Gestaltungs- und Verarbeitungsempfehlungen für den Strukturleichtbau mit geschäumten langglasfaserverstärkten Thermoplasten

Wolters, Reinhard Jan Peter; Moritzer, Elmar; Hopmann, Christian

doi:45118

Gestaltungs- und Verarbeitungsempfehlungen für den Strukturleichtbau mit geschäumten langglasfaserverstärkten Thermoplasten = Design and processing recommendations for lightweight structural construction with foamed long glass fibre reinforced thermoplastics

Wolters, Reinhard Jan Peter^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Reinhard Jan Peter Wolters

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Hopmann, Christian (Thesis advisor)^RWTH* ; Moritzer, Elmar (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-01-14

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-00721
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1026186/files/1026186.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung (417810)

Projekte

BMWK 03LB3044E - Verbundvorhaben: DigiLaugBeh - Digitale Auslegung einer Leichtbaukomponente - Numerische Auslegung eines Laugenbehälters bezüglich Lebensdauer unter Berücksichtigung von ökologischen Gesichtspunkten; Teilvorhaben: Qualifikation und Modellierung des Schaumspritzgießprozesses (03LB3044E) (03LB3044E)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Langglasfasern (frei) ; Thermoplast-Schaumspritzgießen (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Das Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) mit Schleusenverfahren bietet gegenüber dem Kompaktspritzgießen eine höhere Gestaltungsfreiheit und eine schonendere Plastifizierung. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher anhand praktischer Versuche die Vorteile des TSG bei der Verarbeitung von langglasfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) analysiert und Gestaltungs- und Verarbeitungsempfehlungen für den Strukturleichtbau abgeleitet. Dabei wird im ersten Schritt der Einfluss des TSG auf die Schmelzeviskosität und die Faserlänge nach der Plastifizierung untersucht, um Empfehlungen für die Plastifizierparameter abzuleiten. Durch das TSG wird im Rahmen der Versuche eine deutliche Reduktion der Schmelzeviskosität erreicht und der Faserbruch reduziert. Für die Entwicklung von Gestaltungsempfehlungen werden Fließspiralen mit verschiedenen Wanddicken und Fließweglängen sowie verschiedenen Rippen hergestellt und analysiert. Durch verschiedene statistische Methoden werden die Zusammenhänge zwischen der Maßhaltigkeit, den mechanischen und morphologischen Eigenschaften und der Formteilgeometrie herausgearbeitet und Gestaltungsempfehlungen abgeleitet. Zusätzlich wird der Einfluss der Spritzgießparameter auf die mechanischen und morphologischen Eigenschaften für eine reduzierte Anzahl an Rippen und Wanddicken analysiert. Es zeigt sich, dass der Einfluss der Spritzgießparameter nicht signifikant ist, die Formteilgeometrie jedoch maßgeblich die mechanischen und morphologischen Eigenschaften beeinflusst und somit wesentlich für den Einsatz geschäumter LFT im Strukturleichtbau ist. Für die Validierung der Gestaltungs- und Verarbeitungsempfehlungen wird abschließend als komplexer Demonstrator der Laugenbehälter einer Waschmaschine mit mehreren metallischen Einlegern untersucht. Die geschäumten Laugenbehälter mit einer Gewichtsreduktion von 7 % erreichen vergleichbare mechanische Eigenschaften wie die kompakte Referenz. Gleichzeitig können die Schwindung am Fließwegende und der Verzug durch das TSG reduziert werden. Basierend auf dem industrienahen Demonstrator kann somit das Potenzial der entwickelten Gestaltungs- und Verarbeitungsempfehlungen für den Strukturleichtbau mit geschäumten LFT in praktischen Versuchen nachgewiesen werden.

Thermoplastic foam injection moulding (FIM) with blowing agent loading through sluice systems offers greater design freedom and gentler plasticising compared to compact injection moulding. This thesis therefore uses practical tests to analyse the advantages of FIM in the processing of long glass fibre reinforced thermoplastics (LFT) and to develop design and processing recommendations for lightweight structural construction. In the first step, the influence of FIM on melt viscosity and fibre length after plasticising is investigated in order to derive recommendations for the plasticising parameters. During the tests, the FIM achieves a significant reduction in melt viscosity and fibre breakage. Based on this, the effect of cell formation on fibre-matrix adhesion is discussed. For the development of design recommendations, flow spirals with different wall thicknesses and flow path lengths as well as different ribs are produced and analysed. Using various statistical methods, the relationships between the dimensional accuracy, the mechanical and morphological properties and the moulded part geometry are identified and design recommendations are developed. In addition, the influence of the injection moulding parameters on the mechanical and morphological properties is analysed for certain ribs and wall thicknesses. It is shown that the influence of the injection moulding parameters is not significant, but the moulded part geometry has a significant influence on the mechanical and morphological properties and the moulded part geometry is therefore essential for the use of foamed LFT in lightweight structural design. Finally, to validate the design and processing recommendations, the lye container of a washing machine with several metal inserts is analysed as a complex demonstrator. The foamed lye containers with a weight reduction of 7 % achieve comparable mechanical properties to the compact reference. At the same time, shrinkage at the end of the flow path and warpage can be reduced by the FIM. As part of this work, the potential of the developed design and processing recommendations for lightweight structural construction with foamed LFT can thus be demonstrated in practical tests.

OpenAccess:
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