Dabei verfolgen Forscher unterschiedliche Beschichtungsansätze, wie nasschemisch aufgebrachte Schichtsysteme oder PVD- (Physical Vapor Deposition) und PACVD-Verfahren (Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition). Aktuelle Untersuchungsergebnisse zu dieser Thematik sind im Abschlussbericht des IGF-Vorhabens 496ZN veröffentlicht, das mehrere Fraunhofer-Institute in Kooperation durchgeführt haben.
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts hat das Fraunhofer LBF ein neuartiges Spritzgieß-Messwerkzeug entwickelt. Mit ihm lassen sich Adhäsionskräfte quantifizieren beziehungsweise innovative antiadhäsive Beschichtungen und Formmasserezepturen analysieren. Dabei handelt es sich um ein temperierbares 3-Platten-Werkzeug mit einer zentral positionierten Aufnahmeeinheit für auswechselbare Formeinsätze mit unterschiedlichsten Oberflächenstrukturen und Beschichtungen. Die Formteilgeometrie gestaltet die LBF-Wissenschaftler als ebene Scheibe. Sie wird mittig über einen konischen Kaltkanal angespritzt (Abb.1).
Neuartiges Spritzgieß-Messwerkzeug quantifiziert Adhäsionskräfte
Das Spritzgieß-Messwerkzeug ist mit einem mehrstufigen, federnd gelagerten Abdrück- und Rückhaltesystem ausgestattet. Dieses System stellt beim Öffnen des Werkzeugs sicher, dass sich Formteil und Anguss vollständig von der Düsenseite lösen, ohne die Haftung auf der Auswerferseite zu beeinflussen. Das Entformen des Spritzlings erfolgt über eine zentrale Auswerfereinheit mit integrierter Kraftmessung. Dazu dient eine piezoelektrische Messunterlagsscheibe. Ein in den Auswerferplatten platzierter Wirbelstrom-Sensor erfasst den Entformungshub. Somit kann für jeden Spritzzyklus ein Kraft-Zeit- beziehungsweise Kraft-Weg-Diagramm ermittelt werden. Damit können die Wissenschaftler den Entformungsvorgang und die dabei zu überwindenden Entformungskräfte detailliert quantitativ beurteilen. Druck- und Temperatursensoren dienen zur Überwachung der Prozessparameter.
Entformungskräfte praxisgerecht beurteilen
Im Verlauf des Forschungsprojekts unternahmen die LBF-Wissenschaftler Spritzgießversuche und Entformungskraftanalysen an unbeschichteten und beschichteten Werkzeugeinsätzen. Dabei variierten sie Verfahrensparameter wie Schmelze- und Werkzeugtemperaturen, Nachdruckhöhen beziehungsweise Nachdruckprofile und Verweilzeiten. Abb. 2 zeigt beispielhaft den Einfluss der Nachdruckhöhe auf die Auswerfer- beziehungsweise Adhäsionskraft beim Entformen unterschiedlich beschichteter Formeinsätze.
Mit dem neuen Spritzgieß-Messwerkzeug lassen sich die Entformungskräfte bei verschiedensten Prozessbedingungen praxisgerecht beurteilen. Daher ist es besonders interessant für die Hersteller von Maschinen- und Werkzeugkomponenten sowie die Entwickler antiadhäsiver Beschichtungssysteme und Formmassen.
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
