Herstellung von 2K- Schälprüfkörpern und Ermittlung … · Spritzgießwerkzeug, das...
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F&E Spritzgießen
Schwerpunkte
Produktqualität • Weiterbildung • Forschung • Zertifizierung
Technikum Spritzgießen
Technikum Direkt-Spritzgießen
Messraum Spritzgießen
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Thermoplastische Elastomere
Warum TPE?
• Gummiartige Eigenschaften
• Mit konventionellen (Thermoplast-) Maschinen verarbeitbar
• Funktionen bzw. Funktionselemente (Dichtungen, Dämpfer, Rutschsicherung, Haptik, etc.) in einem Fertigungsschritt integrierbar
TPE-Klassen
Einteilung der TPE´s nach DIN ISO 18064
• 1K- oder Mehr-K - Anwendungen
• Unzählige Kombinationsmöglichkeiten
• Unterschiedlichste Material- und Verbundeigenschaften
• Unterschiedliche Anforderungen an die Formteil- und Werkzeuggestaltung sowie die Herstellbedingungen
• Die resultierende Verbundhaftung ist nur schwer abschätzbar
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Prüfkörper und Prüfverfahren
• Kein einheitliches Verfahren
• Bisher angewandte Verfahren sind an Normen zur
Prüfung von Verklebungen und/oder Verschweißungen
angelehnt
Beispiele für verwendete Prüfkörper und Prüfverfahren
Scher-/Schälprüfungen
Bild: Polyone
Bild: PTS
Bild: Allod
Bild: Kraiburg
Bild: DIN EN 28510-2
Zug(scher-)prüfungen
Bild: LKT
Bild: SKZ
Bild: nach DIN
EN 1943
Bild: PTS
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SKZ 2K-Probekörperwerkzeug (alt)
Ursprünglicher Probekörper
Vorteile
• Sehr einfaches Werkzeug
• Langer Überspritzbereich
• Kurze (Kaltkanal-) Angüsse
• Einlegen möglich
Nachteile
• Einspannung (Hartteil, Lasche TPE)
• Nachlaufen des Schlittens
• Anrissverhalten
• Rippen
• Stirnseitige Überspritzung
Ursprüngliches Prüfverfahren
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Herstellung von 2K-Schälprüfkörpern
Eine robuste und reproduzierbare Herstellung und Prüfung ist notwendig:
• (absolute) Vergleichbarkeit
• Nachprüfungen Wiederholgenauigkeit
• Materialentwicklung, -optimierung
• Chargenschwankungen
Einflusskollektive auf den resultierenden Verbundhaftung
(Kontakt)-Temperaturen
• Diffusion in der Grenz-
fläche
• mechanische Veranke-
rungen
• Oberflächenabformung
(TPE Hartkomponente)
• Fließverhalten bzw.
Füllverhalten
Werkzeug
• (Kontakt)-
Temperaturen
• Scherung
• Druckwirkzeit
• Fließfähigkeit
• Fließverhalten bzw.
Füllverhalten
Werkzeugoberflächen
• Lufteinschlüsse
• Entformung
• Wirksame Verbund(-
ober)fläche
• Fließverhalten bzw.
Füllverhalten
Prozessparameter
• (Kontakt)-
Temperaturen
• Oberflächenabformung
• Scherung
• Druckwirkzeit
• Fließfähigkeit
• Fließverhalten bzw.
Füllverhalten
• Anwendung auch bei geringen Haftkräften
• Einflüsse von Verarbeitungsparametern
bzw. der Vorbehandlung
• ...
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Herstellung von 2K-Schälprüfkörpern
Parameter, die die Verbundhaftung bzw. die Reproduzierbarkeit beeinflussen
• Massetemperatur (bzw. Temperatur-
profil am Spritzaggregat)
• bei Heißkanal: Temperatur der Heiß-
kanalregelzonen
• Staudruck
• Schneckenumfangsgeschwindigkeit
• Verweilzeit bis zum Überspritzen
• Einspritzgeschwindigkeit bzw. -profil
(Kontakt)-Temperatur der
Weichkomponente
• Massetemperatur (bzw. Temperatur-
profil am Spritzaggregat)
• bei Heißkanal: Temperatur der Heiß-
kanalregelzonen
• Staudruck
• Schneckenumfangsgeschwindigkeit
• Verweilzeit bis zum Überspritzen
• Einspritzgeschwindigkeit bzw. -profil
• Kühl- bzw. Restkühlzeit
• Pausenzeit zwischen ziehen des
Kerns/Schiebers und Überspritzen
mit der Weichkomponente
(Kontakt)-Temperatur der
Hartkomponente
• Werkzeugtemperatur(en)
• Temperierleistung (des Kerns)
• Lage und Anzahl der Temperier-
kanäle
• Verwendete Temperiergeräte und
Anschlusskonfiguration(en)
• Thermische Trennung der
„Kavitäten“
• Oberflächenrauhigkeit bzw. -struktur
der Verbundfläche(n)
• Länge und Geometrie der Anschnitte
• Lange und Geometrie der Fließwege
• Entlüftung bzw. Lufteinschlüsse
• Bindenähte bzw. Fließlinien
werkzeugbedingte Faktoren
Sonstige Faktoren
• Entformungshilfsmittel
• Verschmutzungen
• Chargenschwankungen
• Prozessschwankungen
• (2-K-)Herstelltechnik bzw.
Werkzeugtechnik
• Nachdruckhöhe und -dauer
• Materialvorbehandlung
• Polaritäten bzw. Oberflächen-
spannungen der Verbundpartner
• Füllstoffe
Die wesentlichen Einflussgrößen/Parameter müssen
bekannt sein und überwacht werden können
Das Werkzeug muss möglichst genau definiert sein
Vorgeschlagener
Prüfkörper nach B.
Waldsachs in
Anlehnung an den
„alten“ SKZ-
Schälprüfkörper
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Historie
10/2007
Vortrag, “Prüfung von Hart-Weich-Verbunden“, D. Krüger, SKZ, VDI-Wissensforum zur K 2007
04/2008
Vortrag: “Prüfung von Hart-Weich-Verbunden“ D. Krüger, SKZ, 2. Kunststoffforum Eppingen
06/2008
Diplomarbeit „Verarbeitung von TPE: Haftung bei Überspritzen einer Hartkomponente,
Spritzgießfehler, Chargenschwankungen“, B. Waldsachs, SKZ
07/2008
Konstituierende Sitzung zur VDI-Richtlinie 2019, Düsseldorf
(Allod, Kraiburg, Schulmann, Müller-TPE, Elastogran, SKZ)
04/2009
SKZ-Forschungsprojekt zur Entwicklung eines Prüfkörperwerkzeuges und Prüfkörpers
(SKZ, Schweiger Werkzeug- und Formenbau)
10/2010
Veröffentlichung des Gründrucks zur Richtlinie 2019
(Allod, Kraiburg, Schulmann, Müller-TPE, Elastogran, API, FFD)
02/2012
Veröffentlichung der Richtlinie 2019
2013
Prüfkörperwerkzeuge bei SKZ, Kraiburg, FFD, ...
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Forschungsvorhaben
Gefördert durch:
Bundesministerium für Wirtschaft
und Technologie aufgrund eines
Beschlusses des Deutschen
Bundestages
Projektpartner Förderprogramm Projektlaufzeit
• Erarbeiten einer Möglichkeit, reproduzierbar und quantitativ vergleichbar die Verbundhaftung von Hart-Weich-Verbindungen zu ermitteln
• Dies beinhaltete den Prüfkörper, die Prüfkörperherstellung, das Spritzgießwerkzeug, das Prüfverfahren und die Dokumentationen
• Das Verfahren soll für alle TPE-Klassen anwendbar sein
• Das Spritzgießwerkzeug sollte möglichst einfach gestaltet sein
Projektziele
01.04.2009 - 31.03.2011
„Entwicklung eines 2K-Spritzgießwerkzeuges zur Herstellung von
Prüfkörpern (Hart-Weich-Verbindungen) für ein neues Verfahren zur Prüfung
der Haftfestigkeit“
Projekttitel
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Herstellung von 2K-Schälprüfkörpern
• TPE - S: Shore A 40 & 70
• TPE - V: Shore A 45 & 90
• TPE - U: Shore A 55 & 80
• TPE - E: Shore D 25 & 40
Hart/Weich-Kombinationen im Forschungsprojekt
TPE - Typen Thermoplast - Typen
• PP
• PA 6.6
• PC
• ABS
• POM
• WPC
• PLA
• PBT
TPE-S 70 TPE-S 40 TPE-V 90 TPE-V 45 TPE-U 55 TPE-U 80 TPE-E 40 TPE-E 25 SKZ-Bio-TPV
PP x x x x x
PA 6.6 x x x x
POM x x x
PBT x
ABS x
PC x x x x
WPC x
PLA x
Hart-
komponente
Weichkomponente
Hergestellte Kombinationen in einem Forschungsvorhaben
Bis heute wurden über 130 Materialkombinationen abgemustert
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Ermittlung reproduzierbarer und vergleichbarer
Kennwerte
Werkzeug:
• Einheitliche Temperatur entlang des Kerns (Überspritzbereich ∆T < 4°C)
• Einfacher Aufbau mit Ausschluss von Fremdeinflüssen
• Konstante und eingeschwungene Produktion
• Sensorik zur Beurteilung der Prozesskonstanz, zur Sicherstellung der Reproduzierbarkeit und zur
Dokumentation
• Ein „Wiedereinlegen“ der Hartkomponente sollte einfach möglich sein
→ Kaltkanal mit definierter Anschnittpositionen und -geometrien
Heißkanal: Problematisch ist die thermische Trennung zum Rest des Werkzeuges, der Heißkanal mit
seinen Geometrien müsste ansonsten sehr genau festgelegt sein (Hersteller, Messstellen, Heizzonen, …
„Langzeitverfügbarkeit?“, der HK-Regler beeinflusst zusätzlich das Prozessverhalten
!Haftungswerte aus dem Prüfkörperwerkzeug sind i.d.R. nicht auf ein Praxisteil/-werkzeug übertragbar,
eine HK ist daher nicht zwingend erforderlich. Zudem ergeben sich geringere Fertigungskosten, die in
Werkzeugsensorik investiert werden können!
→ Die Spritzreihenfolge sollte festgelegt werden
I.d.R. sind die zweiten Aggregate (L-Stellung) kleiner dimensioniert besser für TPE-E und TPE-U
→ Die Anzahl, Geometrie und Lage der Temperierkanäle sollte festgelegt werden
→ Sensorik: Im Werkzeug sollte mind. ein Temperaturfühler in der Auswerferseite und im Kern der Düsenseite
sowie ein Werkzeuginnendrucksensor in der Kavität für die Weichkomponente vorgesehen werden. (Ein
zusätzlicher Werkzeuginnendrucksensor in der Kavität der Hartkomponente würde die Dokumentation und
Reproduzierbarkeit erleichtern Lage/zeitlicher Abstand zw. Einspritzen HK-WK im Gesamtzyklus)
→ Eine stirnseitige Schwimmhaut und Bindenähte im Überspritzbereich für beide Komponenten sollten
ausgeschlossen werden
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Ermittlung reproduzierbarer und vergleichbarer
Kennwerte
Prüfkörper:
• Schultergeometrie zur Krafteinleitung
• Überspritzbereich ≥ 100 mm
• Keine Bindenähte im Überspritzbereich bei der Hart- und Weichkomponente
• Definierte, festgelegte Oberflächenstruktur des Kerns
• Festgelegte Dicken für Hart- und Weichkomponente
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Ermittlung reproduzierbarer und vergleichbarer
Kennwerte
Prüfkörperherstellung:
• Eingeschwungener, konstanter Zyklus
• Aufzeichnung des Schneckenweges WK über der Zeit
• Getrennt temperierter Kern
• Dokumentation der Anschlussreihenfolge (Brücken etc.) der Temperierung
• Sicherstellung der Prozessfähigkeit von Maschine, Werkzeug und Temperierung
→ Vollautomatischer Zyklus Handlinggerät
→ Der zeitliche Verlauf des Volumenstroms sollte dokumentiert werden, da dieser die Haftung über den Fließweg
signifikant beeinflussen kann Nachvollziehbarkeit Schälkraftverlauf, Reproduzierbarkeit
→ Nutzung der Sensorik zum Feststellen wann mit der Entnahme des Prüfloses begonnen werden kann (Anzahl
der „Schlechtteile“ variiert in Abhängigkeit von den verwendenden Materialien bzw. Prozessparametern)
→ Der Kern (Core-Back) wird 2x im Prozess mit Schmelze beaufschlagt ausreichende Temperierleistung
→ Gleichbleibende und dokumentierte Anschlusskonfiguration der Temperierung
→ Überprüfung/Wartung der Systemkomponenten (Bsp. Durchfluss, VDMA 24470 etc.)
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Ermittlung reproduzierbarer und vergleichbarer
Kennwerte
Prüfung/Auswertung
• Lagerbedingungen/Klimatisierung
• Sinnvolle Prüfgeschwindigkeit
• Geeignet Spannbacken zum Spannen des TPE
• Zustand der Linearlager (Rolle und Schlitten)
• Dem Schälverlauf angepasste, einheitliche Auswertung und Kennwertbildung
• Beschreibung des Bruchbildes und der Schälkurve
→ Die Prüfgeschwindigkeit beeinflusst die gemessene Schälkraft je nach TPE (Typ, Härte, Dehnbarkeit) teilweise
sehr stark. Höhere Prüfgeschwindigkeiten führen zu höheren gemessenen Schälkräften. Einige Typen zeigen
aber auch keinen bzw. wenig Einfluss der Prüfgeschwindigkeit. Für eine Vergleichbarkeit und der Vermeidung
bzgl. des Vermischens überlagerte Effekte hat sich 50mm/min bewährt (auch wenn die Prüfungen teilweise
sehr lange dauern)
→ Zum sicheren Spannen von TPE eigenen sich pneumatische Spannbacken besten (konstante Spannkraft, auch
beim Verjüngen bzw. dem Einschnüren sehr weicher, elastischer TPE´s)
→ Der Zustand der Linearlager sollte in festgelegten Abständen durch „Leermessungen“ geprüft und
dokumentiert werden
→ Nach unseren Erfahrungen wiederholen sich 5 wesentlichen Schälverlaufe immer wieder. Diesen Verläufen
sollte die Auswertung und die Kennwertbildung, sowie dessen Verwendung, angepasst sein (gültiger
Wegbereich, Spannweite bzw. min. – max., bzw. aritm. Mittel)
→ Bei festgelegter, gleichbleibender TPE-Streifenbreite, ist die Angabe des Schälwiderstandes nicht notwendig
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Ermittlung reproduzierbarer und vergleichbarer
Kennwerte
• xx
Dokumentation:
• Der Materialien
• Der Materialvorbehandlung
• Des Herstellungsprozesses
• Der Probekörperlagerung/Klimatisierung
• Der Prüfung
→ Die Beschreibung der Gebinde (Sack, umgefüllte Faktion etc.), die genauen Vortrocknungsparameter,
Materialfeuchtigkeit bei Anlieferung und bei Verarbeitung (sofern hygroskopischen Polymere vorliegen)
→ Verschlauchung der Temperierung am Wzg., verwendete Temperiergeräte, allg. Verarbeitungsbedingungen
→ Pausenzeiten/Verzögerungszeiten im Zyklus, Soll- und Ist-Temperaturen Temperierung/Werkzeug
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SKZ 2K-Probekörperwerkzeug
• Core - Back
• 1-fach
• Gewicht ca. 400 kg
• Größe: 346 x 446 mm
• Einbauhöhe: 400 mm
• 6 Temperierkreisläufe
• 1 hydr. Kernzug
• Anbindung:
- 2x Kaltkanal
- 2x Filmanschnitt
• Hartkomponenten über Hauptaggregat
• Weichkomponente über L - Aggregat
Werkzeug Probekörper
Bild: Schälprüfkörper
Geometrie nach VDI-Richtlinie
2019 zulässig
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SKZ 2K-Probekörperwerkzeug
Sensorik
• 3x Temperatur
- Düsenseite
- Auswerferseite
- Kern
• 2x Werkzeuginnendruck
- Angusskanal Hartkomponente
- Angusskanal Weichkomponente
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(Werkzeug-)Konzept SKZ 2K-Schälprüfkörper
• Schultergeometrie zur Krafteinleitung
• Überspritzen eines „langen“ Fließwegs fließwegabhängige Haftung
• Unterschiedliche Oberflächen im Überspritzbereich durch
wechselbaren Kern
Werkzeug
Prüfkörper
• Einheitliche Temperatur im Überspritzenbereich
Optimierung mit MoldFlow & Thermografie
• „Einfacher“ Werkzeugaufbau Anschaffungs-, Unterhaltskosten, Funktion
• Sicherstellung der Reproduzierbarkeit und Vermeidung von
Fremdeinflüssen z.B. thermische Trennungen, Vermeidung eines Heißkanals,
keine Bindenähte im Überspritzbereich, keine Freistrahlbildung, ...
• Sensorik zur Prozessüberwachung, -analyse und -dokumentation Thermografie und
Simulation des Prüf-
körpers
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SKZ 2K-Probekörperwerkzeug
Kern(-zug)
• Hydraulischer Kernzug
• Bauart: Sperrschieber
Luftauswerfer
• Lasche Düsenseite
Temperierung
• 6 Kreisläufe (3 je Werkzeughälfte)
• Eigener Kreislauf für den Kern (DS)
• Eigener Kreislauf für den Einsatz
des Hartteils
• Kreisläufe, die unter den TPE
berührenden Werkzeugoberflächen
verlaufen
Werkzeugoberflächen
• Kern (≙ Überspritzbereich des Hartteils)
- erodiert
- Poliert
• Lasercusing - Kern
- Oberflächennahe Temperierkanäle zur
variothermen Temperierung
• Einsatz Hartteil
- geschliffen
Bild: Kern Bild: Luftauswerfer im Kern
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SKZ 2K-Probekörperwerkzeug
Formteilgeometrien
• Dicke des Hartteils über einen Einsatz
variierbar, aktuell sind 2 und 3mm
vorhanden
• Dicke des TPE´s über einen Anschlag
stufenlos einstellbar (max. 3mm)
Schwindungsausgleich
• Füßchen „halten“ das Hartteil
• Wiedereinlegen der Hartkomponente
möglich
• Füßchen zeichnen sich thermisch nicht
ab
• Verhinderung der stirnseitigen
Überspritzung
• Reproduzierbareres Anrissverhalten
Bild: Schälprüfkörper
Anspritzrichtung
• Schälwegende
• Schälweganfang
Bild: Mögliche Anspritzrichtungen
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Herstellung von 2K-Schälprüfkörpern
• Vollautomatischer Zyklus mit Handlinggerät
- Konstante Zykluszeit (thermisches
Gleichgewicht)
- Konstante Zeit von Entformung bis
Thermographieaufnahme
- Integrierte Angussabtrennung und definiertes
Ablegen der Teile
Versuchsaufbau
Bild: Greifer
Bild: Thermokamera
• Inline-Thermographie
- Triggersignal durch das Handlinggerät
- Aufnahme von jedem Prüfkörper
- Abkühlkurven
- Dokumentation mit Datums- und Zeitstempel
- Anzeige von thermischen Unterschieden zu
einer Referenz oder zum vorherigen Formteil
Bild: Messdatenerfassung
Bild: Schneckenwegmessung
• Sensorik
- Werkzeuginnendruckverlauf der Hart- und
Weichkomponente
- Verlauf des Schneckenweges
- Werkzeugtemperaturverläufe von Düsen- und
Auswerferseite sowie des Kerns
Schneckenweg
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Möglichkeiten der Prozessüberwachung
Messdatenerfassung
Blau: Werkzeuginnendruckverlauf Hartkomponente
Gelb: Werkzeuginnendruckverlauf Weichkomponente
Rot: Temperaturverlauf Kern
Druckkurven Thermographie
Werkzeugtemperaturen
Bild: Einschwingen der Werkzeugtemperatur (Messstelle DS)
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Möglichkeiten der Prozessüberwachung
Gut / Schlecht - Weiche
• Thermographische Aufnahme von
jedem Prüfkörper
• Vergleich zwischen Soll und Ist in
jedem Zyklus
• Festlegung der Regel- bzw. Über-
wachungszonen und der erlaubten
Temperaturdifferenzen
• Thermographische Dokumen-
tation eines jeden Prüfkörpers
SKZ –
Software
Temperier-
systemWerkzeug
Formteil
Ref
Ist
Trigger
Vorläufe
Rückläufe
Handling
IR Kamera
IR Strahlung
Steuersignal Gut / Schlecht
SKZ –
Software
Temperier-
systemWerkzeug
Formteil
Ref
Ist
Trigger
Vorläufe
Rückläufe
Handling
IR Kamera
IR Strahlung
Steuersignal Gut / SchlechtSteuersignal Gut / Schlecht
Bilder: Software SKZ-TDI (Temperature Difference Imager)
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Möglichkeiten der Prozessüberwachung
Unterspritzungen
• Erkennung von Unterspritzungen durch
Prozess- bzw. Chargenschwankungen
• Möglichkeit der automatischen Aus-
sortierung
• Einrichten von „Regelzonen“ je Formteil
bzw. für verschiedene Formteilbereiche
möglich
Bilder: Software SKZ-TDI (Temperature Difference Imager)
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Dokumentation
Dokumentation: Herstellung
Bearbeiter: Seite
Datum:
Bez. Weich- Bez. Hart-
komponente komponente
Probenanzahl:
Umfangsgeschwindigkeit [mm/s]
Einspritzgeschwindigkeit [cm³/s]
Dekompressionsgeschwindigkeit [cm³/s]
Kern, Schieber, ... Ausfahren [%]
Kern, Schieber, ... Einfahren [%]
Umschaltpunkt auf pN [cm³]
Dosierweg [cm³]
Dekompressionsvolumen [cm³]
Restmassepolster [cm³]
Zykluszeit [s]
Einspritzzeit [s]
Nachdruckzeit [s]
Restkühlzeit [s]
Dosierzeit [s]
Verzögerungszeit Einspritzen [s]
Verzögerungszeit Nachdruck [s]
Verzögerungszeit Dosieren [s]
Verzögerungszeit Aggregat vor [s]
Verzögerungszeit Kern, Schieber, ... [s]
Pausenzeit [s]
Einspritzdruck [bar]
Nachdruck [bar]
Staudruck [bar]
Druck Kern, Schieber, ... Ausfahren [bar]
Druck Kern, Schieber, ...Einfahren [bar]
We
ge
Drü
ck
eZ
eit
en
Geschw.
Protokoll -
PrüfkörperherstellungProbekörper:
Material:
Material
Auftrag/Versuchsnummer:
Maschine:
30
Dokumentation
Dokumentation: Herstellung
Einzugszone soll [°C]
Einzugszone ist [°C]
Zylindertemperatur Zone 1 soll [°C]
Zylindertemperatur Zone 1 ist [°C]
Zylindertemperatur Zone 2 soll [°C]
Zylindertemperatur Zone 2 ist [°C]
.... [°C]
Düsentemperatur [°C]
Massetemperatur [°C]
Temperiergerät Kreislauf 1 soll [°C]
Temperiergerät Kreislauf 1 ist [°C]
Temperiergerät Kreislauf 2 soll [°C]
Temperiergerät Kreislauf 2 ist [°C]
... [°C]
Heißkanel Regelzone 01 soll [°C]
Heißkanel Regelzone 01 ist [°C]
Heißkanel Regelzone 02 soll [°C]
Heißkanel Regelzone 02 ist [°C]
... [°C]
Kraft Schließkraft [kN]
Trockenzeit [h]
Trockentemperatur [°C]
Materialfeuchtigkeit [%]
Bemerkungen/Auffälligkeiten:
Tem
pera
ture
n
Trocknung
Verschlauchung / Brücken
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Zusammenfassung Prüfkörperherstellung
• Vollautomatischer Zyklus
• Entnahme des Prüfloses erst im
stationären Zustand
• Vermeidung von (stirnseitigen) Über-
spritzungen
Herstellung
Sinnvolle Sensorik
• Oberflächennaher Thermofühler im
Kern
• Werkzeuginnendrucksensor im Bereich
der Weichkomponente
• Thermokamera & mind. ein
Thermofühler im Bereich der
Hartkomponente
• Verlauf des Schneckenweges der
Weichkomponente bei „kritischen“
TPE´s sinnvoll
Thermographie
• 100% - Kontrolle der Prüfteile
• Vollständige Temperaturverteilung jedes
Formteils
• Automatische Erkennung von Tempera-
turabweichungen bzw. -veränderungen
• Erkennung von Unterspritzungen
• Integration in den Handlingzyklus
• Kostengünstig (Thermokamera < 3000€)
Dokumentation
• Vorbehandlung (Trocknung, Konditionierung)
• Temperierung (Anschlusskonfiguration,
Temperiergeräte)
• Vor allem Temperaturen und Zeiten
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Einfluss der Prüfmethode
Anwendbare Normen
• DIN EN 1939:
„Klebebänder - Bestimmung der Klebekraft“
Bild: Aufbau nach DIN EN 1939
• DIN EN 1463:
„Klebstoffe - Bestimmung des
Schälwiderstandes von Klebungen -
Rollenschälversuch
Bild: Aufbau nach DIN EN 1463
• DIN EN 1372:
„Klebstoff - Prüfverfahren für Klebstoffe für
Boden- und Wandbeläge“
Bild: Aufbau nach DIN EN 1372
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Einfluss der Prüfmethode auf die Schälkraft
Verwendete Prüfverfahren
• Schälprüfung mit Umlenkrolle und Schlitten-
führung (Schälwinkel 90°C) (Vorrichtung A)
Bild: Vorrichtung A, Schlitten mit Umlenkrolle
• Rollenschälprüfung in Anlehnung an DIN EN 1372
(Schälwinkel 90°) (Vorrichtung C)
Bild: Vorrichtung C, Rollenschälversuch 90°
• Rollenschälprüfung in Anlehnung an DIN EN 1464
(Schälwinkel ca. 116°C) (Vorrichtung B)
Bild: Vorrichtung B, Rollenschälversuch 116° Bild: Führungslade, notwendig für B & C
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Einfluss der Prüfmethode auf die Schälkraft
• Umrechnung der Kraft- in die Schäl-
widerstandskurve
• Gesamtstatistik über eine frei wählbare
Anzahl von Schälkurven
• Auswahl des auszuwertenden Wegbereichs
mit Übernahme in die Gesamtstatistik
• Export der Messdaten in die DOE-Software
MESOS
• One-Button Export des Diagramms mit
Legende in eine Bilddatei
Software zur Messwertermittlung und Kurvenauswertung
Auswertung Aufzeichnung
• Verwaltung mehrer Lastmesszellen bzw.
Prüfaufbauten Kalibrierung
• High-Speed Modus für sehr schnelle
Prozesse
• Integriertes Tool zum Vorschlag der
optimalen Messauflösung
• Automatische Benennung der Messdatei
nach Versuchsreihe und Prüfteil
• Auswahl div. Kriterien für automatischen
Beginn und Ende der Messaufzeichnung
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Einfluss der Prüfmethode auf die Schälkraft
Vergleich der Schälkräfte
Alle Vorrichtungen führen zu gleichen Ergebnissen
• Sehr geringe
Verbundhaftung
• Adhäsionsbruch
• vollständiges Ab-
schälen
• Geringe Verbund-
haftung
• Zonen mit unter-
schiedlicher Haftung
• Adhäsionsbruch
• vollständiges ab-
schälen
• Hohe Verbund-
haftung
• Verbundhaftung
höher als Material-
festigkeit
• Abreißen am Über-
gang
• kein Abschälen
• Sehr hohe Verbund-
haftung
• Kohäsionsbruch
• abfallender Kurven-
verlauf
• vollständiges Ab-
schälen
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Einfluss der Prüfmethode auf die Schälkraft
Einfluss der Prüfgeschwindigkeit
Prüfvorrichtung
Abschälen
Kraftniveau
Streuung
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Einfluss der Prüfmethode auf die Schälkraft
Vergleich der Prüfanordnungen
Vorrichtung A
+ Einspannung
+ Bedienfehler
+ Wartung
+ Hohe Haftkräfte
- Aufbau
- Größe
Vorrichtung B & C
+ Aufbau
+ Größe, Gewicht
+ Prüfzeit
- Führungslade
- Bedienfehler
- Wartung
- Hohe Haftkräfte
Vorrichtungen B & C Vorrichtung A
Alle Vorrichtungen
führen zu gleichen
Messergebnissen
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Einfluss der Einspritzgeschwindigkeit und des
Fließwegs
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Zeit [s]
Sch
necken
weg
[m
m]
TPE-E40-Makrolon2405 TPE-E25-Makrolon2405
• Kurvenlauf ist bei TPE-E 25 charakteristisch
für den vorliegenden Materialverbund
Haftungseffekt über dem Fließweg
• Der Kurvenverlauf bei TPE-E 40 ist bedingt
durch die Verringerung der Einspritz-
geschwindigkeit gegen Ende der Füllphase
• Ansteigender Kurvenverlauf bei TPE-E 25
• Abfallender Kurvenverlauf bei TPE-E 40
• Die Hartkomponente ist jeweils identisch (PC,
Makrolon 2405)
40
Einfluss der Herstellmethode auf die Schälkraft
• Halbautomatischer Zyklus
• Identische Einstellungen für die Hart- und Weich-
komponente wie im 2K-Zyklus
• Gleiche Chargen
• Verwendung von Handschuhen zur Entnahme und dem
Einlegen des Hartteils
• Fixierung und Ausrichtung des Hartteils über die
„Füßchen“ für den Schwindungsausgleich
2 - Stufen - Herstellung („kalter Einleger“)
Herstellung des Hartteils
24h Lagerung im Normklima
manuelles Einlegen des
Hartteils ins Werkzeug
Überspritzen mit der
Weichkomponente
Prüfung nach 24h Lagerung mit
Anordnung A
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Einfluss Lagerzeit auf die Schälkraft
• Haftungsänderung ist eine Charakteristik des
Verbundes
• Definierte Trocknung und Lagerung in hohem
Maße notwendig (Reproduzier- und Vergleichbarkeit)
• Idealerweise Prüfung nach verschiedenen
„Lagerzeiten“
• Eventuell Konditionierung der Prüfkörper auf die
(Umwelt-) Bedingungen am Einsatzort des
Materialverbundes sinnvoll
Konsequenzen
• nach ca. 2h
• nach ca. 24h
• nach ca. 48h
• nach ca. 96 bzw. 120h
Lagerzeit
Ermittlung der Schälkurve mit
Vorrichtung A:
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Problem der Kennwertbildung
Auswertung in Anlehnung an bestehende Normen:
• Basieren auf der Auswertung von Verklebungen oder der Prüfung von Elastomeren
(z.B. Weiterreisfestigkeit nach DIN EN ISO 6133)
• Meist ist nur eine Auswertung von Teilbereichen der Schälkurve möglich
• Zonen wechselnder, abfallender oder steigender Haftung können auftreten
• Ein einzelner (Mittel-)Wert mit Standardabweichung beinhaltet nicht die Information des
tatsächlichen Verlaufs (z.B. doppelte Mittelwertbildung)
• Der „Schälweg“ entspricht nicht dem tatsächlich abgeschälten Wegstück, sondern ist
überlagert von Fließprozessen im Material und Dehnungen
• Verhalten über dem Fließ- bzw. Schälweg wird nicht berücksichtigt
• Sicherheit bzw. Nachvollziehbarkeit ist nicht vorhanden
• ...
43
Problem der Kennwertbildung
Median • Bestimmung der „mittleren Spitze“
innerhalb einer Folge von (Kraft-)Spitzen
des Auswertebereichs zum Kennwert in [N]
• Zusätzlich Angabe des min. und max.
Wertes innerhalb des Auswertebereiches
(Spannweite)
Schälkraft Die Schälkraft F in [N], ist die Kraft, die
während der Messung über dem Schälweg
gemessen wird
arithmetisches Mittel über dem
Auswertebereich
max. Kraft innerhalb des Auswertebereichs
Schälwiderstand bzw. Trennkraft Der Schalwiderstand W in [N/mm], ist die
Kraft, der während der Messung über dem
Schälweg gemessen wurde, bezogen auf die
Streifenbreite
wird aus der Schälkraft errechnet
Klebekraft Kraft je x mm in [N/x mm]
Beziehen der Schälkraft auf eine
Wegeinheit
Auswertebereich
Zwischen einem Minimum und einem
Maximum
x% links und rechts von der Kurvenmitte
Gesamter Kurvenverlauf
44
Auswerten der Schälkraftverläufe
• Anstieg bis zu einem Plateau
• Anstieg bis zu einem Maximum, dann Abriss
(Haftung > Materialfestigkeit)
• Anstieg der Schälkraft über dem Schälweg
• Abfall der Schälkraft über dem Schälweg
• Zonen mit wechselnder Haftung über dem
Schälweg
Mögliche Schälkraftverläufe
In Kombination mit keinem, teilweisen und/oder
vollständigem Abschälen sowie kohäsiven und/oder
adhäsiven Bruch
Je nach Materialfestigkeit, -dehnung und
Verbundhaftung treten „Schälwege“ (Traversenweg)
von 20 bis 500 mm auf
Messung des Traversenwegs und des Schlittenwegs
sinnvoll
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Auswerten der Schälkraftverläufe
Mögliche Auswertung anhand von Beispielkurven
Plateau
• Wegbereich:
Anriss- und Abrissspitze
bzw. -bereich abschneiden
• Kennwert:
arithmetischer Mittelwert,
Standardabweichung
• Bemerkung:
Konstante Schälkraft über
dem Schälweg
Ansteigend bzw.
Abfallend
• Wegbereich:
Anriss- und Abrissspitze
bzw. -bereich abschneiden
Kennwert:
Min. und max. Wert
innerhalb des gültigen
Wegbereichs
• Bemerkung:
Ansteigender bzw.
abfallender Verlauf
Zonen wechselnder
Haftung
• Wegbereich:
Anriss- und Abrissspitze
bzw. -bereich abschneiden
• Kennwert:
Arithmetischer Mittelwert,
min. und max. Wert
• Bemerkung:
Wechselnde Haftung über
dem Schälweg
Abriss
• Wegbereich:
-
• Kennwert:
Maximaler Wert
• Bemerkung:
Abriss, Haftung >
Materialfestigkeit
Kombinationen der Kurvenverläufe sind möglich, aber selten
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Reproduzierbarkeit von Prüfkörperherstellung und
Prüfmethode
• Wiederholte Herstellung bereits früher gefertigter
Kombinationen
• Zwischenzeitlich andere(s) Werkzeug, Materialien
und Maschineneinstellungen
• Gleiche Maschineneinstellungen, Material-
vorbehandlung und Chargen
• Gleicher Prüfaufbau und gleiche Prüfparameter
Reproduzierbarkeit
Sicherstellung der
Funktion
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Zusammenfassung Kennwertermittlung
• „Individuelle“ Festlegung des
Auswertebereichs
• Orientierung anhand Beispielskurven
• Bildung des arithmetischen Mittels
innerhalb des Auswertebereichs mit
Angabe:
- der Standardabweichung und/oder
- der min. und max. gemessenen Kraft
Auswertung
Prüfung • Lagerung und Prüfung im Normklima
• Mindestlagerzeit bestimmen
• Mind. 5 Prüfkörper
• 2-3 Prüfkörper zur Bestimmung der
Prüfgeschwindigkeit und des Prüfweges
Dokumentation • Angabe der Werte für alle 5 Prüflinge
• Beschreibung des Kurvenverlaufs
• Beschreibung des Bruchbildes
• Kurvenverlauf im Prüfprotokoll
• Foto des Prüflings im Prüfprotokoll
• Beschreibung von Auffälligkeiten,
Abweichungen, etc.
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Fazit
Für eine Vergleichbare und Reproduzierbare
Kennwertermittlung muss das gesamte Verfahren
berücksichtigt werden, bestehend aus:
• Prüfkörper,
• Werkzeug,
• Prüfkörperherstellung,
• Prüfung und
• Dokumentation
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Dienstleistungen/Untersuchungen
Herstellung und Prüfung von 2K-
Schälprüfkörpern
• Materialtrocknung
• Bestimmung der Verarbeitungs-
feuchtigkeit
• Prüfkörperherstellung
• Kennwertermittlung
• Herstell- und Prüfprotokolle
• Übersenden von ungeprüften und
geprüften 2K-Schälkörpern
Ergänzend auf Kundenwunsch
möglich
• Bericht
• Ergänzende Messtechnik bei der
Prüfkörperherstellung
• Konditionierung der Prüfkörper
• Übersenden aller Messdateien in einem
Excel lesbaren Format
• Kostenlose SKZ-Software zur
Betrachtung, Auswertung und
Darstellung der Schälkurven
Generell Die Herstellung und Prüfung der 2K-Schälprüfkörper erfolgt in enger Abstimmung mit dem
Kunden. Individuelle Vorgaben können daher berücksichtigt werden.
Mögliche Untersuchungen
• Einfluss von Verarbeitungs-parametern
auf die Verbundhaftung
• Benchmark verschiedner
Materialkombinationen
• Materialentwicklung
• Vergleich unterschiedlicher Chargen
• Prozess- bzw. Verarbeitungsfenster
• ...
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Links zur SKZ-Homepage
Haftungsprüfung Prüfkörper und
Werkzeug
2K und
Thermographie Materialentwicklung
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
Ihr Ansprechpartner bei Fragen
Christian Deubel
F&E Spritzgießen
Friedrich-Bergius-Ring 22a
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