Möglichkeiten der Heizzeitreduzierung und Eigenschaftsbeeinflussung eines dickwandigen Bauteils beim Spritzgießen von Kautschukmischungen mittels EFE-Spritzaggregat

Problematik

Steigende Rohstoff- und Energiekosten verbunden mit immer höheren Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit von Produkten prägen heutzutage technische Weiterentwicklungen im Markt. Unter diesem Gesichtspunkt können auch die Entwicklungen bei Gummispritzgießaggregaten gesehen werden. Ein großer Kostenanteil beim Spritzgießen von Gummiformartikeln stellt der Vulkanisationsprozess in der Form dar, da anders als beim Spritzgießen von Thermoplasten oder thermoplastischen Elastomeren der Aufbau des chemischen Netzwerks erfolgen muss. Ein wesentlicher Beitrag zur Energieeinsparung beim Spritzgießen von Kautschukmischungen wird durch das EFE-System der Fa. LWB-Steinl geleistet. So werden laut Fa. LWB-Steinl durch dissipative Schererwärmung mittels einer Drossel während des Einspritzvorgangs und damit verbunden höheren Eintrittstemperaturen der Mischung in der Kavität für unterschiedliche Artikel in der Praxis Heizzeitreduzierungen von bis über 50 % erreicht. Die letztendlich in der Realität erzielte Heizzeitreduzierung hängt neben den Verfahrensparametern des Spritzgießprozesses im Wesentlichen von der Bauteilgeometrie und dem Rezepturaufbau der Kautschukmischung ab. Aufgrund der i.d.R. schlechten Wärmeleitfähigkeit von Kautschukmischungen bildet sich der Effekt der höheren Formeintrittstemperatur auf die Heizzeitreduzierung insbesondere bei dickwandigen Bauteilen umso deutlicher aus. Bild 1 zeigt einen Gummizylinder (links) und ein Thermografiebild der aufgeschnittenen Querschnittsfläche des Zylinders unmittelbar nach dem Vulkanisationsvorgang.

Zielsetzung

Eine an der THWS durchgeführte Studie hatte das Ziel, die Heizzeitreduzierung, die mittels EFE-System an einem konkreten dickwandigen Bauteil möglich ist, experimentell quantitativ zu erfassen. Ergänzend hierzu sollten ausgewählte Eigenschaften der gespritzten Körper, insbesondere über dem Probenquerschnitt erfasst werden. Ziel dessen war zudem die Beurteilung der Beeinflussung von Bauteileigenschaften durch den Einsatz der Drossel.

Ergebnisse

Mittels Schereintrag, der durch das EFE-Spritzaggregat möglich ist, waren bei den im Projekt untersuchten Kautschukmischungen Temperaturerhöhungen von über 15 K realisierbar. Die dadurch erzielbaren Heizzeitreduzierungen hängen deutlich von der Bestimmungsmethode sowie der Verfahrenseinstellung (Drosselstellung, Werkzeugtemperatur, Einspritzgeschwindigkeit) ab. Realistische Werte liegen bis bei etwa maximal 40 % Heizzeitreduzierung. Dabei ist das Profil der Vernetzungsdichte über dem Probenquerschnitt nicht unabhängig von der Vulkanisationsdauer. Für unterschiedliche Einstellungen wurden an der RWTH Aachen (Prof. Dr. B. Blümich) mittels NMR-Bildgebungsverfahren lokale Vernetzungsdichten gemessen. Bild 3 zeigt ausgewählte Ergebnisse dieser Messungen.

Erstellte Diplomarbeiten

• Naß, F., „Möglichkeiten der Heizzeitreduzierung und Eigenschaftsbeeinflussung eines dickwandigen Bauteils beim Spritzgießen von Kautschukmischungen mittels EFE-Spritzaggregat“, Diplomarbeit, Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt, 2011
  
  
• Lemmich, S., „Untersuchungen zum Einfluss der Verfahrensparameter auf die Heizzeitreduzierung und Bauteileigenschaften beim Spritzgießen mittels EFE-Spritzaggregat“, Diplomarbeit, Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt, 2012
  
  
• Wachter, F., „Untersuchungen zum Einfluss von Mischungsbestandteilen auf die Heizzeitreduzierung und Bauteileigenschaften beim Spritzgießen mittels EFE-Spritzaggregat“, Diplomarbeit, Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt, 2012

Preisverleihung für eine herausragende Diplomarbeit

Für seine herausragende Diplomarbeit und seine Arbeiten innerhalb des Forschungsprojektes wurde Herr Sebastian Lemmich auf der Deutschen Kautschuktagung 2012 in Nürnberg mit dem 1. Förderpreis der DKG geehrt. Neben der Urkunde beinhaltete die Ehrung ein Preisgeld in Höhe von 2500 €.

Ausgezeichnete Wissenschaft der DKG

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Weitere Informationen

Weitere ausführlichere Informationen sind nachfolgenden Literaturstellen zu entnehmen, insbesondere der Trilogie in Gummi Fasern Kunststoffe (Dr. Gupta-Verlag).

Entstandene Veröffentlichungen

• Herrmann, V., Naß, F., Lemmich, S., Wachter, F., „Einfluss des EFE-Spritzsystems auf Heizzeitreduzierung und Eigenschaften der gespritzten Bauteile“, Gummi Fasern Kunststoffe GAK 66 (2013); Teil 1: „Betrachtung der Heizzeitreduzierung über reaktionskinetische Berechnung und begleitende Untersuchungen zu Bauteil- und Vernetzungsdichte mittels NMR-Bildgebung“, 37 – 42
  
  
• Herrmann, V., Naß, F., Lemmich, S., Wachter, F., „Einfluss des EFE-Spritzsystems auf Heizzeitreduzierung und Eigenschaften der gespritzten Bauteile“, Gummi Fasern Kunststoffe GAK 66 (2013); Teil 2: „Einfluss der Verfahrensparameter des Spritzgießprozesses auf die Heizzeitreduzierung“, 108 – 112
  
  
• Herrmann, V., Naß, F., Lemmich, S., Wachter, F., „Einfluss des EFE-Spritzsystems auf Heizzeitreduzierung und Eigenschaften der gespritzten Bauteile“, Gummi Fasern Kunststoffe GAK 66 (2013); Teil 3: „Abschätzung der Scherenergie und Einfluss der Drossel auf ausgewählte Eigenschaften der gespritzten Bauteile“, 180 – 184
  
  
• Herrmann, V., Naß, F., Lemmich, S., Wachter, F., „Untersuchungen zur Heizzeitreduzierung bei der Herstellung von dickwandigen Gummibauteilen“, FHWS Journal 2014, Jahrgang 2, Ausgabe 1, S. 84-97

Vorträge auf Fachveranstaltungen

• Naß, F., Herrmann, V., „Möglichkeiten der Heizzeitreduzierung und Eigenschaftsbeeinflussung eines dickwandigen Bauteils beim Spritzgießen von Kautschukmischungen mittels EFE-Spritzaggregat“, Forschungsprojekte-Präsentation der DKG, 23.02.2011, Fulda
  
  
• Naß, F., Herrmann, V., „Untersuchungen zur Heizzeitreduzierung und Vernetzungsverhalten dickwandiger Gummibauteile beim Spritzgießen mittels EFE-Spritztechnik“, 93. Zusammenkunft der Bezirksgruppe Süd- und Südwestdeutschland der Deutschen Kautschuk-Gesellschaft DKG in Würzburg, 7.–8.4.2011
  
  
• Herrmann, V., Naß, F., „Heizzeitreduzierung und Optimierung der Eigenschaften eines dickwandigen Bauteils mit dem EFE-Spritzsystem“, Tech Days 2011, LWB Steinl, Landshut, 6.-7.10.2011
  
  
• Lemmich, S., Herrmann, V., „Heizzeitreduzierung und Bauteileigenschaften beim Spritzgießen einer NR-Mischung mittels EFE-Aggregat: Einfluss der Verfahrensparameter“, 95. Zusammenkunft der Bezirksgruppe Süd- und Südwestdeutschland der Deutschen Kautschuk-Gesellschaft DKG in Würzburg, 29.–30.3.2012
  
  
• Herrmann, V., Naß, F., Lemmich, S., Wachter, F., „Das EFE-Spritzsystem: Heizzeitreduzierungen und weitere Effekte“, Deutsche Kautschuk-Tagung in Nürnberg, 2.–5.7.2012
  
  
• Lemmich, S., Herrmann, V., „Einfluss der Verfahrensparameter auf die Heizzeitreduzierung und Bauteileigenschaften beim Spritzgießen mittels EFE-Aggregat“, Deutsche Kautschuk-Tagung in Nürnberg, 2.–5.7.2012
  
  
• Herrmann, V., „Evaluation of a Rubber Injection Moulding Process by NMR Imaging“, NMR Symposium, RWTH Aachen, 02.11.2012
  
  
• Herrmann, V. Naß, F. Lemmich, S. Wachter, F., „Möglichkeiten der Heizzeit-reduzierung und Eigenschaftsbeeinflussung eines dickwandigen Bauteils beim Spritzgießen von Kautschukmischungen mittels EFE-Aggregat“, 1. Jahrestagung der Deutschen Kautschuk-Gesellschaft, Nürnberg, 5.-6.6.2013