Möglichkeiten und Grenzen des EFE-Einspritzsystems - Materialbezogene Fragestellungen zur Eignung von Kautschukmischungen

Aufruf zur Teilnahme am Projektbegleitenden Ausschuss im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsprojektes (AiF-IGF)

Ausgangssituation:

Beim Spritzgießen von Elastomerbauteilen ist die Vulkanisationsphase entscheidend für die Dauer eines Spritzzyklus. Bei dickwandigen Bauteilen nimmt die Vulkanisationszeit überproportional zu. Gleichzeitig werden auf Grund der schlechten Wärmeleitung von den Randschichten in die Bauteilmitte inhomogene Vernetzungsgrade und Materialeigenschaften initiiert. Über eine Weiterentwicklung der Einspritzeinheit konnte von der Fa. LWB Steinl ein bedeutender Beitrag für eine homogenere Massetemperaturverteilung geleistet werden, die zur Reduzierung der Zykluszeit beiträgt.

Das EFE-Spritzsystem der Fa. LWB Steinl bildet eine Kombination eines EF-Spritzaggregates nach dem first-in—first-out-Prinzip und eines E-Spritzzylinders der all-out-Technologie. Wie in Abbildung 1 dargestellt [1], befindet sich zwischen der horizontal angeordneten Schnecke-Kolben-Einheit (EF), in der die Kautschukmischung erwärmt, thermisch homogenisiert und die Viskosität aufgrund der eingebrachten Scherkräfte reduziert wird und der Einspritzeinheit (E) eine Drossel, die über die Position eines vertikalen Kolbens regulierbar ist. Über diese Drossel kann der Querschnitt im Übergangsbereich zur Einspritzeinheit variiert und die Mischungstemperatur dissipativ erhöht werden. Dies ermöglicht eine Dosierung des Materials nahe der eigentlichen Vulkanisationstemperatur, wodurch die Vulkanisationszeit verkürzt werden kann.

Beim Durchströmen der Drossel werden kurzzeitig sehr hohe Temperaturen in die Kautschukmischung eingebracht. Ist der Scherenergieeintrag zu hoch oder die Verweilzeit oberhalb einer kritischen Temperatur zu lang, kann die Kautschukmischung z.B. durch Molmassenabbau des Polymers stark geschädigt werden. Welche materialspezifischen Besonderheiten berücksichtigt werden müssen, um eine optimale drossel-induzierte Mischungserwärmung zu erzeugen, so dass das EFE-Einspritzsystem mischungsschonend nutzbar ist und die Heizzeit bzw. der erforderliche Energiebedarf effektiv reduziert werden kann, ist bisher wenig bekannt.

Zielsetzung:

Ziel des Projektes ist es, die Möglichkeiten und Grenzen des EFE-Einspritzsystems materialbezogen zu definieren. Welche Kautschukmischungen sind hinsichtlich ihrer Mischungsbestandteile für das EFE-Einspritzsystem im Besonderen geeignet und welche Mischungsbestandteile sind problematisch bzw. gänzlich ungeeignet? Welche Prozessparameter und Drosselstellungen führen zu einer geeigneten Verarbeitbarkeit der einzelnen Mischungen ohne eine thermische Schädigung des Materials zu verursachen? Gibt es Einschränkungen, die die Geometrie des späteren Formteils betreffen?

Unter Verwendung der Simulationssoftware SIGMASOFT soll die Temperaturverteilung in der Kautschukmischung im E-Einspritzkanal für unterschiedliche Materialien und Maschinenparameter ermittelt werden. Da eine Schädigung der Mischung in erster Linie durch die zu starke Scherung und den Abbau des Polymers sowie ein vorzeitiges Anvernetzen hervorgerufen werden kann, stehen neben unterschiedlichen Kautschuktypen unteschiedlicher Molmasse verschiedene Peroxide sowie schwefelbasierte Vernetzungssysteme inklusive verschiedener Beschleunigertypen im Fokus der Untersuchungen, um das Verfahren für eine möglichst große Produktpalette in der kautschukverarbeitenden Industrie anwendbar zu machen. Verifiziert werden die Forschungsfragen durch ausführliche experimentelle Untersuchungen.

Rahmenbedingungen zur Teilnahme:

  • Teilnahme an den Sitzungen des Projektbegleitenden Ausschusses (1-2 x jährlich)
  • Einbringung geldwerter Leistungen wie z.B. Bereitstellung von Versuchsmaterial, Anlagennutzung, Know-How in bestimmten Fragestellungen
  • Die Teilnahme von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) ist explizit gewünscht

Wettbewerbsvorteile durch:

  • Einbringen eigener Interessen und Ideen in den Verlauf des Forschungsvorhabens
  • Direkte Nutzung der Forschung durch sofortigen Ergebnistransfer
  • Informationen über den aktuellen Stand der Forschung

 [1] Härtel, GAK 5/2011

 

 

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Benjamin Klie

Telefon: +49 511 84201-24

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Ansprechpartnerin

Dr.-Ing. Heike Wittek

Telefon: +49 511 84201-715

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