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Dies würde normalerweise als unkritisch gelten können, wenn nicht (aus Daten über Kunststoffrohre gewonnene) Langzeit-Meßdaten für das Kriechverhalten darauf hindeuteten, daß eine konstante Spannung von 18 MPa über einen Zeitraum von 100000 Stunden zum Versagen des Acetalhomopolymerteils führt. Wird das Teil höheren Temperaturen, höherer Beanspruchung, spannungserhöhenden Faktoren oder einer belastenden Umgebung ausgesetzt, könnte es leicht zu Bruch gehen. Wegen der Möglichkeit eines solchen Langzeitversagens sollte der Konstruktor schlagzähe Acetaltypen in Betracht ziehen, wenn Kriterien wie Steifigkeit, geringe Reibung und federnde Eigenschaften Acetal als das beste Material für diese bestimmte Anwendung erscheinen lassen. Diese schlagzähen Typen weisen eine bessere Dehnung, geringere Formschwindung und eine bessere Beständigkeit gegen Spannungskonzentrationen auf, wie sie durch die scharfen Kanten von Einlegeteilen aus Metall hervorgerufen werden. Da glasfaser- und mineralverstärkte Kunststoffe eine geringere Formschwindung als ihre unverstärkten Grundmaterialien aufweisen, lassen sie sich in geeigneten Anwendungen mit Erfolg bei Einsatz von Einlegeteilen ersetzen. Ihre geringere Dehnung wird durch eine typische geringere Formschwindung im Bereich von 0,3 bis 1,0% aufgewogen. Obwohl Bindenähte von Kunststoffen mit hohem Glasfaseroder Mineralanteil unter Umständen nur 60% der Festigkeit eines unverstärkten Materials aufweisen, kann eine zusätzliche Verrippung die Festigkeit der Bindenaht erheblich verbessern (siehe Abb. 3.25). Ein weiterer Aspekt, den der Konstrukteur bedenken sollte, ist die Verwendung nichtmetallischer Materialien ür das Einlegeteil. So sind bereits Filter aus Polyestergewebe als Einlegeteile in einem Rahmen aus glasfaserverstärktem Polyamid verwendet worden. 18 Der Durchmesser des Domes sollte dem Eineinhalbfachen des Durchmessers des Einlegeteils entsprechen. Eine Rippe an der Schweißlinie kann die Stützwirkung erhöhen. Ungenügende Tiefe unter dem Einlegeteil kann zu schwachen Bindenähten und Einfallstellen führen. Abb. 3.25 Einlegeleteil und Dom D t t 1 ⁄6 D 1,5 D D t Einzelteilkonstruktionen mit Einlegeteilen Bei der Konstruktion mit Einlegeteilen sind einige Besonderheiten zu beachten: – Einlegeteile sollten keine scharfen Ecken aufweisen. Sie sollten rund sein und gerundete Rändel haben. Eine Hinterschneidung sollte vorgesehen werden, um ein Ausreißen zu verhindern (siehe Abb. 3.25). – Das Einlegeteil sollte mindestens 0,4 mm in die Formhöhlung des Werkzeuges hineinragen. – Die Dicke des Materials unterhalb des Einlegeteils sollte mindestens ein Sechstel des Durchmessers des Einlegeteils betragen, um Einfallstellen weitgehend zu vermeiden. – Schlagzäh modifizierte Typen der verschiedenen Kunststoffe sollten in Erwägung gezogen werden. Diese Typen bieten eine höhere Dehnung als die Standardtypen und sind beständiger gegen Rißbildung. – Einlegeteile sollten vor dem Spritzgießen vorgeheizt werden: 95° C für Acetal, 120° C für Polyamid. Dieses Verfahren reduziert die Nachschwindung, dehnt das Einlegeteil vor und verbessert die Festigkeit der Fließnähte. – Ausgedehnte Testreihen unter Betriebsbedingungen sollten durchgeführt werden, um Probleme schon in der Prototyp-Phase der Produktentwicklung zu erkennen. Die Tests sollten auch Temperaturzyklen im Bereich der zu erwartenden Betriebstemperaturen umfassen. Vom Kostenstandpunkt aus gesehen – insbesondere bei vollautomatisch und in hohen Stückzahlen hergestellten Anwendungen – sind die Kosten für den Einsatz von Einlegeteilen mit denen anderer angewandter Montageverfahren vergleichbar. Um mit Einlegeteilen das beste Kosten/Leistungsverhältnis zu erzielen, kommt es entscheidend darauf an, daß der Konstrukteur weiß, mit welchen Problemen er möglicherweise zu rechnen hat. Einlegeteile sollten generell nur dort vorgeschrieben werden, wo sie eine notwendige Funktion erfüllen. Für die Berechnung der Ausreißkräfte von Metalleinsätzen siehe Kapitel 9, «Montagetechniken». Toleranzen Die bei der Verarbeitung erreichbare Toleranz entspricht: ∆a = ± (0,1 + 0,0015 a) mm, mit a = Abmessung (mm) In dieser Gleichung bleiben Nachschwindung, Wärmedehnung und/oder Kriechen unberücksichtigt und der Einsatz von guten Verarbeitungstechniken wird vorausgesetzt. Wird eine hohe Genauigkeit gefordert, können 70% der obigen Toleranz erreicht werden. Bei einer etwas gröberen Verarbeitung sollten 140% gewählt werden. Bei hochpräziser Verarbeitung sind 40-50% von ∆a verwendbar.
Schwindung und Verzug Wird Kunststoffmaterial in eine Formhöhlung gespritzt, beginnt es abzukühlen und sein Volumen zu reduzieren. Ein Maß für diese Volumenabnahme ergibt sich durch die Differenz zwischen dem Volumen im aufgeschmolzenen und im festen Zustand. Da die Kühlraten im Formnest sehr hoch und ungleichmäßig sind, weist das erstarrte Material überdies Eigenspannungen auf. Diese Spannungen können nach dem Auswerfen des Teils aus dem Formnest nachlassen. Beschleunigt werden kann dieser Prozeß, indem das Teil temperiert wird. Die Schwindung kann mit folgender Gleichung definiert werden: S = (D – d) / D (× 100%) D = Abmessungen des Formnestes d = Abmessungen des Formteils Schwindung ist in der Regel nicht isotrop, sondern richtungsabhängig, vor allem bei glasfaserverstärkten Materialien. Zu unterscheiden ist: – Schwindung in Fließrichtung; – Schwindung quer zur Fließrichtung; – Schwindung in Abhängigkeit der Dicke. Die Summe dieser Schwindungen muß der Volumenminderung eines Materials entsprechen, die sich aus der Differenz zwischen Schmelze- und Festkörpervolumen oder aus pVT- Diagrammen ermitteln läßt. Abgesehen vom Material hängt die Schwindung zudem von den Verarbeitungsbedingungen (Spritzgeschwindigkeit, Nachdruck, Nachdruckzeit, Verteiler-/Anschnittabmessungen und Werkzeugtemperatur), von der Teilegeometrie (während des Einspritzens kann sich die Fließrichtung ändern) und der Wandstärke ab (dickwandigere Teile weisen in der Regel eine dickere mittlere Schicht mit geringerer Orientierung auf). Die durch Spannungsabbau nach dem Auswerfen erzeugte Schwindung nennt man Nachschwindung. Schwindung wird durch Eigenspannungen verursacht, die wiederum auf anisotrope Schwindungseigenschaften und ungleichmäßige Schwindungen zurückzuführen sind. Ein anisotropes Schwindungsverhalten wird hauptsächlich durch Verstärkungsmaterialien mit hohen Reckverhältnissen definiert (kurze Glasfasern: Verhältnis = 20), jedoch auch durch ein unterschiedliches elastisches Verhalten gestreckter Kristalle während des Füllvorgangs (Restspannungen). Gründe für ungleichmäßige Schwindungen: – anisotrope Schwindung; – ungleichmäßige Wandstärken; – ungleichmäßige Orientierung; – ungleichmäßige Werkzeugtemperaturen; – ungleichmäßiger Nachdruck (Nachdruckzeit). Computersimulationen wurden entwickelt, um Schwindung und Verzug vorauszusagen. Die Ergebnisse dieser Voraussagen werden immer zuverlässiger, vor allem für Teile aus glasfaserverstärkten Materialien, da heute ebenfalls Methoden verfügbar sind, die Schwindung in Abhängigkeit der Dicke mit einschließen. Hier spielt DuPont eine wichtige Rolle. Dennoch sollte man sich bewußt bleiben, daß es sehr schwierig ist, in allen Fällen gute Ergebnisse zu garantieren, da das anisotrope Schwindungsverhalten eines glasfaserverstärkten Materials beispielsweise durch die Schnecke und Düse einer Spritzgießmaschine sowie durch schmale Anschnitte leicht beeinflußt werden kann. An diesen Stellen sind beträchtliche Faserbrüche möglich, die anisotrope Eigenschaften beeinflussen. 19
Seite 1 und 2: 3 - Kriterien für das Spritzgieße
Seite 3 und 4: Rundung Radii der on Exterior Auße
Seite 5 und 6: Lochkonstruktion Fig. 3.14 Lochkons
Seite 7: Ein zusammenfaltbarer Kern oder and

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