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Einfluß des Kriechens Werden durch Gewinde miteinander verbundene Teile aus Metall und Kunststoff konstruiert, empfiehlt es sich, das Metallteil außen und das Kunststoffteil innen anzuordnen, das heißt, das Außengewinde sollte sich am Kunststoffteil befinden. Bei einer aus Metall und Kunststoff zusammengefügten Konstruktion müssen jedoch die sehr unterschiedlichen linearen Wärmeausdehnungs-koeffizienten von Metall und Kunststoff sorgfältig beachtet werden. Temperaturspannungen, die sich aus diesem Unterschied ergeben, führen nach einer längeren Zeitspanne zum Kriechen oder zur Spannungsrelaxation des Kunststoffteils, besonders wenn die Konstruktion schwankenden oder hohen Einsatztemperaturen ausgesetzt ist. Muß das Kunststoffteil außen liegen, wird oft eine Verstärkungsmuffe aus Metall erforderlich sein, vgl. Abb. 3.22. Hinterschneidungen Hinterschneidungen werden unter Verwendung mehrteiliger Werkzeuge oder zusammenfaltbarer Kerne gebildet. 16 Fall 1: Spritzgußteil mit Innengewinde; Werkzeug geöffnet, Teil auf dem Lochstift Negativwerkzeug Spritzteil gleitender Auswurfring Lochstift Auswerfrichtung Abb. 3.19 Auswerfen gerundeter Hinterschneidungen in Form eines Innengewindes gut 1 mm Abb. 3.20 Korrekte Gewindeenden 1 mm schlecht 1 mm 1 mm Abb. 3.21 Empfohlener Endabstand von Gewinden 1 mm Metallverstärkung Nein Ja Abb. 3.22 Metall-Kunststfoff Verbindungen Innere Hinterschneidungen lassen sich spritzen, indem man zwei getrennte Lochstifte wie in Abb. 3.23 A verwendet. Dies ist eine sehr praktische Methode, bei der aber darauf geachtet werden muß, daß sich an der Berührungsstelle der beiden Stifte kein Grat bildet. Abb. 3.23B zeigt eine andere Methode, bei der die Hinterschneidung durch eine benachbarte Wandung erfolgt. Exzentrisch geformte Ausdrückstifte können für Hinterschneidungen oder Löcher in Innenwänden eingesetzt werden (Abb. 3.23C). Hinterschneidung A B Lochstifte- Trennebene Formhöhlung Spritzgußteil exzentrischer Auswerferstift Auswerferplatte Stempel Kunststoffteil Kunststoffteil Abb. 3.23 Methoden für Hinterschneidungen Die vorstehenden Methoden machen eine Zwangsentformung überflüssig und umgehen so die damit verbundene Begrenzung der Hinterschneidungstiefe. Hinterschneidungen lassen sich auch herstellen, indem das Formteil im Werkzeug über den Hinterschnitt zwangsentformt wird. Dabei muß das Werkzeug so konstruiert sein, daß beim Abziehvorgang die erforderliche Auslenkung für die Hinterschneidung vorhanden ist. Für zwangsentformte Hinterschneidungen gelten für spezifische Kunststoffe ganz bestimmte Richtlinien: C – DELRIN ® Polyacetale – Die Teile lassen sich aus der Formhöhlung abstreifen, wenn die Hinterschneidungen weniger als 5% des Durchmessers betragen und abgeschrägt sind. Im allgemeinen eignet sich für hinterschnittene Bohrungen nur die Kreisform. Andere Formen wie Rechtecke beinhalten hohe Spannungskonzentrationen in den Ecken, die ein erfolgreiches Abstreifen verhindern. Ja Formhöhlung Auswerferteil Spritzgußteil, entformt Bewegung des Auswerferstiftes
Ein zusammenfaltbarer Kern oder andere vorstehend beschriebene Methoden sollten verwendet werden, um einwandfreie Teile mit Hinterschneidungen von mehr als 5% zu erzielen. – ZYTEL ® Polyamide – Teile aus ZYTEL ® mit Hinterschneidungen von 6% bis 10% lassen sich im allgemeinen noch aus der Formhöhlung abstreifen. Abb. 3.24 zeigt, wie die zulässige Hinterschneidung zu berechnen ist. Sie ist von der Wanddicke und dem Durchmesser abhängig. Die Hinterschneidung sollte abgeschrägt sein, um das Ausdrücken aus dem Werkzeug zu erleichtern und eine Überbeanspruchung des Teils zu vermeiden. % Hinterschneidung = (A – B) · 100 B % Hinterschneidung = (A – B) · 100 C B A C B A – Verstärkte Kunststoffe – Obwohl für Hinterschneidungen bei glasfaserverstärkten Kunststoffen faltbare Kerne oder mehrteilige Werkzeuge empfohlen werden, um beim Entformen hohe Spannungen weitgehend zu vermeiden, lassen sich sorgfältig konstruierte Hinterschneidungen auch zwangsentformen. Die Hinterschneidung sollte gerundet sein und beim Entformen aus einem 40° C heißen Werkzeug nicht mehr als 1% betragen. Erfolgt dagegen die Zwangsentformung aus einem 90° C heißen Werkzeug, darf die Hinterschneidung auf 2% vergrößert werden. Umspritzte Einlegeteile Innenseite des Spritzgußteils Außenseite des Spritzgußteils Abb. 3.24 Zulässige Hinterschneidungen für ZYTEL ® Bei einer Reihe von Konstruktionen lassen sich durch zusätzliche Rippen, Gewindeaugen oder Einlegeteile manche Probleme lösen; zugleich können dadurch aber auch neue Probleme entstehen. Rippen können die erforderliche Steifigkeit bewirken, aber Verzug zur Folge haben. Gewindeaugen dienen zwar als geeignete Befestigung für selbstschneidende Schrauben, rufen aber in vielen Fällen Einfallstellen an der Oberfläche hervor. Gewindeenthaltende Einlegeteile hingegen bewirken, daß das Teil viele Male montiert und wieder demontiert werden kann, ohne das Gewinde zu beeinträchtigen. Angesichts dieser möglichen Probleme ist zu fragen, wann Einlegeteile verwendet werden sollten. Die Antwort ist die gleiche wie für Rippen und Gewindeaugen: Einlegeteile sollten verwendet werden, wenn eine funktionelle Notwendigkeit dafür besteht und das verbesserte Verhalten des Produktes die zusätzlichen Kosten rechtfertigt. B A C B A Es gibt vier Hauptgründe für die Verwendung von Einlegeteilen aus Metall: – um Gewinde zu erhalten, die unter Dauerlast einsetzbar sind oder eine häufige Demontage des Teils ermöglichen; – um enge Toleranzen bei Innengewinden einzuhalten; – um eine dauerhafte Verbindung zweier hochbelasteter tragender Teile zu ermöglichen, z.B. eines Zahnrades mit einer Welle; – um ein elektrisch leitendes Teil herzustellen. Sobald feststeht, daß Einlegeteile erforderlich sind, sollten alternative Methoden zu ihrer Befestigung erwogen werden. Statt Einlegeteile zu umspritzen, sollte man prüfen, ob sie mit Preßpassungen, Schnappsitzen oder Ultraschall-Schweißverfahren befestigt werden können. Ausschlaggebend sind die Gesamtherstellungskosten. In jedem Falle sollten aber – über die bereits erwähnten Nachteile hinaus – weitere mögliche Nachteile von Einlegeteilen berücksichtigt werden: – Einlegeteile können «schwimmen», sich verlagern und das Werkzeug beschädigen. – Die Beschickung mit Einlegeteilen ist oft schwierig und kann den Spritzzyklus verlängern. – Einlegeteile können eine Vorheizung erforderlich machen. – Einlegeteile in Ausschußware lassen sich nur schwer wiedergewinnen. Der am häufigsten beklagte Nachteil von Einlegeteilen sind spannungsbedingte Risse im umgebenden Kunststoff. Das Ausmaß der Spannung läßt sich anhand eines Spannungs/ Dehnungsdiagramms für das jeweilige Material ermitteln. Um die Umfangsspannung abzuschätzen, geht man davon aus, daß die Spannung in dem Material, in dem sich das Einlegeteil befindet, gleich der Formschwindung ist. Multiplizieren Sie nun die Formschwindung mit dem entsprechenden Biege-E-Modul des Materials (Schwindung mal E-Modul gleich Spannung). Ein kurzer Vergleich der Schwindungswerte von Polyamiden und Acetalhomopolymer kann die Dinge jedoch besser verdeutlichen. Polyamid, das einen Schwindungsnennwert von 0,015 mm/mm* aufweist, ist Acetalhomopolymer mit einem Schwindungsnennwert von 0,020 mm/mm* deutlich überlegen. Daher stellen mit ZYTEL ® Polyamid umspritzte Einlegeteile keine so großen Probleme in bezug auf Rißbildung dar. Der höhere Schwindungswert für Acetalhomopolymer ergibt eine Spannung von etwa 52 MPa, die etwa 75 Prozent der Bruchfestigkeit des Materials entspricht. Die Dicke des Wulstmaterials, das ein Einlegeteil umgibt, muß ausreichend bemessen sein, um dieser Spannung standzuhalten. Mit zunehmender Dicke nimmt auch die Formschwindung zu. Wenn die Lebensdauer des Teils 100000 Stunden beträgt, wird die Spannung von 52 MPa auf ungefähr 15 MPa sinken. * 3,2 mm Wanddicke = empfohlene Spritzparameter 17
Seite 1 und 2: 3 - Kriterien für das Spritzgieße
Seite 3 und 4: Rundung Radii der on Exterior Auße
Seite 5: Lochkonstruktion Fig. 3.14 Lochkons
Seite 9: Schwindung und Verzug Wird Kunststo

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