Entwicklung einer Spritzgießmethodik zur Herstellung hochorientierter Probekörper aus kurzfaserverstärktem Thermoplast

Webseite Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen

Erlerne während deiner Arbeit, wie man ein Spritzgießwerkzeug systematisch entwickelt.

Thema der Arbeit:

Kurzfaserverstärkte Thermoplaste (SFT) 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.

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 wurden bereits die idealen Strömungsbedingungen in der Werkzeugkavität ermittelt, damit sich eine homogen hochorientierte Faserorientierungsverteilung in einem Rohrprobekörper einstellen kann. Das Ziel deiner Arbeit wird es sein, auf Basis dieser Untersuchungen Anforderungen an die Werkzeugkonstruktion abzuleiten und ein modulares Werkzeug zu entwerfen, welches diese Strömungsbedingungen realisiert. Hierbei wirst du systematisch verschiedene konstruktive Aufgaben lösen, die Fertigung und den Zusammenbau der Komponenten vorbereiten und ein Prototyp des Werkzeugs an der Spritzgießanlage testen. Durch anschließende Versuche an der Spritzgießanlage erfolgt schlussendlich eine iterative Verbesserung der Werkzeugeinsätze anhand der sich ausbildenden Faserorientierungsverteilung. Die von dir angewandte Konstruktionsmethodik, welche die Überführung der Ergebnisse der numerischen Voruntersuchungen ermöglicht, wirst du in einer Bachelor- oder Masterthesis dokumentieren.

Deine Aufgabenstellung:

Für eine Bachelorarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen:

  • Einarbeitung in das Spritzgießen und den Werkzeugbau mit einer Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Analyse der durchgeführten Spritzgießsimulationen mit dem Ziel Anforderungen an die Komponente des Spritzgießwerkzeugs abzuleiten
  • Modulare Konzeptionierung der Werkzeugkomponente für die Erfüllung von Teilfunktionen
  • Entwurf und Fertigung eines Prototyps des Spritzgießwerkzeugs mit iterativer Optimierung der Komponente anhand der sich ausbildenden Faserorientierungen

Für eine Masterarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen:

  • Einarbeitung in das Spritzgießen und den Werkzeugbau mit einer Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Analyse der durchgeführten Spritzgießsimulationen mit dem Ziel Anforderungen an die Komponente des Spritzgießwerkzeugs abzuleiten
  • Modulare Konzeptionierung der Werkzeugkomponente für die Erfüllung von Teilfunktionen
  • Entwurf und Fertigung eines Prototyps des Spritzgießwerkzeugs mit iterativer Optimierung der Komponente anhand der sich ausbildenden Faserorientierungen
  • Auswertung der Einflüsse der Prozessparameter auf die Faserorientierung und Vergleich mit den Ergebnissen der Spritzgießsimulationen

Dein Profil:

  • Ingenieurswissenschaftliches Studium
  • Eigenständige, lösungsorientierte und kreative Arbeitsweise
  • Interesse an einer konstruktiven Tätigkeit und vorhandene CAD-Kenntnisse
  • Idealerweise erste Erfahrungen im Bereich Spritzgießen

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Dein Ansprechpartner:

Roman Schmohl, M.Sc.
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E-Mail: roman.schmohl@ikv.rwth-aachen.de

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