Extrusion 5-2019

Bild 8: Maximale Wanddickendifferenzen (Homogenität) und zugehöriger Topload in Abhängigkeit der verschiedener Stempelgeometrien Bild 7: Einfluss spitzer Stempel bei Verwendung von PP reich gezogen, da die Umlenkung um einen kleinen Radius mehr Kraft benötigt. Ein größerer Kantenradius führt entspre- chend zu weniger Material im Bodenbereich des Bechers. Bei den dargestellten 8° Wandschrägen sind die Unterschiede je- doch sehr gering. Die Änderungen der Wandschräge hingegen beeinflussen die Wanddickenverteilungen stärker ( Bild 5 ). Eine Wandschräge von 12° führt zu weniger Material im Boden, da das Material einfacher um den Stempel gelenkt werden und so- mit abgezogen werden kann, als dies bei 4° der Fall ist. Der Ein- satz von Vorstreckstempeln ermöglicht somit auch bei PP eine Anpassung der Wanddickenverteilung bzw. ein generelles Aus- formen der Bauteile. Ohne Stempel bzw. bei reiner Druckluft- umformung können keine Becher hergestellt werden, die eine ausreichende Stabilität zum Auswerten der Wanddickenvertei- lungen aufweisen. Bei der Verwendung von aPET können die beschriebenen Effek- te und Einflüsse bei Veränderung des Radius sowie der Wand- dickenverteilung ebenfalls beobachtet werden. In Bild 6 ist dies exemplarisch für eine veränderliche Wandschräge bei einer Fo- lientemperatur von 100 °C dargestellt. Die Ausprägung liegt dabei unter der von PS aber über der von PP. Der Wanddickenverlauf selbst wird durch die Änderung der Stempelkantenradius in Bezug auf den Verlauf selbst nur wenig beeinflusst. Eine Änderung der Stempelwandschräge hingegen ermöglicht die Veränderung des Verlaufs und somit eine An- passung der Homogenität der Becherbauteile. Im Vergleich zu den nur mit Druckluft hergestellten Becherbauteilen kann die Wanddicken ebenfalls stark erhöht werden. Die Dünnstelle bei den nur mit Druckluft geformten Bechern weist eine Dicke von 0,06 mm auf. Mit Stempelverstreckung kann diese auf bis zu 0,16 mm erhöht werden. Entgegen der Erwartungen, dass eine weitere Erhöhung der Stempelwandschräge zu einer weiteren Verbesserung der Ho- mogenität führt, verschlechtert sich diese stark. Der Einsatz von „spitzen“ Stempeln führt zu dazu, dass deutlich weniger Mate- rial aus dem Bodenbereich gezogen wird, wodurch dieser be- sonders dick ist im Vergleich zu den Wanddicken beim Einsatz flacher Stempel. Grund dafür sind die veränderten Verstreckwi- derstände, die sich aufgrund der größeren freiverstreckbaren Fläche ändern. Da mehr Material zur freien Verstreckung zur Verfügung steht (ohne Stempelkontakt), sinken die lokalen Ver- streckwiderstände der Folie und weniger Material wird aus dem Boden gezogen, da die Haftungskräfte am Stempel höher sind, als die Kräfte die zur Verstreckung der frei verstreckbaren Berei- che benötigt werden. In Bild 7 sind die Wanddickenverläufe zweier spitzer Stempel exemplarisch für PP bei einer Halbzeug- temperatur von 126 °C dargestellt. Die qualitativen Wanddik- kenverläufe sind beim Einsatz von PP und aPET mit großer Wanddicken im Boden die zum Übergang zwischen Boden und Wand hin abnimmt und anschließend wieder zunimmt, gleich. Die Wanddicken kann zwar verbessert werden (0,11 mm), aller- dings nur in einem geringeren Maß im Vergleich zu den ande- ren Stempeln. Analyse der Topload-Stabilität Die dargestellten Wanddickenverteilungen geben zwar einen Eindruck über die Wanddicken in Abhängigkeit der verschiede- nen Messpositionen, eignen sich jedoch nicht dafür direkt auf die Homogenität der Wanddickenverteilung zurückzuschließen. Um die Homogenität der Wanddickenverteilungen zu beschrei- ben, wird diese durch die Gleichung 1 definiert. Ein Becherbau- teil ist dann besonders homogen, wenn die maximale Wand- dickendifferenz ∆ d der dicksten (d max ) und dünnsten (d min ) Wanddicke besonders gering ist. ∆ d = d max – d min (Gl. 1) Diese lässt sich nun mit der Topload-Stabilität der Becher ver- gleichen und somit Rückschlüsse auf die mögliche Belastung der Becher ziehen. Die Topload-Stabilität wird dabei durch Stauchtests an einer Zwick Z10, Zwick Roell GmbH & Co. KG, Ulm, ermittelt. Die maximalen Wanddickendifferenzen und die ermittelten Topload-Stabilitäten in Abhängigkeit verschiedener Stempelgeometrien sind in Bild 8 exemplarisch an PP-Bechern dargestellt (Halbzeugtemperatur 126 °C). Dabei ist eindeutig zu erkennen, dass besonders homogene Wanddickenverteilungen, also solche mit einer kleinen Wand- dickendifferenz, besonders hohe Kräfte ertragen können. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Dünnstellen aufgedickt werden und somit zu mehr Stabilität führen. Besonders inho- mogene Wanddickenverteilung wie sie beispielsweise durch ei- nen sehr spitzen Stempel mit großer Wandschräge erzeugt 41 Extrusion 5/2019