Geräuscharmes Fördersystem mit spielfreien Elastomergelenken

Um den Erfolg des Projektes abzusichern, wurde ein zweistufiges Vorgehen gewählt: Nach Erarbeitung der prinzipiellen Werkstoff-, Werkzeug- und Verfahrensgrundlagen an einfachen Modellbauteilen erfolgten die konstruktive Entwicklung der Förderkette sowie die Übertragung des Fertigungsverfahrens auf die Ketten­elemente. Die Funktion des neuen Fördersystems war an einem Demonstrator nachzu­weisen.

Das KuZ übernahm dabei folgende Aufgaben:

• Vorauswahl von verfahrens- und anwendungstechnisch geeigneten Werkstoffen auf Grundlage von Materialkennwerten und Standardprüfungen.
• Entwicklung geometrisch aussagefähiger Prüfkörper (siehe zum Beispiel Gelenkprüfkörper in Abb. 2) zur Entwicklung der Verfahrensgrundlagen.
• Durchführung von experimentellen Grundlagenuntersuchungen an Prüfkörpern, die aus relevanten Materialkombinationen zu fertigen sind unter Nutzung der gemessenen Kavitätstemperaturen und Werkzeuginnendrücke.
• Ermittlung der grundlegenden statischen Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften der Prüfkörper und Simulation von Alterungs- und Schädigungsprozessen infolge von anwendungs­relevanten äußeren Einflüssen (Abb. 3).
• Bewertung der Gestaltungsvarianten für die geräuscharme Förderkette, insbesondere für die Gelenkverbindung, unter den Gesichtspunkten der kunststoff- und spritzgießgerechten Gestaltung.

Begleitung der Prozesseinführung des Werkzeuges zur Herstellung der Elemente für den Demonstrator und Optimierung von Werkstoffen und Verfahrensparametern in der Spritzgießfertigung nach Analyse der Ergebnisse.

• Das Verbundprojekt wurde im Juli 2013 abgeschlossen. Die erarbeiteten Ergebnisse zur Entwicklung eines geräuschreduzierten Kettenfördersystems mit spielfreien Elastomergelenken lassen sich wie folgt zusammenfassen:
• Auf Grund der gesetzten mechanischen, tribologischen und verarbeitungstechnischen Anforderungen an Förderketten ist die Zahl der für den Mehrkomponentenspritzguss einzusetzenden Hart-Weich-Kombinationen stark eingeschränkt. Aus der Favorisierung auf POM und PBT resultiert eine begrenzte Auswahl an Weichkomponenten. Die grundlegenden Untersuchungen der mit zwei vorhandenen und drei neu entwickelten 2K-Werkzeugen hergestellten Prüfkörper erbrachten, dass die erzielten Verbunde zwischen Hart- und Weichkomponenten nur z. T. gegeben waren. Zudem sind die Haftungen im Vergleich zu anderen Kunststoffpaarungen im Mehrkomponenten-Spritzguss nicht hoch genug, um die im Pflichtenheft fixierten Belastungen für das Kettenfördersystem aufzunehmen. Für die Entwicklung des geräuschreduzierten Kettenfördersystems ist daher anzustreben, bei der Funktion nicht nur auf den Stoffschluss zwischen Hart- und Weichkomponente, sondern auch auf den Formschluss beider Komponenten zu orientieren.
• Die durchgeführten Umweltsimulationen erbrachten insbesondere für die Weichkomponenten eine sehr gute Medienbeständigkeit und zeigten keine Einschränkungen in den mechanischen Eigenschaften der 2K-Verbunde nach thermischer Belastung und Lagerungen bei extrem hohen Luftfeuchtigkeiten.
• Werkzeugtechnisch wurden bei drei Prüfkörperwerkzeugen die klassischen Werkzeugtechniken für Mehrkomponentenspritzguss Umsetztechnik, Dreh- bzw. Verschiebetechnik und Kernzugtechnik nach Absicherung durch die Spritzgießsimulation realisiert. Die Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf das Werkzeug für die Förderkette ist – unabhängig davon, ob eine 2K- oder eine 3K-Lösung avisiert wird – möglich.
• Die finale Kettengeometrie wurde werkzeugtechnisch umgesetzt und die durch Spritzgießen hergestellten Kettengelenke (Abb. 4) montiert. Die umfangreichen dynamischen Dauertests im Demonstrator­förderer (Abb. 5) der zur Kette montierten Elastomergelenke verliefen erfolgreich. Die erzielte Geräuschminderung gegenüber herkömmlichen Ketten beträgt bis zu 5 dB [A].