Quereinstieg möglich - KIMW...kristallisation) und somit Unstetigkeiten bei der Dich-tigkeit bei...

Projektname: Mediendichte HybridbauteileProjektstart: November 2019Projektlaufzeit: 6 MonateProjektkosten: 3.750 €*

*Reisekosten sind im Preis nicht inbegriffen. Die Rech-nungsstellung erfolgt zum Start des Projektes.

Quereinstieg möglichAuch nach Projektstart ist ein Quereinstieg jederzeit möglich.

Projektdaten

Weitere Auskünfte zum Projektinhalt und -ablauf er-halten Sie über unsere Internetseite oder durch einen direkten Kontakt:

Alexander Skarupke, M.Eng.+49 (0) 77 21.99 78 [email protected]

Dipl.-Ing. Marius Fedler+49 (0) 2351.10 [email protected]

Information

Mediendichte Hybridbauteile

Ziel des Verbundprojekts ist es, den Einfluss der Ver-fahrensparameter auf die Dichtigkeit beim Umsprit-zen von Einlegeteilen mit Thermoplasten zu unter-suchen. Ferner soll der Einfluss von getrennten und zusammenhängenden Leiterbahnen auf die Dichtig-keit untersucht werden. Ergänzt werden die Unter-suchungen durch Zuhilfenahme von labortechnischen Untersuchungen wie bspw. DSC, REM, etc.

Projektziel

Arbeitspaket 1: Einfluss von getrennten und verbundenen Leiterbahnen auf die DichtigkeitBemusterung von Metall-Hybridbauteilen mit ver-

bundenen und getrennten Leiterbahnen mittels Spritzgussverfahren

Ein thermoplastischer Kunststoff StandardparameterDichtigkeitsprüfungen mittels Differenzdruckprü-

fung vor und nach klimatischer Bauteilstressunglabortechnische Untersuchungen (DCS, REM, Ka-

pillaruntersuchungen) sollen die Ergebnisse unter-mauern

Aussprechen von Handlungsempfehlungen

Arbeitspaket 2: Einfluss der Verfahrens-parameter auf die DichtigkeitErstellen einer DOE für HybridbauteileEin thermoplastischer KunststoffDichtigkeitsprüfungen mittels Differenzdruckprü-

fung vor und nach klimatischer Bauteilstressunglabortechnische Untersuchungen (DSC, REM, Ka-

pillaruntersuchungen) sollen die Ergebnisse unter-mauern

Ermittlung der Schlüsselparameter

AllgemeinesZwei Projekttreffen und zwei bis drei Webmeetings

(Update)Zwei kostenfreie Seminarteilnahmen für zwei Per-

sonen (innerhalb der Projektlaufzeit)

Projektleistungen

Einfluss der Verfahrensparameter und Stanzgittergeometrie auf die Dichtigkeit

Verbund-projekt

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Datenschutzrechtliche Hinweise:Verantwortlich für die Zusendung dieses Flyers ist das Kunststoff-Institut Südwest. Die Zusen-dung erfolgt aufgrund Ihres Interesses an Neuigkeiten aus unserem Hause. Informationen zur Datenerhebung finden Sie unter www.kunststoff-institut.de. Sie haben jederzeit die Möglichkeit einer zukünftigen Nutzung Ihrer personenbezogenen Daten für diese Zwecke zu widersprechen. Einen Widerspruch richten Sie bitte an das Kunststoff-Institut Südwest GmbH & Co. KG, Hermann-Schwer-Str. 3, 78048 Villingen-Schwenningen, Tel.:+49 (0) 77 21.9 97 80-0 oder [email protected]. Fragen zum Datenschutz richten Sie an [email protected]

Kunststoff-Institut Südwest GmbH & Co. KG

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In der Vergangenheit wurden zahlreiche Untersu-chungen zur Steigerung der Dichtigkeit von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen durchgeführt. In einer Vielzahl von Versuchen konnte der Einfluss von Haftvermittlern, Umspritzmaterialien, Stanzgitteroberflächen, etc. auf-gezeigt werden. Wie sich jedoch die Verfahrenspara-meter und der Einfluss von zusammenhängenden oder getrennten Leiterbahnen auf die Dichtigkeit auswirken, wurde noch nicht hinterfragt. Exakt hier setzen wir mit diesem Verbundprojekt an.

Geplante SchwerpunkteVerbundene Leiterbahnen bleiben während des Schwin-dungsvorganges vom Kunststoff in Position. Es könnte vermutet werden, dass somit der Kunststoff von der Leiterbahn wegschwindet und ein Spalt entsteht. Sofern man getrennte Leiterbahnen in ein Spritzgießwerkzeug einlegt, wird dieser Effekt umgangen. Demgegenüber steht jedoch die umständliche Handhabung, die im Ex-tremfall zu fehlerhaftem Einlegen und Werkzeugbruch führen kann. Auf Grundlage der Ergebnisse können neue Werkzeugkonzepte diskutiert werden, die ein Ein-legen von zusammenhängenden Stanzgittern erlauben und beim Schließvorgang trennen. Dieser Werkzeug-mehraufwand muss allerdings mit konkreten Vortei-len bzgl. Dichtigkeit untermauert werden. In weiteren Versuchen wird der Einfluss der Verfahrensparameter auf die Dichtigkeit untersucht. Ziel ist es, die Schlüssel-parameter für die untersuchte Geometrie zu ermitteln und eine Handlungsempfehlung für künftige Abmuste-rungen, Konstruktionen, etc. den Teilnehmern an die Hand zu geben.

Für die labortechnische Untermauerung der Dichtig-keitsergebnisse wird bspw. die DSC herangezogen, um zu hinterfragen, ob es Nachschwindungseffekte (Nach-kristallisation) und somit Unstetigkeiten bei der Dich-tigkeit bei nicht vorgewärmten Stanzgittern gibt. Hierzu wird der Einfluss der Vorwärmung der Stanzgitter mit aufgelöteten Temperaturfühlern hinterfragt.

Einleitung

Inhalt Mediendichte Hybridbauteile

Mittels der Konfokal- und Rasterelektronenmikrosko-pie können die – durch Schwindung entstehenden –möglichen Spaltmaße an den Grenzflächen zwischen Thermoplast und metallischer Leiterbahn betrachtet und auf ihre Länge, Breite und Tiefe vermessen wer-den. Die Abbildung zeigt links einen 3D-Scan eines Grenzflächenbereichs; rechts im Farbschema (blau dargestellt) ein Spalt zwischen Polymermatrix und Leiterbahn. Dies kann zu Dichtheitsverlusten an den Hybridbauteilen führen.

Unterstützend zu der Mikroskopie ist anhand Kapil-laruntersuchungen ein Rückschluss auf die Dichtig-keitsänderungen vorzunehmen. Hierdurch lassen sich mögliche Fehlstellen im Matrixgefüge nachwei-sen, indem die Hybridbauteile in ein eingefärbtes Medium eingelagert werden. Dieses Medium lagert sich in den Kapillarwegen ein und kann anschließend visualisiert werden. Das Auffinden dieser Fehlstellen geschieht anhand konfokalmikroskopischer Untersu-chungen.

Was ist ein Verbundprojekt? In den Verbundprojekten entwickelt das Institut für die teil-nehmenden Unternehmen ein innovatives Thema. Dieses ist praxisnah, mit hohem technologischem Know-how und wird ausschließlich über Teilnehmer-Beiträge finanziert.

Vorteile eines Verbundprojektes Kostensharing = niedrige Projektbeiträge pro Teilnehmer Geringe Personaleinbindung der teilnehmenden Firmen Technologische Marktführerschaft Netzwerkbildung Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch Mitarbeiterweiterbildung/-qualifizierung

Zeit- und kostenintensive Untersuchungen sowie die Projekt-abwicklung erfolgen ausschließlich durch das Institut. Die Personaleinbindung der Firmen beschränkt sich im Minimum auf die Teilnahme an den Projekttreffen (i. d. R. zwei- bis dreimal im Jahr).

GeheimhaltungSämtliche Projektergebnisse unterliegen während der Pro-jektlaufzeit der Geheimhaltung. Ergebnisse von firmenspezi-fischen Untersuchungen werden vertraulich behandelt.

Projekt „Mediendichte Hybridbauteile“

Einfluss der Verfahrensparameter und Stanzgittergeometrie auf die Dichtigkeit

© Kunststoff-Institut Südwest © Kunststoff-Institut Südwest

Ziel des Projekts

Projektskizze Mediendichte Hybridbauteile 2

Ziel des Projekts ist es,

den Einfluss von getrennten und verbundenen Stanzgittern

sowie der Verfahrensparameter

auf die Dichtigkeit von umspritzten Steckerkontakten zu untersuchen

August 2019

Einfluss von getrennten und verbunden Stanzgittern auf die Dichtigkeit


Motivation für eine Teilnahme & Stand der Technik

August 2019 Projektskizze Mediendichte Hybridbauteile 3

Die Dichtigkeit beim Umspritzen von Einlegeteilen wird in einer Vielzahl von Anwendungen diskutiert. Hierzu zählen bspw. Sensoren und elektrische Bauteile, die in widrigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.

Zur Steigerung der Dichtigkeit werden

das Umspritzmaterial, die Stanzgitteroberfläche, der Einsatz von Haftvermittlern, etc. diskutiert.

Der Einfluss der Verfahrensparameter und die Stanzgittergeometrie (verbundene oder getrennte Leiterbahnen einlegen) wurden bislang nicht untersucht.

Insbesondere der Punkt „Verfahrensparameter“ ist höchst interessant, da für die Unternehmen kein Mehraufwand entsteht und bisherige Untersuchungen am Institut einen großen Einfluss zeigten.


Bisher durchgeführte Projektarbeiten mit dem Fokus umspritzter Stanzgitter


Wir beschäftigen uns seit über 20 Jahren mit der Dichtigkeit von Hybridbauteilen. Hierzu zählen bspw. folgende Untersuchungen:

Einsatz von Haftvermittlern auf die Dichtigkeit

Einfluss der Oberflächentopografie auf die Dichtigkeit

Einfluss unterschiedlicher Umspritzmaterialien auf die Dichtigkeit

Einfluss der Verfahrensparameter auf die Dichtigkeit

Einfluss von fahrbaren Kernen auf die Dichtigkeit

Mehrkomponententechnik im Umlegeverfahren (teilkristalline Kunststoffe)

Einfluss der Dichtigkeit bei der Verwendung von Duroplasten

…

August 2019

VERBUNDEN ODER GETRENNTE LEITERBAHNEN

Arbeitspaket 1


Praktische Untersuchungen Stanzgittergeometrie


Innerhalb dieser Versuchsreihe soll der Einfluss von getrennten und verbundenen Leiterbahnen praktisch untersucht werden.

Folgende Umsetzungen sind geplant

Ein Umspritzmaterial (Teilnehmerumfrage)

Standardeinstellung

getrennte und verbundene Leiterbahnen

Dichtigkeitsprüfung, Vermessung & Kapillartest

Klimatische Bauteilstressung

Wiederholte Dichtigkeitsprüfung, Vermessung & Kapillarprüfung

Aussprechen von Handlungsempfehlungen


Grund der Untersuchungen - Stanzgittergeometrie


Bei verbundenen Leiterbahnen ist die Kunststoffschwindung verhindert und der Kunststoff schwindet von der Leiterbahn weg.

Hierdurch ergeben sich Spalte zwischen Kunststoff & Metall

Bei voneinander getrennten Leiterbahnen bewegen sich diese mit der Kunststoff- schwindung und die Spalte sollten geringer ausfallen.

REM-Mikroskopie zeigt einen Spalt im Metall-Kunststoff-verbund

Schematische Darstellung des Schwindungsverhaltens


Spalte bei umspritzten Stanzgittern mögl. Schlussfolgerung: neue Werkzeugkonzepte


Ziel: mediendichte Verbindungen

Problem: Kunststoff schwindet von dem Stanzgitter und es ergibt sich ein Spalt

Mögl. Lösung: Einsatz eines neuen Werkzeugkonzeptes, das das Einlegen zusammenhängender Stanzgitter erlaubt (einfache Handhabung), aber beim Zufahren die Verbindungsstege trennt, um somit mediendichte Hybridbauteile herstellen zu können

Umlaufender Spalt Spalthöhe partiell bis ca. 12µm

Kunsts

toff

Sta

nzgitte

r

EINFLUSS DER VERFAHRENSPARAMETER

Arbeitspaket 2


Einfluss der Füllstoffe auf die Dichtigkeit

Bauteilgeometrie "Stanzgitter"

-1,00

-0,90

-0,80

-0,70

-0,60

-0,50

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

PB

T 1

nf

PB

T 2

nf

PB

T 3

GF10

PB

T 3

GF20

PB

T 3

GF30

PB

T 3

GF50

PB

T 3

GK

20

PB

T 3

GK

30

Leckrate [

cm

³/

min

]

keine Bauteilstressung nach Bauteilstressung I

nach Bauteilstressung II nach Bauteilstressung III

Grund der Untersuchungen - Verfahrensparameter


Oftmals wird der Einfluss der Undichtigkeit bei Hybridbauteilen

am Umspritzmaterial,

der Stanzgitteroberfläche,

dem Einsatz von Haftvermittlern,

einer Vergussapplikation,

an nachgeschalteten Abdichtverfahren

…

diskutiert. Der Einfluss der Verfahrensparameter und Entformung der Bauteile selten bis überhaupt nicht. Obwohl bei kompakten Bauteilen hier das größte Augenmerk liegt, wird dieser Punkt bei Hybridbauteilen oftmals vernachlässigt.

Vorherige Untersuchungen haben gezeigt, dass durch Variation der Verfahrensparameter die Dichtigkeit erheblich gesteigert werden kann.


Herstellen der Hybridbauteile


Einsatz technischer Umspritzwerkstoffe (Beispiel: PA6 GF30, PBT ‚GF30, etc.)

Umfrage Teilnehmer

Variation Verfahrensparameter (DOE)

Ziel:

Konkrete Aussage, wie groß ist der Einfluss der Verfahrensparameter auf die Dichtigkeit

Handlungsempfehlungen hinsichtlich der „Schlüsselparameter“

Testgeometrie der Metall-Hybridbauteile

August 2019

PRÜFUNGEN INNERHALB DER ARBEITSPAKETE


Dichtigkeitsprüfung mittels Differenzdruck


Eigene Geräte inkl. Prüfadapter

Ablauf

Herstellen der Bauteile

Prüfen nach zwei Tagen Lagerung im Normklima

Prüfen der Bauteile nach klimatischer Bauteilstressung

Vergleich der Dichtigkeit vor und nach Bauteilstressung und Schlussfolgerung für den Bauteileinsatz

Prüfadapter

Differenzdruckmessgerät

August 2019


Klimatische Bauteilstressung


Durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und Relaxationsvorgänge im Kunststoff, werden Hybridbauteile in der Regel nach Klimawechsellagerung undichter

Unser Ziel ist es, den optimalen Parameterdatensatz & Stanzgittergeometrie für dichte Hybridbauteile zu ermitteln

Die Auswahl der Bauteilstressung erfolgt durch die Teilnehmer

PVW 1200, TL 122, etc.

August 2019

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

24.06.2013 08:24 24.06.2013 09:36 24.06.2013 10:48 24.06.2013 12:00 24.06.2013 13:12

Temper. Soll °C Temper. Ist °C

Beispielhafter Klimawechseltest für motornah montierte Bauteile


Differenzialkalorimetrische Untersuchungen

Mit der DSC können Nachkristallisationen erfasst werden.

Hintergrund: bei der Verarbeitung von teilkristallinen Kunststoffen, wird großes Augenmerk auf die optimale Werkzeugwandtemperatur gelegt.

Der Kunststoff erkaltet jedoch nicht nur an der Werkzeugwand, sondern auch auf dem Einleger, der jedoch nicht vorgewärmt ist.

Der Einfluss der möglichen Nachkristallisation auf die Dichtigkeit, wird hier beantwortet und mögliche Handlungsempfehlungen ausgesprochen.

Ergänzende labortechnische Untersuchungen

Projektskizze Mediendichte Hybridbauteile 15 August 2019




Konfokal-/Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen

Hiermit sollen die Spalte zwischen Kunststoff & Metall, sowie die Abmessungen bei verbundenen und getrennten Leiterbahnen, erfasst werden.

3D-Scan der Oberfläche mit Möglichkeit der Ausmessung des Spaltmaßes

3D-Farbbildschema des Spaltmaßes (Spalttiefe blau dargestellt)

Metallische Leiterbahn

Polymer-werkstoff

Spaltmaß

August 2019

REM Aufnahme inkl. Vermessung der Spalte zwischen Kunststoff & Metall




Kapillaruntersuchungen

Je kleiner ein Spalt (Kapillare) zwischen Kunststoff und Metall ist, desto größer ist der Kapillardruck.

Es steigt mehr Flüssigkeit „hoch“

Visualisierung und das Auffinden der Leckagepfade mittels kapillarfreudiger Medien in Abhängigkeit unterschiedlicher Verfahrens-parameter & Stanzgittergeometrien.

Wasser kann weitere Strecken „kriechen“

Steighöhe von Wasser in einer zylindrischen Glasröhre (Kapillare) d=1 mm h=14 mm d=0,01 mm h=1,4 m

August 2019

Stanzgitter im Grenzbereich eingetaucht in kapillarfreudigem Medium

PROJEKTLEISTUNGEN UND -DETAILS


Projektleistungen Fokus mediendichte Hybridbauteile


Untersuchungen am KISW-Demonstrator

Ein thermoplastisches Spritzmaterial (Umfrage Teilnehmer)

− Versuchsreihe mit getrennten und verbundenen Leiterbahnen

− Variation der Verfahrensparameter bei Verwendung verbundener Stanzgitter

− Erfassung der Dichtigkeit in Abhängigkeit klimatischer Bauteilstressung (Klimawechseltest) mittels Differenzdruckprüfung


Differenzialkalorimetrische Untersuchungen (DSC)

Konfokalmikroskopische Untersuchungen

Rasterelektronenmikroskop (REM)

Kapillaruntersuchungen

August 2019


Weitere Projektleistungen


Dokumentation der Projekttreffen und –ergebnisse

Zwei Projekttreffen und regelmäßige Webmeetings

Kostenlose Seminarteilnahme für zwei Personen an zwei Seminaren (innerhalb der Projektlaufzeit)

Erfahrungsaustausch und Networking mit den Projekteilnehmern

Vorträge von externen Referenten zu Spezialthemen


Projektinformationen

Projektskizze Mediendichte Hybridbauteile

Projektdaten

Starttermin: November 2019

Projektlaufzeit: ½ Jahr

Projektkosten: 3.750 €

Mitgeltende Unterlagen

− Projektflyer

− AGB

Ansprechpartner: Alexander Skarupke, M.Eng. Tel.: +49 (0) 77 21.99 78 0-70 E-Mail: [email protected]

August 2019 21

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Kunststoff-Institut Südwest Alexander Skarupke, M.Eng. Hermann-Schwer-Str. 3 +49 (0) 7721.99 78 0-70 78048 Villingen-Schwenningen [email protected] www.kunststoff-institut.de

http://www.kunststoff-institut.de/



Kunststoff-Institut Südwest GmbH & Co. KG | Hermann-Schwer-Straße 3 | 78048 Villingen-Schwenningen | www.kunststoff-institut.de

Kunststoff-Institut Südwest Herrn Stefan Euler Hermann-Schwer-Straße 3 78048 Villingen-Schwenningen

per Fax: +49 (0) 23 51.10 64-190 per E-Mail: [email protected]

Anmeldung zum Projekt: Mediendichte Hybridbauteile

Hiermit bestätigen wir verbindlich unsere Teilnahme am Projekt Projektleiter:………………………………… Alexander Skarupke, M.Eng. Dipl.-Ing. Marius Fedler Projektkosten:……………………………….3.750,00 € Laufzeit:………………………………………… 6 Monate Projektstart:…………………………………. November 2019 Mitgeltende Unterlagen:………………. Allg. Geschäftsbedingungen, Projektflyer

und Projektvereinbarung

Die Rechnungsstellung erfolgt zum Projektstart.

Unsere Einkaufsbestell-Nr. lautet: ________________________________

Wir reichen unsere Einkaufsbestell-Nr. nach

Die Rechnungserstellung erfolgt ohne Einkaufsbestell-Nr.

Die Einkaufsbestell-Nr. muss spätestens nach Ablauf von zwei Wochen nachgereicht werden! Sollte nach Ablauf der Frist noch keine Bestell-Nr. vorliegen erfolgt die Rechnungsstellung ohne diese Angabe.

Firma*

Straße*

PLZ Ort*

Telefon

Telefax Folgende Personen nehmen voraussichtlich teil*:

Durchwahl: / E-Mail*:

1. /

2. /

Datum rechtsverbindliche Unterschrift / Stempel *erforderliche Angaben

mailto:[email protected]

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