Qualitätssicherung von DVDs in Kunststofftechnik

Die Digital-Versatile-Disk (DVD) ist ein Datenträger mit 14-facher Speicherkapazität gegenüber der herkömmlichen CD. Aufgrund dieser enormen Speicherkapazität stellen DVDs an die Kunststofftechnik besondere Anforderungen. Die spritzgegossenen Polycarbonat-Scheiben müssen mit höchster Präzision hergestellt werden. Mit der Optimierung dieses Herstellungsprozesses hat sich Sonja Oesterle in einer beachtlichen Diplomarbeit befasst und Wege aufgezeigt, wie ein Verziehen der Scheiben beim Abkühlen gemessen und verhindert werden kann.Die DVD-Scheiben sind im Ausgangszustand zweigeteilt, weshalb sie mit 0,6 mm nur halb so dick wie die klassischen CDs sind. Darum ist es auch besonders schwierig, den hochwärmebeständigen Kunststoff Polycarbonat spannungs- und verzugsfrei in die plane Form einer Scheibe zu bringen. Angewendet wird hierfür ein spezielles Spritzgießverfahren, das Spritzprägen, das Prof. Peter Wippenbeck von der FH Aalen als “sanftes Spritzgießen” charakterisiert. Beim sanften Spritzgießen wird der Kunststoff zunächst in eine noch etwas geöffnete Kavität eingespritzt. Danach erfolgt über die Schließeinheit der Maschine das Komprimieren der Kunststoffschmelze. Damit erreicht man eine sehr gleichmäßige Druckverteilung, was zu spannungsfreien DVD-Scheiben führt.

Üblicherweise erhält man wichtige Aussagen über die Qualität von Spritzgussteilen, wenn man deren Gewicht misst. Bei den DVDs besteht jedoch kein Zusammenhang zwischen Gewicht und Qualität. Der Mangel eines solchermaßen leicht zu erfassenden Qualitätskriteriums macht die Qualitätsnachweise für Polycarbonat-Scheiben wesentlich komplizierter. Um deren Qualität beurteilen und ihren Herstellungsprozess optimieren zu können, muss u. a. die Ebenheit und die Doppelbrechung geprüft werden. Hierzu wird ähnlich wie beim späteren Lesen von Daten die Informationsebene einer DVD mit Laserstrahlen abgescannt. Denn die kettenförmigen Kunststoffmoleküle provozieren optische Ungleichmäßigkeiten, indem sie sich allesamt bei der Formfüllung in Fließrichtung orientieren. Der Winkel des reflektierten Strahls und somit die Neigung der abgetasteten DVD-Oberflächenelemente werden mit positionsempfindlichen Photodioden (PSD) gemessen. Mit Hilfe dieser Messdaten können dann die geeigneten Parameter des Spritzgießens optimiert werden. Außerdem müssen exakte Abkühlbedingungen eingehalten werden, um die Schwindung des Kunststoffs in den Griff zu bekommen.

Hierfür sind detaillierte Kenntnisse der Mess- und Regelungstechnik, der Qualitätssicherung und der Versuchsplantechnik nötig, wie sie Sonja Oesterle in ihrer Diplomarbeit ausweist. Mitbetreuer Prof. Dr. Wolf-Dieter Ruf bemerkte zu dieser Arbeit: “Frau Oesterle zeigt eindrucksvoll, wie viel kunststofftechnisches Know-How in der Fertigung von hochpräzisen Datenträgern involviert ist. Sie erläutert nicht nur die von ihr ermittelten Zusammenhänge zwischen Einflussfaktoren und den optischen Merkmalen äußerst anschaulich, sondern verweist auch auf eine deutliche Reduzierung des Verzugs infolge der darauf aufbauenden Prozessoptimierung.”

Die Gelegenheit zur Einarbeitung in die Details der DVD-Herstellung bekam die Diplomandin bei der Arburg GmbH in Lossburg / Freudenstadt, einem der renommiertesten und weltweit agierenden Spritzgießmaschinenhersteller Deutschlands. Im Technikum von Arburg werden Spritzgießmaschinen speziell für die Herstellung von DVDs ausgerüstet und die Einstellparameter so optimiert, dass auch mit einem Vier-Sekunden-Zyklus die geforderte Qualität und Präzision zustande kommen. Mit der FH Aalen steht die Arburg GmbH in ständiger Kooperation. In Loßburg ist inzwischen eine stattliche Anzahl von Absolventen des Aalener Studiengangs Kunststofftechnik beschäftigt.

An der FH Aalen will man nun die Erforschung der von Sonja Oesterle bearbeiteten Methoden weiter ausbauen und auch computerunterstützte Versuchsplantechnik zur Parameteroptimierung einsetzen.