Page 20 - ILK Forschungsbericht 2020

Promotion Dr.-Ing. Maximilian Schadhauser

Spritzgießverfahren mit Endlosfasereinzug –

Technologie, Modellbildung und Modellvalidierung

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. Niels Modler

Getrieben durch den Kostendruck internationaler Märkte, einhergeht und somit auch bei der Herstellung von Bau-
die Energiewende und die Verknappung von Ressourcen teilen mit geringer Masse rentabel eingesetzt werden
besteht bei der Herstellung langfaserverstärkter thermo- kann (SE-Verfahren). Ein charakteristisches Merkmal des
plastischer Kunststoffteile ein ausgeprägtes Interesse an SE-Verfahrens besteht darin, dass die Faserkomponente
kostengünstigeren und nachhaltigeren Alternativen zu in Form endloser Rovings direkt in eine Spritzgießplasti-
bestehenden Fertigungsverfahren. Derartige alternative fiziereinheit eingebracht wird. Dadurch entfällt die Not-
Fertigungsverfahren können beispielsweise Direktverar- wendigkeit eines vorgeschalteten Plastifizierextruders,
beitungsverfahren sein. Ein Direktverarbeitungsverfahren jedoch ergeben sich daraus auch Schwierigkeiten in Be-
zeichnet sich dadurch aus, dass die üblicherweise separat zug auf die Faserimprägnierung, die Faserlängenstruktur
ablaufenden Schritte der Materialcompoundierung und und die homogene Verteilung der Fasern im Bauteil. Zur
des Urformens zu einem einzigen Prozessschritt zusam- Überwindung dieser Schwierigkeiten wird im Rahmen des
mengeführt werden. Dies führt beispielsweise dazu, dass SE-Verfahrens auf neuartige Maßnahmen und Anlagen-
der verarbeitete Kunststoff nur einmal aufgeschmolzen komponenten zurückgegriffen.
werden muss. In der Folge können verfahrensbedingt an-
fallende Kosten und CO2-Emissionen gesenkt werden. Der wissenschaftliche Kern der vorliegenden Arbeit be-
Diese Einsparpotenziale korrelieren dabei mit dem Ma- steht in der Gewinnung neuer Erkenntnisse über Teilpro-
terialdurchsatz: je mehr Kunststoff verarbeitet wird, umso zesse des SE-Verfahrens. Konkret wurden in Anlehnung
mehr Kosten können eingespart werden. Den verfahrens- an die oben genannten Schwierigkeiten die Themenkom-
bedingten Einsparpotenzialen stehen jedoch meist hohe plexe Imprägnierung, Faserschnitt und Homogenisierung
Kosten für eine vergleichsweise komplexe Anlagentech- untersucht. Zudem wurden Phänomene in Bezug auf die
nik gegenüber. Insbesondere bei Kunststoffbauteilen mit Förderung und Aufbereitung des Plastifikats analysiert
geringer Masse tritt das kumulierte Einsparpotenzial (d.h. (vgl. Abb.). Die Untersuchung erfolgte zunächst im Rah-
die Differenz aus den verfahrensbedingten Einsparpoten- men einer theoretischen Annäherung durch Modellbil-
zialen und den Anlagenmehrkosten) folglich nur dann zu dung und Simulation. Dieser Herangehensweise wurden
Tage, wenn die Kosten der Anlagentechnik entsprechend experimentelle Untersuchungen gegenübergestellt, mit-
gesenkt werden können. tels derer die Modelltheorie bewertet wurde. Abschlie-
ßend wurde das SE-Verfahren mit einem konventionellen
Die vorliegende Arbeit betrifft ein neues Direktverar- Verfahren zur Herstellung langfaserverstärkter Spritz-
beitungsverfahren, das mit geringen Anlagenkosten gießbauteile verglichen.

Fasertransport in einer Einschneckenplastifiziereinheit

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