Ein transparentes Versuchswerkzeug aus Acrylglas ermöglicht der Neue Materialien Bayreuth GmbH umfassende Einblicke in den Füllprozess von Partikelschäumen. Darüber hinaus sind die Einblicke in das Werkzeug der Ausgangspunkt für Füllsimulationen.
Partikelschäume sind im Alltag und in vielen Anwendungen insbesondere im Automobil und in nachhaltigen Verpackungslösungen nicht mehr wegzudenken. So weit verbreitet dieser Werkstoff auch ist, so undurchschaubar ist jedoch der Vorgang beim Füllen des Werkzeugs mit Schaumpartikeln im Formteilautomaten. Daher lassen sich bislang kaum fundierte Aussagen über den Zusammenhang zwischen Füllprozess und resultierender Bauteilqualität machen.
Seitlicher Blick auf das aufgefahrene transparente Versuchswerkzeug. (Foto: NMB)
Um genau hierzu neuartige Erkenntnisse gewinnen zu können, hat die Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB) ein transparentes Versuchswerkzeug anfertigen lassen, das von T. Michel Formenbau, Lautert, umgesetzt wurde.
Es handelt sich dabei um ein Monoblockwerkzeug (675 x 600 x 600 mm), das, wie auch die Aufspannplatte, überwiegend aus Aluminium gefertigt ist. Das Gehäuse allerdings besteht aus transparentem Acrylglas, wodurch ein sehr guter Einblick in das Innere der Kavität möglich ist. Die Kavität fasst eine Breite von 300 mm und eine Höhe von 200 mm. Die Tiefe lässt sich stufenweise in den Maßen 5, 10, 20, 40 sowie 60 mm variieren. Aufgrund der Tauchkante von 60 mm ist auch ein Crack-Spalt von bis zu 60 mm realisierbar. Die Füll-Injektoren können neun unterschiedliche Positionen einnehmen.
Blick auf die Füllerseite mit möglichen Injektorpositionen des transparenten Versuchswerkzeugs. (Foto: NMB)
Das Foto zeigt drei aktive Füll-Injektoren, jeweils in der Mitte, in der rechten oberen sowie in der linken unteren Ecke. Darüber hinaus können in den beiden übrigen Ecken weitere Injektoren angebracht werden – hier durch Blindstopfen besetzt.
Das Werkzeug kann von beiden Seiten gefüllt werden. Dabei ist es möglich, neben den horizontalen Füll-Positionen auch vertikale Füller zu integrieren. Diese sind sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite positioniert. Diese Vielfalt an Positionen der Füll-Injektoren schafft die Voraussetzung, um eine sehr hohe Varietät an Füllmöglichkeiten untersuchen zu können.
Ein weiteres wichtiges Merkmal dieses Werkzeugs ist, dass sowohl unter Druckluft, als auch unter zusätzlich Wasserzufuhr gefüllt werden kann. Letzteres ist vor allem für die Befüllung mit Materialien notwendig, die einen hohen Reibkoeffizient aufweisen.
Zu optischen Auswertung des ablaufenden Füllprozesses ist außerhalb des Formteilautomaten eine hochauflösende High-Speed-Kamera angebracht. Die mit einer Geschwindigkeit von etwa 250 fps erzeugten schwarz-weiß-Aufnahmen geben den Füllprozess in z. B. 0,08-facher Geschwindigkeit wieder. So ist es möglich, das Verhalten jeder einzelnen Schaumperle zu verfolgen und den Füllprozess im Detail zu analysieren.
Das innovative transparente Versuchswerkzeug eröffnet der NMB neue Möglichkeiten, das Füllverhalten unterschiedlichster Partikelschaumperlen zu charakterisieren und die so gewonnenen Erkenntnisse in die Simulation des Füllvorgangs einzubringen.
