Modellprüfapparaturen

Verschleiß- und Korrosionsschäden an verschiedenen Maschinenteilen treten in Kunststoffverarbeitungsmaschinen sehr häufig auf. Bedingt durch stetig steigende Anforderungen hinsichtlich der Standzeit der Aggregate, Durchsätze und Verarbeitungstemperaturen der Materialien bedarf es einer kontinuierlichen Weiterentwicklung des Verschleiß- und Korrosionsschutzes. Da Verschleißphänomene in der Regel während der Entwicklungsphase von neuen Materialien nicht ausreichend bewertet werden können, besteht bei der Neuentwicklung von Kunststofftypen bzw. Compounds mit kundenspezifischen Hilfs- und Farbstoffen bzw. Füll- und Verstärkungsstoffen zudem hinsichtlich des zu erwartenden Verschleißeffektes der Verarbeitungsmaschine ein erhebliches Entwicklungsrisiko.

Um die immens hohen Folgekosten des Verschleißes von Kunststoffverarbeitungsmaschinen zu vermindern, sind Verschleißuntersuchungen an Modellprüfsystemen notwendig. Bislang eingesetzte Modellprüfverfahren, weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie sehr zeit- und kostenaufwendig sind, insbesondere wenn verschiedene hochverschleißbeständige Stähle zu vergleichen sind. Aus diesem Grunde wurden innovative Lösungen zur wesentlich präziseren und zeitoptimierteren Untersuchung des Verschleißes mit Hilfe von prozessnahen Apparaturen entwickelt.

Mit der DKI-Plättchenapparatur sind Untersuchungen im Schmelzebereich zur Auswahl von Werkstoffen möglich. Mit dieser Methode kann folglich der Verschleißwiderstand von Werkstoffen gegenüber einer verarbeiteten Formmasse und deren Zuschlagstoffen unter praxisrelevanten Bedingungen ermittelt werden. Im Unterschied zum Ringspalt-Tribometer werden nicht die Eigenschaften einer metallischen Materialpaarung, sondern das Verhalten eines metallischen Werkstoffes in Gegenwart von flüssiger Kunststoffschmelze geprüft. Die Untersuchungen mit der Plättchenapparatur lassen sich dem tribologischen System Schmelzekanal zwischen Zylinderwand und Schneckensteg zuordnen. Der prinzipielle Aufbau dieser Prüfapparatur ist sehr einfach. Zwei plättchenförmige Probekörper aus dem gleichen Werkstoff (15 x 12 x 5 mm) werden so in die Düse einer Spritzgießmaschine (oder eines Extruders) eingebaut, dass ein rechteckiger Spalt mit 0,2 - 1,0 mm Spaltweite für den Durchtritt der plastifizierten Formmasse entsteht. Mit Hilfe einer kommerziellen Spritzgießmaschine wird die Schmelze plastifiziert und durch den engen Prüfspalt gespritzt. Dies wird unter Beibehaltung konstanter Spritzgießbedingungen so lange wiederholt, bis ein definierter Formmassedurchsatz (10, 20 oder 40 kg, in Einzelfällen bis 100 kg) erreicht ist. Die geometrisch einfache Form der Probekörper und des Prüfspaltes mit seinen eindeutig bestimmbaren Strömungsverhältnissen erlauben es, den auftretenden Verschleißphänomenen neben der Temperatur auch Einflussgrößen wie Druck und Schergeschwindigkeit zuzuordnen.

Der Vorteil der Plättchenapparatur liegt in der einfachen Geometrie des Strömungsquerschnittes, die eine Beibehaltung konstanter rheologischer Verhältnisse während des gesamten Versuches ermöglicht. Insgesamt muss festgehalten werden, dass die DKI-Plättchenmethode die synergistische abrasiv-korrosive Komplexbeanspruchung und auch die Abbaubelastung der Schmelze mit einer sehr grossen Realitätsnähe wiedergibt.