Einsatz von Ultraschall zur Prozessanalyse beim Spritzgießen von Thermoplasten

Verfahren zur Bewertung des Prozessverlaufs beim Spritzgießen leisten sowohl einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung als auch zur Qualitätsverbesserung, wenn sie als Basis für entsprechende Regelstrategien eingesetzt werden. Sensoren, welche im formgebenden Spritzgusswerkzeug integriert werden liefern Daten, etwa zum Druck- oder Temperaturverlauf, welche während (online) oder im direkten Anschluss (inline) an den Zyklus bewertet werden und so zeitnah u. a. Aussagen über die Bauteilqualität zulassen. Ultraschallwellen ermöglichen als mechanische Wellen Aussagen zum (visko-)elastischen Zustand eines durchschallten Materials. Es stellt sich die Frage, in wie weit diese Eigenschaft zur Bewertung des Prozessverlaufs beim Spritzgießen thermoplastischer Materialien genutzt werden kann. Zunächst wird die Ausbreitung von longitudinalen und transversalen Schallwellen in amorphen und teilkristallinen Thermoplasten untersucht. Der Fokus liegt dabei auf dem Zusammenhang der (messbaren) akustischen Eigenschaften und den (gesuchten) mechanischen Eigenschaften des Materials sowie dem Einfluss von Druck und Temperatur. Den Schwerpunkt bildet die Untersuchung des Spritzgießprozesses. Mittels im Werkzeug integriertet Ultraschallsensoren wird der Verlauf der akustischen Eigenschaften des Formteils während der Formgebung analysiert. Die Analyse wird dabei durch einen Breite Datenbasis in Form von Maschinensignalen, Werkzeuginnendrücken und (Kontakt-)Temperaturen gestützt. Es zeigt sich, dass mittels Ultraschall vielfältige Aussagen zum Spritzgießprozess getroffen werden können. Hervorzuheben ist dabei u. a. die Visualisierung des Fortschreitens der erstarrenden Randschicht beim Spritzgießen teilkristalliner Thermoplaste. Die Arbeit gibt ferner einen tiefen Einblick in die Ausbreitung und Detektion von Schallwellen sowie deren (digitale) Erfassung und (numerische) Auswertung.