IKV entwickelt neue Plastifiziereinheit für das Mikro-Spritzgießen

Handgetriebene Prototypenanlage mit Inversschnecke (Bild: IKV)

Handgetriebene Prototypenanlage mit Inversschnecke (Bild: IKV)

Kleinste Schmelzemengen reproduzierbar einspritzen

Mikrobauteile finden häufig in medizintechnischen Produkten oder im Consumerbereich als mikro-optische Systeme ihren Einsatz. Bei der Herstellung ist besonders die reproduzierbare prozess- und materialgerechte Plastifizierung der benötigten Kleinstmenge eine große Herausforderung. Konventionelle Plastifiziersysteme können in ihrer Baugröße nicht beliebig verkleinert und auf eine reproduzierbare Verarbeitung von Kleinstmengen an Kunststoffschmelze angepasst werden. Daraus ergeben sich bei der Herstellung solcher Mikrobauteile unerwünschte Masseschwankungen beim Einspritzen.

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen arbeitet derzeit an der Entwicklung einer neuartigen Plastifiziervorrichtung mit inverser Schnecke. Dabei sind die zur Plastifizierung notwendigen Schneckengänge, die üblicherweise auf der Mantelfläche des Kolbens verlaufen, auf der Innenseite des Plastifizierzylinders angebracht. Der für das Fördern und Einspritzen verantwortliche Kolben wird koaxial im Zylinder bewegt. Im Vergleich zur üblichen Kolbenschnecke erfährt der Einspritzkolben aufgrund der fehlenden Schneckenstege eine geringere mechanische Belastung und kann damit in seinem Durchmesser deutlich kleiner ausgeführt werden. Hierdurch lässt sich die gesamte plastifizierte Masse reduzieren und dem für Mikrobauteile benötigten Schussgewichtsbereich anpassen. Damit wird die Verweilzeit der Schmelze reduziert und gleichzeitig, wegen der kleineren Frontfläche des Kolbens, auch die auf das bewegte Schmelzevolumen bezogene Auflösung verbessert.

Um die grundsätzliche Funktionalität des neuen Plastifizier- und Förderprinzips nachzuweisen, wurde zunächst eine handgetriebene Prototypenanlage entworfen. Mit farbigem Masterbatch konnte neben der Förderwirkung des Systems auch die Mischwirkung der invertierten Schneckenplastifizierung nachgewiesen werden. Derzeit wird am IKV ein motorgetriebener Teststand aufgebaut, mit dem unterschiedlichste Einflussparameter auf den Plastifizierprozess systematisch analysiert werden können. Die damit gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend auf ein konventionelles Plastifiziersystem übertragen und anhand von Spritzgießversuchen bewertet.

Dieses Projekt ist ein Transferprojekt der Forschergruppe 702. Das IKV dankt der DFG für die Förderung.

www.ikv-aachen.de

www.for702.rwth-aachen.de

 

Über das IKV

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen ist europaweit das größte Forschungs- und Ausbildungsinstitut auf dem Gebiet der Kunststofftechnik. Mehr als 300 Mitarbeiter beantworten hier Fragestellungen rund um die Verarbeitung, Werkstofftechnik und Bauteilauslegung von Kunststoffen und Kautschuken. Die enge Verbindung mit Industrie und Wissenschaft sowie die exzellente Ausstattung des IKV ermöglichen den Studierenden eine praxisnahe und umfassende Ausbildung. Die Aachener Kunststoffingenieure sind deshalb begehrte Spezialisten in der Industrie. Etwa 50 Prozent der deutschen Kunststoffingenieure mit Universitätsabschluss wurden am IKV ausgebildet. Das IKV gliedert sich organisatorisch in die Fachabteilungen Spritzgießen und Polyurethantechnologie, Extrusion und Weiterverarbeitung, Formteilauslegung und Werkstofftechnik sowie Faserverstärkte Kunststoffe. Ferner gehören zum Institut das Zentrum für Kunststoffanalyse und -prüfung und die Abteilung Aus- und Weiterbildung. Träger ist eine gemeinnützige Fördervereinigung, der heute über 230 Unternehmen aus der Kunststoffbranche weltweit angehören. Leiter des Instituts und Geschäftsführer der Fördervereinigung ist Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann. Er ist gleichzeitig Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung der Fakultät für Maschinenwesen der RWTH Aachen.

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