EKT 11. Verarbeitungsverfahren: Fügen & Pressen

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Author:
Thorsten662
ID:
295651
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EKT 11. Verarbeitungsverfahren: Fügen & Pressen
Updated:
2015-02-12 07:15:38
Tags:
Kunststofftechnik Fügen Pressen
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Fragen zum 11. Kapitel aus dem Skript zur Vorlesung "Einführung in die Kunststofftechnik" an der TU Darmstadt.
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  1. Was ist Kalandrieren? Wofür wird es verwendet und was sind die Merkmale dieses Verfahrens?
    • Unter Kalandrieren versteht man im Kunststoffbereich das Ausformen thermoplastischer Massen zwischen zwei bzw. mehreren Walzen zu einem endlosen Band.
    • Herstellung von Folien und Platten (auch Mehrschichtfolien)
    • Beschichtung
    • Hauptsächlich PVC Verarbeitung
    • hoher Durchsatz (mehrere Tonnen/Stunde)
    • schneller Materialwechsel (Abzugsgeschwindigkeit ~0,5-100 m/min)
    • aufwendige und teure Anlagentechnik
  2. Beschriften Sie die schematische Darstellung einer Kalanderstraße und nennen Sie ihre wesentlichen Stationen.
    • Durch unterschiedliche Temperaturen der Walzen und leicht unterschiedliche Geschwindigkeiten der Walzen lässt sich die Oberflächenqualität des Produkts einstellen.
    • Wesentliche Stationen:
    • Wägestation und Vormischen
    • Plastifizieranlage
    • Kalander zum Ausformen und Kalibrieren
    • Kühlwalzen
    • Abzugswalzen
    • Wickelvorrichtung
    • Zwischen den Stationen können Vorrichtungen zum Recken, Prägen oder anderen Verfahrensprozessen stehen.
    • Die Plastifizierung und Formgebung erfolgt beim Kalandrieren (im Gegensatz zum Extrudieren) getrennt.
  3. Wie ist der Verfahrensablauf beim Herstellen von duroplastischen Formteilen durch Pressen?
    • Vorwärmen der Formmasse
    • Dosieren und Einfüllen ins Werkzeug
    • Aufschmelzen
    • Lüften zum Entgasen
    • Formen
    • Härten
    • Auswerfen
    • Entgraten
  4. Wie ist eine Kurzhubpresse zum Pressen duroplastischer Formmassen aufgebaut?
  5. Welche Presswerkzeuge zur Verarbeitung duroplastischer Formmassen kennen Sie? Was sind typische Artikel die so hergestellt werden?
    • Das Presswerkzeug unterscheidet sich prinzipiell nicht von einem Spritzgießwerkzeug, ist aber stets beheizt. Dabei wird die Beheizung oft indirekt durch Leitung von der beheizten Pressplatte bewirkt.
    • Typische Artikel: Trinkbecher, Toilettensitze
  6. Erläutern Sie anhand eines Diagramms das Verarbeitungsfenster von duroplastischen Formmassen.
    • Im Gegensatz zu Thermoplasten erfolgt die Verfestigung bei Duroplasten nicht durch Abkühlung, also durch Erstarren, sondern durch Reaktionshärten. Aus dem Viskositätsverlauf einer Pressmasse geht hervor, dass nur eine kurze Zeit für die Verarbeitung zur Verfügung steht. -> Ab einem gewissen Vernetzungsgrad lässt sich die Formmasse nicht mehr verformen.
  7. Wie ist der Verfahrensablauf beim Gießen von Duroplasten?
    • Aufbereitung: Füllstoffe werden in die mengemäßig überwiegende Harzkomponente eingearbeitet
    • Vermischen: Das Einmischen des Härters erfolgt unter Vakuum, um Gaseinschlüsse zu vermeiden. Eine genau geregelte Temperaturführung ist hierbei wichtig, um vorzeitige Reaktion zu vermeiden.
    • Vergießen: Das Vergießen erfolgt mit oder ohne Vakuum. Da Epoxidharze sehr adhäsiv sind, muss unbedingt vor dem Eintragen des Gießharzes Trennmittel auf die Werkzeugoberfläche gebracht werden.
    • Aushärten: Beim Aushärten muss die Temperaturführung des Ofens mit der Temperaturentwicklung durch die Vernetzungsreaktion des Harzes abgestimmt sein.
    • Nachbearbeiten: Evtl. Nachhärtung und Entfernung von Anguss und Steigern erforderlich.
  8. Für welche Art von Kunststoffen wird das Thermoformen verwendet und was wird daraus hergestellt?
    • für amorphe Thermoplaste
    • großflächige Elemente in überschaubaren Stückzahlen (hohe Stückzahlen -> Spritzguss)
  9. Welche beiden Verfahren des Thermoformens kennen Sie?
    • Druckluftnegativ-Formen ohne und mit Vorstreckstempel:
    • Positiv-Formen mit Vorblasen:
  10. Wie ist der Verfahrensablauf beim Rotationsformen? Wie funktioniert dieses Verfahren und wozu wird es verwendet?
    • Verfahrensablauf: Befüllung, Aufheizen (zeitgleich Rotieren), Kühlung, Entformen
    • Funktion: Verdichtung durch Zentrifugalkraft
    • Verwendung: rotationssymmetrische Teile (z.B. Rohre auch mit sehr großem Durchmesser!) aus thermoplastischen Kunststoffen, komplexe Teile durch "Taumelbewegung" (mehrere Rotationsachsen)
  11. Welche Fügeverfahren für Kunststoffe kennen Sie?
    • Schrauben
    • Kleben
    • Formschlüssige Verbindungen
    • Schweißen: Heizelementschweißen, Heizwendelschweißen, Warmgasschweißen, Vibrationsschweißen, Ultraschallschweißen, Induktionsschweißen, Laserschweißen
  12. Welche Besonderheiten gibt es bei einer Schraubverbindung mit Kunststoff?
    • Kunststoffschrauben mit angepasster Geometrie
    • Viskoelastisches Fließen (Relaxation) muss beachtet werden!
  13. Nennen Sie zwei Klebeverfahren für Kunststoffe und die Einflussfaktoren auf diese Fügetechnik.
    • Adhäsionskleben: Vorbehandlung der Klebeflächen notwendig, Medienbeständigkeit des Grundwerkstoffes
    • Lösungsmittelkleben: Auswahl aus amorphen Thermoplasten, Medienbeständigkeit des Grundwerkstoffes
    • Einflussfaktoren: Sauberkeit der Oberfläche, Rauhigkeit der Oberfläche, Geometrie der Klebefuge, Dicke der Klebschicht, Polarität des Kunststoffes, Füllstoffe, Weichmacher, Viskosität der Klebstoffe
  14. Nennen und skizzieren sie zwei formschlüssige Verbindungen.
    • unlösbare Verbindung: Schnappverbindung
    • lösbare Verbindung: Rasthaken
  15. Wie funktioniert das Schweißen bei Kunststoffen im Allgemeinen?
    • Beide Fügepartner müssen aufgeschmolzen werden (kristalline und amorphe Bereiche lösen sich)
    • Ausbildung einer Schmelzzone (beide Bereiche bilden sich neu)
  16. Welche unterschiedlichen Theorien gibt es beim Schweißen von Kunststoffen?
    • Adhäsionstheorie: Verhältnis der Oberflächenenergien
    • Diffusionstheorie: Diffusion der Molekülketten oder Molekülsegmente
    • Viskoelastische Kontakttheorie: Molekularkräfte auf Kontaktoberfläche wirksam
    • Fließvorgangstheorie: Mechanische Verschiebung der Molekülketten
  17. Wie funktioniert das Heizelementschweißen?
    • Formteile werden mit einem Heizelement (Siegel) durch Kontakt oder Strahlung erwärmt und unter Druck gefügt (Mehrstufenverfahren)
  18. Wie funktioniert das Heizwendelschweißen?
    • Energiezufuhr durch elektr. Widerstandsdraht
    • Schmelzdruck durch Abstimmung der Geometrie (z.B. Muffe/Rohr)
    • erfolgreicher Vorgang durch Detektorpin sichtbar
    • Heizwendel bleibt in der Verbindung!
    • bei sicherheitsrelevanten Bauteilen (z.B. Gasleitung) werden die Daten des Schweißautomaten protokolliert ("Barcode" zum Scannen)
    • Die Belastungsgrenze für Längskräfte einer Schweißmuffe in einem Rohr liegen immer höher als die des Rohres
  19. Wie funktioniert das Warmgasschweißen?
    • (ähnlich Elektroschweißen bei Metall)
    • wird von Hand durchgeführt
    • Energiezufuhr durch Warmgas
  20. Wie funktioniert das Vibrationsschweißen?
    • Energiezufuhr durch Reibung oszillierender Teile (Frequenz 80-300 Hz, Amplitude 0,3-2 mm)
    • kinetische Varianten:
  21. Wie funktioniert das Ultraschallschweißen?
    • Energiezufuhr durch mechanische Schwingungen im Ultraschallbereich (Frequenz 20-40 kHz)
    • keine Zusatzstoffe notwendig
    • Gasdichte Verbindungen realisierbar
    • sehr kurze Schweißzeiten
    • geeignet für kleine bis mittelgroße Bauteile
    • kurze Taktzeiten -> für die Automatisierung gut geeignet
  22. Wie funktioniert das Induktionsschweißen?
    • Ein elektrisch leitender, nicht magnetischer Werkstoff wird in die Fügezone eingebracht und mit einem elektromagnetischen Wechselfeld durchdrungen -> Induzierte Wirbelströme erwärmen den Werkstoff aufgrund von Widerstandsverlusten
    • Teile können auf gleichem Wege getrennt werden
  23. Wie funktioniert das Laserstrahlschweißen?
    • Laserschweißen von Kunststoffen findet meist im Überlappverfahren statt
    • Durch das Zusammenfließen der beiden Stoffe kann so eine Schweißnaht hergestellt werden
    • Verfahrenstechnisch fast ausschließlich das Laser-Durchstrahlschweißen durchgesetzt
  24. Wie funktioniert das Laser-Durchstrahlschweißen?
    • Verwendung zweier unterschiedlicher Schweißpartner
    • Der obere ist für die verwendete Laserwellenlänge transparent (kaum Erhitzung)
    • Der untere muss die Strahlung absorbieren (z.B. durch eine Beigabe von absorbierenden Partikeln wie Ruß)
    • Unterer Stoff nimmt die Energie auf, beginnt zu schmelzen und gibt dabei seine Temperatur auch an den oberen Partner weiter
    • Nach dem Abkühlen der Schmelze ist eine feste Schweißnaht entstanden
    • z.B. Fertigung einer Anzeige aus der Instrumententafel eines PKW
  25. In welche Verfahren unterteilt sich das Laser-Durchstrahlschweißen?
    • Konturschweißen
    • Simultanschweißen
    • Quasi-Simultanschweißen
    • Maskenschweißen

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