AiF-FV-Nummer 15955 N

Variotherme Prozessgestaltung mittels Induktionstemperierung zur spritzgusstechnischen Verarbeitung hochgefüllter Thermoplaste in Brennstoffzellenanwendungen

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.01.2009 bis 31.03.2011

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Ziel des Vorhabens war die Untersuchung und Anwendung der variothermen Pro-zessführung mittels Induktionstemperierung zur spritzgusstechnischen Verarbeitung hochgefüllter Thermoplaste in Brennstoffzellenanwendungen. Nach Klärung der Datenbasis wurde ausgehend vom Anforderungsprofil ein externer Induktor konzipiert und simulativ ausgelegt. Dabei wurden zunächst unterschiedliche Induktorgeometrien hinsichtlich Heizleistung und Anpassbarkeit an die Kavitätsgeometrie untersucht und miteinander verglichen. Am Ende dieses Auswahlprozesses wurde ein spiralförmiger Induktor auskonstruiert und das zu erwartende Erwärmungsprofil in dreidimensionalen FEM-Simulationen ermittelt und mit dem Anforderungsprofil abgeglichen. Anschließend wurde ein entsprechendes, an das Werkzeug und die Maschine angepasstes Handlingsystem zur exakten Positionierung des Induktors vor der Kavität konstruiert und aufgebaut. In umfangreichen Versuchsreihen konnte schließlich der Einfluss und das große Potential der induktiv-variothermen Werkzeugtemperierung auf die Reduzierung von Einspritzdruck- und Geschwindigkeit bei der Verarbeitung hochgefüllter Compounds erfolgreich nachgewiesen werden. Im Anschluss an die Versuche mit der externen induktiven Zusatztemperierung wurde überprüft, welche Erkenntnisse aus diesen Versuchsreihen bzw. dem Ausle-gungsprozess in die Konzeption und Auslegung des integrierten Systems übernommen werden konnten. Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurde, wie in Arbeitspaket 3 des Antrages vorgesehen, ein Werkzeug mit integrierter induktiver Erwärmung konstruiert und parallel dazu die Induktionstemperierung simulativ ausgelegt. Dabei flossen die Erkenntnisse aus dem Auslegungsprozess des externen Systems und die Ergebnisse der Versuchsreihen mit ein. Das auf diese Weise konstruierte Werkzeug wurde anschließend aufgebaut und in umfangreichen Vorversuchen das Erwärmungsverhalten ermittelt, um zuverlässige Prozessdaten für die nachfolgenden Versuchsreihen zu erhalten. Nach Abschluss der Vorversuche wurden umfangreiche Versuche mit dem integriert-induktiv beheizten Werkzeug durchgeführt. Dabei wurden die Parameter Heizzeit und Generatorleistung variiert, mit der Zielstellung, die Einspritzdrücke und –geschwindigkeiten auf ein Maß zu reduzieren, welches eine Verarbeitung des Compounds auf Standardmaschinen zulässt. Anschließend wurden die hergestellten Bipolarplatten vom ZBT systematisch vermessen und die Ergebnisse den entsprechenden Prozessparametern zugeordnet, um eine Aussage über den Einfluss erhöhter Werkzeugwandtemperaturen auf die Verarbeitung hochgefüllter Compounds treffen zu können. Basierend auf den Erkenntnissen, die im Zuge des Projektes für Konzeption, Ausle-gung und den Aufbau induktiv beheizter Spritzgusswerkzeuge gewonnen wurden, wurden allgemeine Richtlinien bzw. Handlungsanweisungen zu den Bereichen simulative Auslegung induktiv beheizter Systeme, Aufbau und Konstruktion induktiv beheizter Werkzeuge sowie Prozessparameter für die induktive Temperierung von Spritzgusswerkzeugen formuliert. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Die Versuchsreihen am ZBT zeigten, dass das Projekt die im Antrag formulierten Erwartungen voll erfüllt hat. Der Spritzgießprozess konnte stabil dargestellt werden. Die dazu notwendigen Einstellungen wurden durch drei große Versuchsreihen erarbeitet. Dabei konnten Potentiale in der Kühlstrategie, den Maschinenparametern und den Induktionsgeneratoreinstellungen aufgezeigt werden. Diese werden für das Arbeitspaket 6 aufbereitet und zur Verfügung gestellt.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente