Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Holzfaserverstärktes Spritzgussteil mit entsprechendem Sensormodul zur Produktionsüberwachung.
Sensormodule für die optimierte Herstellung von naturfaserverstärkten Kunststoffen im Spritzguss
Herausforderung
Die zunehmende Nutzung von modifizierten (hier naturfaserverstärkten) Kunststoffen verursacht einen erhöhten Verschleiß an den Werkzeugen im Spritzguss. Zudem sollte der Prozess mit den neuartigen Kompositmaterialien anhand von multisensorischen Schichtsystemen mit piezoresistiver und thermoresistiver Sensorik untersucht werden.
Lösung
Am Fraunhofer IST wurde auf Stahleinsätzen, die leicht in das Werkzeug integriert werden können, ein multifunktionales Schichtsystem abgeschieden. Die Grundschicht besteht aus der piezoresistiven und verschleißbeständigen DiaForce®-Schicht. Darauf werden einzelne Elektrodenstrukturen aus Chrom strukturiert. Es folgen zwei elektrische Isolationsschichten aus Aluminiumoxid bzw. SICON®, zwischen denen sowohl die Leiterbahnen von den Elektroden als auch ein Temperatursensor in Mäandergeometrie aus Chrom gefertigt werden. Das gesamte Schichtsystem weist eine Dicke von etwa 10 µm auf.
Mehrwert
An der Tomáš-Baťa-Universität wurden die beschichteten Einsätze in eine Spritzgussanlage eingebaut und mit unterschiedlichen naturfaserverstärkten Kunststoffen getestet. Anhand der Sensorsignale konnte bereits während des Spritzgussprozesses erkannt werden, ob ein Gutteil gefertigt wurde. Zudem konnte ein Temperaturmapping der Schmelze während des Spritzgussprozesses erstellt werden. Die Dünnschichtsensorik wurde in mehr als 500 Spritzgussprozessen eingesetzt, ohne dabei zu verschleißen.
Einblicke ins Projekt
Ein Sensormodul vor einem im Rahmen des Projektes gefertigten Spritzgießteil aus naturfaserverstärktem Kunststoff.
Spritzgussanlage mit drei integrierten sensorischen Einsätzen im Werkzeug.
Der Temperaturverlauf entlang des Fließweges der Schmelze im Prozess konnte anhand der beschichteten Werkzeugeinsätze abgebildet werden.
Bodenplatten auf naturfaserverstärktem Kunststoff: Sensormodule und gefertigte Teile mit Holzfaseranteil als Gutteil (rechts) und Schlechtteil (links).
Schon während des Spritzgießprozesses kann anhand der Temperaturverläufe die Fertigungsqualität beurteilt werden.
Holzfaserverstärktes Spritzgussteil, noch in Kontakt mit den Sensorsystemen.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben 163 EBG der Forschungsvereinigung Forschungsgesellschaft Kunststoffe e.V. FGK wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
(vormals Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, BMWi)
