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1
Q
Wie ist Schwindung definiert?
A
Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen im Spritzgießprozess verändert das Formteil während der Abkühlung seine Maße.
Diese Maßänderungen werden unter dem Oberbegriff »Schwindung« zusammengefasst.
Nach DIN 16901 wird die Verarbeitungsschwindung
(VS) von technischen Kunststoffen bei der Spritzgießverarbeitung als Differenz zwischen den Maßen des kalten Werkzeuges und denen des Formteils nach 16-stündiger Lagerung im Normklima angegeben.
Schwindung basiert auf den Grundprinzipien der Physik, der Volumenänderung unter Temperatureinwirkung.
Schwindung wird sich somit nie vermeiden lassen.
2
Q
Wie ist Verzug definiert?
A
Verzug ist die Abweichung eines Formteils von seiner Sollgestalt. Wobei sich Flächen verwölben bzw. verwinden; Winkel sich verkleinern bzw. vergrößern. Grundsätzlich bleibt aber dabei das Volumen konstant.
Verzug entsteht immer als Folge von unterschiedlicher Schwindung!
3
Q
Wann tritt Verzug auf?
A
Verzug entsteht als Folge inhomogener Schwindung
4
Q
Wie verhält sich Schwindung in Tiefen, Längen- und Breitendimension eines Formteils?
A
Dickenschwindung: SS= 0,9 - 0,95 x SV
Längen, -Breitenschwindung: S L/B = 0,1 - 0,05 x SV
5
Q
Woran liegt das unterschiedliche Schwindungsverhalten?
A
Unterschiedliche Schwindungsarten: Freie und behinderte Schwindung
Schwingung wird durch Reibung des Bauteils an den Werkzeugwänden behindert. Es liegt eine Teilfixierung vor. Von verhinderter Schwindung spricht man bei der Fixierung durch Kerne etc..
6
Q
Nenne die vier Einflüsse auf Schwindung und Verzug? Erkläre diese:
A
• Kunststoff
o Teilkristallin / amorph
o Füllstoffgehalt und Füllstofforientierung
Verringerung der Schwindung um 50 – 80% in Glasfaserrichtung
• Verarbeitung / Prozess
o Nachdruckzeit: Je länger, desto weniger Schwindung (bis Einfrieren)
o Nachdruckhöhe: Je höher, desto weniger Schwindung (bis Einfrieren)
o Fromnestwandtemperatur: Je höher, desto langsamer die Abkühlung, desto mehr Verarbeitungs-Schwindung – Aber weniger Potenzial für Nachschwindung
o Schmelzetemperatur: gemischter Einfluss: mehr thermisches Kontraktionspotenzial aber bessere Druckübertragung für Nachdruck
o Einspritzgeschwindigkeit: kaum Einfluss
o Entformungstemperatur: je höher, desto mehr Schwindung
• Werkzeug
o Unterschiedliche Werkzeugtemperaturen: heiße Seite schwindet stärker
o Einfluss der Werkzeugtemperierung bei unverstärkten Thermoplasten deutlich größer
• Formteil
o Schwindungsdifferenzen durch unterschiedliche Wanddicken führen zu Verzug
o Schwindungsdifferenzen aufgrund unterschiedlicher Faserorientierungen führen zu Verzug
o Wanddickenreduzierung am Fließwegende kann Verzug verringern (siehe Chinesenhut)
o Rippengestaltung ist entscheidend
o Masseanhäufungen sollten vermieden werden
7
Q
Nenne die Methoden / Funktionsprinzipien der Laserbeschriftung
A
Grundlage: Licht Wärme (Absorption) Kontrast
• Eingravieren
o Beim Eingravieren schmilzt der Laserstrahl das Polymer an der Oberfläche auf und verdampft es. Das führt zu einem hohen Kontrast und einer permanenten Gravur. Die Tiefe der Gravur beeinflusst den Kontrast.
• Fading / Farbwechsel
o Für Fading oder einen Farbwechsel sind laser- sensitive oder laser- aktive Additive notwendig. Das Fading oder der Farbwechsel werden durch den Laserstrahl ausgelöst.
• Aufschäumen
o Durch die Einstrahlung des Laserstrahls schmilzt das Material und wird viskos. Wenn dann Gasblasen, die sich während des Aufschmelzens bilden, während des Abkühlens des Materials eingeschlossen werden, kann eine erhabene Markierung erreicht werden.
• Schichtabtrag
o Für eine Markierung durch Schichtabtrag ist die Homogenität der Beschichtung wesentlich. Mehrfarbige Markierungen sind möglich, wenn verschiedenfarbige Schichten abgetragen werden. Der Kontrast entsteht durch die Farbe des darunter liegenden Grundmaterials oder der Beschichtung.
8
Q
Wie verhält sich ein schwarzes Bauteil, wie ein naturfarbenes Bauteil bei Laserbeschriftung?
A
Es gibt grundsätzlich die Möglichkeit hell oder dunkel zu markieren. Die helle Variante beruht auf einer partiellen Aufschäumung des Kunststoffs und die dunkle auf einer partiellen Karbonisierung (Verkohlung)
Bei hellen Bauteile: Kontrast durch Carbonisierung
Bei dunklen Bauteilen: Kontrast durch Aufschäumen
9
Q
Welcher Laser bei welcher Wellenlänge wird hauptsächlich verwendet?
A
• Hauptsächlich: Nd: YAG-Laser 1064 nm (Frequnzdopplung: 532 nm)
10
Q
Was gibt es sonst für Laserarten und bei welchen Wellenlängen arbeiten sie?
A
- CO2 Laser: 10,6 µm
- Nd: YAG-Laser 1064 nm für IR optimiertes Material
- Diodenlaser: 810 – 980 nm
- Excimer Laser: 120 – 355 nm für UV optimiertes Material
11
Q
Was sind die Prozessparameter bei der Laserbeschriftung?
A
- Geschwindigkeit
- Frequenz
- Pulsweite
- Leistung
12
Q
Welche Prozessparameter bei der Laserbeschriftung sind konstant?
A
- Pulsweite
* Leistung
13
Q
Welche Prozessparameter bei der Laserbeschriftung werden variiert?
A
- Geschwindigkeit
* Frequenz
14
Q
Wie lassen sich die Prozessparameter bei der Laserbeschriftung charakterisieren?
A
Laser-Einstellungen sind entscheidend für einen gute Kontrast
Es werden Prüfplatten genutzt auf denen unterschiedliche Parameterkombinationen getestet werden.
15
Q
Welche Einflüsse auf die Beschriftungsqualität gibt es?
A
• Zusammensetzung des Materials / Polymers
o Schwarze Durethan Typen können z.B. leichter mit einer hellen Farbe beschriftet werden als schwarze Pocan Typen
o FR Additive haben einen erheblichen Einfluss auf die Laserbeschriftbakeit
o Laser sensitive Additive
• Wellenlänge des Laserstrahls
o Der Nachweis der Beschriftbarkeit bei einer bestimmten Wellenlänge ist keine Garantie für die Beschriftbarkeit bei einer anderen Wellenlänge.
• Frequenz, Leistungsabgabe und Schreibgeschwindigkeit
o Die Reproduktion von Beschriftungsergebnissen erfordert möglicherweise eine Anpassung der Geräteeinstellungen.
• Oberflächenqualität
o Glänzende Oberflächen sind besser geeignet als matte oder texturierte Oberflächen.
16
Q
Wie lässt sich die Lackhaftung beurteilen (zwei Testverfahren)?
A
• Gitterschnitttest
o Der Gitterschnitttest bestimmt die Lackhaftung durch das Einritzen eines Gittermusters durch den Lack in das Substrat. Anschließend wird Klebeband auf den Schnitt aufgebracht und schnell abgezogen
o Die Haftung wird bewertet auf einer Skala von “Gt 0 (gut) bis 5 (schlecht)”.
• Dampfstrahltest
o Der Dampfstrahltest bestimmt die Lackhaftung durch das Einritzen eines “Andreaskreuzes” durch den Lack in das Substrat. Anschließend wird ein definierter Dampfstrahl auf beide Flanken des Kreuzes angewendet.
o Die Haftung wird bewertet anhand des Grades der Lackablösung (Wert “0 bis 5”).
17
Q
Was bewirken Flammschutzmittel? Was bewirken sie nicht?
A
Flame Retardants (FR) können ein voll entwickeltes Feuer nicht löschen Sie wirken nur in der Startphase eines Feuers
18
Q
Welche Klassifizierungsprüfungen gibt es?
A
• UL 94 V
o V-Prüfung: zweimal 10 s Probekörper Einwirken der Flamme auf den vertikal eingespannten Probekörper.
o 2. Beflammung direkt nach dem Ende der 1. Nachbrennzeit
o Dabei werden die Brennzeit und bei den V-Prüfungen auch das Abfallen brennender Teile mit Hilfe eines Wattebausches, welcher sich unter dem Probekörper befindet, bewertet
o Bunsenbrenner wird unter die Probe gehalten
o Beurteilung von Nachbrennzeit (Selbstverlöschung) und Abtropfen
o UL 94 V-0 = hoher und anerkannter Flammschutz
o Nach Durchführung für verschiedene Farben erhält man eine „Yellow Card Registrierung“
o Bunsenbrenner wird unter die Probe gehalten
o Beurteilung von Nachbrennzeit (Selbstverlöschung) und Abtropfen
o UL 94 V-0 = hoher und anerkannter Flammschutz
o Nach Durchführung für verschiedene Farben erhält man eine „Yellow Card Registrierung“
• GWIT = Glow wire ignition Temperature
o Bestimmung der maximalen Glühdrahttemperatur ohne Entzündung (Endzündbarkeit)
o Bestanden, wenn Gesamtbrenndauer <5s
o Notwendig für Haushaltsanwendungen
• GWFI = Glow wire flammability Index
o Klassifizierung: max. erreichte Glühdrahttemperatur
o Bewertung nach Nachbrennzeit / Abtropfen
o Bestanden: Nachbrennzeit < 30s und kein brennendes Abtropfen
• (FMVSS = Federal motor vehicle safety standards)
19
Q
Was ist beim Compoundieren zu beachten?
A
• Enges Verarbeitungsfenster
o Polymer muss aufschmelzen aber es darf keine Zersetzung der FSM stattfinden
o Entscheidend sind die effektive Temperatur und die Verweilzeit
• Ideale Einarbeitung:
o Gute FSM Verteilung bei geringer Scherung
o Möglichst niedrige Temperaturen
• Feuchte:
o Hoch: Nebenreaktionen
o Niedrig: Viskosität hoch Scherung
20
Q
Was gilt für ein Ideales Flammschutzsystem?
A
- Kompatibel mit Polymer und Additiven
- Kein Ausschwitzen, geruch- und farblos
- Stabil gegen Feuchtigkeit, Wärme und UV
- Keine Korrosionsneigung (E&E)
- Ökologisch unbedenklich und rezyklierfähig
- Thermisch stabil bei Verarbeitungsbedingungen
21
Q
Welche Flammschutzsysteme gibt es?
A
- Halogenhaltige FR Systeme (Chlor oder Brom)
- Anorganische Compounds (ATH, MDH, Zinkborat)
- Phosphorhaltige FR Systeme (roter Phosphor, organischer Phosphor)
- Stickstoffhaltige FR Systeme (Melamincyanurat, Melaminphosphat)
- Synergisten (Antimontrioxid, Schichtsilikate, Talkum)
22
Q
Wie wirken die unterschiedlichen Flammschutzsysteme?• Halogenhaltige FR Systeme
A
• Halogenhaltige FR Systeme
o Radikalrekombination in der Gasphase Energiereiche Radikale werden gefangen
o Viel hilft viel
o Geringer Einfluss auf Materialeigenschaften
o Analoges Wirkungsprinzip bei unterschiedlichen Thermoplasten
o Sehr effektiv aber ökologisch fragwürdig
o Hohe Rauchgasdichte, Kohlenstoffmonoxid-Gehalt und korrosive Gase
23
Q
Wie wirken die unterschiedlichen Flammschutzsysteme?
• Hallogenfreie FR Systeme
A
o Wirken überwiegend in kondensierter Phase
o Charbildung
o Depolymerisation
o Ausbildung von Barriereschichten
o Abkühlung
o Verdünnen von Brandgasen
o Die Polymermatrix ist am FR Mechanismus beteiligt Individuelle Lösungen gefordert
24
Q
Wie wirken die unterschiedlichen Flammschutzsysteme?
• Anorganische Compounds
A
o wirken durch Freisetzung von Wasser (Kühlung / Verdünnung von Gasen)
o Diese Systeme sind nicht sehr effektiv, durch ihre hohen Füllgrade werden die mechanischen und rheologischen Eigenschaften beeinflusst.
o Borate bilden Verkohlungen Schutz vor Hitze und Sauerstoff (allein nicht sehr effektiv)
25
Wie wirken die unterschiedlichen Flammschutzsysteme?
| • Phosphorhaltige FR Systeme
o werden in Phosphorsäure umgesetzt, die das Polymer dehydriert und dadurch zu einer Verkohlung führt. Roter Phosphor (anorganischer Phosphor) ist sehr effektiv, er kann aber nur in dunklen Einfärbungen verwendet werden. In Kontakt mit Feuchtigkeit kann sich Phosphorsäure bilden und migrieren.
26
Wie wirken die unterschiedlichen Flammschutzsysteme?
| • Stickstoffhaltige FR Systeme
o Verzögerung der Entzündung durch die endotherme Zersetzung
o Weitere Zersetzung von Melamin in Stickstoff, Ammoniak, etc. Stickstoff verdünnt die brennbaren Gase (Sauerstoffmangel)
o Stickstoffhaltige FR Systeme sind, verglichen mit halogenhaltigen FR Systemen, weniger effizient, sie zeigen aber im allgemeinen gute elektrische Eigenschaften und einen hohen GWIT.
27
Was sind aktuelle Trends, die für Flammschutz relevant sind?
• Miniaturisierung (geringe Wanddicken)
o Erhöhte Flammwidrigkeit
o Verbesserte Fließfähigkeit – trotz hoher Flammschutzfüllstoffgehalte
• Zunehmend höhere Sicherheitsanforderungen
o Immer mehr Anwendungen mit FR Anforderungen
• Steigendes Umweltbewusstsein
• Erhöhte gesetzliche Anforderungen
• Verschärfte Normenanforderungen
28
Was ist die Idee der Hybridtechnologie?
Ein Verbund aus einem profilförmigen Metallteil und einem thermoplastischen Kunststoff mit einem im Spritzgießen erzeugten Formschluss zwischen den beiden Komponenten.
Leichtbaustrukturen (Bleche) haben unter Belastung Stabilitätsprobleme (Knicken, …)
Mit geringen Kräften (Kunststoff) kann man die Struktur stützen
29
Was für Ziele hat die Hybridtechnologie?
Durch Synergien leichte Strukturbauteile mit einem großserientechnischen Produktionsverfahren herzustellen, die im Vergleich zu reinen Kunststoff- Strukturbauteilen wesentlich höhere Belastungen zulassen, aber gleichzeitig die gleiche Gestaltungsfreiheit wie im Spritzguss hergestellte Kunststoffbauteile besitzen, d.h. dass sich ein hoher Funktionsumfang in einem Prozessschritt im Bauteil integrieren lässt.
30
Welche Stärken hat die Kunststoffkomponente?
* Große Gestalungsfreiheit
* Gute Fließfähigkeit
* Niedrige Dichte
* Gute Zähigkeit und Steifigkeit
* Hohy dyn. Belastbarkeit
* Hohe Alterungsbeständigkeit
* Beständig gegen Öle, Fette, Reinigungsmittel
31
Welche Stärken hat die Metallkomponente?
* Hohe Festigkeit und Steififkeit
* Duktiles Bruchverhalten
* Niedrige Wärmeausdehnung
* Gutes Tiefziehverhalten
32
Welche Stärken hat das Hybrid Bauteil?
* Reduzierte Beulneigung bei dünnwandigen Blechen
* Hohe Energieaufnahme
* Hohe Temperaturbeständigkeit
* niedriges Teilegewicht
* hohe Präzision in Fertigung und Einsatz
* hohe Integration von Funktionselementen
33
Warum wird Polyamid in der Hybridtechnologie verwendet?
* geringe Eigenspannungen beim Umspritzen von Metallteilen
* gute Kombination von Steifigkeit und Zähigkeit auch bei tiefen Temperaturen
* exzellentes Fließverhalten
* niedriger thermischer Längenausdehnungskoeffizient
* unempfindlich gegenüber Ölen, Fetten und Reinigungsmitteln
* keine nennenswerte Alterung unter praxisrelevanten Bedingungen
* Erfüllung der Brandsicherheit nach US-FMVSS 302
* stoß-, geräusch- und schwingungsdämpfende Eigenschaften
* hohe Kratzfestigkeit und antistatische Oberfläche
34
Was sind typische Konstruktionselemente?
* Knotenpunkte im Blechprofil (Löcher mit Kegel) Hinterschnitt
* Umklammerung am Blechflansch – Kantenumspritzung
* Formschlüssige Klammer
* Funktionsintegration Anbinden von Kunststoffstrukturen
* Partielle Stützrippen
35
Was sind Vorteile der Hybridtechnologie?
Kosteneinsparung
Gewichtsreduzierung
Investitionskosten (gegenüber reiner Blechlösung)
Funktionsintegration
Hohe Formstabilität und enge Toleranzen
Komplexe hochbelastbare Strukturen realisierbar
Hohe Steifigkeit und Tragfähigkeit
Duktiles Bruchverhalten
Geringe Anzahl an zusätzlichen Fügeelementen
Großserienerprobte Produktionsprozesse
Niedrige Bauteilkosten und Investitionskosten
Keine Nachbearbeitung
Leicht rezyklierbar
Strukturmechanische Anforderungen können optimal umgesetzt werden
Hohe Langzeitdauerbelastbarkeit
Zusätzliche Verarbeitungsprozesse entfallen
Optimale Werkstoff-/ Prozesspaarung
36
Was sind Nachteile der Hybridtechnologie?
Kostenvorteil meist nur bei Großserien
Zwei aufeinander abzustimmende Prozesse
Hohes Investitionsvolumen (gegenüber reiner Kunststofflösung)
37
Wie ist der Produktionsablauf?
* Rationelle Produktion durch Kombination von Metall/Press und Kunststoff/Spritzgieß – Verfahren Großserientauglich
* Ausgangspunkt Tiefgezonenes Blech
* Werkzeug öffnen
* Metalleinleger positionieren
* Einspritzen
38
Was ist in Mould Assembly?
Spritzgießverfahren, bei dem zwei Bauteilhälften im selben Spritzgießwerkzeug umspritzt werden können. Die Effizienz dieser neuen Technik, In Mold Assembly (I.m.a.) genannt, basiert auf ihrer Zuverlässigkeit und Produktivität.
39
Was ist bei Blechüberspritzungen zu beachten?
• Blechverformung bei Randumspritzung durch hohes p
o Bei großem Blechüberhang
o Bei dünnen Durchflussbereichen
o Bei hohl liegenden Blechen
40
Was sind Anwendungen und Stückzahlen der Hybridtechnologie?
* Hybrid Frontend
| * 70 in Serie laufende Anwendungen, über 50 mio. hergestellte Hybridbauteile
41
Extrusionsblasformen ist ein Herstellungsprozess für Kunststoff-Hohlkörper. Wie läuft der Prozess ab?
1. Plastifizierung / Schmelzebereitstellung (Extruder)
2. Umlenken und Formen des Vorformlings
3. Werkzeug schließen und Enden abquetschen
4. Einführen des Blasdorns
5. Aufblasen des Vorformlings gegen die gekühlte Kavitätswand
6. Öffnen und Auswerfen des Blasformteils
7. Butzen an beiden Enden entfernen
42
Was ist der Unterschied zwischen dem kontinuierlichen und dem diskontinuierlichen Extrusionsblasformen?
• Kontinuierliches Formen durch kontinuierliche Extrusion
o Thermoplaste mit hoher Viskosität
o Hohe Schmelzefestigkeit (z.B. Polyolefine)
o Coextrusion
o Geringe Extrusionsgeschwindigkeit
• Diskontinuierliches Formen durch Nutzung eines Speicherkopfes
o Thermoplaste mit geringerer Viskosität
o Geringere Schmelzefestigkeit (z.B. Polyamide)
o Lange, schwere Schläuche für größere Bauteile
o Hohe Extrusionsgeschwindigkeit
o Weniger „Sagging“
o Geringere Abkühlung des unteren Schlauchendes
43
Was gibt es für Materialvorraussetzungen? Welche Materialien werden verwendet?
* Prozessanforderungen beim Extrusionsblasformen: Sehr hohe Viskositäten bei geringen Scherraten
* Gute Schmelzesteifigkeit (Sagging Effekt, Schlauchandhabung)
* Druckniveau innerhalb akzeptabler Grenzen
* Stabiler Prozess (stabiles Einzugs- und Förderverhalten)
* Weites Prozessfenster
* Qualität der Quetschnaht
* Oberflächenqualität
* Aufblasverhältnis
* Gerüche und Emissionen
* Erzeugen von langkettigen, verzweigten PA& durch reaktive Extrusion
44
Was gibt es für Werkzeuge / Blasköpfe?
* Dornhalter
* Verdränger (Torpedo)
* Pinole
* Wendelverteiler
45
Was ist der Sagging Effekt?
Unkontrolliertes durchhängen des Schlauches nicht möglich gute Teile mit definierten Wanddickenverteilungen herzustellen
46
Wie wird er quantifiziert? Was ist die theoretische Länge und was ist die tatsächliche Länge?
Quantifizierung durch Vergleich von theoretischer und tatsächlicher Länge
Tatsächliche Länge: Extrudierte Länge von Werkzeug bis Ende Schmelzeschlauch
Theoretische Länge: Berechnet: Austrittsgeschwindigkeit x Zeit
47
Was sind Anwendungsbeispiele (Stückzahlen)? Was ist hinsichtlich der Bauteilgröße zu beachten?
* Flaschen
* Fässer
* Industrie-Verpackungen
* Medizin-Verpackungen
* Kunststoffkraftstoffbehälter
* Luftführungen
* Spielzeuge
48
Was sind Sonderverfahren?
* Schlauchmanipulation durch bewegliche Werkzeugteile
* Saugblasformen
* Schlauchablegen
* Mehrschichtextrusion
* Sequenzielle Extrusion
49
Wie kann die Wanddicke gesteuert werden?
• Axiale Wanddickensteuerung: Anpassung der Spaltweite mit Stempel
• Radiale Wanddickensteuerung:
o Die Wanddicke wird auf einer Seite des Schlauches angehoben bzw. reduziert, indem das Werkzeug dezentriert wird
o Der Schlauch wird deformiert
o Die Schlauchrichtung ändert sich aufgrund unterschiedlicher Austrittsgeschwindigkeiten
50
Was wird geprüft?
* Werkstoffe
* Bauteile
* Werkstoffeigenschaften nicht gleich Bauteileigenschaften
51
Was sind klassische Prüfverfahren?
* Biegeversuch
* Zugversuch
* Schnellzerreißzugprüfung (Hydraulisch mit Vorlaufstrecke zur Beschleunigung)
* Impact Test nach Charpy Zähigkeit des Materials
52
Was sind klassische Wegmesser?
* Messuhr
* Induktive Wegaufnehmer
* Beschleunigungsaufnehmer
* Dehnungsmessstreifen
* Längenänderungsaufnehmer
53
Welchen Vorteil bieten optische Systeme?
* Berührungslos, rückwirkungsfrei
* Prüfung empfindlicher Proben
* Ortsauflösung
* Komplexe Bauteile
* Mehrachsige Beanspruchungszustände
* Komplexe Lastfälle
* Hohe Verformungsgrade
* Duktile Proben
* Hohe Versuchsgeschwindigkeiten
* Dynamisch beanspruchte Bauteile
54
Welche Kategorien optischer Systeme gibt es?
• Lasermesstechnik
o Einsatz monochromatischer, kohärenter Laserstrahlung
o Analyse physikalischer Effekte (Doppler, Interferenz)
o Messwertbereitstellung in Echtzeit
• Fotomesstechnik
o Fotographische Abbildung des Versuchsgeschehens
o Analyse der Bilddaten mittels digitaler Bildverarbeitung
o Offline Auswertung der Messwerte
55
Beschreibe (Vorteile, Eigenschaften, das Prinzip und Probenvorbereitung) die Fotogrammmetrie:
• Messwertermittlung durch Auswertung fotografischer Aufnahmen des Testobjektes
• 3D-Koordinatenbestimmung von Messmarkierungen mittels Triangulation
• Aufnahme:
o Freihand-Fotoserien des Objektes im stationären unverformten und verformten Zustand
• Auswertung:
o Berechnung der Kameraorientierung je Aufnahme anhand von ortsfesten codierten Referenzmarken
o Räumliche Zuordnung der übrigen Messmarkierungen durch Strahlenschnitt
o 3D-Verschiebungsinformation Koordinatenvergleich mehrerer Zustände
56
Beschreibe (Vorteile, Eigenschaften, das Prinzip und Probenvorbereitung) die digitale Bildkorrelation:
• Verfolgung charakteristischer Muster auf der Probenoberfläche zur flächigen Bestimmung der Objektdeformation
Funktionsprinzip:
• Aufnahme eines Probekörpers mit statistisch verteiltem Fleckenmuster (Speckles)
• Punkt-Verfolgung in verschiedenen Aufnahmen unter Einbeziehung der lokalen Nachbarschaft in einem „Subset“
• Verschiebung, Drehung, Dehnung, Scherung, Verzerrung
• Einzelvergleich der Grauwerte aller korrespondierenden Pixel zwischen Subsets
• Korrelation vieler Punkte bzw. Subsets für flächige Verschiebungsinformation
• Dehnungsermittlung durch örtliche Ableitung des lokalen Verformungszustands
• 3D Bildkorrelation: Einsatz von Stereo-Kamerasystem Kombination von Bildkorrelation und Fotogrammmetrie zur flächigen Ermittlung dreidimensionaler Verformungen
57
Beschreibe (Vorteile, Eigenschaften, das Prinzip und Probenvorbereitung) das Laserextensometer:
* Ablenkung eines gerichteten Laserstrahls durch Ablenkeinheit
* Abscannen der Probe in Lastrichtung
* Diffuse Reflexion an aufgebrachten Reflexionsmarken
* Erfassung der Intensität des Streusignals
* Wiederholung des Scanvorgangs
* Ermittlung der Dehnung auf Basis der Veränderung der zeitlichen Impulsfolge
* 1D Dehnung mit 1 D Ortsauflösung
* 1D Dehnung mit 2 D Ortsauflösung nutzen einer Querablenkeinheit
* Biaxiale Dehnungsbestimmung Arbeiten mit 2 Lasersystemen und Refelxionsmarken in längs und quer Richtung
58
Beschreibe (Vorteile, Eigenschaften, das Prinzip und Probenvorbereitung) das Laservibrometer:
* Aufteilung des Laserstahls
* Beleuchtung der Probenoberfläche mit fokussiertem Messstrahl
* Geschwindigkeitsproportionale Modulation der Frequenz des Messstrahls aufgrund des Dopplereffekts
* ∆f = 2⋅v / λ
* Überlagerung des reflektierten Mess- strahls mit Referenzstrahl zur Interferenz
* Auswertung der Intensitätsmodulation des Detektorsignals
* Einpunktmessung
* Scanning Messung: Wiederholung für mehrere Messpunkte Abrasterung der Oberfläche (Interpolation zwischen den Messpunkten)
* 3D Vibrometrie: Triangulation von 3 “Out of Plane” Messungen 3D Bewegungsmessung
59
Welche physikalischen Effekte nutzt das Laservibrometerverfahren?
* Dopplereffekt
| * Interferenz
60
Was sind die Vorteile von Crashsimulation:
• Crashsimulation ermöglicht:
o Verständnis für die Funktionsweise der Konstruktion
o Vermeidung von Konstruktionsfehlern in frühen Entwicklungsphasen
o Erhöhung der Sicherheit für den Endkunden
o Reduzierung von Entwicklungszeit und -kosten
o Konzeptevaluierung ohne reale Prototypen
61
Was für Nichtlinearitäten treten auf?
* Nichtlinears Materialverhalten
* Randbedingungen
* Geometrische Nichtlinearität
62
Aus was für Elementen besteht das Elastisch-viskoplastische Modell zur Beschreibung des Werkstoffverhalten?
* Feder
* Dämpfer (lineare Viskoplastizität = konstant)
* Reibelement (parallel zum Dämpfer)
63
Was wird bei der wahren Spannung und der wahren Dehnung berücksichtigt?
* Wahre Spannung: Einschnürung des Querschnittes
| * Wahre Dehnung: nicht konstante Dehnung über der Prüflänge
64
Wie werden Crash – Materialdaten bestimmt?
* Servohydraulische Prüfmaschine zur Durchführung von Schnellzerreißversuchen
* Bestimmung der lokalen Verschiebungs-, Dehnungs- und Geschwindigkeitsfelder mittels optischer Messtechnik
* Ableitung der Materialkarten mittels Reverse Engineering
* Validierung zum Nachweis der präzisen Beschreibung von dehnratenabhängiger Steifigkeit und Festigkeit
65
Was sind die Einflüsse von Zug, Druck, Schub, Faserorientierung auf die mechanischen Eigenschaften?
• Unterschiedliche Materialsteifigkeiten
• Deutlich höhere Festigkeiten in Fließrichtung bei Faserorientierten Kunststoffen
o Eventuell Mittelung aus Daten längs und quer zur Fließrichtung
66
Wie sieht bei einem Crashversuch die Spannungs-Dehnungs Kurve für einen Zug, Druck und Scherversuch aus?
Oben Druck, geringste Dehnung
Mitte Zug, höchste Dehnung (keine Spitze in der Mitte)
Unten Schub, mittlere Dehnung
67
Welche p/q Verhältnisse sind diesen Lastfällen zuzuordnen?
| Beschreibt Beanspruchungszustand
* q: von Mises-Vergleichsspannung
* p: hydrostatischer Druck
* Zug: p/q: -1/3
* Schub p/q: 0
* Druck p/q: 1/3
* Faustregel: Die plastische Versagensdehnung nimmt mit wachsendem p/q-Verhältnis zu
68
Was sind Organobleche?
* Flaches Halbzeug basierend auf thermoplastischem Polymer
* Verstärkung: Gewebe oder andere Endlosfasern aus Glas, Carbon oder Aramid
* Material ist vollständig imprägniert und konsolidiert Die Fasern sind komplett mit Polymer bedeckt und keine Lufteinschlüsse im Materialinnern (<2%)
* Das Material wird bei der Verarbeitung über die Schmelztemperatur erwärmt und in einem Werkzeug verarbeitet. Der besondere Vorteil ist die kurze Zykluszeit (<60 s), da keine chemische Reaktion erforderlich ist. Es entsteht ein stabiler und reproduzierbarer Prozess.
* Hinsichtlich seiner Anwendung vollständig aufgebaut bzw. konfiguriert, d.h. vom Bauteilhersteller als Zuschnitt bezogen werden kann, der direkt in den Prozess einfließt.
69
Was muss bei der Umformung hinsichtlich Radien und Verformungsschrägen beachtet werden?
Welche konstruktiven Aspekte müssen bei der Werkzeuggestaltung zur Drapierung betrachtet werden?
• Ageformt < Aumgeformt
• Bei der Umformung kommt es zu einer Veränderung der Faserorientierung
• Entformungswinkel > 5°
o Rekosolodierung des Tepex Fläche zum Aufbringen der Kraft
o Geringere Beanspruchung der äußeren Tepex lagen
• Entformungswinkel zum Werkzeugrand hin flacher
o Tepex kann von außen nachrutschen
o Tepex Zuschnitt ist größer als die projezierte Bauteilfläche
• Radien an Werkzeugkernen vorsehen: Ra > Ri >> 1 mm
70
Was sind Vorteile von Organoblechen?
* Geringes Gewicht und hohe Festigkeit
* Hohe Energieabsorption (Crash)
* Geringerer oder kein Invest für Tiefziehwerkzeuge
* Keine Korrosion
* Einfaches Recycling (nur ein Material, recyclingfähig z.B. als faserverstärktes Granulat)
* Verschweißbar mit gleichem Kunststoff (PA)
* Hohe Steifigkeit durch stoffschlüssige Verbindung bei Hybrid-Bauteilen
* Verkürzung des Prozesses: Halbzeugumformen, Einspritzen und In Mold Decoration in einem Schritt möglich
71
Was sind Herausforderungen?
* Preis für die Halbzeuge
* Aufheizen der Organobleche vor dem Einlegen empfehlenswert
* Einfluss von Feuchte und Temperatur ist stärker
72
Was ist integrative Simulation?
Weiterverwendung der berechneten Faserorientierung in anderen FEM Simulationen zur Erhöhung der Vorhersagegenauigkeit in der Bauteilsimulation
73
Wieso wird eine Spritzgießsimulation durchgeführt?
* Untersuchung der Verarbeitbarkeit (Prozessfenster)
* Identifikation von Problembereichen (Bindenähte, Lufteinschlüsse, Verzug,...)
* Bestimmung optimaler Anschnittpositionen und Angussdimensionierung
* Füllzeit Bestimmung
* Schwindungs und Verzugsanalyse
* Evaluierung von Design-Alternativen ohne Werkzeugänderungen (Hardware)
* Weiterverwendung der gewonnenen Daten in der integrativen Simulation
74
Wie orientieren sich Fasern im Kunststoffbauteil?
Randschicht: regellose Verteilung
Scherschicht: parallel zur FLießrichung
Kernschicht: senkrecht zur Fließrichtung
Dehnströmungen: Querorientierung
Scherströmung: Längsorientierung
75
Welchen Einfluss haben Fasern und ihre Orientierung auf die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Bauteils?
• Starker Einfluss der Faserorientierung auf die mechanischen Eigenschaften:
o Deutlicher Anstieg der Festigkeit und Steifigkeit in Faserrichtung
• Starker Einfluss der Faserorientierung auf die thermischen Eigenschaften:
o Deutliche Abnahme der Wärmedehnung in Faserrichtung
76
Welche Optimierungsansätze gibt es?
* Global
| * Lokal
77
Welche Optimierungsarten gibt es? Nenne 4:
Alle Ergebnisse erfordern die Interpretation des Konstrukteurs
• Topologie
o Material wird in den Bereichen konzentriert, die zur Bauteilsteifigkeit beitragen und an Orten geringer Spannungen entfernt
o Nutzung eines Gewichtungsfaktor
o Vorgabe von:
Bauraum
Kraft / Belastung
Randbedingungen
„Füllvolumen“
o Anschließende Wanddickenoptimierung der Rippen möglich
• Topographie
o „Oberflächen“ Optimierung für Bleche etc.
• Shape
o Spannungsminderung z.B. an Löchern, Kanten etc.
• Size
o Innen und Außendurchmesser von Rohren
78
Was für Einstellungen lassen sich bei der Optimierung vornehmen?
```
• Volumenanteil der verbleibt
o Kann verkleinert werden um genauere Aussagen zu bekommen
• Minimum und Maximum Member size
o Soll Fertigbarkeit garantieren
o Soll Masseanhäufungen vermeiden
• Entformungsrichtung
o Garantiert Entformbarkeit (keine Hinterschnitte usw.)
• Symmetrieeinstellungen
```
79
Wie läuft die Optimierung ab?
```
• Vorgabe von:
o Bauraum
o Kraft / Belastung
o Randbedingungen
• Einstellen des gewünschten Ergebnisses: Minimales Volumen bei vorgegebener Steifigkeit oder Maximale Steifigkeit bei vorgegebenen Volumen
```
80
Wie ist die Wärmeleitung von Kunststoffen?
Kunststoffe sind schlechte Wärmeleiter, da die Übertragung nur entlang der Molekülketten effektiv stattfindet, da nur schwache Wechselwirkungen zwischen den Polymerketten vorliegen.
81
Motivation für Wärmeleitfähige Kunststoffe?
• Zunehmender Einsatz von elektronischen Bauelementen mit hoher energetischer Dichte
• Erhöhter Bedarf an Materialien für effiziente Ableitung der entstandenen Wärme, oft in Kombination mit elektrischer Isolationsleistung
• Wärmeleitfähig ausgerüstete Kunststoffe besitzen gegenüber herkömmlichen Lösungen aus Metall oder Keramik viele Vorteile:
o schnelle und einfachere Herstellungsverfahren der Bauteile
o Realisierbarkeit komplexer Geometrien / höhere Gestaltungsfreiheit
o Funktionsintegration
o Verzicht auf Isoliermaßnahmen
o Leichtbau / Dichtereduktion
o wirtschaftlichere (Großserien-)Fertigung
82
Was sind typische Füllstoffe für wärmeleitfähige Compounds?
• Graphit (elek. leitend)
• Kupfer (elek. leitend)
• Magnesiumoxid
• Aluminiumoxid
• Abhängigkeit der Wärmeleitung von Füllstoffgeometrie (Aspektverhältnis)
o Plättchenförmig: anisotrop, Orientierung in Fließrichtung
o Kugel/Quaderförmig: isotrop, keine bevorzugte Orientierung
83
Wie funktionieren elektrisch leitfähige Kunststoffe
Die Füllstoffe führen zu einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, wenn die Füllstoffe im Compound ein dreidimensionales, leitfähiges Netzwerk aufbauen.
84
Welche Zusatzstoffe elektrisch leitfähige Compounds gibt es?
* Carbonfasern (je kürzer, desto schlechter)
* Carbon Nanotubes, Nanographit
* Leitfähig beschichtete Mineralien
* Metallfasern, metallisierte Glasfasern
* Leitfähiger Ruß, Graphit
85
Was sind die Vor- und Nachteile der Füllstoffe?
* Abnahme der Bruchdehnung bei hohen Füllgraden
| * Abnahme der Schlagzähigkeit bei hohen Füllgraden
86
Wie sind die Recyclingmöglichkeiten von wärmeleitfähigen Compounds?
• Kein Stoffschluss der Füllstoffe mit der Matrix
87
Was für Auswirkungen auf den Verarbeitungsprozess haben wärmeleitfähige Füllstoffe?
• Hoher Füllstoffanteil
o Führt oft zu schlechter Fließfähigkeit
o Abrasion (Metallfasern etc.)
Besonderer Verschleißschutz notwendig
88
Wie verhalten sich elektrisch Leitfähige Compounds unter Feuchtigkeitseinfluss?
* Der Widerstand steigt nach einiger Zeit stark an.
| * Dieser Widerstandsanstieg ist vollständig reversibel durch Trocknung
89
Was sind Anwendungsbeispiele für elektronisch leitfähige Comounds?
* Entwicklung von elektrostatisch sprühlackierbaren Kunststoffanwendungen für Automobilanwendungen
* Reduktion der elektrostatischen Aufladung Reduktion der Ablagerungen
90
Biobased bedeutet aus erneuerbaren Ressourcen
Was sind 1st Generation Bioplastics?
* Es handelt sich um den essbaren Teil der Pflanze
| * Umformung zu Glucose (Ausgangsmaterial der weiteren Verarbeitung) ist einfach über Enzyme zu realisieren
91
Was sind 2nd Generation Bioplastics?
* Es handelt sich um den nicht essbaren Teil der Pflanze
| * Umformung zu Glucose (Ausgangsmaterial der weiteren Verarbeitung) ist nur extrem aufwendig über Enzyme zu realisieren
92
Was sind die Einflussfaktoren auf Alterung
* Oberfläche
* Gegenwart von Sauerstoff
* Strahlung (UV)
* Bewitterung (Nässe, Feuchtigkeit)
* Temperatur
* Luftverschmutzung
93
Was ist und wie bestimmt man die Dauergebrauchstemperatur?
Grenzwert bei 50 % der betrachteten Eigenschaft
1. Messung einer Eigenschaft bei verschiedenen Temperaturen bis zu z.B. 10.000h
2. Extrapolation der Halbwertszeit bis 20.000h ergibt die Dauergebrauchstemperatur
94
Was gibt es für Stabilisatoren und wie wirken sie?
* Witterungsstabilisierung klassisch = Antioxidans + UV-Absorber + HALS
* HALS = sterisch gehinderte Amine
* Ein Bauteil ist dann besonders witterungsstabil, wenn diese Additive mit temperatur- und lichtstabilen Farbmitteln (Pigmente und/oder Farbstoffe) kombiniert werden.
95
Nenne Beispiele für PA Anwendungen im Außenbereich:
* Stadionsitzschalen
| * Unlackierte KFZ – Außenteile: Türgriffe und Außenspiegelgehäuse
96
Warum kommt es bei PA zu einer Schädigung durch UV-Licht?
* Aliphatische Polymere (PA6, PA66) absorbieren kein UV Licht theo. UV stabil
* Durch Sauerstoffeinwirkung während der Verarbeitung oder im Einsatz, ggf. bei gleichzeitiger Einwirkung von UV-Strahlung, wird jedoch die Oberfläche oxidiert. Es bilden sich chromophore Gruppen, die UV-Licht absorbieren können (kritischer Wellenlängenbereich: 280 - 400 nm)
* Beim Einwirken von Sauerstoff und UV-Licht entstehen reaktive Radikale, die den photochemischen Abbau der Polyamidoberfläche beschleunigen.
* Da Polyamide aber eine Barrierewirkung gegen Sauerstoff zeigen, bleibt die schädigende Wirkung an der Oberfläche auf eine Tiefe von 0,2 - 0,3 mm begrenzt.
* Oberflächenschäden werden bei der Bewitterung durch trocken/nass-Zyklen deutlich verstärkt. Reine Bestrahlung (z.B. im Innenraum) führt zu einer geringeren Schädigung.
97
Welche Auswirkungen hat die Bewitterung auf PA?
* In vielen Fällen bleiben die mechanischen Eigenschaften eines Polyamidbauteils intakt, auch wenn eine Schädigung der Oberfläche vorliegt (insbesondere bei glasfaserverstärkten Produkten).
* Farbänderung von schwarz nach grau
* Oberflächenrisse in der PA Matrix
* Freilegung von Fasern
98
Wie verhält sich die Witterungsstabilität schwarzer Materialien? Wie wird sie bewertet?
* Ruß zeigt stabilisierende Wirkung durch seine Eigenschaft UV-Licht zu absorbieren.
* Bewertung schwarzer Typen nach Bewitterung: Graumaßstab nach ISO 105-A02
* Ruß ist ein effektiver Breitbandlichtabsorber und kann so dem Polymerabbau vorbeugen. Die Leistungsfähigkeit des Schutzes hängt von der Art und der Konzentration des Rußes ab. Generell gilt: je mehr je besser
* Eine schlechte Oberflächenqualität hat eine schlechte Witterungsbeständigkeit zur Folge. Üblicherweise führt ein geringerer Rußgehalt zu einer besseren Oberflächenqualität.
99
Wie funktioniert die Schnellbewitterungsprüfung? Was sind typische Strahlungsquellen? Ist eine Vergleichbarkeit gegeben?
• Field Tests (Florida, Arizona, …) sehr langsam
• Xenon Quelle
o Spektrum von Xe-Lampen ist dem natürlichen Spektrum ähnlich.
• UVA und UVB Strahlung
o Im UV-Bereich, der zum größten Teil die Materialschädigung bedingt, ist das Spektrum einer UVA-Lampe ähnlich dem Solarspektrum.
o UVB-Lampen zeigen kleinere (höher engergetische) Wellenlängen.
o Der Einsatz von UVB (313 nm) führt zu einer deutlichen Beschleunigung der Prüfung im Vergleich zu Xenon und UVA. Eine solche Beschleunigung kann zur effizienten Materialentwicklung eingesetzt werden. Dennoch ist vor dem praktischen Einsatz eine Prüfung mit allgemein höherer Korrelation zur Freibewitterung empfehlenswert
o Schnellbewitterungen im Labormaßstab dienen zur Vorhersage der Eigenschaften im praktischen Einsatz. Weiterhin lassen sich beschleunigte Verfahren für die Materialentwicklung einsetzen.
• Bewitterungsergebnisse sind stark von der Geometrie des geprüften Probekörpers sowie seiner Oberfläche abhängig. Dieser Punkt ist bei vergleichenden Untersuchungen zu beachten.
100
Warum und wie wird eine Temperaturstabilisierung durchgeführt?
* Polyamide können thermooxidativ geschädigt werden (Verarbeitung, Einsatz bei hohen Temperaturen, ...).
* Die maximale Dauergebrauchs- temperatur von unstabilisiertem PA6 liegt bei 100 °C.
* Thermostabilisatoren können die Dauergebrauchstemperatur des PA bis kurz vor dessen Schmelzpunkt anheben.
* Zum Einsatz kommen meist Kupfer/Alkalihalogenid-basierte Stabilisatoren.
* Es sind auch organische Kupfer- und halogenfreie Stabilisatorsysteme verfügbar.
101
Was sind Vorteile des Schäumverfahrens?
Reduzierung von Schwindung und Verzug
Reduzierung des Einspritzdrucks (kleinere Maschinengröße möglich)
Reduzierung der Massetemperatur möglich (kürzere Zykluszeit)
Realisierung längerer Fließwege
Realisierung von Masseanhäufungen
Gewichtsreduktion
Kostenreduktion (kleinere Maschine, geringere Zykluszeiten, Materialeinsparungen)
102
Was sind Nachteile des Schäumverfahrens?
Reduzierung der mechanischen Eigenschaften
| Schlechtere Bauteiloberfläche
103
Wie funktioniert das MuCell Verfahren?
* Direkte Einleitung der superkritischen Flüssigkeit über Ventile von der SCF-Station in die Plastifiziereinheit
* Durchmischung erfolgt über die Schnecke
* Druck zur Erhaltung des superkritischen Zustands wird über Nadelverschluss und spez. Rückstromsperre aufrechterhalten
* Entspannung im Werkzeug => Entstehung der Gasblasen
104
Welche Anlagenkomponenten sind beim MuCell Verfahren wichtig?
* Injektoreinheit
* Rückstromsperre
* Nadelverschussdüse
105
Welche Medien werden verwendet?
* CO2 - Kohlenstoffdioxid
| * N2 - Stickstoff
106
Wie verhalten sich die mechanischen Eigenschaften geschäumter Bauteile?
• Ca. 20% geringerer E-Modul beim MuCell-Prozess.
o Kein signifikanter Einfluss des Materials auf den E-Modul
o Kein Einfluss der Probekörperpräparation beim kompakten Material (Platte oder gespritzt)
o Geringerer Abfall des E-Moduls bei der geschäumten Platte
• Abnahme der Schlagzähigkeit
o Durch verwenden von „Mechanik optimierter Type“ kann die Reduktion der Schlagzähigkeit verringert werden
107
Welchen Einfluss haben die unterschiedlichen Parameter beim MuCell Verfahren?
* Verringerung des Verzugs durch Schäumprozess um ca. 20 %
* Zusätzlich 15 % Verzugsminimierung durch geeignete Materialtype
* Keine Verbesserung des Verzugs bei Erhöhung der Gewichtsreduktion
* Kaum Einfluss der Gasbeladung auf den Verzug
108
Was sind Herausforderungen beim Schäumen?
• Schäumen wirkt sich negativ auf die Oberfläche aus
| o Verbesserte Oberflächengüte durch geeignete Materialien „oberflächenoptimierte Type“ möglich
109
Warum Polyamide?
Polyamide sind die Thermoplaste, die für technische Anwendungen das beste Eigenschaftsprofil bei relativ günstigem Preis bieten.
* Hohe Festigkeit, Steifigkeit & Zähigkeit
* Gutes Spannungsrissverhalten
* Hohe Chemikalienbeständigkeit (LM, Öle, Kraftstoffe)
* Hohe Formbeständigkeit in der Wärme
* Hohe Abriebfestigkeit und gute Gleiteigenschaften
* Hohe Fähigkeit zur dynamischen Arbeitsaufnahme
* Gute mechanische und akustische Dämpfung
* Hohe Feuchteaufnahme (in der amorphen Phase) beeinflusst Eigenschaften
110
Welche Füllstoffe werden bei PA genutzt?
```
• Füllstoffe
o Glasfasern (geschnitten, gemahlen, Endlos-GF, ...),
o Mineralien
o Carbonfasern
• Additive:
o Schlagzähmodifikatoren
o Fließverbesserer
o Antioxidantien
o UV-Absorber
o Flammschutzmittel
o Weichmacher
o Farbmittel
```
111
Wie ist der E-Modul von PA im Vergleich zu Metall?
* Trocken bis zu 3200 MPa
| * Konditioniert von 750 – 1500 MPa
112
Welchen Einfluss hat Feuchtigkeit auf die Eigenschaften von Kunststoffen?
• Polyamide sind hygroskopisch
o nehmen Feuchtigkeit aus feuchter Luft auf (bis ca. 10%)
o geben Feuchtigkeit an trockene Luft ab
• Beeinflussung der Verarbeitung und der Bauteileigenschaften durch Feuchtigkeitsaufnahme Trocknung erforderlich!
113
Was für Trocknertypen gibt es? Wo liegen die Vor- und Nachteile?
• Umluft Trockner
Hoher Durchsatz
Geringe Trockungszeiten
Kostengünstig
Hoher Luftdurchsatz Staubkontamination
Trocknung ist abhängig vom Umgebungszustand
• Trockenlufttrockner
• Luft wird angesaugt und mittels Trocknungsmittel entfeuchtet (Arbeitstemperatur des TM ca. 50°C)
• 2 Trocknungsbatterien stehen zur Verfügung (eine aktiv, eine in Regenerationsphase
Zuverlässige, reproduzierbare Trockungsergebnisse
Kostenintensiver
114
Was für Fehler können durch fehlerhafte Trocknung entstehen?
• Beeinflussung der Verarbeitung durch zu hohe Granulatrestfeuchte
o Fehlerbild: Schlieren auf der Oberfläche
• Beeinflussung der Verarbeitung durch zu hohe Granulatrestfeuchte
o Material läuft aus offenen Düsen
o In extremen Fällen auch Schaumbildung möglich
• Übertrocknung:
o Starkes Ansteigen des Fülldruckes Keine vollständige Formfüllung
o Hohe Scherbeanspruchung des Materials
o Oberflächendefekte
115
Wie ist die Trocknungsempfehlung für das Spritzgießen?
• Feuchtigkeitsgrenzen für die Polyamidverarbeitung (Spritzguss)
o 0,03 - 0,12 %
• Trocknungsbedingungen
o 2 - 6 h bei 80 °C (im Trockenlufttrockner)
116
Was ist 3D MID Technology?
• 3D-MID = Three-Dimensional Moulded Interconnect Devices
• Räumliche spritzgegossene Schaltungsträger
• Elektrische Funktionen
o Integrierte Leiterbahnfunktionen
o Abschirmung
o Integration von Kontaktoberflächen für Steckfunktionen
• Mechanische Funktionen:
o Gehäusefunktion
o Reduzierung der mechanischen Stecker Komponenten (Schnapphaken)
o Designfunktion
117
Was sind Vorteile der 3D MID Technology?
```
• Gestaltungsfreiheit
o Integration Elektronik-Mechanik
o Miniaturisierung
o Neue Funktionen realisierbar
o Beliebige Formen gestaltbar
• Rationalisierung
o Reduzierung der Teilezahl
o Reduzierung des Materialeinsatzes
o Verkürzung der Prozessketten höhrere Prozesssicherheit
o Höhere Zuverlässigkeit
o Geringere Herstellungskosten
• Umweltverträglichkeit
• Reduzierung der Werkstoffvielfalt
• Recycling der Basismaterialien
• Umweltfreundliche Produktion
• Unkritische Entsorgung
```
118
Wofür wird die Technology verwendet?
* Träger für Ohrhörer
* Antennenmodule
* RFID Transponder
* Lenkradschalter
119
Wie werden 3D MID Bauteile hergestellt?
• Maskenverfahren
o Metallisiertes 1-K Spritzgussteil wird mit Photoresist beschichtet, durch eine 3D-Maske belichtet und entwickelt.
• Laserdirektstrukturierung
o Nach der Beschichtung des Bauteiles mit Ätzresist erfolgt die Strukturierung mit einem Laser.
o Laseraktivierbares Additiv
o Aufbrechen von metallorgansichen Komplexen freie Metallatome an der Oberfläche aktivierte Oberfläche
• Heißprägen
o Ein beheizter Prägestempel bildet die Leitergeometrie auf dem Spritzgussteil ab, das mit einer Metallfolie belegt ist.
• Folien hinterspritzen
o Eine flexible Leiterbildfolie wird in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit Kunststoff hinterspritzt.
• Zweikomponentenspritzgießen
o 1. Schuß metallisierbare Komponente
o 2. Schuß nicht metallisierbare Komponente
o Katalysieren
o Metallisieren
o Zusammenhalt durch Interdiffusion und Adhäsion, sowie mech. Verankerung
120
Welche Anwendungen gibt es für 2K-Spritzgussbauteile?
• Kunststoff-Ölwannen ermöglichen Funktionsintegration (u.a. 2K-Anspritzung der Dichtung)
o Hart/Weich Kombination von Thermoplasten und vernetzenden Kautschuken
• Verbesserte Haptik
• Dichtungs- / und Dämpfungsfunktion
121
Wie werden 2k Spritzgussbauteile Hergestellt?
```
• Overmoulding Verfahren
o Serielle Verfahren Drehtellertechnik
o Einspritzen der ersten Komponente
o Drehen des Werkzeuges um 180°
o Einspritzen der zweiten Komponente
```
122
Welche Probleme treten bei 2k Spritzgussbauteilen auf?
• Elastomervernetzung
o Möglichst schnell (Zykluszeit) aber ausreichend Vernetzung notwendig für
Schadfreie Entformung
Reduzierung der Klebneigung
• Bauteilauslegung:
o Fülldruck und Fließweglänge
o Homogene Temperierung (wichtig für gleichmäßige Vulkanisation)
• Vor der Dichtungsanwendung muss die Elastomerkomponente vollständig vulkanisiert werden
o Sonst Nachvulkanisation im deformierten Zustand
o Tempern
123
Was sind Einflüsse auf die Vulkanisation?
* Temperatur Thermoplast Formbeständigkeit Zykluszeit
* Kavitätstemp. Kautschuk Scorch Zykluszeit
* Massetemp. Kautschuk Scorch Zykluszeit
* Friktionsenergie Scorch Zykluszeit
* Vulkanisationskinetik Hohe Scorchsicherheit, aber so schnell wie möglich
* Entformbarkeit Haftung Werkzeug/Thermoplast)
124
Was sind Anforderungen an die Thermoplaste beim 2K Spritzguss?
```
• Ausreichende Haftung – gemessen im Schälverusch
• Temperaturbeständig bis 150 °C, aber auch bei tiefen Temperaturen (-40 °C)
• Chemikalienbeständig (Öl, Glykol)
• Alterungsbeständig
• Gute mechanische Anforderungen
o Festigkeit
o Steifigkeit
o Dämpfung
```
125
Was sind Anforderungen an die Elastomere beim 2K Spritzguss?
```
Elastomer:
• Ausreichende Haftung – gemessen im Schälverusch
• Rheologische Kennwerte
o Verarbeitbarkeit im Spritzgießprozess Zykluszeit
o Fließverhalten
o Vulkanisationsverhalten
• Temperaturbeständig bis 150 °C, aber auch Tieftemperaturflexibilität
• Chemikalienbeständig (Öl, Glykol)
• Alterungsbeständigkeit
• Gute mechanische Anforderungen
• Druckverformungsrest
• Härte
• Dämpfung
```
126
Was gibt es für Anforderungen und Trends beim 2kSpritzguss?
• Motoreninnenraum Temperaturen steigen an
o Kompaktere Bauweise
o Lärmreduktion (Verkapselung)
• Längere Wartungsintervalle
127
Warum werden leichtfließende Kunststoffe verwendet?
• Mit steigendem Füllgrad nimmt die Fließfähigkeit ab
o dünnwandige Teile werden schwieriger oder überhaupt nicht gefüllt
o mehr Angüsse (aufwendigeres Werkzeug)
o höherer Spritzdruck
o höhere Massetemperaturen
o schlechtere Bindenahtqualität
o schlechtere Oberflächengüte
128
Was sind Ziele bei der Entwicklung von Leichtfließenden Kunststoffe?
• Entwicklung leichtfließender Polyamide:
o Verbesserung der Fließfähigkeit
o unveränderte mechanische Eigenschaften (Erhalt der Eigenschaften im vgl. zum Standardmaterial)
o hohe Schlagzähigkeit (leidet normalerweise unter hohen Füllstoffgehalten)
129
Was für Vorteile ergeben sich bei leichtfließenden Materialien?
• Geringere Verzugsneigung
• Leichte Verarbeitbarkeit (auch bei hohen Füllgraden)
• Zykluszeitreduktion
• Reduzierter Einspritzdruck
o Reduktion der Werkzeug-Wartungskosten
o Kleinere Maschinen
• Höhere Flexibilität beim Bauteil- und Werkzeug-Design
• Größeres Verarbeitungsfenster als bei Standard-Produkten
• Materialeinsparung durch Dünnwandtechnik
• Bessere Bindenahtqualität
• Geringere Viskosität
o verbesserte Oberflächenqualität
• Möglichkeit zur Absenkung der Massetemperatur
o reduzierte Kühlzeit
• längere Fließwege
o Werkzeug mit weniger Anspritzpunkten
• Es können nicht alle Vorteile gleichzeitig erreicht werden
130
Welche Flammschutzmechanismen gibt es?
```
• Radikalrekombination
• Intumeszenz
o Schaum
• Brandhemmende Gase
o Abspaltung von Wasser / N2
• Oberflächenpassivierung
o Bildung von Schichten
• Matrix-Depolymerisation
```
131
Warum sind Thermoplaste für crashrelevate Anwendungen geeignet?
* Absorption der Aufprallenergie
* Kein Splittern oder Scharfkantiges Versagen
* Definierte Energieaufnahme durch plastische Verformung
* Allg. Vorteile thermoplastischer Werkstoffe (Gestaltungsfreiheit)
132
Was sind Gestaltungsrichtlinien bei 3D MID?
* Keine Anspritzpunkte und Bindenähte auf Leiterbahnen
* Mechanische Beschädigungen der zu metallisierenden Oberfläche verhindern eine haftfeste Beschichtung
* Werkzeugtemperatur zwischen 40 °C und max. 80 °C
* Saubere Handhabung der Teile, keine Fette oder Entformungsmittel
* Richtige Wahl der Schussfolge (Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen)
* Verankerung von Vor und Fertigspritzling
133
Wofür wird Gas Injektions Technik verwendet?
* Formteile mit partiellen Wanddickenunterschieden
* Formteile mit partiellen Masseanhäufungen
* Medienleitungen mit geringen Wanddicken
* Einseitige Kühlung des Materials
134
Wofür wird Wasserinjektionstechnik angewendet?
* Medienleitungen mit größeren Wanddicken
* Griffe
* Pedale
* Deutliche Zykluszeitreduzierung gegenüber GIT durch Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und Wärmespeicherfähigkeit
* Zweiseitige Materialkühlung
135
Was für Verfahren gibt es beim GIT und WIT?
* Aufblastechnik (Standard)
* Ausblasverfahren in Überlaufkavitäten
* Rückblasverfahren in Überlaufkavität bzw. in die Spritzgießmaschine
136
Wie kann die Restwanddickenausbildung beim GIT beeinflusst werden?
* Nicht durch Injektionsdruck
* Nicht durch Werkzeugtemperatur
* Nicht durch Massetemperatur
* Nicht durch die Höhe der Viskosität
* Durch den Formteilquerschnitt
* Durch das gewählte Material
* Durch das Verfahren
137
Wie kann eine gleichmäßige Restwanddickenausbildung in Umlenkungen erreicht werden?
• Durch einen hohen Wasserfülldruck beim WIT
138
Wie funktioniert die Kombination GIT / WIT?
* Ausbildung einer Gasblase im Bauteilinneren vor der Wasserblase
* Wasserinjektion direkt im Anschluss
* Reduzierung der Oberflächenrauigkeiten im Vergleich zu WIT durch vorauseilende Gasblase
* Druckerzeugung und Druckhalten durch Wasser
* Nutzung der guten Wärmeleitung des Wassers
* Verkürzung der Zykluszeit im Vergleich zu GIT
139
Fehlerbild Spritzgießen: Feuchtigkeitsschlieren
* Erscheinungsbild: U-förmig lang gezogene büschelige silbrige Schlieren, die gegen die Fließrichtung offen sind (In abgeschwächter Form auch strichförmig0)
* Ursache: Restfeuchte im Granulat
* Abhilfe: Trockner überprüfen (Temp., Durchsatz, Zeit, Verschmutzung, Verschleiß)
140
Fehlerbild Spritzgießen: Überhitzungsschlieren
• Beschreibung: Langgezogene, strichförmige silberne Schlieren
• Ursachen:
o Thermische Belastung der Schmelze zu hoch (Schneckengeometrie)
o Massetemperatur zu hoch
o Schmelzeverweilzeit zu lang
o Schneckendrehzahl zu hoch
o Düsen, oder Fließquerschnitte zu klein
o Produktionsunterbrechung ohne Temperaturabsenkung
• Abhilfe:
o Thermische Belastung der Schmelze verringern
o Massetemperatur senken
o Düsen und Fließquerschnitte vergrößern
141
Fehlerbild Spritzgießen: Luftschlieren
• Beschreibung: Pinselförmige, langgezogene Schlieren mit großflächiger Ausbreitung
• Ursachen:
o Dosierhub des Plastifizieraggregates zu hoch
o Geringer Staudruck
• Abhilfe:
o Plastifizierbedingungen optimieren
o Staudruck erhöhen
o Drehzahl reduzieren
o Einzugstemperatur varriieren
o Größere Plastifiziereinheit Dosierhub verringern
o Schneckenrückzug verkürzen
o Maschinendüse am Heißkanal anliegen lassen
142
Fehlerbild Spritzgießen: Beulen
```
• Beschreibung: Runde oder längliche, örtlich begrenzte massive Verdickung oder Erhöhung am Formteil (nicht unbedingt auf beiden Seiten erkennbar)
• Ursachen:
o Nicht aufgeschmolzenes Material oder Lufteinzug bei der Dosierung
o Schnecke zu tief geschnitten
o Dosierweg > 3D
o Staudruck zu gering
o Scheckendrehzahl zu hoch
• Abhilfe:
o Geeignete Schnecke verwenden
o Dosierweg zwischen 1-3D
o Staudruck erhöhen
o Massetemperatur erhöhen
o Schneckendrehzahl senken
```
143
Fehlerbild Spritzgießen: Stippen
• Beschreibung:
o a) Kugelförmig mit unregelmäßiger Begrenzung
o b) Plättchenförmig mit scharfer, geradliniger Begrenzung, sporadisch auftretend
• Ursachen:
o Aufreißen bzw. Abblättern von Grenzschichten, die sich an der Schnecken- bzw. Zylinderoberfläche gebildet haben,
o Verschmutzung des Granulates oder des Regranulates
• Abhilfemaßnahmen: -
o Plastifiziereinheit mechanisch reinigen
o Verfahrensschritte für Produktionsunterbrechungen beachten
o Plastifiziereinheit auf Verschleiß kontrollieren
o Sauberkeit des Regranulates kontrollieren
o Granulate staubfrei Lagern
o Verschmutzte Formteile vor dem Regranulieren säubern
o Feuchte od. therm. geschädigte Formteile nicht regranulieren
o Trocknungs- und Fördersystem auf Verschmutzungen kontrollieren
144
Fehlerbild Spritzgießen: Schwimmhaut
• Beschreibung: Bildung von Kunststoffhäutchen am Formteil
• Ursachen:
o Zulässige Spaltweiten überschritten
o Zuhaltekraft zu gering
o Werkzeugsteifigkeit zu gering
o Verschleiß der Trennebene
o Verarbeitsparameter nicht optimal
• Ahhilfe:
o Spaltweiten im Werkzeug überprüfen
o Zuhaltekraft erhöhen, ggf. größere Maschine
o Werkzeugsteifigkeit erhöhen
o Trennebene überarbeiten
o Einspritzgeschwindigkeit und / oder Massetemperatur senken
o Umschaltpunkt früher auf Nachdruck verlegen oder Nachdruck senken
145
Fehlerbild Spritzgießen: Anguss bleibt hängen
• Beschreibung: Anguss schnürt ein und/oder bleibt in der Angussbuchse
• Ursachen:
o Verarbeitungsparameter ungünstig (Umschaltpunkt von Spritz-auf Nachdruck, Nachdruckhöhe)
o Düsenradius oder Düsenbohrung zu groß (Hinterschnitt)
o Entformungsschrägen zu gering und Politur ungünstig
o Angussbuchsentemperatur überhöht
• Abhilfe:
o Verarbeitungsparamter optimieren
o Werkzeuginnendruck durch frühes Umschalten auf Nachdruck und geringeren Nachdruck reduzieren
o Kühlzeit überprüfen und ggf. verlängern
o Düsenradius oder Düsenbohrung verkleinern
o Bauteile wir Maschinendüse, Kaltverteiler, Anguss auf Hinterschnitte /Politur überprüfen in Entformungsrichtung nacharbeiten
o Entformungsschrägen optimieren / nacharbeiten
146
Fehlerbild Spritzgießen: Entformungsverhalten
• Beschreibung: Teil beim Entformen deformiert
• Ursachen:
o Werkzeuginnendruck zu hoch
o Kühlzeit zu Kurz oder Werkzeugtemperatur örtlich zu hoch
o Werkzeugsteifigkeit zu gering
o Werkzeugkonstruktion ungünstig
o Entformungsschrägen zu gering
o Werkzeugpolitur unzureichend
o Auswerferlage ungünstig oder Auswerferfläche zu klein
• Abhilfe:
o Werkzeuginnendruck reduzieren
o Einspritzgeschwindigkeit optimieren
o Nachdruck reduzieren
o Werkzeugtemperierung bzw. Kühlung optimieren (INNOVA) - Werkzeugkonstruktion optimieren
o Entformungsschrägen optimieren
o Oberfläche in Entformungsrichtung polieren, geeignete Oberflächenbeschichtung oder Rautiefe wählen
o Position und Größe der Auswerfer verbessern (insbesondere in der Nähe von Ecken, unter Rippen oder Domen positionieren )
147
Fehlerbild Spritzgießen: Werkzeug öffnet sich nicht
• Ursache
• Ursache:
o Werkzeuginnendruck zu hoch
o Werkzeugsteifigkeit zu gering
o Schiebersteuerung ausgefallen
• Abhilfe:
o Werkzeuginnendruck senken
o Früher von Spritz- auf Nachdruck umschalten
o Nachdruck verringern
o Massetemperatur im zulässigen Rahmen anheben
o Werkzeugsteifikeit erhöhen
o Schieber auf Position überprüfen
o Werkzeug mit kaltem Wasser auf Raumtemperatur kühlen
o Zusätzliche Hydraulikkolben
o Werkzeug über Einfriertemperarut des Kunststoffes erhitzen
148
Was sind Vorteile Hallogenhaltiger Flammschutzmittel?
* Mechanik (weniger Füllstoff)
* Wenig kritisch hinsichtlich Korrosion
* Einfach zu Verarbeiten
* Preis
149
Was sind Vorteile Hallogenfreier Flammschutzmittel?
* Laserbeschriftbarkeit
| * Thermische + UV Stabilität
150
Was sind Einflussfaktoren für die Wärmeleitfähigkeit?
* Wärmeleitfähigkeit Füllstoff
* Füllstoffverteilung und Orientierung
* Grenzfläche Matrix Füllstoff
* Füllstoffgeometrie
* Füllgrad
* Wärmeleitfähigkeit Polymer
* Kristallinität Polymer
* Korngrößenverteilung und Agglometration des Füllstoffes
151
Was ist Post Consumer Recyclate?
* Verpackungsmüll
| * Material, das seinen vorgesehenen Endverbraucher erreicht hat und nicht mehr bestimmungsgemäß verwendet wird.
152
Was ist Post industrial Recyclate?
• Material, das während eines Herstellungsprozesses, der den Endverbraucher nie erreicht hat, aus dem Abfallstrom umgeleitet wurde. Ausgenommen ist die Wiederverwendung von Materialien, die in einem Prozess entstehen und als Ersatz für einen Rohstoff wiederverwendet werden können, ohne in irgendeiner Weise verändert zu werden.
153
Was sind Regeln der Formteilgestaltung?
1. Wanddicke so gering wie möglich
2. Gleiche Wanddicke
3. Position des Angusses bei der
4. Vermeidung von Masseanhäufungen
5. Ecken und Kanten mit Radien versehen
6. Löcher und Auskernungen kunststoffgerecht gestalten
7. Hinterschneidungen vermeiden
8. Rippen kunststoffgerecht gestalten
9. Ebene Flächen vermeiden
10. Ausreichende Konizitäten vorsehen
11. Schraubdome kunststoffgerecht gestalten
12. Toleranzen nicht kleiner als nötig begrenzen
13. Formteile verfahrensgerecht gestalten
14. Anschnitt immer im Bereich der größten Wanddicke
154
Wie können Einfallstellen durch Masseanhäufungen bei Rippen vermieden werden?
* Geringe Rippenwanddicke
* Nut (Designnut zur Kaschierung)
* Kleine Rippe auf gegenüber liegender Seite
* Struktur
* Stufe
* Wanddickeneinschnürung
155
Wie können Rippen gleicher Steifigkeit mit geringerer Wanddicke erzielt werden?
* Dicke halbieren und verlängern/erhöhen auf 1,26 H
| * Zwei Rippen halber Wanddicke nebeneinander
156
Was sind typische Funktionsintegrationen bei der Hybridtechnologie?
```
• Schnappverbindungen
• Kabelhalter
• Metalleinleger (Buchsen, Gewinde)
• Schraubdome für selbstschneidende Schrauben
```
157
Was sind Vorteile von In Mold Decoration?
• 1 Schritt Verfahren: Umformen, Einspritzen, Dekoration
• Kosteneffizient
• Geringeres Investment: keine Lackiereinheiten, Kein Overspray von Lack
• Weniger Logistik, Zykluszeit und Energieverbrauch
• Robuste Oberfläche
• Geringe Wanddicken möglich
158
Was sind Anwendungen im Motorraum:
* Kühlkreislauf
* Ölkreislauf
* Abdeckungen
* Aggregatehalter
* Luftführungssystem
* Kraftstoffversorgung
159
Was für Prüfungen gibt es für Hochdrucktanks?
* Falltest
* Berstdruck
* Kaltbetankung
* Druckpulsation
* Brandprüfung
* Permeabilität
* Zähigkeit
160
Welche Lackschichten gibt es?
* Primer
* Basislack
* Klarlack
161
Wo kann die Lackierung stattfinden
* On line
* Off line
* In line
162
Einflüsse Lackhaftung:
* Lackaufbau
* Oberfläche
* Prozess
* …
163
Was für Lack Tests gibt es?
* Gitterschnitttest
* Dampfstrahltest
* Oberflächenrauigkeit via Wave Scan – analysiert Oberflächenstrukturen hinsichtlich Größe
* Glanz Test
* Klimawechseltest keine sichtbaren Veränderungen – anschließend Test Lackhaftung
164
Wann tritt Hydrolyse auf?
• Polyesterverbindungen können durch Hitze und Feuchte gespalten werden
• Abbau der Polymerkette Abfall mech. Eigenschaften
• Additive können Kettenabbau entgegenwirken
o Zu viel des Additives kann Verarbeitbarkeit mindern
o Verbesserte Alterungsbeständigkeit geringe Abnahme mech. Eig.
• PBT wird unter 60 °C nicht angegriffen
• Test (Temperatur + Feuchte) in Klimakammer oder Autoklav (+ erhöhte Drücke)
• USCAR Test: Lagern bei def. Temp. Und Feuchte Test: Dehnung + Schlagzähigkeit > 50%, Zugfestigkeit > 80%
165
Anforderungen E&E:
* Geringe Wandicken, Miniaturisierung leichtfließend
* Hohe Steifigkeit
* Zuverlässigkeit (Hydrolysebeständigkeit)
* Maßgenauigkeit (Isotrope Schwindung, geringer Verzug)
* Hochtemperaturbeständigkeit
* Chemikalienbeständigkeit
166
Fehlerbild Spritzgießen: Freistrahl
• Beschreibung: Matte Strang bzw. Schlangenförmige Oberflächenstörung
• Ursache:
o Angusslage und Werkzeuggeometrie
o Keine gleichmäßige Schmelzefließfront erreicht
o Einspritzstrahl erkaltet und wird überströmt bleibt als matte Oberfläche sichtbar
• Abhilfe:
o Werkzeug / Angussänderung
o Gestuftes Einspritzprofil (langsam, schnell)
167
Fehlerbild Spritzgießen: Ringe
```
• Beschreibung: Matte, zum Anschnitt konzentrische Ringe
• Ursache:
o Schmelze im Werkzeug stagniert teilweise
o Massetemperatur zu niedrig
o Werkzeugtemperatur zu niedrig
o Einspritzgeschwindigkeit zu niedrig
o Wandhaftung zu gering
• Abhilfe:
o Gleichmäßigen Schmelzefluss anstreben
o Masstemperatur anheben
o Werkzeugtemperatur anheben
o Einspritzgeschwindigkeit variieren
```
168
Fehlerbild Spritzgießen: Schallplattenrillen
```
• Beschreibung: Rillen parallel zur Fließfront
• Ursachen:
o Schmelzefluss pulsiert / stagniert
o Massetemperatur zu niedrig
o Werkzeugtemperatur zu niedrig
o Einspritzgeschwindigkeit zu niedrig
o Wanddicke partiell zu gering
• Abhilfe:
o Gleichmäßigen Schmelzefluss anstreben
o Masstemperatur anheben
o Werkzeugtemperatur anheben
o Einspritzgeschwindigkeit variieren
o Wanddicke anheben
```
169
Fehlerbilder Spritzgießen: Matter Fleck im Angussbereich
• Beschreibung: Gleichförmiger, scharf abgegrenzter, samtmatter Bereich
• Ursache:
o Schmelzefluss im Angusssystem bzw. Angussbereich gestört
o Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Fließfronten bei mehreren Anspritzpunkten
o Aufreißen bereits erstarrter Oberflächenhaut an scharfkantigen Umlenkungen oder Wanddickensprüngen
• Abhilfe:
o Anguss optimieren
o Gestuft einspritzen
o Geschwindigkeitsunterschiede durch Balancierung des Angusssystems angleichen (bei mehreren Angüssen)
o Wanddickensprünge und Übergänge im Anguss, bzw. Werkzeug abrunden, bzw. die Fließfrontgeschwindigkeit anpassen
170
Fehlerbilder Spritzgießen: Matte Oberflächenstörung an der Heißkanaldüse
• Beschreibung: Raue, aufgerissene, matt wirkende Oberfläche in der Nähe von Heißkanalelementen oder heißen Kernen
• Ursache:
o Entformung zu frühzeitig
o Kerntemperatur zu hoch
o Werkzeugtemperatur am Heißkanal zu hoch
• Abhilfe:
o Kühlzeit verlängern
o Für ausreichende Kühlung des Kerns sorgen
o Heißkanal besser thermisch trennen, Werkzeugtemperatur senken
171
Brenner / Dieseleffekt
• Beschreibung:
• Ursache: Eingeschlossene, komprimierte Luft am Fließwegende, die zu Verbrennungen führt
• Abhilfe:
o Werkzeugentlüftung optimieren, besonders im Bereich des Zusammenflusses und am Fließwegende
o Fließfrontverlauf korrigieren (Wanddicken, Anguss, ..)
o Schließkraft reduzieren
o Werkzeug evakuieren (kleine Werkzeuge)
172
Fehlerbild GIT: Aufschäumen der Innenoberfläche
Fehlerbild GIT: Aufschäumen der Innenoberfläche
• Ursache: Gas vermischt sich mit Schmelze
• Abhilfe: Druckhaltezeit erhöhen
173
Fehlerbild WIT: Verwirbelung in Injektornähe
* Ursache: zu hoher Wasserdruck in erster Stufe
| * Abhilfe: Gestufter Wasserfülldruck
174
Fehlerbild WIT: Poren
* Ursache: Geringer Wasserdruck in Injektionsphase
| * Abhilfe: Erhöhung des Wasserfülldruckes
175
Fehlerbild WIT: Bläschen
* Ursache: geringe Wasserdruckhaltezeit Wasser vermischt sich mit Schmelze und dampft Später aus
* Abhilfe: Erhöhen der Wasserdruckhaltezeit
176
Fehlerbild WIT: Kammern
* Ursache: Hoher Waserdruck in erster Stufe und kurze Wasserdruckhaltezeit Wasser teilt Schmelze durch zu hohen Injektionsdruck
* Abhilfe: gestufter Wasserfülldruck, Erhöhung der Wasserdruckhaltezeit
177
Fehlerbild WIT: Lunker
* Ursache: Schwindung zwichen beiden eingefrorenen Randschichten
* Abhilfe: hoher Wasservolumenstrom, hoher Wasserhaltedruck, langsam erstarrendes Material
178
Fehlerbild GIT – WIT: Schaumbildung am Fließwegende:
```
• Ursache:
o Gasvorlage zu groß
o Wasserdruck zu gering
o Ausblaskavität zu klein
• Abhilfe:
o Druck bzw. Volumen der Gasvorlage verringern
o Wasserdruck erhöhen
o Ausblaskavität vergrößern
```
179
Fehlerbild GIT – WIT: Offenporige Lunker
* Ursache: zu hoher Wassereingangsdruck
| * Abhilfe: Reduzierung des Wasserdruckes bzw. Verminderung der Geschwindigkeit im Anfangsbereich
180
Fehlerbild GIT – WIT: Schlechter Übergang an Abzweigungen
• Ursache:
o Nebenkavität der Abzweigung öffnet zu spät
o Ausblasvorgang startet zu spät
o Erkaltete Randschicht
• Abhilfe:
o Verzögerungszeit des Nebenkavitätsverschlusses reduzieren
o Verzögerungszeit des Ausblasvorgags reduzieren
o Massetemperatur erhöhen
181
Fehlerbild GIT – WIT: Lunker
```
• Ursache:
o Wasserhaltezeit zu lang
o Wasserhaltedruck zu gering
o Materialtrocknung unzureichend
• Abhilfe:
o Haltezeit des Wasserdrucks reduzieren
o Wasserdruck erhöhen
o Material trocknen höhere Viskosität besseres Aufblasverhalten weniger Lunker
o WIT optimiertes Material verwenden
```
182
Fehlerbild GIT – WIT: Verwirbelung / Blasenbildung in Injektorhähe
• Ursache:
o Kappe (erkaltete Masse am Injektor) wird beim Ausbladen nicht richtig entfernt Verwirbelungen
• Abhilfe:
o Teflonspitze zur Isolation am Injektor prüfen und ggf. erneuern
o Verzögerungszeit des Ausblasvorgangs verringern
183
Fehlerbild GIT – WIT: Abreißen der auszublasenden Schmelze
• Ursache:
o Kalte Kunststoffmasse wird abgerissen und durch das Bauteil gespült
o Kappe am Injektor wird abgerissen und durch das Bauteil gespült
• Abhilfe:
o Massetemperatur erhöhen
o Teflonspitze zur Isolation am Injektor prüfen und ggf. erneuern
184
Fehlerbild GIT – WIT: Riefen / Rillen auf der Außenoberfläche
```
• Ursache:
o Geringe Einspritzgeschwindigkeiten
o Außenoberfläche wird nicht durch den WIT Prozess beeinflusst
• Abhilfe:
o Einspritzgeschwindigkeit erhöhen
o Teil und Angussgeometrie bearbeiten
```
185
Was sind die Einflüsse der Werkzeugtemperierung?
* Oberflächenbeschaffenheit
* Oberflächennahes Gefüge Kristallisation
* Vernetzungsreaktion Elastomere, Duroplaste
* Verzug und Maßhaltigkeit
* Eigenspannungen
* Doppelbrechungen bei optischen Bauteilen
* Glanzgrad
186
Was sind etablierte Temperiersysteme?
* Fluidische Wärmeträger
| * Elektrische Heizelemente
187
Was sind Vorteile Variothermer Temperierung?
* Fertigung von Formteilen mit extrem hohem Fließweg/Wanddickenverhältnis
* Herstellung von Dünnwandteilen mit extrem geringer Wanddicke
* Geringerer Fülldruckverlust und Einspritzdruckbedarf
* Reduzierung der notwendigen Schließkraft bzw. Maschinengröße
* Verarbeitung von Formmassen mit höherer Schmelzeviskosität
* Herstellung von Integralschaumbauteilen
* Herstellung von Bauteilen mit großen Wanddickenunterschieden
* Verringerung von Anschnittquerschnitten
* Minimierung von Einfallstellen
* Verbesserung der Bindenahtqualität
* Verzugs- und spannungsärmere Formteile
* Verringerung von Doppelbrechungen
* Gezielte Beeinflussung des oberflächennahen Kristallisationsverhaltens
* Exakte Konturtreue und hervorragende Oberflächenbeschaffenheit
188
Was sind Anforderungen an die Variotherme Temperierung?
* Schnelle Temperaturwechsel
* Regelbar und wiederholgenau
* Gezielte Einstellung der Temperatur
* Beeinflussung der Temperaturverteilung
* Möglichst einfacher Einbau
* Parallele Fertigungsabläufe
* Wirtschaftlichkeit
189
Was sind Temperierkonzepte?
* Wärmestrahlung – Überhitzung
* Induktion (extern oder intern)
* Wasserdampf - Wasser
* Wasser – Wasser (2 Kreisläufe)
* Keramische Heizung
* Dickschichtheizelement
190
Verfahrensparameter Kunstoffschweißen:
* Fügedruck
* Fügetemperatur
* Fügegeschwindigkeit
* Fügeweg
* Fügezeit
191
Wofür ist die Schmelzeviskostität beim Kunststoffschweißen von Bedeutung?
* Restschmelzeschichtdicke
| * Schweißnahtfestigkeit größeres Prozessfenster
192
Einsatzgebiete CAE:
```
• Statische Auslegung
• Dynamische Auslegung:
o Eigenfrequenzen, Akustik
• Crash Simulation
• Thermische Berechnungen
```
193
Materialkartenermittlung mittels Reverse Engineering
* Quasistatische Optimierung
* Dynamische Optimierung
* Bestimmung der Versagensdaten
* vollständige Materialbeschreibung
194
Was sind besonderheiten bei der Simulation von Organoblechen?
* Anisotropie
* Nicht-Linearität
* Dehnratenabhängigkeit
* Unterschied Zug / Biegung
* Unterschied Zug / Druck
* Schädigung / Versagen
* Drehung der Faserrichtungen / Nicht-orthogonale Richtungen 45 °
* Temperaturabhängigkeit
* Feuchteabhängigkeit
* Scherung der Fasern - Trellis Effekt
* AGeformt
195
Worauf werden Bauteile dimensioniert?
* Festigkeit
* Steifigkeit
* Beulen, Knicken
* Eigenfrequenzen / Systemantworten
* Akustisches Verhalten
