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Technologietransfer „Piezobasierte-Volumendosierung für das Mikrospritzgießen“
Problemstellung Der Bedarf an hochpräzisen nachbearbeitungsfreien Bauteilen für zahlreiche Mikroformteile aus Kunststoff erfordert in der Mikromechanik, Mikrooptik und Mikroelektronik neuartige technische Lösungen. Für die präzise Dosierung und Einspritzung dieser minimalen Mengen an Schmelze werden besonders hohe Anforderungen an die Dosier- und Einspritzeinheiten gestellt. Eine Lösung bietet die piezobasierte Volumendosierung in Form einer an Spritzgießwerkzeugen adaptierbaren Einheit. Die hierfür notwendigen Teillösungen erfordern neben der Entwicklung der Aktorik zum Erzeugen des Dosierhubes und -druckes Lösungen zur Temperierung und Speicherung geringster Schmelzmengen. Damit verbunden sind die Beherrschung tribologischer und adhäsiver Probleme an schmelzberührenden Flächen, sowie die wärmetechnische Isolierung thermisch empfindlicher elektronischer und mechatronischer Komponenten.
Lösungsweg
Zu denwichtigsten Funktionselementen gehört die Auslegung des Dosier- und Verschluss-Systems, welches über die Piezotechnik aktiviert wird. Besondere Herausforderungen ergeben sich bei der Entwicklung des druckstabilen Verschlusses der Schmelzkammer und der Auslegung schmelzeberührender Schließ- und Funktionsflächen. Lösungsvariante 1: Die präzise zu dosierende Schmelzmenge wird von der Öffnungsdauer des Verschluss-Systems gesteuert.
Um funktionsbehindernde unerwünschte Aufschmelzungen zu verhindern, bedarf es differenzierter konstruktiver und werkstofftechnischer Maßnahmen. Schwerpunkte bilden antiadhäsive Beschichtungen sowie ein dynamisches Temperieren. Die Umsetzung der notwendigen Dosierhübe und -drücke wird über die Entwicklung eines Piezoantriebes erreicht. Lösungsvariante 2: Die Dosiermenge wird über den Dosierhub gesteuert, indem durch einen Piezo-Aktuator Druck auf die mit Schmelze gefüllte Dosierkammer ausgeübt wird. In Abhängigkeit von dem Dosierimpuls kommt es zu einer unterschiedlichen Volumenverdrängung, wobei die Schmelze durch die Austrittsöffnung (Düse) aus der Dosierkammer in Richtung Kavität gedrückt wird. Besondere Anforderungen ergeben sich hierbei an die Entwicklung des Mechanismus zur Druckübertragung.
Anwendungsmöglichkeiten
Die präzise Volumendosierung auf der Grundlage einer Piezoaktorik bietet in Summe die Chance einer wirtschaftlichen Abformung von Miniatur- und Mikroteilen aus Kunststoff in hoher Qualität. Das Unternehmen erreicht eine weitere wirtschaftliche Profilierung hinsichtlich der Mikro- und Kleinstmengen-Dosierung hochviskoser Medien. Darüber hinaus wird KDS zur Entwicklung und Konfiguration von Dosierlösungen für artverwandte Anwendungen befähigt, die bei einer Vielzahl technischer Prozesse eine große Rolle spielen. Neben dem erheblichen Kompetenzzuwachs bietet sich die Möglichkeit, eine Marktnische auf diesem Gebiet zu erschließen und ein Alleinstellungsmerkmal zu erreichen.