Abstract:
Optimierung des Gegentakt-Spritzgießens von Bauteilen aus Thermoplast Kompositen durch Prozeßüberwachung mit
Ultraschall
H. Mrasek, D. Gohlke, K. Matthies, Berlin; T.K. Pedersen, Aalborg (DK)
Konventionell hergestellte Bauteile aus Kurzfaser-Kompositen besitzen wegen ihrer ungeordneten Faserorientierung örtlich
schwankende mechanische Eigenschaften. Außerdem gibt es Bereiche mit lokalen Fehlstellen, wie Nähte und Porositäten.
Beim Gegentakt-Spritzgießen (GTS) wird das eingespritzte Material zwischen zwei Schnecken mehrmals hin- und
hergeschoben. Dadurch richten sich die eingelagerten Fasern parallel zur Bewegungsrichtung aus. Gleichzeitig kühlt das
Material bei jedem Takt von außen nach innen ab, es entsteht also eine Schichtfolge. Beides führt insgesamt zu einer großen
Erhöhung der Festigkeit. Durch Kombination des GTS mit der Ausblastechnik, bei der nach Erreichen einer vorgegebenen
Wanddicke der noch flüssige Kern ausgeblasen wird, können Hohlkörper großer Festigkeit bei reduziertem Gewicht und
vermindertem Materialeinsatz hergestellt werden.
Zur Erreichung der o.g. Eigenschaften ist es also besonders wichtig, zu entscheiden, wann die erstarrte Schicht dick genug ist,
d. h. wann ausgeblasen werden kann. Diese Entscheidung kann durch die gezielte Auswertung eines Ultraschallsignals
getroffen werden. Dazu werden zwei sich gegenüberliegende Ultraschall-Prüfköpfe in das Spritzwerkzeug eingebaut und die
Schallgeschwindigkeit der Durchschallungs-Impulse während des Spritzens gemessen. Da diese sich in Abhängigkeit vom
Erstarrungsgrad der Schmelze ändert, kann die geforderte Wanddicke bestimmt und das Ausblasen eingeleitet werden. Durch
geschickte Anordnung der Prüfköpfe kann außerdem, durch das Verschwinden des Ultraschallsignals, eine bestimmte Position
der sich ausbreitenden Gasblase bestimmt werden.
Vorgestellt wird ein Meßsystem, bestehend aus neu entwickelten Ultraschall-Heißprüfköpfen und einer speziellen Meß- und
Auswerteelektronik zur Erzeugung, Uberwachung, Berechnung und Speicherung der Ultraschallimpulse bzw. der Meßdaten,
mit dem es möglich ist, die durch den GTS-Prozeß unidirektional ausgehärteten Schichten zu erfassen. Dies bedeutet auch,
daß es bis zu einem bestimmten Grad möglich ist, die mechanischen Eigenschaften eines mit dem GTS-Prozeß gefertigten
Bauteiles zerstörungsfrei zu bestimmen, während es sich noch im Spritzwerkzeug zur Abkühlung befindet.