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Studentische Arbeit

Prozessentwicklung und Werkzeugabmusterung zur Herstellung hochorientierter Probekörper aus kurzfaserverstärktem Thermoplast im Spritzgießverfahren

Bachelor- oder Masterarbeit

Das Ziel deiner Arbeit wird es sein, auf Basis der Vorarbeiten das Werkzeug zu montieren, in Betrieb zu nehmen und eine Erstabmusterung durchzuführen. Anschließend wirst du systematisch die Einflüsse der Prozessparameter auf die Strömungsbedingungen der Kunststoffschmelze in der Kavität analysieren und somit einen stabilen Fertigungsprozess zur Herstellung homogen hochorientierter Rohrprobekörper ermöglichen.

Thema der Arbeit

Kurzfaserverstärkte Thermoplaste werden überwiegend mit dem Spritzgießverfahren verarbeitet, da dieses Verfahren eine wirtschaftliche, hochwertige und automatische Fertigung von Bauteilen ermöglicht. Aufgrund der Strömungsverhältnisse innerhalb der Schmelze entsteht jedoch ein Schichtaufbau mit unterschiedlichen Faserorientierungen über der Wanddicke. Diese lokale Anisotropie erschwert eine experimentelle Untersuchung der Werkstoffermüdung unter schwingender Belastung, da die Ausrichtung der Fasern einen erheblichen Einfluss auf die vorliegenden mikromechanischen Schädigungsmechanismen haben. Für die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens soll deshalb ein geeignetes Spritzgießwerkzeug entwickelt werden, mit dem es möglich ist, eine Rohrgeometrie mit einer homogen-hochorientierten Faserorientierung herzustellen. Mit einer Abschlussarbeit am IKV hast du die Möglichkeit, dir umfassendes Wissen zum Spritzgießprozess und der Entwicklung von Spritzgießwerkzeugen anzueignen und damit an der Weiterentwicklung des Prozesses mitzuwirken.

Stuwi-Prozesseinrichtung-Werkzeugabmusterung-SG-Probekörper© IKV
Additiv gefertigtes Modell des entworfenen Spritzgießwerkzeuges für das Rapid Prototyping der Konstruktion. Ziel ist es die Fertigungs- und Montagegerechte Umsetzung zu realisieren und zu überprüfen

Die Arbeit hat Bezug zu diesem Forschungsprojekt

Die Ermüdungsmechanismen in kurzfaserverstärkten Kunststoffen sind aktuell noch nicht vollständig ergründet.  Aus diesem Grund versagen Bauteile vorzeitig, werden frühzeitig ausgetauscht oder müssen unter hohen Materialeinsatz überdimensioniert werden, damit die Betriebsfestigkeit gewährleistet werden kann. Als Teil der Arbeitsgruppe trägst du zur Erforschung der Werkstoffermüdung bei und unterstützt somit das IKV, Methoden für die sichere Dimensionierung unter Berücksichtigung der Nachhaltigkeit zu entwickeln.

Zielsetzung:

Auf Basis von numerischen Voruntersuchungen wurde eine Werkzeugkavität ermittelt, damit sich eine homogen hochorientierte Faserorientierungsverteilung in einem Rohrprobekörper einstellen kann. Diesen Untersuchungen folgend wurde ein Spritgießwerkzeug nach einer etablierten Systematik Fertigungs- und Montagegerecht entworfen und dessen Komponente gefertigt. Das Ziel deiner Arbeit wird es sein, auf Basis der Vorarbeiten das Werkzeug zu montieren, in Betrieb zu nehmen und eine Erstabmusterung durchzuführen. Anschließend wirst du systematisch die Einflüsse der Prozessparameter auf die Strömungsbedingungen der Kunststoffschmelze in der Kavität analysieren und somit einen stabilen Fertigungsprozess zur Herstellung homogen hochorientierter Rohrprobekörper ermöglichen. Mithilfe von Röntgencomputertomographie wirst du die Orientierung der Fasern im Prüfbereich des Probekörpers analysieren. Zudem kann eine iterative Verbesserung der Kavitätsgeometrie anhand der sich ausbildenden Faserorientierungsverteilung erfolgen. Den von dir ermittelten Zusammenhang zwischen den Anlagen- und Prozessparametern, den Strömungsbedingungen und der resultierenden Faserorientierungsverteilung, wirst du in einer Bachelor- oder Masterthesis dokumentieren.

Deine Aufgabenstellung:

Einarbeitung in das Spritzgießen, den Werkzeugbau und dem bisherigen Entwurf mit einer Literaturrecherche zum Stand der Technik Einarbeitung in das Spritzgießen, den Werkzeugbau und dem bisherigen Entwurf mit einer Literaturrecherche zum Stand der Technik
Montage, Inbetriebnahme und Erstabmusterung des Spritzgießwerkzeuges Montage, Inbetriebnahme und Erstabmusterung des Spritzgießwerkzeuges
Erstellung einer statistischen Versuchsplanung für die Prozessparameter Erstellung einer statistischen Versuchsplanung für die Prozessparameter für zwei unterschiedliche Kavitätsgeometrien
Spritzgießen von Rohrprobekörpern und Bestimmung der Faserorientierung Spritzgießen von Rohrprobekörpern und Bestimmung der Faserorientierung
Systematische Auswertung des Einflusses der Prozessparameter auf die Faserorientierung Systematische Auswertung des Einflusses der Kavitätsgeometrie und der Prozessparameter auf die Faserorientierung

Dein Profil

  • Ingenieurswissenschaftliches Studium
  • Eigenständige, lösungsorientierte und kreative Arbeitsweise
  • Interesse an einer konstruktiven Tätigkeit und vorhandene CAD-Kenntnisse
  • Idealerweise erste Erfahrungen im Bereich Spritzgießen
  • Bevorzugte Studiengänge:
    • Maschinenbau / Wirtschaftsingenieurwesen, Fachrichtung Maschinenbau
    • Automatisierungstechnik
    • Allgemeiner Maschinenbau
    • Materialwissenschaften
    • Wirtschaftsingenieurwesen, Fachrichtung Werkstoff- und Prozesstechnik
    • Angewandte Polymerwissenschaften