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Rapperswiler Kunststoff-Forum 2014

08.09.14 - Das neunte Rapperswiler Kunststoff-Forum vereinigte mehr als 130 Fachleute aus dem In- und Ausland. Diese jährliche Fachtagung des IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung an der HSR Hochschule für Technik Rapperswil informiert über Neuigkeiten aus der Kunststoffbranche.

Gründung des Kompetenzzentrums Kunststoffe im Bauwesen KIB

HSR Prorektorin Prof. Dr. Margit Mönnecke unterstrich in ihren einleitenden Worten die Bedeutung der Kunststofftechnik für die HSR. Das Modul Kunststofftechnik wird stark nachgefragt. Im Herbst 2013 konnten die ersten Studierenden mit dem Profil „Kunststofftechnik" ihre Abschlussurkunden entgegennehmen. Auch konnte die HSR in der Kunststofftechnik neue Netzwerke schaffen. Um die Nutzung des Kunststoffes im Bauwesen zu optimieren – 25% der weltweiten Kunststoffproduktion werden im Bauwesen eingesetzt – wurde das Kompetenzzentrum „Kunststoffe im Bauwesen" (KIB) im Januar 2014 gegründet. Im KIB mit Sitz in Rapperswil haben sich die beiden HSR Institute IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung und IBU Institut für Bau und Umwelt sowie das SKZ – Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg, Deutschland, zusammengeschlossen.

Leichtbau auf neuen Wegen

Dr. Gion Barandun präsentierte den Fachbereich Leichtbau/Faserverbundkunststoffe des IWK. Die Leichtbauweise wird mit qualitativ hochstehenden Produkten und daher hohen Produktionskosten verbunden. Dennoch setzt sich der Leichtbau zunehmend in Bereichen durch, die durch hohe Stückzahlen und niedrige Produktionskosten geprägt sind. Beispielsweise wurde für den Automobilbereich gemeinsam mit der Firma ThyssenKrupp Presta (TKP) eine Lenksäulenkonsole entwickelt, wie Daniel Kreutz von TKP näher erläuterte. Die gewählte Hybridbauweise kann das Risiko des Verformens von Kunststoff bei hohen Temperaturen auf unkritische Bereiche reduzieren und die Sicherheit bei einem Crash gewährleisten. Die Hybridbauweise ist von TKP für Lenksysteme zum Patent angemeldet worden. Andere Firmen lassen sich auf das Risiko eines Technologiewechsels ein, um Wettbewerbsvorteile zu wahren wie Dr. Barandun an weiteren Projektbeispielen ausführte. Aber auch im klassischen Anwendungsgebiet des Leichtbaus, dem Flugzeugbau, hat das IWK Erfolge zu verzeichnen. Im Rahmen eines von der EU geförderten Projektes wurde am IWK ein Luftleitblech für Flugzeugtriebwerke von Rolls-Royce entwickelt. Das mittels Faserverbundtechnologie gefertigte Bauteil ist 30% leichter als ein konventionelles Aluminiumbauteil. Dennoch erfüllt es alle mechanischen Anforderungen und ist in der Fertigung kosteneffizienter. Das Luftleitblech in Leichtbauweise wurde mit dem JEC-Award ausgezeichnet. Die ersten 100 Bauteile wurden bereits in Österreich von der Firma FACC gefertigt.

Simulation von Extrusionsprozessen

Prof. Daniel Schwendemann, Fachbereichsleiter Extrusion/Compoundierung, stellte neue interessante Entwicklungen im Bereich Extrusion vor. Ein Schwerpunkt liegt zurzeit in der Simulation des Schmelzeflusses beim Austritt aus einer Extrusionsdüse. Die Simulationsergebnisse können zur Optimierung der Düsengeometrie genutzt werden. Der bei höheren Durchsätzen auftretende Schmelzebruch, optisch sichtbar durch eine unschön strukturierte Oberfläche, soll so vermieden werden. Ein anderes Projekt zielte auf das Recycling von Skischuhen ab und wurde mit der Behindertenwerkstätte ARGO, Davos, durchgeführt. Das Projekt deckte die komplette Recyclingkette von der Sortierung des entsorgten Kunststoffs über die Aufbereitung bis zur Verwendung des rezyklierten Kunststoffs auf 3D-Druckern ab.

Design trifft Technik

Für den Designer Beat Karrer aus Zürich bedeutet Design mehr als „wenn es fancy aussieht, teuer ist und nicht funktioniert". Design soll Mehrwert schaffen und den Aspekt Materialentwicklung mit einbeziehen. So soll sich das Material auf die Entwürfe einstellen lassen und keine Anpassung der Entwürfe auf die Materialeigenschaften erfordern. Mit dieser Motivation entwickelte Beat Karrer aus industriellen Abfallstoffen das neue Material FluidSolids®. Die Verwendung von Abfällen als Rohstoff kann nicht nur ökologischen Aspekten gerecht werden, vielmehr stellt sie auch ein wirtschaftliches Statement dar. Für das von Karrer entwickelte biobasierte Material FluidSolids® wurde am IWK ein industrialisierbarer Herstellungsprozess entwickelt. Hierdurch wird die Produktion von FluidSolids® in grossen Mengen möglich.

 

Induzierbare Warmhalteschalen aus Kunststoff und Spritzgiessen von Biopolymeren

Der IWK Institutsleiter, Prof. Dr. Frank Ehrig, konnte im Bereich Spritzgiessen mit verschiedenen innovativen Projekten aufwarten. In Kooperation mit der Firma Gastros ist es gelungen, durch Induktion aufheizbare kostengünstige Schalen aus Kunststoff herzustellen. Die Schalen sollen in der Gastronomie für das Warmhalten von Speisen Verwendung finden. Das Besondere an diesen Schalen ist eine zwischen zwei Schalen eingebrachte induzierbare Folie. Dies ermöglicht die Erwärmung der Schalen auf einer Warmhalteplatte mittels Induktion. Die Wärmeverteilung in den Kunststoffschalen ist gleich gut, im Vergleich zu den bereits am Markt befindlichen, aufwändig hergestellten Schalen aus Keramik. In einem anderen Projekt geht es um die Verarbeitung von Biopolymeren. Obwohl viel Wissen über die Eigenschaften von Biopolymeren existiert, ist relativ wenig über die Verarbeitungseigenschaften von Biopolymeren bekannt. In einem Verbundprojekt mit vier Firmen wurde der gesamte Prozess vom Einsatz konventioneller Kunststoffe hin zu Biopolymeren betrachtet. Dabei wurden die Zwischenschritte einbezogen und nicht nur reine Biomaterialien sondern auch Materialien mit Anteilen an Biomaterialien oder Biofüllstoffen untersucht. Die Materialien werden bei den Kunden auf Produktionsanlagen verarbeitet und anschliessend bewertet. Auf diese Weise wird bei den Unternehmen Know-how zur Verarbeitung von Biopolymeren aufgebaut, das in weiteren Projekten genutzt werden kann.

 

Reduzierung von Formteilverzug bei Spritzgussbauteilen

Mario Studer vom IWK berichtete über die spannenden Ergebnisse seiner Doktorarbeit. Bisher wird der Formteilverzug bei Spritzgiessbauteilen in einem manuellen Regelkreis mit kostenintensiven Iterationen minimiert. Mit Hilfe einer von ihm entwickelten Optimierungsroutine wird die Wanddickenverteilung im Bauteil so lange optimiert, bis sich unter vorgegebenen Randbedingungen ein minimaler Verzug einstellt. Berechnungen an einem Testbauteil und an Bauteilen von Unternehmen zeigten plausible Ergebnisse. Die Optimierungsroutine wird zukünftig die Entwicklungszeit eines Spritzgiessbauteils verkürzen helfen.

 

Freeformer – von fliegenden Kunststofftröpfchen zum funktionstüchtigen Bauteil

Einen vollkommen neuen technologischen Ansatz zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen präsentierte Dr. Eberhard Duffner von der Firma Arburg. Diese entwickelte in einem über 10 Jahre dauernden Entwicklungsprojekt ein Verfahren, bei dem Bauteile aus winzigen Tröpfchen geschmolzenen Kunststoffs aufgebaut werden können. Ein anfangs grosses Problem stellte die Haftung der einzelnen Kunststofftröpfchen dar, so dass anstelle einzelner Tropfen ein Perlenfaden gebildet wurde. Die technische Lösung dieses Problems liegt in einem Piezoantrieb der Düse und in der Verwendung hoher Drücke. Der Freeformer unterscheidet sich von anderen Rapid Manufacturing-Verfahren insbesondere darin, dass die Vielfalt an Materialien wesentlich grösser sein wird und somit die Endeigenschaften des Bauteils einem Serienbauteil eines konventionellen Verfahrens sehr ähnlich sein werden.

 

Das nächste Rapperswiler Kunststoff-Forum findet – wie jedes Jahr- am ersten Donnerstag im September 2015 statt – dann feiert es sein 10-jähriges Jubiläum

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