Gemeinschaftsforschungsprojekt (laufend)

Antragsteller

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg

Projektpartner

• Dr. Reinold Hagen Stiftung
• Ingenieurbüro Feuerherm
• Kautex Maschinenbau GmbH

Projektförderung

Förderprogramm FHprofUnt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung

Projektbeschreibung

Motivation

Für Artikel, die im Extrusionsblasformen hergestellt werden, existieren keine Prototypentechniken im eigentlichen Sinne. Prototypenverfahren wie die Stereolithographie (STL), das Selektive Laser Sintern (SLS) oder das Vakuumgießen geben die Eigenschaften eines blasgeformten Artikels nur unzureichend wieder: Neben der Frage nach einem seriennahen Material ist es vor allem die aus dem Blasformprozess resultierende Wanddickenverteilung, die unberücksichtigt bleibt. Die Herstellung von Prototypen erfordert hier immer ein Blasformwerkzeug, dessen Herstellung einen erheblichen Kosten- und Zeitaufwand bedeutet.

Ziele

Ziel des Projektes ist die Reduzierung der Anzahl von Prototypen im Entwicklungsprozess von technischen Blasformartikeln. Hierdurch wird ein kritischer Pfad in den Entwicklungsplänen beseitigt, denn die Beauftragung des Blasformwerkzeuges kann somit als Serienwerkzeug erfolgen, und der Zeitpunkt der Beauftragung kann im Entwicklungsplan deutlich nach vorne verschoben werden. Erreicht wird dieses Ziel durch die Neu- und Weiterentwicklung von Simulationstechniken, mit denen das Produktverhalten auch ohne physische Prototypen mit hinreichender Genauigkeit vorhergesagt werden kann.

Stand der Technik

Produktentwickler können heute mit Simulationsmodellen grundverschiedene Geometrievarianten eines Blasformartikels miteinander vergleichen und somit den Artikel an ein vorgegebenes Anforderungsprofil optimal anpassen. Die Komplexität des Blasformprozesses lässt es jedoch nicht zu, die Produkteigenschaften genau „auf den Punkt“ zu simulieren, d. h. eine gewisse Abweichung zwischen Simulation und Realität ist immer vorhanden. Ursachen sind oft unzureichende Materialbeschreibungen oder fehlende Materialparameter, denn die Materialeigenschaften sind meist stark abhängig von den vorherrschenden Prozessbedingungen während der Herstellung.

Ein weiterer Grund für gewisse Abweichungen ist die unzureichende Beschreibung des Schrumpf- oder Verzugverhaltens. Ursache für Schrumpf und Verzug sind Unterschiede der Kettenorientierungen auf Molekülebene, die in Längsrichtung durch die Extrusion des Vorformlings und in Umfangsrichtung durch das eigentliche Blasformen ins Material eingebracht werden. Beim Kontakt mit dem kalten Werkzeug frieren diese ein. Der weitere Abkühlvorgang im und außerhalb des Werkzeuges führt aufgrund von thermischen Volumenänderungen mit ungleichen Abkühlgeschwindigkeiten und Kristallisationsgraden in örtlich begrenzten Geometriebereichen zu teilweise beträchtlichen Schwindungs- und Verzugsneigungen. Diese haben große Auswirkungen auf die exakte Gestalt/Form des Blasformteils und können gerade bei technischen Teilen zu schwerwiegenden Einbauproblemen führen. Neben Gestalt/Form ändern sich aber auch die mechanischen Eigenschaften des Bauteils wie z. B. unterschiedliche Stauchfestigkeit von geraden oder gekrümmten Flächen.

Vorgehen

Die Möglichkeiten der Simulationstechniken sollen während der Projektlaufzeit von drei Jahren erweitert und abgesichert werden.Schrumpf- und Verzugsvorgänge, die das Produktverhalten von technischen Blasformteilen maßgeblich beeinflussen können damit auch ohne physische Prototypen mit hinreichender Genauigkeit vorhergesagt werden.

Hierzu werden ergänzend zu den Standardmaterialprüfungen wie Zug-/Druck- oder Kriechversuchen mit gespritzten Normprobekörpern zusätzliche Materialprüfungen an Probekörpern durchgeführt, die aus einem speziell zu entwickelnden Prinzipblasformbauteil entnommen werden. Mit diesen zusätzlichen Prüfungen soll untersucht werden, wie sich die Materialkennwerte in Abhängigkeit von beispielsweise der Wandstärke, dem Verstreckungs- oder Kristallisationsgrad ändern.Darüber hinaus wird überprüft wie weit sich die ermittelten Kennwerte als Basis für die Erweiterung vorhandener oder neu zu entwickelnder Materialbeschreibungen eignen.

Im letzten Projektabschnitt sollen alle theoretischen Ansätze und die mit Prinzipblasformteilen aufgestellten Simulationsmodelle an Praxisbeispielen der Projektpartner verifiziert werden.