5. Typische Kunststoffverarbeitungsverfahren

Question 1

Erläutere die einzelnen Elemente einer Extrusionsanlage

Answer 1

S. 89

Materialzufuhr und Dosierung
Extruder
Werkzeug
Kalibriervorrichtung

Question 2

Was wird durch Extrusion hergestellt?
Welche Extrusionsverfahren gibt es?

Answer 2

Platten, Folien (Flachfolienextrusion)
Folien (Blasfolienextrusion)
Rohre (Rohrextrusion)
Fasern und Textilien (Faserspinnen)
Kabel

Question 3

Welche Arten von Extrudern gibt es?

Answer 3

Einschneckenextruder
Doppelschneckenextruder (Compoundierung und materialschonende Behandlung)

Schneckengeometrie:
-kurze Kompressionszone bei teilkristallinen Thermoplasten
-Langkompressionsschnecke bei empfindlichen Materialien (z. B. PVC)
-Entgasungsextruder

Question 4

Was sind die Aufgaben eines Extruders?

Answer 4

-Material aufschmelzen und auf Verarbeitungstemperatur bringen
-Druck aufbauen, der zum Passieren der Folgekomponenten benötigt wird
-Füll- oder Farbstoffe einarbeiten
-thermisch, zeitlich und stofflich konstanter Materialstrom gleicher Qualität

Question 5

Welche 3 Zonen gibt es beim Extruder?

Answer 5

Einzugszone:
-Granulat wird aus dem Trichter eingezogen

Komoressionszone:
-Druckaufbau

Meteringzone:
-Homogenisierung des Drucks

S. 91

Question 6

Was passiert nach dem Extruder?

Answer 6

-Schmelze wird vom Werkzeug ausgeformt
-Abkühlung in Kalibriervorrichtung, die Form des Halbzeugs fixiert
-Halbzeug wird entweder aufgewickelt oder konfektioniert und gestapelt

Question 7

Erläutere die Blasfolienextrusion.

Answer 7

-Schnelzestrom verlässt Werkzeug (Blaskopf) als Schlauch
-Schlauch wird senkrecht nach oben abgezogen und von außen nach innen durch Luftstrom gekühlt
-wird anschließend zu Doppelbahn flachgelegt, an beiden Seiten aufgeschlitzt und aufgewickelt
S. 92

Question 8

Welche Verfahrensschritte gibt es beim Extrusionsprozess?

Answer 8

Materialeinzug
Aufschmelzen
Stoffliches und thermisches Homogenisieren
Fördern
Druck aufbauen
Austragen der Schmelze durch Werkzeug

Question 9

Was ist Coextrusion?

Answer 9

Dem Werkzeug werden mehrere Schmelzeströme von unterschiedlichen Extrudern hinzugefügt
Ströme werden im Werkzeug in Schichten ausgeformt und unter Druck aufeinander geführt

Question 10

Wie können Orientierungen im Extrusionsprozess erzeugt werden?

Answer 10

-Durchströmen der Schmelze
-Verstrecken der Folie in Kalibrierstrecke
-Orientierung kann sich zurückstellen wenn Schnelze nicht mehr unter Formzwang liegt, Rückstellung ist temperaturabhängig
-Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und Realisierung spezieller Produkteigenschaften

Question 11

Welche vorteiligen Merkmale hat das Spritzgießen?

Answer 11

-direkter Weg vom Rohstoff zum Fertigteil
-hohe Gestaltungsfreiheit
-keine oder nur geringe Nacharbeitung notwendig
-vollautomatisierbares Verfahren
-hohe Reproduziergenauigkeit
-kurze Zykluszeiten

Question 12

Erläutere den Aufbau einer Spritzfießmaschine.

Answer 12

S. 99

Question 13

Beschreibe den Spritzgießprozess.

Answer 13

1. Werkzeug schließt
2. Aggregat vor und Einspritzen
3. Nachdruckphase
4. Aggregat zurück
5. Dosieren und Restkühlen
6. Werkzeug öffnen und Auswerfen

Während der Kühlphase:
-Rohmaterial für neuen Zyklus plastifiziert
-Schnecke gibt Vorraum frei, Schmelze wird durch Schneckenrotation in Vorraum befördert

Question 14

Unterscheide beim Spritzgießen Thermoplaste von Elastomeren/Duroplasten.

Answer 14

-Thermoplaste erstarren durch Kühlung im Werkzeug

-Elastomere/Duroplaste werden beheizt um Vernetzungsvorgang zu initiieren

Question 15

Erläutere die Dosierphase.

Answer 15

Plastifiziereinheit stellt durch rotatorische Bewegung der Schnecke sicher, dass ein definiertes Schmelzevolumen mit homogener Temperatur- und Füllstoffverteilung im Schneckenvorraum vorliegt

Question 16

Erläutere die Plastifizierphase.

Answer 16

-Teil der Dosierphase
-granulat-oder pulverförmiger Kunststoff muss in formbaren Zustand gebracht werden: Thermoplaste werden aufgeschmolzen, Elastomere und Duroplaste werden nur leicht erwärmt um im unvernetzten Zustand zu bleiben
-lange Aufschmelzzeit aufgrund der niedrigen Wärmeleitfähigkeit, kann durch zusätzliche mechanische Scherung durch rotierende Schnecke verkürzt werden (dissipativ eingebrachte Energie)
-homogene Temperaturverteilung durch ständiges Durchmischen der Schmelze

Question 17

Erläutere die Einspritzphase.

Answer 17

-Schmelze wird durch translatorische, geschwindigkeitsgeregelte Bewegung der Schnecke in Kavität eingespritzt
-beim Erstarren der Schmelze im Werkzeug kommt es zu Volumenschwindung

Question 18

Was sind Unterschiede zwischen Extruderschnecke und Spritzgießschnecke?

Answer 18

-Spritzgießschnecken sind kürzer
-an der Spitze der Spritzgießschnecke ist Rücksteomsperre angebracht (um Zurücklaufen der Schmelze durch hohen Einspritzdruck zu verhindern)

Question 19

Erläutere den Nachdruckprozess.

Answer 19

-druckgeregelte Vorwärtsbewegung der Schnecke
-Ziel: optimale Abbildung der Kavität ohne dass die Kavität überspritzt wird
-Materialfluss nur möglich wenn im Inneren noch schmelzflüssige Bereiche vorliegen
-sobald Formteil versiegelt ist, ist es nicht sinnvoll Nachdruck auszuüben

Question 20

Was passiert wenn keine ausreichende Nachdruckwirkung vorliegt?

Answer 20

Lunker und Einfallstellen
Aufgrund des Volumenschwunds kann Kavität nicht präzise abgeformt werden

Question 21

Was sind die Aufgaben des Werkzeugs?

Answer 21

-Aufnehmen und Verteilen der Schmelze
-Ausformen der Schmelze zur Produktgestalt
-Abkühlen bzw. Aufheizen
-Kraftaufnahme der Schließkraft (Werkzeuginnendruck * projizierte Fläche)
-geometrische Kompabilität mit Maschine
-passende Werkzeugeinbauhöhe

Question 22

Wie ist der Aufbau eines Werkzeugs?

Answer 22

S.104

Question 23

Erläutere innere und äußere Eigenschaften.

Answer 23

Innere Eigenschaften:
-Kristallinität, Orientierungen, Eigenspannungen

Äußere Eigenschaften:
-Schwindung und Verzug
-abhängig von inneren Eigenschaften

Question 24

Erläutere Schwindung am pvT Diagramm.

Answer 24

S. 105

Question 25

Wie entstehen Eigenspannungen?

Answer 25

-entstehen aufgrund behinderter Volumenänderungen in festen Körpern
-entstehen durch inhomogene Abkühlbedingungen
-beim Spritzgießen: zuerst erstarrten Schichten behindern die Längenänderung der zuletzt erstarrten Schichten (thermisch induzierte Eigenspannungen)
-Zugspannungen im Formteilkern, Druckspannungen in den Außenschichten

Question 26

Wie entsteht Verzug?

Answer 26

-wenn innere Spannungen nicht im Gleichgewicht stehen, verformt sich das Bauteil um Gleichgewichtszustand zu erreichen

Question 27

Erläutere druckinduzierte Eigenspannungen.

Answer 27

-schmelzeförmiger Kern wird durch Nachflrderung elastisch komprimiert
-Volumenvergrößerung beim Aufheben des Drucks, die durch erstarrte Randschichten behindert wird: Druckeigensoannungen im Inneren

Question 28

Was passiert bei Überlagerung von thermischen und Druckeigenspannungen?

Answer 28

S. 108

Question 29

Welche Einflussgrößen gibt es auf den Verzug?

Answer 29

-Wanddickensprung
-Schwindungsunterschiede und Eigenspannungen
-Werkzeugwandtemperatur (hohe Temperatur minimiert Verzug)
-inhomogene Werkzeugtemperierung

Kein Einfluss auf Verzug:
-Nachdruck und Massetemperatur