Zeitschrift für angewandten Maschinenbau

Abstrakt

Ultraschall-Tomographie zur ortsaufgelösten Messung der Schmelzetemperatur im Spritzgießprozess

Hopmann C und Wipperfürth J

Bei Spritzgussprozessen ist die Messung der Temperaturverteilung aufgrund des hohen Einflusses auf Schwindung und Verzug des Formteils für die Validierung von Modellen, die für die simulative Teilekonstruktion verwendet werden, sehr wichtig, stellt aber auch eine große Herausforderung dar. Während des Spritzgussprozesses treten hohe Formdrücke auf und die Kavität ist schwer zugänglich. Daher können Kontaktsensoren nicht verwendet werden, da sie Scherspannungen in die Schmelze induzieren, die das Fließverhalten der Schmelze und damit das Temperaturfeld verändern. In dieser Arbeit stellen wir eine Methode zur berührungslosen Bestimmung der Temperaturverteilung eines Formteils während des Spritzgießens mittels Ultraschalltomographie vor. Mit Laufzeitmessungen des Ultraschalls aus verschiedenen Richtungen ist es möglich, die Verteilung der Ultraschallgeschwindigkeit im Querschnitt eines Formteils zu rekonstruieren. Mit dieser Verteilung kann das Temperaturfeld unter Verwendung zusätzlicher Materialeigenschaften berechnet werden. Basierend auf diesem Konzept wurde eine Spritzgussform entworfen, die eine Ultraschalltomographie mit 20 radial um eine zylinderförmige Kavität angeordneten Ultraschallwandlern ermöglicht. Dies ermöglicht die Temperaturbestimmung unter realen Prozessbedingungen mit einer räumlichen Auflösung von 3,5 mm2. Ein hochparallelisiertes Messgerät ermöglicht die Aufzeichnung mehrerer kompletter Datensätze, bevor aufgrund der Schrumpfung des Formteils keine Signale mehr detektiert werden können. Während mehrerer Spritzgießzyklen konnten an allen Sensorpositionen merkliche Signale detektiert werden. Aufgrund der internen Signalverarbeitung des Messgerätes ist es derzeit noch nicht möglich, Ankunftszeiten des Ultraschallsignals zu berechnen, Amplitudenscans zeigen jedoch die grundsätzliche Durchführbarkeit der Ultraschalltomographie beim Spritzgießen.