Modellierung des pvT-Verhaltens bei hohen Abkühlraten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456358867

Heutzutage werden Simulationsprogramme verwendet, um zum einen die Prozess- und Bauteil-eigenschaften vorherzusagen und zum anderen die Bauteile und Verarbeitungswerkzeuge so zu gestalten, dass nachfolgend die Bauteile mit den geforderten Eigenschaften vorliegen. Trotz des zunehmenden Erfolgs von Spritzgießsimulationsprogrammen sind die verfahrenstechnischen Einflüsse auf das Werkstoffverhalten noch nicht vollständig in der Simulation abgebildet und daher nicht zuverlässig vorhersagbar. Zur Berechnung von Schwindung, Verzug sowie Eigenspannungen werden bislang herkömmliche pvT-Messdaten und deren Rechenmodelle verwendet. Das pvT-Verhalten wird wesentlich von dem vorherrschenden Druck, Temperatur sowie Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst. Aufgrund fehlender Messmöglichkeiten wird jedoch lediglich der Einfluss des Drucks und der Temperatur bei einer konstanten, geringen Abkühlgeschwindigkeit mathematisch beschrieben.Die Zielsetzung des beantragten Forschungsvorhabens ist zum einem die Modellierung von pvT-Daten bei einer konstanten, sehr hohen Abkühlgeschwindigkeit. Hierzu soll, abweichend vom Stand der Technik und Forschung, flüssiger Kohlenstoffdioxid (CO2) als Kühlmedium eingesetzt werden. Die Verwendung von CO2 als Kühlmedium verspricht hohe, regelbare Abkühlraten, die in den Bereich der Kühlraten vom Spritzgießprozess gelangen. So soll ein pvT-Messgerät auf Basis der bewährten Zylinder-Kolben-Messmethode entwickelt und hergestellt werden, welches erstmals pvT-Messungen bei mehreren 1000 K/min erreicht.Auf Basis der neuen Messmethode sollen die Zusammenhänge grundlegend untersucht werden. Hierzu sind experimentell ermittelte Werkstoffkennwerte und zugehörige mathematische Materialmodelle notwendig, die das pvT-Werkstoffverhalten realitätsnäher beschreiben können. Voruntersuchungen des Antragsstellers zeigen bereits erste Ansätze. Die Bestimmung der Modellparameter erfolgt mit einer neuartigen Methode, welche die nichtisothermen Effekte, die beim Abkühlvorgang auftreten, berücksichtigt. Die neuartige Methode wird im Rahmen des Vorhabens sowohl für amorphe als auch teilkristalline Werkstoffe entwickelt. Abschließend soll die entwickelte Methodik auf verschiedenen Werkstoffe angewendet und deren Einflüsse auf die Modellierung analysiert werden. Die Ergebnisse der Modellierung werden mittels zusätzlicher Analytik (u.a. Röntgendiffraktometrie und Übergangstemperatur Mikroskopie) validiert. Eine Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse und das evaluierte mathematische Modell könnte nachfolgend in Prozesssimulationsprogramme implementiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen