Thermoformen neu gedacht

Erste am IKT thermogeformte Bipolarplatte - (Bild: IKT).

Das Thermoformen ist wichtiges Weiterverarbeitungsverfahren der Kunststofftechnik, bei dem meist flächige Halbzeuge zu dreidimensionalen Bauteilen verarbeitet werden. Die Gestaltungsfreiheit dieses Umformverfahrens ist im Vergleich etwa zum Spritzgießen jedoch begrenzt: Funktionselemente wie Schnapphaken oder Rippen müssen – wenn erforderlich – in einem separaten Prozessschritt angebracht werden.

Ein kombinierter Thermoform- und Schweißprozess, an welchem am Institut für Kunststofftechnik (IKT) aktuell geforscht wird, könnte dies ändern. Er soll es erlauben, Gestaltelemente direkt im Thermoformprozess an das Halbzeug anzubringen. Dazu wird ein Einlegeteil im Werkzeug platziert und noch während der Umformung des Halbzeugs mit diesem geschweißt. Für die Verbindungsqualität spielen nicht nur verfahrensspezifische Parameter, sondern auch die Werkstoffeigenschaften des Funktionselements und des Halbzeugs eine wichtige Rolle. Daher müssen sowohl der klassische Thermoformprozess wie auch die Werkzeugtechnik modifiziert werden.

Vor einer ähnlichen Herausforderung steht die Herstellung behälterartiger oder doppelwandiger Bauteile per Thermoformen - auch sie erfordert oft zusätzliche Arbeitsschritte wie Kleben oder Schweißen. Bei einem am IKT entscheidend weiterentwickelten Verfahren („Twin Sheet Thermoformen“) könnte dies entfallen. Dabei werden zwei Halbzeuge gleichzeitig auf Thermoformtemperatur gebracht, geformt und miteinander geschweißt. Die Herausforderung: Das Thermoformen erfolgt üblicherweise im thermoelastischen Zustand des Werkstoffs, der Schweißprozess hingegen im thermoplastischen Zustand. Daher findet dieses Verfahren in einem für das Schweißen untypischen Temperaturbereich statt. Die Schweißnahtqualität wird aber nicht nur durch die Temperatur des Halbzeugs und seine Werkstoffeigenschaften, sondern auch durch den aufgebrachten Druck beeinflusst. Auch die Geometrie der Schweißebene hat einen erheblichen Einfluss auf die Schweißnahtqualität.

Ein wesentlicher Engpass beim Einsatz von Brennstoffzellen für die Wasserstoffwirtschaft von morgen liegt in der Fertigung von Bipolarplatten (BPP), einer zentralen Wiederholeinheit in diesen Aggregaten. Möglicherweise lassen sich diese dank eines am IKT entwickelten innovativen Ansatzes auch per Thermoformen herstellen – indem man diese Technik mit der Extrusion von Folien kombiniert, die mit Graphitpartikeln gefüllt sind. Erste Versuche zeigten, dass dieser Ansatz grundsätzlich funktioniert und die Möglichkeiten des Thermoformens erweitern kann. Prinzipiell können dafür selbst vorhandene Anlagen genutzt werden. Der hohe Füllstoffanteil der verwendeten Halbzeuge hat zwar einen signifikanten Einfluss auf ihre Verarbeitbarkeit im Thermoformprozess, dennoch könnte das am IKT modifizierte Verfahren die Funktionalität von Bipolarplatten erhöhen und ihre Fertigung wirtschaftlicher machen.

Diese und weitere aktuelle Themen aus dem Bereich der praxisrelevanten Kunststofftechnik stehen im Mittelpunkt des 29. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums des Instituts für Kunststofftechnik (IKT) der Uni Stuttgart vom 17. bis zum 21. Februar 2025. Die ersten drei Tage, vom Montag, den 17. Februar 2025, bis Mittwoch, den 19. Februar 2025, werden als „virtuelle“ Tagung durchgeführt. Die Teilnahme ist kostenlos, es ist aber eine Anmeldung erforderlich.

Am Donnerstag, den 20. Februar 2025, und am Freitag, den 21. Februar 2025, geht die Tagung in einen Präsenzteil über. Der Freitag steht unter den Leitthemen „Kreislaufwirtschaft von Kunststoffen“ mit mehreren Plenarvorträgen und einer Podiumsdiskussion mit namhaften Vertretern aus Industrie und Politik. Anmeldungen sind noch bis zum 6. Februar 2025 möglich.

Auf einer Abendveranstaltung am Donnerstag, den 20. Februar 2025, gilt es außerdem, „60 Jahre Kunststofftechnik in Stuttgart“ zu feiern. Hier wird auch der renommierte Ensinger-Preis verliehen. Am Nachmittag des gleichen Tages (17 Uhr) werden auch das neue Rheometrie-Labor und das neue Compoundier-Technikum des Instituts eröffnet.

„29. Stuttgarter Kunststoffkolloquium“ - 17.-21. Februar 2025
17.-19. Februar 2025 - virtuell
20.-21. Februar 2025 - Präsenz in Stuttgart

Weitere Informationen:
www.ikt.uni-stuttgart.de/29.-stuttgarter-kunststoffkolloquium, www.ikt.uni-stuttgart.de, www.uni-stuttgart.de

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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