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10 Grundregeln zur Konstruktion von Kunststoffprodukten von Torsten Kies 1. Auflage Hanser München 2014 Verlag C.H. Beck im Internet: www.beck.de ISBN 978 3 446 44230 6 schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG
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  • 10 Grundregeln zur Konstruktion von Kunststoffprodukten

    vonTorsten Kies

    1. Auflage

    Hanser Mnchen 2014

    Verlag C.H. Beck im Internet:www.beck.de

    ISBN 978 3 446 44230 6

    schnell und portofrei erhltlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG

    http://www.beck-shop.de/Kies-10-Grundregeln-Konstruktion-Kunststoffprodukten/productview.aspx?product=13972906&utm_source=pdf&utm_medium=clickthru_lp&utm_campaign=pdf_13972906&campaign=pdf/13972906

  • Leseprobe

    Torsten Kies

    10 Grundregeln zur Konstruktion von Kunststoffprodukten

    ISBN (Buch): 978-3-446-44230-6

    ISBN (E-Book): 978-3-446-44168-2

    Weitere Informationen oder Bestellungen unter

    http://www.hanser-fachbuch.de/978-3-446-44230-6

    sowie im Buchhandel.

    Carl Hanser Verlag, Mnchen

  • Vorwort

    Es gibt nur wenige technische Erzeugnisse, die ohne Kunststoffteile auskommen. Die polymeren Werkstoffe haben sich von billigen Ersatzstoffen zu einzigartigen Hochleistungsmaterialien entwickelt. Das Konstruieren und Gestalten von Erzeug-nissen wird derzeit vorwiegend mit dem Einsatz von Metallen als Hauptwerkstoff gelehrt und dem entsprechend angewendet. Bei dieser Herangehensweise knnen aber bei der Verwendung von Kunststoffen nicht alle Mglichkeiten dieser Material-gruppe genutzt werden und in die Produkte einflieen.

    Eine wichtige Sparte der Materialwissenschaft stellt die Kunststofftechnik dar. Auf diesem Gebiet wird intensiv geforscht. Gleichberechtigt zum werkstofftechnischen Aspekt mssen Regeln fr eine kunststoffgerechte Konstruktion aufgestellt, verbrei-tet und angewendet werden. Eine ganze Reihe von Empfehlungen zur Gestaltung von Kunststoffprodukten ist bereits vorhanden. Der praktisch ttige Konstrukteur, der Einsteiger und der Metall-Umsteiger bentigen jedoch eine Systematisierung dieser Lsungsvorschlge, Tipps und Hinweise. Mit diesem Buch wird eine Metho-dik zur Konstruktion mit Kunststoffen vorgestellt, welche die bekannten Anstze zu zehn Grundregeln zusammenfasst. Der Anspruch soll nicht sein, diese in aller Voll-stndigkeit und Tiefe darzustellen. Vielmehr wird ein System erffnet, mit dem es gelingen sollte, die Besonderheiten der Konstruktion mit Kunststoffen zu erfassen und zu verinnerlichen. Neben dem Aufgreifen und der Diskussion vieler bereits be-kannter Lsungsanstze stellt das Buch auch einige neue Lsungen vor und erffnet alternative Sichtweisen fr bestimmte Zusammenhnge.

    Das Bestreben der vorliegenden Darstellungsweise ist es, die Sachverhalte in einer einfachen, verstndlichen Form wiederzugeben. Vielleicht hat die Entscheidung fr eine unkomplizierte Sprache die Konsequenz, dem wissenschaftlichen Anspruch des einen und anderen Kollegen nicht voll und ganz gerecht zu werden. Als Tech-niker kennen wir aber auch die Aussage, dass einfache Systeme meist zuverlssig und sicher funktionieren. Vielleicht ist der Versuch, das Wissen mit leicht verstnd-lichen Texten darzustellen, auch ein Weg, mehr Personen fr das vorliegende Fach-gebiet zu gewinnen und damit schon im Ansatz dem prognostizierten Fachkrfte-mangel entgegenzuwirken.

    Einleitung

  • VI Einleitung

    Natrlich wird auf die spezifischen Fachbegriffe zurckgegriffen. Diese werden im Text eingefhrt und erklrt.

    Fr die bermittlung der inhaltlichen Botschaft spielen die Abbildungen eine we-sentliche Rolle. So wird der Leser auch zum Betrachter. Ob ein Bild wirklich mehr als tausend Worte sagen kann, sei dahingestellt. An vielen Stellen untersttzt jedoch dieBebilderung nicht nur das Verstndnis der Inhalte, sondern trgt die primren Informationen und soll damit zum schnellen Verstndnis der Zusammenhnge bei-tragen.

    Um den Preis des Buches auch fr Studentinnen und Studenten attraktiv gestalten zu knnen, wurde die Print-Ausgabe in Graustufen realisiert. In der E-Book Ausgabe sind die Abbildungen dagegen farbig gestaltet. Welchem Medium man nun den Vor-zug gibt, kann man nach eigenen Vorstellungen entscheiden.

    Zum Inhalt des Buches

    Die zehn Grundregeln sind anwendungsbezogen formuliert worden. Ihnen werden die bekannten und bewhrten Konstruktionshinweise zu Kunststoffprodukten zuge-ordnet.

    Zunchst erfolgen materialspezifische Betrachtungen in Bezug auf die Umgebungs-bedingungen (Kapitel 1: Temperatureinsatzbereich).

    Untersucht wird, in welchen Temperaturbereichen die Funktion von Kunststoffteilen gegeben ist. Zum Verstndnis der Herstellungsprozesse werden die grundlegenden Vorgnge beim Phasenwechsel, von der hochviskosen Schmelze zum erstarrten Zu-stand und umgekehrt, beschrieben und auf weitere Phasenbergnge am starren Krper und deren Konsequenzen eingegangen. Dem Leser wird vermittelt, dass die Temperaturabhngigkeit von Werkstoffkennwerten bei Kunststoffen besonders stark ausgeprgt ist und eine genaue Kenntnis ber die von auen auf das Erzeugnis einwirkenden Gren die Voraussetzung fr die Entwicklung eines hochwertigen Erzeugnisses ist. Letztlich werden einige konstruktive Mglichkeiten vorgestellt, mit denen Kunststofferzeugnisse auch noch bei grenzwertigen Temperaturen ihre Funk-tion erfllen.

    Das zweite Kapitel (Medienangriff) behandelt die Wechselwirkungen, die Kunst-stoffe mit den sie umgebenden Medien eingehen. Zunchst erfolgt eine Systema-tisierung der angreifenden Stoffe und Strahlungen sowie Erklrungen zu den beim Medienangriff ablaufenden Mechanismen. Aufbauend auf diesen Grundlagen folgen uerungen zu den Auswirkungen angreifender Medien auf die Funktionserfllung von Kunststoffteilen.

  • Zum Inhalt des Buches VII

    Anschlieend werden in Kapitel 3 (Spannungszustand) die Auswirkungen des auf die Bauteile einwirkenden Kraftfeldes dargelegt. Herausgearbeitet werden die Unter-schiede zwischen Orientierungen und Spannungen. Mglichkeiten ihres Nachwei-ses werden aufgezeigt und die Konsequenzen von wirkenden Spannungen und vor-handenen Orientierungen auf ein Kunststofferzeugnis benannt.

    Ab dem vierten Kapitel werden die Unterschiede zwischen den beiden Material-klassen Metalle und Kunststoffe dargestellt. Nach notwendigen Erklrungen zu grundlegenden technischen Sachverhalten und Herstellungsverfahren von Kunst-stofferzeugnissen wird auf die fr die Polymere charakteristischen mechanischen Eigenschaften eingegangen und diese mit denen der Metalle verglichen. Auch wenn die Steifigkeit und die Festigkeit der Kunststoffe geringer ist als die der meisten Metalle, erschliet das deutlich bessere Verformungspotenzial von Polymeren Ein-satzmglichkeiten, die mit Metallen so nicht zugnglich sind. Herausgearbeitet wird, dass mit Polymeren groe Verformungen schadensfrei realisiert werden kn-nen (Kapitel 4: Schadensfreie Verformung). Im Gegensatz zur Konstruktion mit Metallen betrachtet man bei Kunststoffen nicht primr die aufnehmbaren Span-nungen, sondern die mglichen Verformungen. Mit Kunststoffen knnen nicht nur starre, sondern auch flexible Konstruktionen realisiert werden. Die unterschiedliche Herangehensweise fr diese beiden Varianten wird erklrt.

    Ein Schwerpunkt wird im Rahmen von Kapitel 5 (Entformbarkeit) auf die ferti-gungsgerechte Konstruktion von Kunststoffteilen gelegt. Whrend zur Herstellung von Produkten aus Metall mehrere Fertigungsverfahren auch bei der Massenferti-gung in Frage kommen, konzentriert sich das Produktionsverfahren bei Kunststof-fen bei strang- oder plattenartigen Produkten auf das Extrusionsverfahren, bei drei-dimensional ausgeprgten Erzeugnissen vor allem auf das Spritzgieen. Weil das Spritzgieen allein wegen der Vielzahl der Erzeugnisse ein deutlich hheres inge-nieurtechnisches Volumen beansprucht, konzentrieren sich hier die berlegungen zur Entformbarkeit von Kunststoffteilen auf dieses Verfahren. Die fundamentalen Aussagen sind selbstverstndlich auf andere Verfahren bertragbar. Dem Leser wer-den einfhrende Kenntnisse zum Werkzeugbau vermittelt, damit er in der Lage ist, die Konsequenzen seiner Konstruktion fr die Umsetzung der Werkzeugtechnik ein-zuschtzen. Die Mglichkeiten des Spritzgusswerkzeugbaus werden vom Einfachen zum Komplizierten hin aufgezeigt und einige Anwendungen dargestellt, die mit den besprochenen Werkzeugen hergestellt werden knnen. Wenn mit diesen Kenntnis-sen die Konstrukteure Teile auf optimale Entformungsmglichkeiten hin entwickeln, erffnen sich neue Impulse fr eine hocheffektive Massenfertigung.

    Die Forderung nach gleichmigen Wandstrken bei Kunststoffprodukten wird im sechsten Kapitel (Konstante Wanddicken) aus der im Vergleich zu Metallen sehr langsamen Abkhlungsgeschwindigkeit polymerer Werkstoffe beim Urformen ab-geleitet. Die Aussagen werden mit der verfahrenstechnischen Beschreibung des Spritzgussprozesses untermauert. So knnen anschlieend Probleme am Erzeugnis

  • VIII Einleitung

    erklrt werden, die aufgrund von Wanddickenunterschieden entstehen und Lsungs-empfehlungen ausgesprochen werden. Abschlieend folgt die Darstellung von Be-sonderheiten an Ecken und Kanten am Erzeugnis und Vorschlge fr entsprechende Konstruktionsregeln, um verzugsfreie Formteile gestalten zu knnen.

    Nachdem die ersten sechs Grundregeln material- und fertigungstechnische Aspekte behandeln, konzentrieren sich die folgenden drei Kapitel auf die geometrische Aus-gestaltung der Produkte.

    Aufgrund des geringeren Moduls von Kunststoffen knnen viele Produkte mit der beim Einsatz von Metall bewhrten Geometrie nicht zufriedenstellend umgesetzt werden. Die geringfgige Erhhung des Moduls durch die Zugabe von Verstr-kungsfasern zum Grundpolymer bringt selten hinreichende Ergebnisse. Im siebten Kapitel (Geometrische Versteifung) werden drei Mglichkeiten aufgezeigt, die Aus stei fung der Erzeugnisse mit geometrischen Mitteln zu realisieren, und deren Besonderheiten beim Einsatz in Kunststoffbauteilen erklrt.

    Genauso, wie durch eine entsprechende Gestaltung die Versteifung einer Geometrie mglich ist, kann mit geometrischen Mitteln auch eine strkere Verformung in be-stimmten Bereichen eines Teils erreicht werden, ohne dass man Modifikationen am Grundwerkstoff vornimmt. Das Buch stellt dazu in Kapitel 8 (Konstruktive Dukti-litt) Methoden vor und zeigt eine Reihe von praktischen Anwendungen auf.

    Viele technische Produkte realisieren in der einen oder anderen Form Bewegungen. Bei starren Konstruktionen werden solche Anwendungen durch die Verschiebung von Einzelteilen zueinander realisiert. Das ist fertigungstechnisch aufwendig und wirkt sich stark auf den Preis der Produkte aus. In Folge des ausgeprgten Verfor-mungsverhaltens polymerer Materialien knnen mit (teil-)flexiblen Konstruktionen aber auch Lsungen realisiert werden, bei denen die funktionelle Bewegung durch ein integrales Teil wahrgenommen wird. Einige solcher Realisierungsmglichkeiten werden in Kapitel 9 (Vernderliche Geometrie) vorgestellt und diskutiert. Neben der Verformung der Produkte im Rahmen ihres Einsatzes muss bei Kunststoffen auch eine Verformung nach dem Spritzgieen bei Lagerung und Transport sowie eine Vernderung der Geometrie bei nachgelagerten Produktionsprozessen berck-sichtigt werden. Der Konstrukteur muss das einkalkulieren und die Geometrie der Erzeugnisse fr die jeweiligen Zeitpunkte beziehungsweise Zustnde beschreiben.

    Kapitel 10 (Funktionsintegration) am Ende des Buches beschreibt die Funktions-integration beim Einsatz von Kunststoffen. Inhaltlich wird dieses Kapitel aus einer Vorlesung gespeist, die der Autor bis zum Ende ihres Bestehens an der Hochschule Lausitz unter gleichem Titel hielt. Zunchst werden die Aspekte beim Entwurf von Erzeugnissen untersucht. Hier mchte man das Erzeugnis mit Extra-Funktionen ausstatten, um dem Anwender einen zustzlichen Nutzen zu erffnen. Aber auch die technologischen Gesichtspunkte der Funktionsintegration werden dargestellt. Die Funktionsintegration zielt hier auf die Produktionsprozesse, um diese in der

  • Danksagung IX

    Massenproduktion noch gnstiger zu gestalten. Einige der in diesem Zusammen-hang stehenden Sonderverfahren des Spritzgieens werden vorgestellt und mit praktischen Beispielen belegt. Auf die Besonderheiten, die diese Sonderverfahren bei der Gestaltung von Formteilen erfordern, wird kurz eingegangen. So wird ein Handwerkszeug geschaffen, das auch die Entwicklung und konkurrenzfhige Pro-duktion von Kunststofferzeugnissen in Lndern mit hohem Lohnniveau ermglicht.

    Danksagung

    Dieses Buch konnte entstehen, weil Studentinnen und Studenten Fragen stellten. Sosuchte ich, angeregt durch die Fragen whrend der Lehrveranstaltungen, nach Wegen, meine Vorlesung zur Konstruktion von Kunststoffteilen fr den Masterstu-diengang Maschinenbau zu verbessern. Auch wenn einige Kollegen im wissen-schaftlichen Vortrag auf hchstem Niveau die einzige Mglichkeit sehen, den Stu-dierenden Wissen zu vermitteln, stellte ich meine Vorlesung auf eine didaktisch determinierte Konzeption um. Beim Vergleich des Kenntnisstandes von Prflingen hatte ich wenn auch sicherlich subjektiv den Eindruck, dass das Niveau des wiedergegebenen Wissens nach der Umstellung wesentlich hher anzusiedeln war als vor der Umstellung. Besonders beeindruckte mich, dass die Kandidaten die kons-truktiven Merkmale und Besonderheiten realer Teile, die sie whrend ihres mnd-lichen Examens in die Hand bekamen, nun viel besser beschreiben konnten als ihre Vorgnger vergangener Jahre. Vielleicht haben sich die Prflinge einfach besser vor-bereitet, vielleicht gelang ihnen die Aufbereitung der Inhalte besser, weil sie mit der didaktischen Konzeption der zehn Grundregeln einen roten Faden finden konnten. Die Studierenden sprachen auch von ihren Zehn Geboten. Zu hoffen bleibt, dass ihnen dieser rote Faden ein ganzes Berufsleben von Nutzen sein kann und sie mit ihm weitere Wissensbausteine verknpfen knnen.

    Natrlich mchte ich die Kolleginnen und Kollegen im Rahmen dieser Danksagung erwhnen, die mich einerseits mit Hinweisen und Ideen, andererseits mit Aufgaben-stellungen und Problemen der einen oder der anderen Art bei der Umsetzung dieses Projekts untersttzten.

    Besonderer Dank gilt meinem persnlichen Umfeld. Meine liebe Frau zeigte viel Verstndnis whrend der Schreibphase und brachte viele Mlleimer weg, deren Ent-sorgung in unserem Haushalt eigentlich mir zugestanden htte. Als die Konzeption stand, fand sie die meisten Rechtschreibfehler im Manuskript. Whrend der ber-arbeitung zeigte sie viel Geduld und Einfhlungsvermgen und entlastete mich an vielen anderen Stellen.

  • X Einleitung

    Eine Entschuldigung mchte ich an meine Kinder richten: Auch Erwachsene wollen mal ein bisschen spielen und manche Groe machen das, indem sie an einem Buch schreiben. Ich gelobe das nchste Projekt viel nher an die Interessenlage meiner Shne anzulehnen als dieses.

    Es mge gelingen.

  • Inhalt

    Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VVorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VZum Inhalt des Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIDanksagung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX

    1 Temperatur einsatzbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Phasenbergnge bei Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

    1.1.1 Der bergang vom festen in den geschmolzenen Zustand . . . . . . . . . . . . . 11.1.2 Die Volumennderung beim Phasenbergang von der Schmelze

    zum festen Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1.3 Phasenbergnge am starren Krper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    1.2 Die Temperaturabhngigkeit der Materialkennwerte von Kunststoffen . . . . . . . . . 81.2.1 Der Vergleich mit anderen Werkstoffgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.2 Die thermische Ausdehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.3 Temperaturabhngiges Spannungs-Dehnungs-Verhalten . . . . . . . . . . . . . . 12

    1.3 Der Einsatztemperaturbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.1 Tatschlich wirkende Temperaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.2 Temperaturabhngige Lasteinwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3.3 Die Notwenigkeit von einsatznahen Funktionsuntersuchungen . . . . . . . . 17

    1.4 Der Einfluss der Geometrie auf die Temperaturbestndigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.4.1 Aussagefhigkeit der Rohstoffkennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.4.2 Betrachtete Geometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.4.3 Modifikation der Wanddicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.4.4 Belastungsdauer und Durchwrmung der Produkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.4.5 Bessere Wrmestandfestigkeit durch Faserverstrkung . . . . . . . . . . . . . . . 221.4.6 Werkstoffkombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.4.7 Einseitige Khlung am Erzeugnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.4.8 Zustzliche Versteifungen gegen die thermisch bedingte Biegung . . . . . . 25

    2 Medienangriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.1 Die Wirkung von Medien auf Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

    2.1.1 Begriffserklrung: Medienangriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.1.2 Direkter und indirekter Medienangriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.1.3 Strahlungs- und stofflich-medialer Angriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.1.4 Chemischer und physikalischer Medienangriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

    2.2 Voraussetzungen fr einen Medienangriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

  • XII Inhalt

    2.3 Der Schutz vor Medienangriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.4 Die Schdigungsmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

    2.4.1 Arten der Schdigungsmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.4.2 Der oxidative Abbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.4.3 Schdigung durch Hydrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.4.4 Schdigung durch Chemikalien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

    3 Spannungszustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.1 Die Ursache von Spannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    3.1.1 Krafteinwirkung auf eine Flssigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.1.2 Krafteinwirkung auf einen Festkrper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.1.3 Viskoses und elastisches Verformungsverhalten von Kunststoffen . . . . . . 46

    3.2 Spannungen am Bauteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.3 Spannungen und Orientierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

    3.3.1 Die Unterscheidung zwischen Spannungen und Orientierungen . . . . . . . 503.3.2 Orientierungen in Kunststoffprodukten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

    3.3.2.1 Voraussetzungen fr Orientierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.3.2.2 Orientierungen bei faserverstrkten Materialien . . . . . . . . . . . . . 533.3.2.3 Moleklorientierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

    3.3.3 Eigenspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.4 Die Bildung von Orientierungen undEigenspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

    3.4.1 Unterschiede zwischen Spannungen und Orientierungen . . . . . . . . . . . . . 583.5 Eigenspannungen und Orientierungen beim Spitzgieen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

    3.5.1 Orientierungen und Eigenspannungen am Spritzgussteil . . . . . . . . . . . . . 603.5.2 Die Ausbildung von Orientierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.5.3 Eigenspannungen beim Spritzgieen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

    3.5.3.1 Ursachen der Eigenspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.5.3.2 Prozessablauf beim Spritzgieen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.5.3.3 Die Entformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653.5.3.4 Auswirkungen einer Schwindungsbehinderung auf

    Eigenspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.5.3.5 Eigenspannungen bei Montageprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

    4 Schadensfreie Verformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.1 Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.2 Differential- und Integralbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

    4.2.1 Unterscheidung der Kategorien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.2.2 Die Differentialbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.2.3 Die Integralbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.2.4 Die Mischbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.2.5 Geeignete Bauweisen fr Kunststoffprodukte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

    4.3 Das Verformungsverhalten der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.3.1 Begriffe zum Verformungsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.3.2 Die Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.3.3 Die Steifigkeit eines Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

  • Inhalt XIII

    4.3.4 Die Dehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.3.4.1 Die Kritische Dehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.3.4.2 Die zulssige Dehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

    4.3.5 Bauteilspezifische Minderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.3.5.1 Einflussfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.3.5.2 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.3.5.3 Anzahl der Lastwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.3.5.4 Fll- und Verstrkungsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.3.5.5 Starke Materialbelastung bei der Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.3.5.6 Mehrachsige Spannungszustnde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.3.5.7 Beanspruchungsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.3.5.8 Die Wanddicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.3.5.9 Bercksichtigung der Kerbwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

    4.4 Starre und flexible Konstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

    5 Entformbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.1 Beschreibung der Situation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

    5.1.1 Die Entwicklung von Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.1.2 Stckzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905.1.3 Die Verwendung von Normalien im Werkzeugbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

    5.2 Teile aus der flachen Trennebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.2.1 Die Werkzeuganlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.2.2 Auswerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.2.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

    5.3 Teile aus Werkzeugen mit Trennungssprung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005.3.1 Die Werkzeuganlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005.3.2 Auswerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.3.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

    5.4 Teile mit Durchbrchen und Werkzeuge mit Blockierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045.4.1 Die Werkzeuganlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045.4.2 Auswerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1065.4.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

    5.5 Becherfrmige Teile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.5.1 Die Werkzeuganlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.5.2 Auswerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.5.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

    5.6 Schieber- und Backenwerkzeuge mit zustzlichen Trennebenen . . . . . . . . . . . . . . . 1195.6.1 Der Werkzeugaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.6.2 Auswerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1225.6.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

    5.7 Ausdreh-Werkzeuge fr innere Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1255.7.1 Die Werkzeuganlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1255.7.2 Auswerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1265.7.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

  • XIV Inhalt

    5.8 Werkzeuge mit inneren Schiebern undEinfallkernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.8.1 Das Werkzeugkonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.8.2 Auswerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1315.8.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

    5.9 Teile mit extremen Hinterschneidungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335.9.1 Verfahrenstechnik und Werkzeugaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335.9.2 Auswerfen und Nachbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1365.9.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

    5.10 Teile mit Hinterschneidungen, die Zwangsentformung zulassen . . . . . . . . . . . . . . . 1385.10.1 Der grundstzliche Werkzeugaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385.10.2 Auswerfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.10.3 Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

    6 Konstante Wanddicken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.1 Wanddicken an einem Erzeugnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

    6.1.1 Wanddicken und Leichtbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.1.2 Wanddicke und Verarbeitungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

    6.2 Grundlagen von technologischen Pro zessen bei der Kunststoffverarbeitung . . . . . 1466.2.1 Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1466.2.2 Betrachtungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1466.2.3 Erwrmen der Schmelze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1506.2.4 Kompression zur Formgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1506.2.5 Abkhlung unter Druckabbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1516.2.6 Isobare Abkhlung bei atmosphrischem Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

    6.3 Probleme, die durch Wanddicken unterschiede verursacht sind . . . . . . . . . . . . . . . . 1536.4 Das Kantenproblem bei kastenartigen Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

    7 Geometrische Versteifung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1617.1 Ausfhrungen einer geometrischen Versteifung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

    7.1.1 Erhhung der Steifigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1617.1.2 Varianten der geometrischen Versteifung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

    7.2 Versteifung mit Rippen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1647.2.1 Rippenversteifung an belasteten Flchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1647.2.2 Anordnung der Rippen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1647.2.3 Belastungsgerechte Anpassung der Rippen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1667.2.4 Anbindung der Rippen an die Grundstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1687.2.5 Werkzeugtechnische Umsetzung von Rippenstrukturen . . . . . . . . . . . . . . 1727.2.6 Funktionale Einbindung von Rippen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

    7.3 Versteifung mit Schalengeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1767.3.1 Schalengeometrie als Art des fertigungsgerechten Konstruierens . . . . . . 1767.3.2 Zur konstruktiven Umsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

    7.4 Anwendung des Prinzips Wellblech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1787.5 Kombination der Mglichkeiten zur geometrischen Versteifung . . . . . . . . . . . . . . . 179

  • Inhalt XV

    8 Konstruktive Duktilitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1818.1 Duktilitt als Konstruktionsforderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1818.2 Rasthaken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

    8.2.1 Vorteile von Rasthaken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1848.2.2 Montagestrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1848.2.3 Varianten der Rastverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

    8.3 Montagebruch an Rasthaken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1918.3.1 Grundstzliche Lsungsanstze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1918.3.2 Technologische Manahmen gegen den Montagebruch von Rasthaken . . 191

    8.3.2.1 Zur Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1918.3.2.2 Eingangsgren fr den Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1928.3.2.3 Betrachtung des Herstellungsprozesses fr die Bauteile . . . . . . . 1938.3.2.4 Betrachtung des Montageprozesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

    8.3.3 Grundstzliche konstruktive Mglichkeiten zur Vermeidung desMontagebruchs von Rasthaken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

    8.3.4 Beseitigung der Kerbwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1958.3.5 Vergrerung der Biegelnge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1968.3.6 Vernderungen am Querschnitt des Rasthakens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1978.3.7 Verminderung der Durchbiegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1988.3.8 Zustzliche, alternative Verformungsmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1998.3.9 Alternatives Konstruktionsprinzip fr die Rastverbindung . . . . . . . . . . . . 200

    8.4 Vermeidung einer unbeabsichtigten Demontage von Rastverbindungen . . . . . . . . 2018.5 Weitere duktile Konstruktionselemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2038.6 Mglichkeiten zur Verbesserung derDuktilitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

    8.6.1 berblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2048.6.2 Anspritzen einer weichen Komponente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2048.6.3 Schlitze an becherartigen Formteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2058.6.4 Faltungen an Schalenelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

    8.7 Zur Modifikationen von Gehusen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

    9 Vernderliche Geometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2119.1 Begriffsbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2119.2 Vernderliche Geometrie als Nutzungsmerkmal bei Kunststoffprodukten . . . . . . . 214

    9.2.1 Mgliche Mechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2149.2.2 Temperatureinfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2159.2.3 Medienaufnahme und Medienabgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2169.2.4 Freisetzen von Spannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2179.2.5 Verformungsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

    9.3 Vernderliche Geometrie fr unterschiedliche Abschnitte des Produktlebenszyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2189.3.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2189.3.2 Allmhliche Vernderung der Geometrie im Herstellungsprozess

    und beim Gebrauch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2209.3.3 Allmhliche anwendungsbedingte Vernderung der Geometrie . . . . . . . . 222

  • XVI Inhalt

    9.4 Diskontinuierliche, schnelle Vernderung der Geometrie im Herstellungsprozess 2239.4.1 Begriffserklrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2239.4.2 Spannvorrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2249.4.3 Vorrichtungen zum nachtrglichen Kalibrieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2289.4.4 Nachtrgliche Bearbeitung eines Bauteils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2309.4.5 Einspannen des Bauteils fr die Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2319.4.6 Demontage von Baugruppen vor dem Einsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2339.4.7 Umbau von Baugruppen nach der ersten Nutzungsphase,

    um eine weitere Nutzung zu ermglichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2349.4.8 Rckbau von Baugruppen nach der Nutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

    9.5 Funktionsbedingte vernderliche Geometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2389.5.1 Erprobte Einsatzgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2389.5.2 Gelenklose Anwendungen, die Duktilitt nutzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2399.5.3 Lokale Gelenke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2419.5.4 Faltbare Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2449.5.5 Lokale Flexibilitt und Hochelastische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . 246

    9.5.5.1 Realisierung mit einer weichen Materialkomponente . . . . . . . . . . 2469.5.5.2 Realisierung mit konstruktiver Duktilitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

    9.5.6 Reversibles Beulen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

    10 Funktionsintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25310.1 Der Begriff Funktionsintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25310.2 Die konstruktive Funktionsintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

    10.2.1 Das Wesen der konstruktiven Funktionsintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25710.2.2 Das Prinzip Funktionelle Mehrfachnutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25910.2.3 Das Prinzip zustzliche Geometrie zur Gewhrleistung einer

    weiteren Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26010.2.4 Vergleich der beiden Prinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26110.2.5 Beispiele fr eine konstruktive Funktionsintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

    10.3 Die technologische Funktionsintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26510.3.1 Optimierung der technologischen Ablufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26510.3.2 Funktionsintegration durch Anpassung technologischer Ablufe . . . . . . . 266

    10.4 Sonderverfahren als Mittel der techno logischen Funktionsintegration . . . . . . . . . . 27010.4.1 bersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27010.4.2 Die Sondertechnologie Mehrkomponentenspritzgieen . . . . . . . . . . . . . 27110.4.3 Einige Gestaltungsregeln zum Mehrkomponentenspritzgieen . . . . . . . . . 27210.4.4 Sondertechnologien als Hinterspritzverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

    11 Checkliste zur Konstruktion von Kunststoffteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

    Autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287Prof. Torsten Kies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

    Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

  • 8 1Temperatur einsatzbereich

    Gebrauchstemperatur

    Temperaturanstieg

    Elastomere mit weitmaschig

    vernetzten Makromoleklen

    Duroplaste mit engmaschig

    und stark vernetzten

    Makromoleklen

    Thermoplaste mit nicht vernetzten

    Fadenmoleklen

    Spr

    der,

    verg

    last

    er Z

    usta

    nd

    Glasbergangstemperatur

    Zers

    etzu

    ng

    Spr

    der,

    verg

    last

    er Z

    usta

    nd

    Form

    - un

    d G

    esta

    ltver

    lust

    Schmelztemperatur Zersetzungstemperatur

    Bild 1.4Polymere bei unterschiedlichen Temperaturen

    1.2 Die Temperaturabhngigkeit der Materialkennwerte von Kunststoffen

    1.2.1Der Vergleich mit anderen Werkstoffgruppen

    Aber auch innerhalb des Gebrauchstemperaturbereiches haben die Werkstoffkon-stanten von Polymeren eine ungewhnlich groe Abhngigkeit von der jeweils herr-schenden Temperatur. Die Eigenschaften des verwendeten Polymers sind viel str-ker von der Temperatur abhngig als bei gebruchlichen Metallen. So mssen unterschiedliche Temperaturen auch im Einsatz von Kunststoffteilen bercksichtigt werden.

    Ein Kraftfahrzeug muss im Winter bei strengem Frost funktionieren, wie auch im Sommer bei starker Hitze.

  • 1.2Die Temperaturabhngigkeit der Materialkennwerte von Kunststoffen 11

    Kunststoff Metall

    Kunststoff Metall

    1. Der Dehnung Raum geben

    Kunststoff

    Metall

    2. Die Dehnung in Deformationselementen aufnehmen

    Kunststoff

    Metall

    Kunststoff

    Metall

    Kunststoff

    Metall 3. Die Dehnung in Wlbungen aufnehmen

    Bild 1.7 Konstruktive Mglichkeiten zum Ausgleich unterschiedlicher Lngenausdehnung bei einer Kunststoff-Metall-Kombination

    Eine Mglichkeit besteht darin, einzelne Karosserieelemente stufenfrmig ber-lappen zu lassen. Die thermische Ausdehnung uert sich dann in einer uerlich nicht erkennbaren berlappung der Elemente. Die Fixierung der Kunststoffele-mente an den Stahlbauteilen muss einen thermischen Ausgleich entsprechend zu-lassen.

    Wenn die Dehnung durch eine strkere Wlbung aufgenommen wird, dann kann an den Rndern eine Fixierung des Kunststoffbauteils erfolgen. So stellt man konstante Spaltmae sicher.

    Bei der Anwendung einer Gemischtbauweise aus Metall und Kunststoffelementen mssen so resultierend aus den neuen technischen Erfordernissen auch neue De-signelemente am Markt platziert werden.

    Fahrzeuge mit groflchigen Kunststoffbauteilen im Karosseriebereich sollten rund-licher angelegt sein. Dies wre eine neue Formensprache, die die Erfordernisse des Werkstoffs Kunststoff erfllt und gleichzeitig auch die Potenziale dieser Werkstoff-gruppe in Bezug auf die Gestaltungsmglichkeiten abbildet. Mit dem bisher einge-setzten Metall-Blech knnen bei der blichen Kaltverformung nur eingeschrnkt Wlbungen gepresst werden.

    Bei der Umstellung der Technologie auf neue Werkstoffe ist neben den reinen funk-tionalen Erfordernissen immer auch noch ein erfolgreiches Marketing erforderlich.

  • 30 2Medienangriff

    Daten fr POM Hostaform C9021 und C9021 LS Bewitterungsdauer in Jahren

    Rela

    tive

    nde

    rung

    der

    Zug

    fest

    igke

    it in

    %

    20

    40

    60

    80

    100

    1 2 3 4 5

    Ohne Stabilisierung

    Schwarzstabilisierung mit Ru

    Mit durchscheinender Stabilisierung

    Bild 2.2Auswirkungen der Bestrahlung von Kunststoffen

    Um die Wirkung der UV-Strahlen auf die Polymere zu vermindern, wurden spezielle UV-Stabilisatoren entwickelt und diese Zusatzstoffe den Polymeren zugesetzt. Die gelbe Kurve in Bild 2.2 mit durchscheinender Stabilisierung zeigt ein solches Stoffsystem. Wird das Eindringen von UV-Strahlen in den Kunststoffkrper durch das Untermischen von schwarzen (Ru-)Pigmenten verhindert, kann die Wirkung der UV-Bestrahlung nahezu vollstndig neutralisiert werden (grne Kurve, Schwarz-stabilisierung mit Ru in Bild 2.2).

    Eine Stabilisierung mit schwarzen Pigmenten sollte immer mit einer chemischen Stabilisierung kombiniert werden, weil sonst mit lnger andauernder Bewitterung die Oberflchen der Erzeugnisse unansehnlich werden.

    Das in Bild 2.2 dargestellte POM ist aufgrund des Aufbaus seines Monomers gegen UV-Licht besonders empfindlich. Trotzdem kann fr einige Anwendungen auf eine Stabilisierung gegen UV-Licht verzichtet werden, wenn das Erzeugnis vor unmit tel-barer Sonneneinstrahlung geschtzt ist, was beispielsweise bei Ventilen im Kraft-stoffversorgungssystem von Kraftfahrzeugen der Fall ist. Beachtet werden muss, dass, wenn auf eine Stabilisierung bewusst verzichtet werden soll, im Produktlebens-zyklus nur ber kurze Zeit das Erzeugnis dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Das schliet die Lagerhaltung und Transportprozesse ein.

    Andere Erzeugnisse werden besonders stark von UV-Strahlung angegriffen. Sollen Scheiben von Automobilen anstelle aus Glas zur Gewichtsersparnis aus Kunststof-

  • 5.2Teile aus der flachen Trennebene 97

    ferseite sichergestellt. (Auf die Darstellung des Mittenauswerfers und der Stifte fr die Entformung des Kunststoffs im Verteilerkanal wurde in den Bildern 5.3 bis 5.7 verzichtet.)

    Bild 5.5 Schematische Darstellung des geffneten Spritzgusswerkzeuges

    5.2.2Auswerfen

    Die Entnahme des Formlings ist bei geffnetem Werkzeug jedoch noch nicht mg-lich. Der Kunststoff wird regelrecht in den Formhohlraum eingepresst, so dass der Formling nicht von Hand aus der Kavitt entnommen werden kann. Zur Entformung des Spritzgussteils werden Auswerfer vorgesehen, die beim Vorfahren das Formteil und den Anguss aus der Kavitt drcken (Bild 5.6).

    Bild 5.6 Auswerfen des Formteils

  • 5.5Becherfrmige Teile 117

    Die Schwierigkeiten des Spannungszustands im Bereich des Becherbodens wurde bereits in Abschnitt 3.5 diskutiert. Durch eine spezielle Gestaltung der Spritzguss-teile am Bodenbergang lsst sich dieses Problem entschrfen. In Bild 5.25 ist links ein Becherboden ohne Ausgleichsmanahmen dargestellt. Die schwindungsbeding-ten Zugeigenspannungen der Becherwand fhren zu einer Deformation, wie sie im Bild 5.25 links unten schematisch dargestellt ist.

    Rundet man den bergang zwischen Becherboden und die Becherwand mit einem ausreichend groen Radius, wie in Bild 5.25 in der mittleren Darstellung gezeigt wird, bewirkt die Schwindung, dass eine eingebrachte Rundung nach dem Erkalten des Formteils von der idealen Kreisform abweicht.

    Scharfer Bodenbergang Abgerundeter Bodenbergang Hochgezogener Bodenbergang

    Bild 5.25 Unterschiedlicher Wand-Boden-bergang bei becherfrmigen Formteilen: obere Reihe: theoretische Form; untere Reihe: reale Form aufgrund der Wechsel-wirkung zwischen Wand und Boden bei Schwindung der Formteile

    Schlielich besteht die Mglichkeit, die Anbindung des Becherbodens an die Becher-wand durch das Einsetzen einer Stufe aufzulsen. In Bild 5.25 wird dies in der rech-ten Darstellung schematisch gezeigt. Beim erkalteten Formteil wird die Deformation vor allem im Bereich dieser Stufe erkennbar. An den Funktionsdetails Becherboden und Becherwand sind nur geringe Eigenspannungen vorhanden.

    Die in Bild 5.25 rechts gezeigte Variante findet man vor allem bei Verpackungs-behltern, die Etiketten tragen. Die Werbe- und Informationstrger werden als Folien

  • 7 7.1 Ausfhrungen einer geometrischen

    Versteifung

    7.1.1Erhhung der Steifigkeit

    Kunststoffe haben einen um etwa zwei bis drei Grenordnungen geringeren E-Modul als die meisten Metalle. Wirken auf Formteile aus Kunststoff Krfte ein, verformt sich bei gleicher Geometrie ein Krper aus Kunststoff viel strker als ein Bauteil aus Metall. Fr manche Anwendungen ist dieses Verhalten vorteilhaft, fr andere we niger.

    Materialwissenschaftler unternehmen groe Anstrengungen, um die Werkstoffeigen-schaften gezielt auf einen Anwendungsfall hin zu designen. Aufgrund der immer komplexer werdenden Formteile kann dieser Ansatz nur eine Variante sein, um die bestehenden technischen Herausforderungen zu lsen, er muss mit weiteren Lsun-gen ergnzt werden.

    Eine Mglichkeit fr Kunststoffe, einen hheren E-Modul zu realisieren, ist der Ein-satz von glasfaserverstrktem Material. Der E-Modul kann durch hohe Fllgrade etwa verdoppelt, bei teuren Fasern mit besonderer Funktion ungefhr verdreifacht werden. Die Steifigkeit von Stahl wird jedoch mit der Zugabe von Fllstoffen keines-falls erreicht.

    Gerade bei einer komplexen Geometrie des Formteils mssen mehrere technische Aufgaben erfllt werden, die oft entgegengesetzte Anforderungen stellen. So ms-sen die Teile bei einer Funktion Abdichten gegen Medienaustritt duktil genug sein, um nur minimale Spalte zwischen den Bauteilen zu belassen, aber auch hinrei-chend steif, damit ein sicherer Sitz der Teile aufeinander und eine sichere Positio-nierung zueinander gegeben ist. Geht man hier den Weg des optimalen Materials, muss man mehrere Einzelteile verwenden, die jeweils einzeln hergestellt und mitei-nander gefgt werden mssen. Man legt sich dann auf die Differentialbauweise fest.

    Sollen die Vorteile der Integralbauweise wenige sehr komplexe Teile mit insgesamt geringem Fertigungs- und Montageaufwand (vergleiche Abschnitt 4.2.3) zum Tra-gen kommen, muss man auf Mglichkeiten zurck greifen knnen, die es erlauben,

    Geometrische Versteifung

  • 162 7Geometrische Versteifung

    die gestellten technischen Aufgaben durch eine bestimmte geometrische Gestaltung zu erfllen.

    7.1.2Varianten der geometrischen Versteifung

    Bekannt ist die Versteifung mit Rippen, die dem im Bild 7.2 dargestellten Prinzip folgt. Die Rippen werden hier als senkrecht auf der Funktionsflche angebrachte Fl chen verstanden (Bild 7.1, oben).

    Weiterhin knnen mit schalenfrmig gewlbten Strukturen Flchen geometrisch versteift werden. Die Motorhaube eines PKWs ist ein bekanntes Beispiel fr solche Anwendungen (Bild 7.1, Mitte).

    Auch die vom Wellblech her bekannte Form bringt eine geometrische Versteifung (Bild 7.2, unten). Die Versteifung muss hier nicht wie beim aus dem Bauwesen be-kannten Wellblech auf eine Vorzugsrichtung beschrnkt sein. Von Schallschutzver-kleidungen sind auch Ausfhrungen bekannt, bei denen die Versteifung der Platten in beiden Belastungsrichtungen gleichgewichtet ausgefhrt ist.

    Versteifung durch Rippen

    Versteifung als Wellblech

    Versteifung durch Wlbung

    Bild 7.1 Prinzipien der geometrischen Versteifung

    Welches Prinzip sinnvoll eingesetzt wird, ist abhngig von:

    Der Grundgeometrie des Erzeugnisses. Den weiterhin zu erfllenden Funktionen. Dem geplanten Verarbeitungsverfahren. Dem Niveau der sthetischen Ansprche fr die betreffende Branche. Der Erfahrung des Konstrukteurs. Der zur Verfgung stehenden Zeit und der Risikobereitschaft bei der Ausfhrung der Konstruktion.

    Es ist durchaus mglich, dass zur Erfllung ein und derselben technischen Aufgabe unterschiedliche Versteifungsprinzipien angewendet werden. Das Bild 7.2 zeigt eine Anwendung fr ein solches Beispiel. Die Funktion des Formteils besteht darin, ein zylindrisches Funktionsteil in einem viereckigen Pappkarton so zu fixieren, dass kein Klappern des Inhalts in der Verpackung vorkommt. Im Beispiel handelt es sich um ein Spezialpapier, das um eine Papprolle gewickelt ausgeliefert wird. In Bild 7.2

  • 7.1Ausfhrungen einer geometrischen Versteifung 163

    werden die Plastikteile abgebildet, die zur Fixierung der Papprolle dienen. In Bild 7.2 oben werden die der Auenseite der Schachtel zugewandten Seiten gezeigt. In Bild 7.2 unten sind die Flchen des selben Teils sichtbar, die zum Inneren der Schachtel zeigen. Die innen hohle Papierrolle wird mit der zylindrischen Geometrie des Formteils fixiert, die rechteckige Grundgeometrie sttzt den Inhalt gegen die rechteckige Verpackung.

    Thermoformen: Versteifende Einzge

    Spritzgieen: Versteifende Rippen

    Bild 7.2 Zwei unterschiedliche Versteifungs-prinzipien bei einer Papierrollenfixierung

    Im linken Bereich von Bild 7.2 wurde am Formteil die Versteifung durch das Prinzip Wlbungen erreicht. Dieses Teil ist fr das Tiefziehverfahren optimiert worden. Weil das Werkzeug beim Thermoformen das Formteil nur an einer Seite kontaktiert, kann die Abformung nur aus einer Ebene heraus mit einem relativ groen Entfor-mungswinkel erfolgen. Die vom Spritzgieen bekannten kastenartigen Rippenan-ordnungen knnen so nicht realisiert werden.

    Das Bild 7.2 zeigt rechts ein spritzgegossenes Teil, hier bildet der umlaufende Rand eine Wlbung und wirkt versteifend. Zustzlich wurden Rippen eingebracht, die beim Spritzgieen einfach zu entformen sind.

  • 178 7Geometrische Versteifung

    Auch bei Produkten aus Metall-Blech wendet man geometrische Versteifungen durchSicken an (Bild 7.17). Im Gegensatz zu Kunststoffprodukten knnen bei Blech-erzeugnissen die Sicken nicht problemlos beim Urformen erzeugt werden, sondern mssen in einem nachtrglichen Arbeitsschritt eingedrckt werden.

    Materialeinzug als versteifendes Element

    Bild 7.17 Funktionale Versteifung an einem Locher

    7.4Anwendung des Prinzips Wellblech

    Was bei Verpackungsartikeln Kunden anspricht, sollte auch bei Gebrauchsgegen-stnden funktionieren. In Bild 7.18 ist ein Kunststoffkoffer gezeigt, bei dem der De-ckel mit schalenartigen geometrischen Versteifungen im Sinne eines dreidimen-sionalen Wellblechs (Bild 7.1, unten) geometrischen versteift wurde. Das Erzeugnis kombiniert eine gewisse Elastizitt, um Stobelastungen, zum Beispiel beim Ver-laden auf dem Flughafen, abzufedern mit einer hinreichenden Steifigkeit, um die Inhalte entsprechend formstabil zu fixieren. Der Endverbraucher bekommt so ein leichtes, stabiles und ansprechendes Erzeugnis mit hoher Wertigkeit.

    Bild 7.18 Versteifungselemente als Designelement beieinem Koffer

  • 8.2Rasthaken 189

    Presssitz des Deckels wird durch umlaufenden Ring

    sicher gestellt

    Bild 8.8 Ein umlaufender Ring am Ende des Fgeweges sichert den positionsgenauen Sitz derEinzelteile

    Bei der in Bild 8.8 gezeigten Anwendung ist eine ungewollte Demontage kaum mg-lich, weil die montierte Kappe auf dem umlaufenden Ring des Gehuses aufgepresst ist. Man msste mit einem Werkzeug unter die Kappe greifen knnen, um die Ver-bindung durch Dehnung des aufgesetzten Einzelteils zerstrungsfrei zu lsen. Mit einer entsprechenden Gestaltung kann das Ansetzen eines Werkzeugs ausgeschlos-sen oder auch bewusst zugelassen und vielleicht noch mit optischen Hinweisen un-tersttzt werden.

    Wre der umlaufende Rand am Gehuse in Bild 8.8 nicht vorhanden, knnte die Kappe auch nach der Montage zur Ellipse verformt und bewusst oder unbewusst demontiert werden.

    Bei der Verwendung von Kunststoffen ist es nicht einfach, Passungen fr das Funk-tionselement und Toleranzen fr die Einzelteile festzulegen. Schon wegen der bei den Kunststoffverarbeitungsverfahren relativ groen, technologisch notwendigen Toleranzen fr die Einzelteile, kann nur in Ausnahmefllen mit dem ersten Entwurf die funktionsgerechte Passung gefunden werden.

    Um komplexe Verformungsmechanismen mit einem einfach zu variierenden Detail abzustimmen, knnen sich ndernde Last-Zustnde bewusst ausgenutzt werden. So erfolgt eine preiswerte Feinabstimmung auf die tatschliche Toleranzlage der Ein-zelteile und andere Eigenschaften des Erzeugnisses und die tatschlichen und ak-tuellen Bedingungen des Prozesses.

    Das Bild 8.9 zeigt eine Mglichkeit, die Fgekrfte beim Ineinanderschieben von Zylinderschalen abzustimmen. Mit einem Schlitz in der ueren Schale wird die vorher geschlossene Geometrie unterbrochen. Whrend bei geschlossener Geo me-trie eine Zugbelastung zur Dehnung der Schale vorherrschte, berwiegt bei einer

  • 11Um die vermittelten Inhalte schnell im Konstruktionsalltag anwenden zu knnen, hilft es, eine Checkliste der 10 Grundregeln zu bearbeiten. Es bietet sich an, zu-nchst fr ein bestehendes Teil die Tabellen zu bearbeiten. Neben der anwendungs-bezogenen Wiederholung der Inhalte des Buches hat diese Vorgehensweise den Vor-teil, dass man sehr schnell in der Lage ist, alternative Lsungsmglichkeiten fr ein technisches Erzeugnis zu erkennen.

    Wenn man sich an bestehenden Erzeugnissen Routine bei der Arbeit mit der Checkliste erarbeitet hat, steht mit der unten abgedruckten Tabelle ein effektives Hilfs mittel zur Entwicklung von neuen Kunststoff-Erzeugnissen zur Verfgung, das hervorragend geeignet ist, die besonderen Mglichkeiten dieser Werkstoffklasse auszuschpfen.

    Tabelle 12.1Checkliste

    1. Temperatureinfluss Bezug auf konkretes Erzeugnis

    erforderliche/mgliche Handlung

    Einsatz des ErzeugnissesTemperaturbelastung beim GebrauchTemperaturbereich bei Nachbear-beitung, Lagerung und TransportTemperaturbelastung bei (nicht-)beabsichtigten Sekundr-anwendungenVorgesehener/eingesetzter KunststoffTemperatureinsatzbereichEigenschaftsvernderungen im TemperatureinsatzbereichGeometrieEinseitiger oder beidseitiger WrmeangriffMglichkeiten der Absttzungen zur besseren Wrmestabilitt

    Checkliste zur Konstruktion von Kunststoffteilen

  • Index

    A

    Abfhrung der Wrme167Abkhlung221Abkhlungsbedingungen153Abkhlungsgeschwindigkeit62, 144, 147,

    151f.Abkhlungssituation157Ablagerung von Wasser39Abmustern96abriebfeste Kennzeichnung272ABS41Abstandhalter108Abstreiferplatte114abtragende Verfahren93, 100Abzugskraft198, 201Adsorbieren32Aggregatzustand1aggressive Inhaltsstoffe29Agrarfette28Anbindung95f.angespritzte Dichtungen246Anguss94, 97, 127Angussbuchse92Angussstange96Angusssystem92Angussverteiler94Anordnung22Anspritzpunkte278Antrieb, Schieberbewegung120Antuschieren105Anwendungstemperatur81Armlehnen103sthetische Ansprche162Auflsung von kristallinen Strukturen29Aufnahme von Wasser222Aufschrumpfen65Aufzug174Auf-Zu-Werkzeuge95, 110, 120, 234, 245Ausdrehmechanismus125, 128Ausdrehwerkzeuge127Ausgleich unterschiedlicher Lngenausdehnung

    11Ausknicken22Ausknickung165

    Auskhlung65Ausrichtung der Fasern61Ausschmelzkerne134, 136Ausschwitzen von Feuchtigkeit39Aussparung172Ausspindeln125, 127Aussplen von Stabilisatoren37Ausstoen127, 223, 279Ausstreiferplatte140Auswerfen96, 97Auswerfer92, 97f., 102, 112, 173Auswerferbewegung112, 114, 130Auswerferkrfte173Auswerferseite96, 101, 104, 111, 113, 272auswerferseitige Formplatte93, 111auswerferseitige Konturplatte105Auswerferstifte140Auswerfersysteme278automatisierte Montage185Automobilbau222, 257, 276axiale Fixierung98

    B

    Backen123, 133Backenwerkzeuge122, 129Basen37Baukastenlsungen70f.Baukastenprinzip109Baukastensystem90f., 234Beanspruchungsgeschwindigkeit83Bearbeitungsmaschinen92Becher49, 172, 260Becherboden114, 117, 140becherfrmige Formteile65, 67, 140Becherhalter263f.Becherwand118Befestigungen108Befestigungselemente278Behlter13Belastung81belastungsgerecht143Belastungsrechnungen77Belftungsverkleidungen110

  • 290 Index

    Bemusterung65, 122f., 128, 192f.Berhrungsflchen136, 247f.Beschleunigungsfaktor37Beulen13, 76, 87bewegliche Werkzeugelemente119, 138Biegebalken19, 197Biegebeanspruchung19Biegebelastungen187Biegelnge196Biegesteifigkeit166Biegung199Bimetall215Bindenaht114biologisch abbaubare Kunststoffe254bistabile Systeme250Blasformen176Blasformprozess91bleibende Verformungen77, 101Blockierflche83, 108Blockierung107, 110, 125, 247Blockierungssporn201Blockierungswinkel107Bodenbergang117Brandfall27Brandstellen96Brotdose213Bypasskonstruktionen137

    C

    CAD-Systeme92Chemikalien40Chemikalienbestndigkeit36chemische

    Ankopplung34 Medienangriff31 Modifikation31

    Clipse73coextrudierte Folien33copolymerisierte Anteile6

    D

    Dmpfungsverhalten215Dauerbelastungen15, 18, 81Deckel119Deformation77, 98Deformationsgeschwindigkeit83Dehnpotenzial214Dekorhinterspritzen270, 275, 277f.Demontage188, 224, 233, 236f.Demontagekrfte190Demontagestellen236Demontageverbot236Demontagewerkzeuge201Designkonzept177

    Dichtkanten248Dichtungspartner247dickwandige Konstruktionselemente83Dieseleffekt96Differentialbauweise70ff., 161Diffusionsvorgnge35direkter Medienangriff28diskontinuierliche Flieprozesse54drapierfhig280dreidimensionales Wellblech178Dreiplattenwerkzeuge115Druckabnahme63Druckaufbau150Druckeigenspannungen48druckluftuntersttzte Auswerfer140Druckverformungsrest74duktile Eigenschaften181, 269duktile Komponenten204Duktilitt214, 240Dngemitteldepot254dnne Folien55Dnnschliff54dnnwandige Struktur231Durchbiegung198Durchbrche186Durchschlge110durchsichtig51durchsichtige Gehuse29Dsenseite96, 104, 111, 126, 272dsenseitige Formplatte96, 101, 105

    E

    Eckenschoner59, 158Edelgas35Eigenspannungen48, 50, 52, 82, 96, 155,

    157ff.Eigenspannungen in der Faser49Eigenspannungsbild216Eimer13, 49, 119, 183Einbauhhe127Einbauraum133, 179, 227Einbettung275Einfallkerne131f.Einfallstellen64, 96, 169, 171f., 179Einfrierversuch193eingesetzte Kerne105Einkaufstten256Einlegeteil134einmalige Deformation80Einrichten96Einsatz101, 107Einsatzbedingungen16Einsatztemperatur7Einsatztemperaturbereich14f.Einsatzzweck14

  • Index 291

    Einsetzen einer Stufe117Einspannen224Einspritzen62Einspritzen der Schmelze96elastische

    Deformation221, 223 Effekte46 Verbindungselemente240 Verformung45 Verformungsverhalten46

    elektrische Apparate17 Funktionsteile119 leitende Polymere272 Stecker-Elemente269

    Elektroartikel201Elektronik72elektronische Bauelemente39Elektrotechnik70, 261E-Modul5, 59, 76, 161, 222, 231, 273E-Modul-Temperatur-Kurve4, 19Energiebilanzierung136energieelastischer Zustand215Entformung65, 113, 116, 118, 170, 172, 174,

    221Entformungsbewegung114Entformungsebenen272Entformungsgeschwindigkeit139Entformungsprozess65Entformungsrichtung108, 275Entformungsschrge108, 112, 128, 172, 174Entformungstemperatur151f.Entformungsverzug67, 221, 223Entformungszylinder173enthalpieelastisch215Entsorgungsproblematik256Entwicklungsprozess69Erstarren1Erwrmung durch Strahlung29Erweichungsbereich3, 46Erweichungstemperatur22Erzeugnisse91Etagenwerkzeug111Etiketten117Extrusion46, 54

    F

    Fden217Fahrzeugbau17Fahrzeuginnenraum264, 280Fahrzeugtank257Faltbare Anwendungen238f., 244Faltenblge218faltenfreie Dekors280Faltkern131

    Faltung205ff.Falzkanten245Familienwerkzeuge111Farbmittel192Farbwechsel193Faserausrichtung54, 61Fasern22Faserorientierungen53, 59Faserverbundmaterialien87Faserverbundwerkstoffe73faserverstrkter Kunststoff38faserverstrktes Material161federnde Kunststoffelemente203federnde Schieber133federnde Systeme132Fehlfunktion17Fehlmontage190Feinabstimmung190Fensterheber278fertigungsgerechte Entwicklung91Fertigungsmethode91Fertigungszellen267fester Krper45Festigkeiten13Feuchtegehalte186feuchtes Granulat38Feuchtigkeitsaufnahme38Filmscharnier81, 241f., 244finite Elemente243Fittings38fixierte Biegung199Fixierungspunkte7Fixierung von Bauelementen175Flachauswerfen172Flachauswerfer114flache Trennebene93Flammschutzzusatz27Flankenwinkel139Flanschdichtung218, 246Flaschen239, 261Flaschentransport28Flaschenverschluss90, 264flexible Konstruktionen74, 87f., 238Fliebandproduktion265Flieeigenschaften6Fliekanalhhe54Flieprozesse54Fliewege278Fliewiderstand1Fluiddichtungen181Fluidtechnik119, 246flssige Phase61flssiger Aggregatzustand44flssigkristalline Polymere55Folien220, 275Frdereinrichtungen28

  • 292 Index

    Formeinstze102Formenbau91Formgedchtnis216Formhohlraum96, 276Formnest94f., 98f., 110Formplatte101, 114f.formstabil1Formteilgrat121, 224Formverlust19freie Biegung199freie Volumen6freifallend99freigngig87, 130freigeformte Flchen103freitragende Karosserie72Fremdmolekle40Fgegeschwindigkeit194Fgekraft187, 190Fgeprozess71, 185Fgeverfahren68Fllgrad161Fllstoff81Fllstudie193Fllung der Kavitt114funktionale Beurteilung20funktionelle Mehrfachnutzung258f., 261Funktionsanalyse16Funktionsintegration253, 256f.Funktionsprinzip20Funktionsspannung47Funktionsuntersuchungen17, 20Funktionszustze27

    G

    Ganzjahresreifen262Gate96Geblse17Gebrauchstemperaturbereich7f., 14f.Gefge153Gehuse119Gehuse mit Einbauten110Gelenke241f.gelenklose Anwendungen239Geometrie4Geometrievernderung219geometrische Einflsse4geometrische Versteifung25, 91, 246gereckte Kunststofffolien55Gerst22Gesamtspannung47geschlitzte Schale190geschlossene Geometrie189Gestalt des Formteils58Gestaltvernderung43, 211gestrte Biegelinie114

    geteilte Auswerferplatte130, 132Getrnkeflaschen29Gewchshuser253Gewinde126ff.Gewindegnge141Gewindekappe141Gewindetiefe127Glasfasern22, 48Glastemperatur55, 59, 215Glasbergangstemperatur7Gleichgewichtslage40gleichmige Wandstrke20Globalisierung16Grat108Gratbildung105Grenzflche273, 275Grundflche169Grundkomponente27

    H

    Haftung274Haftung zwischen Faser und Matrix

    39Haftvermittler274halbstarr238Handbohrmaschine175Handhebelpresse185handwerkliche Fertigung219Handwerkzeuge182Handyschalen110haptische Eigenschaften277Hrte74Hart-Weich-Verbindungen246hufige Belastungen81Haupttrennebene123Heckleuchten103heie Medien24Heikanal95, 115, 127, 193Heikanalsystem128Heiprgeverfahren, Knicklinien244Herstellungsprozess60Hilfswerkzeuge141Hinterprgen278Hinterschneidung112, 126, 131f.,

    138, 140, 170, 174, 198, 275Hinterspritzen270Hinterspritzen von Folien276Hochelastische Anwendungen239Hohlkrper91hybride Baugruppen47hydraulisch betriebene Pressen185Hydrolysebestndigkeit36hydrolytischer Abbau34, 37hydrophile

    Kunststoffe222

  • Index 293

    Thermoplaste193 Verhalten37

    hydrophob38Hygenieartikeln38Hysterese6

    I

    Imprgnierung37indirekter Medienangriff28inhomogenes Materialverhalten50Inhomogenitt12Innengewinde125, 132Innenraum275Innenraum eines Fahrzeuges29, 277Innenschieber129ff., 170innere Hinterschneidungen129innere Wrme43Instandsetzung236Integralbauweise70f., 161integrierte Montage186integrierte Schaltkreise72, 259Isobare148, 150isochore Kompression63Isolierkanle115isotherme Verhltnisse150

    K

    Kabelbinder73, 263Kabeldurchbrche110Kabelfixierung262f.Kabelschellen263Kalibrierung224, 228f.kalter Kern22Kaltverformung11Kante157ff.Kantenproblem157Kartonagen244kastenartige

    Anordnungen165 Geometrie159 Struktur158

    katalytische Wirkung37Kavitt92, 94Kennwerte18Kennwertermittlung50keramische Werkstoffe87Kerbwirkung83, 195Kern104, 111, 114, 130, 205

    aufgeschrumpft116Kernaufnahme107Kernausschmelzverfahren134Kettenlngen182kissenfrmige Verformung152Klebeband204, 273

    Klebstoffe73Klettverschluss73Klimazonen16Klinkenzug125, 130knuelartige Anordnung61Knuelbildung59Knuelstruktur55Knicken13, 76, 87, 231Kohlefasern22Kompression38, 99, 150Kompression der Formmasse62Kompressionserwrmung150f.Kompressionsprozesse151Konditionieren37, 186, 194konditioniertes Polyamid37Konditionierungsschritt38Konsistenz95konstante Wanddicken226Konstruktionsebene94konstruktive

    Duktilitt248 Funktionsintegration254 Manahmen191

    Konsumtion218kontinuierliche Flieprozesse54Konturauswerfer98Konzentrationsreihe57Kraftstofftank28, 258Kraftstoffversorgungssystem30Kraftweiterleitung22Kraftwirkung43Kreislauffhrung235ff.Kriechen, unter Last68, 223Kristall45Kristallit6Kristallstruktur31kritische Dehnung13, 76, 248

    Spaltbreite181 Temperatur29 berhitzung29

    Kugelschreiber182Khlflssigkeit92Khlkanle92Khlung99, 104, 106, 226Khlung der Form168Kunststofffedern108Kunststofffelgen137Kunststoffflaschen176Kunststofffolien51Kunststoffgrat129Kunststoffkoffer178Kunststoffschmelzen1, 46, 95Kunststoffverpackungen213f., 256kurzfaserverstrkter Werkstoff22kurzwellige Strahlen29kurzzeitig21

  • 294 Index

    L

    Lackierprozess267Lagerbedingungen74Lagerung221Lageberwachung122Lageverschiebungen135Landwirtschaft216, 254Lngenausdehnung9Lngenausdehnungskoeffizient10Lasteinwirkung15f.Lastkonzentration156Latent-Wrmekissen250Lautsprecherboxen108Lebensmittelbereich28Leichtbau71, 72, 155Leiterplatte245, 264linearer thermischer Ausdehnungs-

    koeffizient9Linsen52Logistik71logistische Optimierung265lokal

    Abreien174 Durchbrche104 Flexibilitt239 Gelenke239 Verfrbungen193 Zerstrung121

    lsbare Verbindungen184, 236Lsungsmittel40Lsungsprinzip69Lotuseffekt37Luftauswerfer114, 279Luftbereifung183Lufteinschluss114Luftschiffen238Lftungsrder123Lunker64, 96, 152ff.

    M

    makromolekulare Struktur6Makromolekle6Markierungen98maschinell montiert141Masseelement146, 150Massekontraktionen157Massenplaste2Massenproduktion73, 253Masseunterschiede35Massevernderungen35Mae zur Verteuerung33Materialanhufung156, 165, 169f.Materialinhomogenitt52Materialkennwerte8

    Materialumlagerungen58Materialvernderung193Materialzerstrung40Matrix22Maximaltemperaturen21mechanische Eigenschaften59Mechanismus des Medienangriffs32mediale Belastungen222Medienangriff27, 33Medium29mehrachsige Spannungszustnde82Mehrfachnutzung99, 110, 260Mehrkomponentenspritzgieen246, 270ff.mehrmalige Belastung80Mensch-Technik-Kommunikation182Metalle1Metallgerst23metallische Dichtungen181metastabilen Zustand250Mikro-Hohlrume147Mischbauweisen72mittelbaren Medienangriff29Mittenauswerfer97Mbel212Mobiltelefon255, 276Modifizierung von Werkzeugen90molekulare Struktur5Moleklorientierungen53, 59, 61Montage233Montagebruch191f., 194, 196, 198ff.Montageeinrichtung186Montagefunktionen73Montagekrfte77, 201Montagepartner228Montageprozess77Montagespannungen47, 68Montagespritzguss272Montagetechnik73Montageverfahren73Montagevorrichtung185Montieren224Motorraum16Mllbeutel234multivalente Funktionserfllung257

    N

    Nachbearbeitung186, 230Nachbearbeitungsprozess134Nachkristallisation29Nachnutzung29Nachschwindung222Nachstabilisierung von Recyclaten34nachtrgliche Geometriebearbeitung230Nadelverschluss127Nebenfunktion29

  • Index 295

    Nebenprodukt35Neukonstruktion20nicht erkennbare Verbindungen184nicht lsbare Verbindungen184, 236nicht newtonsche Flieeigenschaften55Normalien71, 91, 93, 99, 102, 104, 123, 131f.Normaliensatz92Nutzen218Nutzungsende71Nutzungsphasen213

    O

    obere Grenztemperatur14Oberflche96Oberflchenbehandlung21Oberflchengestaltung276Oberflchenstruktur113oberflchliche Modifizierung33Obergrenze19ffnung des Werkzeugs67konomische Motivation33Opfergeometrie96optische Funktion52Orientierungen50, 52f.O-Ring217, 246Outsert-Spritzgieen270Oxidation35oxidativer Abbau34ff.

    P

    Passungen121, 189, 220, 258Pflanzgef176Phasenbergang1, 5Phasenbergangstemperaturbereich3Phasenwechsel13, 215physikalischer Medienangriff31Pilzauswerfer114plane, Dsenseite99Plastiktte255f.plastische Verformung22Platine207Platzbedarf150Platzwechselvorgnge6, 44Polarisationsfilter51Polyamid38Polyethylen38polymere Materialkomponente31Polyolofine38Polyoxymethylen27Polypropylen6f., 27, 38, 81Polystyrol13, 41POM30Presssitz201Pressvorrichtung185

    Prinzip des Knackfroschs250Prismen94Produktionsausfall106, 170Produktionskosten89Produktionszeiten82Produktionszyklus111Produktlebenszyklus28, 212Profilelemente234Profilringe246Profilsysteme71Prozessdrcke38Prozessraum152Prfflssigkeiten28, 58Prfmedium57Pumpenteile123punktartige Wrmequelle17Pyramidenform275

    Q

    Qualittsmerkmale220Qualittssicherung222, 276Quellstrmung61, 95Quellung216, 222f.

    R

    Radialdichtung218Radikale29Randbeschnitt276, 279Randschicht61, 152, 154Rapsmethylester28Rastfenster190, 198, 201f.Rasthaken83f., 108, 125, 184, 187, 190f.,

    198ff., 202Rastnase198f., 201Rastverbindung73, 77, 139, 184, 186f.,

    191, 201raue Struktur171Raumtemperatur6Rechts-Links-Kombination103Recycling213, 234Referenzaussage58Regenschirm238Register289Reinigungsmittel29Reidehnung74Reparatur235f.Reparaturfreundlichkeit213, 235Reproduzierbarkeit57Reststeifigkeit6rheologische Ausbalancierung95Ringauswerfer114, 140Rippe25, 162ff., 169f., 179Rippengeometrie168Rippengrund170

  • 296 Index

    Rippenkonstruktionen139Rippenstrukturen172Rippentiefe168Rippenversteifungen25Rippenzwickel173Risswachstum49Robustheit249Rohstoffhersteller14, 18rotationsgeformte Erzeugnisse91Rckbau224Rckwrtsbetrachtung269Rundheit227, 232Rundring217Ru34

    S

    SAN41Sauerstoff35Saugrohre137Sure27, 37Sureangriff27Schachteln119schadensfrei verformen12Schdigungsmechanismen32, 34f.schalenartige Versteifungen177schalenfrmige Geometrie91schalenfrmig gewlbte Strukturen162Schallplatteneffekt62Schaltelement207Schalterelemente245, 250Schalterstellungen249Schalttemperatur216Schaltvorgnge213Scharniere241f.Scheiben von Automobilen30Scheinwerfer103, 234Scherbelastung247Schergeschwindigkeiten62Scherung59Schieber120ff.Schieberblockierungen123Schieberfhrung122Schieberleisten120Schieberwerkzeuge122, 129, 272schlagartig belastet6Schlauchanschlussstck122Schlauchanschlussstutzen122Schlauchboote238Schlauchstutzen248, 258Schlaufenproblem83Schliekraft120Schlitze205ff.Schmelzefront96, 114Schmelzen1Schmelzezufluss114

    Schmelzkerne133Schmelztemperaturbereich1, 19Schmelzvorgnge4Schmierstoffe28f.Schnapphaken184Schnappverbindung184Schnurstrke246Schrgsulen120schrgverzahntes Zahnrad128Schrumpffolien217Schrumpfhlsen217Schuss98Schutzatmosphre35Schutzfilm33Schutzschicht37Schweiverbindungen232Schwimmflossen183Schwindung63, 96, 215, 223, 225ff.Seitenkettenverzweigungen6Selbstmontage212Serienanlauf192Serienende90Shape-Memory-Effekte216Sicherheitsfaktoren81Sicherung gegen Verdrehen102Sicken178Sieben108Silikon87Skelett-Haut-Systeme238Soft-Touch272Soft-Touch-Anwendungen23Soft-Touch-Flchen182Sollbruchstellen237sortenreine Untergruppen237Spalte218Spannungen12, 227Spannungsbild221Spannungs-Dehnungs-Diagramm76, 81, 83Spannungs-Dehnungs-Kurve13, 77spannungsfrei50Spannungskonzentration273Spannungsreduktion155Spannungsrissbildung269Spannungsrisse40Spannungsrissmechanismen34Spannungsspitzen195f., 198, 204, 206, 273Spannungsspitzen im Rippengrund168Spannvorrichtung224f., 228Spannvorrichtungen226, 231, 233Sperrschichten33spezifisches Volumen6, 46, 146, 148, 150, 152Spielpassung187Spielzeug177, 211, 214, 240, 249spritzfrisches Polyamid37Spritzgieen54Spritzgiemaschine94

  • Index 297

    Spritzgieprozess60Spritzgieverfahren89Spritzgusserzeugnisse91Spritzgussformen89Spritzgussteil60, 96Spritzgussverfahren73Spritzlinge51sprde6sprdem Bruch77Spurenbestandteile37stabile Zyklen96Stabilisatoren34stabilisiert23Stabilisierung des Randes118Stabilisierung mit schwarzen Pigmenten30Stabilisierungsmaterial23Stammform102, 129, 234Stanzen145starr88, 238starrer Krper6starre Systeme87Stecker258Steckkontakte267steif25Steifigkeit22f., 74, 87, 161, 178, 249sterische Behinderung55Stiftauswerfer98, 102, 106, 113f., 172f., 279stofflich-mediale Belastungen29Stokanten280Strahlung27, 29strahlungsundurchlssige Partikel34Streckung243Streckverhalten243Strukturierung171Stckzahl91Sttzvorrichtung231f.Symmetriebedingung123Symmetrie der Form123symmetrische Werkzeuganlage103Systeme fr Druckwasser37

    T

    Tablettenrhrchen203Tankflansch257Taschenlampe234Tasse260Taster207Tauchdsen115technische Aufgaben69technischer Einsatz7technologische

    Ablufe266 Funktionsintegration254, 265, 270 Parameter52

    teilkristalliner Kunststoff6

    Telefontasten272Temperaturabhngigkeit8, 13Temperaturbereich1, 4f.Temperatureinsatzbedingungen17Temperatureinsatzbereiche16Temperatureinsatzgrenzen14Temperaturempfindlichkeit193Temperaturfenster17Temperaturgrenze15Temperaturminderung147Temperaturprofil17, 152Tempern155, 194Tetrapack213TGA-Kurven36thermische Ausdehnung9, 222thermische Belastung19f., 82thermische Lngenausdehnung12thermische Lngenausdehnungs-

    koeffizienten10thermisch gravimetrische Analyse, TGA35thermodynamisches Gleichgewicht154thermodynamisch gnstige Anordnung40Thermoformen176f.Thermoformprozess276Thermoplaste1f., 88thermoplastisches Elastomer87, 246Tiefe der Rippen167Toleranz125, 189, 218, 220, 228, 236, 258Toleranzausgleich201Tolerierung94, 135Torsion199Torsionsbelastung187Tragetasche234Transport15Transportkosten212Transportsicherungen92Trennebene94, 96, 99ff., 103, 105, 114, 262f.Trennflche101Trennungssprung100Trinkwasserhausinstallationen38Tuschieren121, 123tuschierende Kerne122Tuschierflchen105, 108

    U

    berladung96berlagernde Belastungen187berspritzen268Umbau224Umgebungsdruck151Umgebungsmedien18, 28Umgebungstemperaturen23Umlagerungsprozesse155umlaufende Einzge176Umsetzverfahren272

  • 298 Index

    Umweltmedien208ungeplante Nacharbeit222ungewollte Demontage201unmittelbarer Medienangriff28untere Grenztemperatur14Unterkhlung7Unterpolstern mit Folie106UV-Stabilisatoren30UV-stabilisierte Typen34UV-Stabilisierung31

    V

    Ventil217Ventilpilz138vernderliche Geometrie212, 214, 217, 238vernderliche Rippengeometrie166Vernderung der Geometrie211, 213, 220Vernderung der molekularen Struktur31Vernderung des Kristallisationsgrades31Vernderung des Materials31Verarbeitung18Verarbeitungsprozess193Verarbeitungstemperatur6, 148, 150Verarbeitungsverfahren162Veraschung54Verbindungsstelle185Verbindungstechnik184Verformbarkeit231Verformung43, 85, 227Verformungsprozesse231Verglasung7, 194Verjngung198verlngerte Holme119Vermeidung von Spannungsspitzen84verminderte Spannungen40Vernetzungsgrade182Verpackung13, 15, 177, 239, 256Verrastungen132Verrundung170verschiebbarer Kern244Verschlussdse115, 128Verschlsse250Verschlusskappe127, 239Versetzte Rippen165Versprdung7, 83Verstrkung81Verstrkungsfaser39, 82Versteifung179Verteilerkanal94f., 115Verteilung von Lunkern65Vertrglichkeit246f., 273f.Verweilzeit193Verwerfungen10Verzug20, 58, 66, 158, 206, 226f.Verzugsprobleme225

    Verzweigungen an der Polymerkette31Verzweigungsarchitekturen182Vibrationen232Vielfachwerkzeuge110Vikat-Erweichungstemperatur4viskoelastisches Materialverhalten19viskoses Verformungsverhalten46viskose Verformung44Viskositt3, 148Viskosittsunterschiede215Volumenkontraktion12Volumenschwindung12Volumentheorie12Volumenverminderung144Volumenverpackungen261Voraussetzung, Orientierungen53vorgelagerte Trennebene115Vorratsbehlter256Vorserienfertigung141Vortrocknung38, 193Vorwrmen194Vorwrtsbetrachtung266

    W

    wabenartige Struktur165wabenfrmige Rippen166Wanddicke20, 145, 166, 227, 231, 243Wanddickenreduktion143Wanddickenunterschiede144Wrmeabfuhr106Wrmeausdehnungskoeffizienten9Wrmebestndigkeit2Wrmedmmung16Wrmefhrung174Wrmeleiter144Wrmeleitfhigkeit22Wrmestrahlen29Wrmestrom168Warmwasserleitungsrohre38Wartung99Wartungsaufwand123, 128Wasseraufnahme35Wasseraufnahmefhigkeit216Wechseleinstze245Weichmacherwirkung35Weibruch77Wellblech162Werbebotschaft260Werkstoffkonstanten8werkstoffliche Verwertung237Werkstoffverbund237, 247Werkstoffwechsel158Werkzeuganlage96Werkzeugaufbau93Werkzeugeinbauhhe111f., 119, 132

  • Index 299

    Werkzeugeinstze83, 102, 119Werkzeughlften100Werkzeughohlraum148Werkzeugkern125Werkzeugrohling93Werkzeugschaden105f.Werkzeugverschlei121Wintergrten254Wlbung163f.

    Z

    Zhigkeit148Zahnrder123Zeichnungsforderungen229Zentrierringe92zerstrendes Prfverfahren57Zerteilen des Krpers58Zufhrung der Schmelze95

    Zugbelastung187, 199, 242, 261Zugeigenspannungen48Zug-E-Modul13, 74f.Zugentlastung262Zugfestigkeit74f.Zugspannungen75zulssige Dehnung76, 139zulssige Massetemperatur193zunehmende Gangtiefe141zustzliche Entformungsrichtungen119zustzliche Kavitt272Zusatzstoffe30Zuschlagstoff27f., 31Zustandswechsel150f.Zwangsentformung138ff., 174, 206Zyklopen137Zykluszeiten96Zylindern94