F & E Projekt | KeraForm

ZIM-Forschungsprojekt (N-KF) aus 16KN045802
Spritzgießwerkzeuge zur Fertigung von Präzisionsfreiformflächen für optische Anwendungen

 

Projektskizze – F & E Projekt
Werkzeugeinsätze mit Kombinationswerkstoffen „KeraForm

 

Projektlaufzeit
ca. 2 Jahre

 

Unternehmen
Kennzeichen
Kurztitel

 

WZR ceramic solutions GmbH
16KN045820
Erstellung der Keramik

 

Klaucke und Meigies Formenbau GmbH
16KN045821
Herstellung des Spritzgießwerkzeuges

 

Winter Tools Consulting Projektierung
16KN045822
Herstellung des Spritzgießwerkzeuges

 

Mayweg Kunststoff Technik GmbH
16KN045823
Produkt und Prozessvalidierung

 

Gemeinnützige Forschungs-GmbH (KIMW-F gGmbH)
16KN045824
Simulation und Bemusterung

 

Technische Universität Dortmund
16KN045825
Entwicklung und Aufbau der Fügeverbindung

 

 

keraform

Problemstellung und Zielsetzung

Die Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen in einem Spritzgießprozess ermöglicht die Herstellung hochwertiger Formteile unter wirtschaftlichen Bedingungen. Das Spritzgießen ist eines der wichtigsten Verfahren zur Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen geworden und gewinnt darüber hinaus auch eine zunehmende Bedeutung bei der Herstellung von hybriden Bauteilen.

Um den steigenden Anforderungen an die Oberflächenqualität von spritzgegossenen Bauteilen Rechnung zu tragen, ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung von Präzisions-spritzgießwerkzeugen für die Werkzeugbauten im Handwerk und der Industrie erforderlich. Zur Steigerung der wirtschaftlichen und qualitativen Kennzahlen in den Serienproduktionen wurden in den zurückliegenden Jahren viele Entwicklungen zur Optimierung der Temperierung von Spritzgießwerkzeugen umgesetzt. Insbesondere im Bereich der sogenannten Variothermen Werkzeugtemperierung wurden große Anstrengungen unternommen und unterschiedlichste Temperier Konzepte entwickelt, die heute als etablierte Temperier-techniken am Markt Anwendung finden.

Die beabsichtigte technologische Entwicklung in diesem Netzwerkprojekt ist die Befestigung von keramischen Werkzeugeinsätzen in einem Spritzgießwerkzeug, mit dem Ziel die Temperierung in einem Spritzgießwerkzeug erneut zu verbessern und somit eine präzise und punktuelle Temperaturführung zu ermöglichen. Zurzeit werden noch keine keramischen Werkzeugeinsätze verwendet, obwohl das Material für die Ausbringung von Präzisionsfrei-formoberflächen aus einem Spritzgießwerkzeug geeignet ist.

Die technologische Lösungen, wie kleben, thermisches Fügen die bisher in Testserien verwendet und getestet wurden brachten unterschiedliche gute Ergebnisse. Ziel dieser neuen Entwicklung ist die Verbindung der technischen Keramik mit einem Metallgesinterten Werkzeugeinsatz oder die Verbindung zweier Werkstoffe durch thermisches Fügen. Die zu findende Lösung ist auf jeden Fall zur Verbesserung der präzisen thermischen Leitfähigkeit und der generellen Verwendungsfähigkeit in einem Werkzeug zu sehen.

Die Aufgabe und Problemstellung in diesem Projekt orientiert entlang der Wertschöpfungs-kette in einem Werkzeugprozess und beginnt mit der Konstruktion, über die Erprobung bis hin zur Herstellung solcher komplexen Bauteile.

Zur Durchführung des Projektes sind somit unterschiedliche Kenntnisse und technologische Ausrichtungen der Projektpartner zwingend erforderlich. Es müssen bei der geeigneten Werkstoffauswahl die Metallseite, die Keramikeinsätze, die Bauteilkonstruktion und die Bauteileigenschaften geprägt durch den Kunststoff berücksichtigt werden. Hierzu müssen die Anforderungen durch die verschiedenen Verarbeiter für die verschiedenen Verarbeitungs-schritte festgelegt werden. Die Herausforderung ist einerseits die Realisierung einer thermisch belastbaren Formschlüssigen Verbindung zwischen den Werkstoffen Metall und Keramik und andererseits die Kraftschlüssige Verbindung des keramischen Werkzeug-einsatzes mit der Werkzeugstammform. Weiterhin werden Expertisen zur Klärung verfahrenstechnischer Fragen wie die einer zielführenden Produktauslegung benötigt. FEM Simulationstechniken und Know-How zur Definition erforderliche Kühlquerschnitte im Werkzeug sowie der Thermischen Verhaltensweisen von verschiedenen Fügetechniken sind zwingend erforderlich.

Fragestellungen werden sein:

  • welche Stahlvergütung und Werkstoffe können eingesetzt werden?
  • welche Eigenschaften muss der keramische Werkstoff mitbringen?
  • welche Fügetechnik ist die geeignete um die verschiedenen Werkstoffe zu verbinden?
  • Können die verschiedenen Verbindungsarten den Beanspruchungen standhalten?
  • Welches Temperier verhalten lässt sich für einen Serienprozess einer Präzisionsfreiformfläche für optische Anwendungen realisieren?
  • Entspricht die zu erwartende Teilequalität den Anforderungen der Zukunft

 

Wo liegt der Kundennutzen bei dieser Entwicklung?

Wer sind typische Anwender für diese Produktinnovation?
Typische Anwender sind Spritzgießbetriebe Werkzeugbauer oder Verarbeiter der Automobilindustrie, der Medizinischen Industrie oder Telekommunikationsbereiche die z.B. Polycarbonat verarbeiten und die Herstellung von hochwertiger Formteile unter wirtschaftlichen Bedingungen realisieren müssen. Endverbraucherprodukte sind :

  • Displays von Kommunikationsgeräten
  • Labor Equipment für medizinische Anwendungen
  • Lichtplatten
  • Gläser
  • Durchsichtige Stegplatten

Warum werden die zu erwartenden Forschungsergebnisse interessant?
Das Vorhaben soll den bisher erreichten Stand der Technik hinsichtlich der Verwendung von keramischen Werkzeugeinsätzen weiterentwickeln. Es sollen robuste und für den Einsatz in der betrieblichen Praxis von keramischen Verbundkonst ruktionen abgesicherte Füge- und Verbindungskonzepte dem Anwender (Werkzeugkonstrukteur, Formenbauer und Spritzgießer) zur Verfügung gestellt werden, um die folgenden Eigenschaften zu ermöglichen:

  • einen bruchfreien und dauerhaften Einsatz von keramischen Werkzeugeinsätzen
  • eine effiziente Wärmeabfuhr aus keramischen WZ-Einsätzen
  • ...

Welche Problemstellungen innerhalb dieses Projektes sind möglich?
Aufgrund von Temperaturwechselzyklen im Spritzgießwerkzeug kann es in den Bereichen der Keramikbefestigung zu sehr großen Kräften bzw. Spannung kommen die das Werkzeug oder die Formeinsätze zerstören. Diese Problemstellung gilt es frühzeitig als Risiko zu erkennen und einzugrenzen, da die späteren Produktionswerkzeuge den Belastungen über Jahre standhalten müssen. Das Erkennen der Schwachstellen im Werkzeug oder an den Werkzeugen ist Teilebedingt problematisch.

Das hierfür erforderliche Projektteam besteht aus verschiedenen Projektpartnern, die jeweils Unterschiedliche technologische Schwerpunkte und Ausrichtungen haben.

 

Teilnehmerübersicht

WZR ceramic Solutions GmbH K+M Formenbau GmbH Winter Tools Mayweg Kunststoff-Technik KIMW-F GmbH Technische Universität Dortmund

Kontakt:

Werkzeugbau-Institut Südwestfalen GmbH
Netzwerkprojekt Präzisionsfreiformflächen für optische Anwendungen
Oststraße 9
58553 Halver

Manager Netzwerke: Michael Neumann

Telefon: +49 2353 708 53 00
Telefax: +49 2353 708 893 00

E-Mail: info@wi-swf.de

Gefördert durch:

ZIM - Zentrales Innovationsprogramm MittelstandBMWI - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie