu verbessern, die Fehlererkennung bei Prozessschwankungen zu optimieren und neue Bauteildesigns mit hoher mechanischer Festigkeit zu ermöglichen. Dies soll letztlich dazu beitragen, die Herstellung von Spritzgießbauteilen mit Bindenähten qualitativ hochwertiger, ressourceneffizienter und zeitsparender zu gestalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen