Optimierte Leichtbaukomponenten aus geschäumten LFT: Neue Ansätze für Formteilauslegung und Prozessführung
Langglasfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) bieten enormes Potenzial für den Strukturleichtbau. Durch den Einsatz von Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) mit Treibfluidatmosphäre lassen sich mechanische Eigenschaften verbessern, während innovative Auslegungsrichtlinien die Prozessgestaltung optimieren. Neue Forschungsergebnisse ermöglichen materialeffiziente und lastgerechte Bauteile mit höherer Geometriefreiheit.
Ausgangssituation / Problemstellung:
Langglasfaserverstärkten Thermoplaste (LFT) verfügen über ein hohes Leichtbaupotenzial und ermöglichen gegenüber konventionellen Kurzfasercompound Materialeinsparungen. Dies ist auf die
mit steigender Faserlänge zunehmende Festigkeit, Schlagzähigkeit und die Lebensdauer zurückzuführen. Aktuell gibt es jedoch keine validen durchgängigen Auslegungsmethoden für LFT. Mit dem physikalischen Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) mit Treibfluidatmosphäre (ProFoam/KU-FIZZ/IQ Foam/ZiFoam) ist außerdem eine faserschonendere Prozessführung von LFT möglich, die
in verbesserten Eigenschaften der Formteile resultiert. Durch das TSG kann außerdem eine erhöhte Geometriefreiheit erreicht werde. Beispielsweise können Rippen dicker und Grundwandstärken dünner ausgelegt werden, um die Formteilgestaltung lastgerecht umsetzten zu können. Daher können durch den Einsatz digitaler Methoden bei ganzheitlicher Betrachtung des Prozesses Einsparpo-
tenziale aufgezeigt werden.
Zielsetzung:
Ziel der Entwicklungen am IKV ist es, die Vorteile des physikalischen Schaumspritzgießens mit Treibfluidatmosphäre bei der Verarbeitung von LFT zu untersuchen und Auslegungsrichtlinien zu entwickeln. Des Weiteren versucht das IKV in Zusammenarbeit mit den Partnern aus der Industrie und Wissenschaft, die Simulation von geschäumten LFT zu verbessern und die Faserkrümmung in Moldflow zu implementieren. Hierdurch soll eine verbesserte Formteilauslegung der Komponente erreicht werden.
Lösungsweg und Ergebnisse:
In den praktischen Versuchen am IKV wird im ersten Schritt der Einfluss der Plastifizierung beim physikalischen Schaumspritzgießens auf die Faserlänge und die Viskosität von LFT untersucht und
mit denen von konventionell verarbeiteten LFT verglichen. Dabei konnten beim TSG längere Fasern insbesondere oberhalb der kritischen Faserlänge nachgewiesen werden. Im nächsten Schritt wer- den Auslegungsrichtlinien für Formteile aus geschäumten LFT entwickelt. Hierzu werden der Einfluss der Fließweglänge und der Rippengestaltung untersucht, um die effektive Faserlänge im Formteil zu optimieren. Hierzu werden der Faserlängenabbau, die Faseragglomeration und die Faserorientierung entlang des Fließweges bei verschiedenen Wanddicken untersucht. Zur Erzielung optimaler Eigenschaften bei der Auslegung von Rippen werden verschiedene Rippendicke/Wandstärke-Verhältnisse untersucht. Abschließend werden die Erkenntnisse auf die hintere Wanne eines Laugenbehälters in einer Waschmaschine übertragen und die Richtlinien in Scale-Up-Versuchen überprüft. Im Rahmen der Versuche werden die Vorteile des TSG mit dem konventionellen Spritzgießen und dem Serienbauteil verglichen.
Projektdaten und Förderung
Das Forschungsprojekt 03LB3044E des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Technologietransferprogramms Leichtbau (TTP Leichtbau) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Wir möchten uns bei allen Institutionen und Partnern bedanken.
Projekttitel: DigiLaugBeh – Digitale Auslegung einer Leichtbaukomponente – Numerische Auslegung eines Laugenbehälters bzgl. Lebensdauer unter Berücksichtigung von ökologischen Gesichtspunkten
Projektlaufzeit: 1/2022 bis 3/2025
Projektpartner
