GFB - Green Factory BAVARIA

Energieeffiziente Fertigung optischer Mehrschichtverbunde

Zielsetzung

Ziel des Projekts Eco²Skin ist es, das Potential zur Energieeffizienzsteigerung durch die Implementierung von integrativen Fertigungsverfahren für komplexe Mehrschichtverbunde im Sichtbereich zu untersuchen und darzustellen. Die Energieeffizienzsteigerung ist dabei unter anderem durch den Entfall von Anlagen und Fügeschritten, Vermeiden von Verschnitt und den geringeren Platzbedarf in der Fertigung zu erwarten.



Lösungsansätze

Im Projekt wird ein zweiseitiges Überfluten und Hinterschäumen einer Funktionsfolie innerhalb eines Werkzeugs betrachtet. Der Fertigungsprozess ist dabei in Abbildung 1 schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt wird eine Funktionsfolie in ein Werkzeug eingelegt und mittels eines Spannrahmens fixiert. Diese wird durch ein flächig aufgebrachtes Vakuum, konturfolgend an eine Werkzeughälfte, umgeformt. Nach dem Schließen des Werkzeugs erfolgt das Überfluten der Folie mit einer transparenten Außenhaut aus Polyurethan. Nach dem Aushärten der applizierten Komponente erfolgt ein Transfer der Werkzeugoberhälfte, der eine weitere Kavität auf der gegenüberliegenden Seite der Funktionsfolie freigibt. In diese wird im fünften Schritt eine Schaumschicht eingebracht. Sowohl die transparente Außenhaut als auch die Schaumschicht werden hierbei durch Reaktionsspritzguss (Reaction Injection Molding) appliziert. Im abschließenden sechsten Prozessschritt wird das Bauteil aus der Form entnommen und beschnitten. Das umgesetzte Fertigungsverfahren ermöglicht somit das Herstellen eines dreischichtigen Werkstoffverbundes innerhalb eines Werkzeugs. Da das eingesetzte Reaktionsspritzgießen zu einer stoffschlüssigen Verbindung der Einzelkomponenten führt, sind keine zusätzlichen Fügeschritte oder der Einsatz von Klebstoffen notwendig. Beim dargestellten integrativen Fertigungsverfahren wird somit das Prinzip des „Fügens durch Urformen“ konsequent umgesetzt. Um das Potential zur Energieeffizienzsteigerung durch den integrativen Fertigungsprozess zu ermitteln, erfolgt der Vergleich mit einem Referenzbauteil aus dem Sortiment der adidas AG. Ein aussagekräftiger Vergleich der bei der Herstellung benötigten Energien setzt voraus, dass das integrativ hergestellte Bauteil (Demonstrator) vergleichbare Eigenschaften aufweisen, wie das Referenzbauteil. Dies wird durch Vergleichsmessungen zwischen Referenzbauteil und Demonstrator anhand ausgewählter Kennwerte sichergestellt.





Ergebnisse

Im Projekt wurde die notwendige Anlagentechnik im Technikum der Oechsler AG aufgebaut, um den in Abbildung 1 dargestellten integrativen Fertigungsprozess umzusetzen. In Abbildung 2 ist der Querschnitt eines durch den integrativen Fertigungsprozess hergestellten Bauteils dargestellt. Zu erkennen ist die transparente Außenhaut (1) mit einer Dicke von 0,2 mm, die 0,075 mm dicke Funktionsfolie (2) sowie die Schaumschicht (3) mit 3,5 mm Dicke. Abbildung 3 zeigt beispielhafte Ergebnisse von Vergleichsmessungen zwischen dem Referenzbauteil und dem betrachteten integrativ gefertigten Bauteil. Verglichen werden hier die maximale Spannung der Bauteile unter Zugbeanspruchung. Die Versuche fanden hierbei in Anlehnung an DIN 53504 statt. Aufgrund der anisotropen Eigenschaften des Referenzbauteils wurde dieses in drei, jeweils um 45° versetzte, Raumrichtungen untersucht. Wie in Abbildung 3 zu sehen, übertrifft der Demonstrator die schwächste Richtung des Referenzbauteil in Bezug auf die Bruchspannung. Dies wurde für die Bruchspannung als Mindestanforderung für den Demonstrator festgesetzt. Andere relevante Kennwerte wie beispielsweise die in Abbildung 2 dargestellte inhomogene Schaumstruktur sollen im weiteren Projektverlauf optimiert werden, um alle Anforderungen, die an den Demonstrator gestellt werden, zu erfüllen. Hierzu sind gezielte Variationen der Prozessparameter und der eingesetzten Werkstoffe geplant.



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  Kontakt 
  Dipl.-Wirtsch.-Ing.
  Martin Löhner

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  Lehrstuhl für Kunststofftechnik
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