Entwicklung von temperatursensitiven Dünnschichten und Untersuchungen zu deren Einsatz in Spritzgießwerkzeugen der Thermoplastverarbeitung

Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung von temperatursensitiven Dünnschichten für Spritzgießwerkzeuge und deren Erprobung unter praxisrelevanten Realbedingungen. Durch die Temperatursensoren im Spritzgießwerkzeug können neben den Maschinenparametern zusätzliche relevante Informationen erfasst werden, die zur Analyse, Optimierung, Überwachung, Regelung und Dokumentation des Prozesses dienen. Das Dünnschichtsystem, bestehend aus in Aluminiumoxid eingebetteten thermoelektrischen Aufnehmermaterialien, wurde mittels Oberflächen- und Schichttechnologien auf formgebende Werkzeugelemente aufgebracht. Das Schichtsystem besitz dabei eine Dicke von < 10 µm, wobei die eigentliche partiell applizierte Aufnehmerschicht lediglich eine Dicke von 1 µm aufweist. Zur partiellen PVD-Beschichtung der Formeinsätze ist eine neue Maskierungsmethode entwickelt worden. Die thermoelektrische Sensorcharakterisierung zeigte eine gute Übereinstimmung der Werte des Schichtmaterials im Vergleich zum Bulkmaterial. Weiterhin wurde mit Hilfe einer FEM-Simulation ein schnelles Ansprechverhalten der Sensoren ermittelt. Unter dem Gesichtspunkt der Austauschbarkeit eines defekten Sensors ist eine modulare Sensorvariante und eine flächige Variante zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer über die Werkzeugoberfläche verteilten Sensoren entwickelt worden. Des Weiteren wird die Integration dieser Varianten in ein Spritzgießwerkzeug unter Berücksichtigung der Sensorkontaktierung vorgestellt. In Spritzgießversuchen konnte gezeigt werden, dass es mit diesem Aufbau erstmalig möglich ist, eine Temperaturmessung in der direkten Einwirkzone der Kunststoffschmelze im Bereich der Werkzeugwand durchzuführen.