EKT 12. Bauteilgestaltung

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Author:
Thorsten662
ID:
295745
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EKT 12. Bauteilgestaltung
Updated:
2015-02-14 06:05:42
Tags:
Kunststofftechnik Bauteilgestaltung
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Fragen zum 12. Kapitel aus dem Skript zur Vorlesung "Einführung in die Kunststofftechnik" an der TU Darmstadt.
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  1. Was ist die Problematik bezüglich der Maß- und Formgenauigkeit von spritzgegossenen Kunststoffteilen gegenüber metallischen Bauteilen?
    • Im Gegensatz zu metallischen Bauteilen, die nach dem Urformen oft noch einmal spanend nachbearbeitet werden, erhalten Spritzgussteile ihre endgültige Gestalt bereits während des Urformprozesses. Der Verzicht auf eine kosten- und zeitintensive Nachbearbeitungsphase kann aber nur erfolgen, wenn man schon während der Konstruktion des Teils und seiner Spritzgießform die spätere Gestaltänderung einplant.
    • So gilt es nicht nur Schwindung und Verzug zu beachten, es kann je nach Material und Gebrauchsumgebung auch zu Quelldehnung kommen.
  2. Was ist Schwindung? Durch was wird sie beeinflusst?
    • Schwindung ist die Differenz zwischen den Maßen der kalten Form und den Maßen des Formteils nach sechzehnstündiger Lagerung im Normklima.
    • Sie wird beeinflusst durch:
    • Anisotropien im Werkstoff (z.B. Glasfasern oder Molekülorientierungen)
    • Schwindungsbehinderung durch Werkzeuggeometrie, z.B. Kern
    • Schwindungsbehinderung durch bereits erstarrte Randschichten
    • örtlich unterschiedliche Abkühlverhältnisse
    • amorphe (0,2-0,8%) und kristalline (0,2-3,0%) Kunststoffe haben unterschiedlich starke Schwindung
    • Behinderung der Schwindung durch Füllstoffe
  3. Welche Arten von Schwindung gibt es?
    • Thermische Schwindung: Volumenänderung infolge Temperaturänderung (am häufigsten: Volumenverkleinerung während des Abkühlprozesses)
    • Druckabhängige Schwindung: Ausdehnung des Formteils während der Urformphase durch Druckabsenkung
    • Umwandlungsschwindung: Induziert durch Kristallisation
    • Reaktionsschwindung: hervorgerufen durch chemische Reaktionen
    • Schrumpfung: Relaxationsschwindung von verarbeitungsbedingten Molekülorientierungen
  4. Erläutern Sie den Verlauf der Schwindung anhand folgender Kurve.
    • Verarbeitung:
    • 0 Maß des kalten Werkzeugs
    • 1 Maß des aufgeheizten Werkzeugs
    • 2 elastische Aufweitung des Werkzeugs durch Innendruck
    • 3 Maß des Formteils nach dem Entformen
    • Lagerung:
    • 4 Messung der VS nach DIN
    • 6-7 Ausdehnung nach Aufheizen
    • 7-8 NS durch Warmlagerung
    • 8-9 Volumenverringerung durch Abkühlen
    • Gebrauch:
    • 5 Maß nach sehr langer Lagerzeit
    • 5-10 Quelldehnung (z.B. Wasseraufnahme)
  5. Beschreiben Sie die Nachkristallisation. Zeichnen Sie dazu den Verlauf des spez. Volumen in Abhängigkeit der Temperatur.
    • Bauteile, die sehr schnell abgekühlt wurden, hatten zu wenig Zeit, um vollständig auszukristallisieren. Hier kann es zu einem späteren Zeitpunkt (auch noch nach Monaten) zu einer Nachkristallisation kommen. Bei diesem sekundären Kristallwachstum ändern sich die mechanischen Bauteileigenschaften (E-Modul, Schlagzähigkeit etc.). Da die Ketten im kristallinen Zustand dichter gepackt sind, kommt es außerdem zu einer Nachschwindung, d. h. zu einer nachträglichen Volumenabnahme.
    • Beachte Werkzeugtemperaturen: Standardkunststoffe ~60-120°C, Hochleistungskunststoffe ~bis 200°C
  6. Zeichnen Sie ein pvT-Diagramm für den Werkstoff Polystyrol und kennzeichnen Sie darin die markanten Punkte.
    • 1 Werkzeuginnendruck erreicht Atmosphärendruck
    • 2 Entformung
    • 3 Gebrauchspunkt
    • -> anhand des Diagramms lässt sich eine Aussage über die Schwindung treffen
  7. Was versteht man unter Verzug und was sind mögliche Ursachen?
    • Verzug ist die Abweichung von der Sollgestalt eines Formteils infolge von Schwindungsunterschieden im Bauteil.
    • Ursachen:
    • Werkstoffanisotropie
    • Ortsvariabler Werkzeuginnendruck
    • Ortsvariable Abkühlverhältnisse
  8. Was hat Verzug im Bauteil für eine Folge?
    • Durch Verformungsbehinderung (Schwindungsbehinderung) entstehen Eigenspannungen (=Spannungen im Bauteil ohne Angreifen äußerer Kräfte).
    • beim Abkühlen: außen Druck, innen Zug
    • bei der Kristallisation: außen Druck, innen Zug
    • durch den Nachdruck: außen Druck, innen Zug
    • durch Fremdmaterial: (unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten)
    • Eigenspannungen bauen sich ab durch Werkstoffrelaxation!
    • (positiv: Druckspannungen im Außenbereich wirken der Rissbildung entgegen)
  9. Kunststoffprodukte lassen sich genau wie Produkte aus anderen Werkstoffen nie mit exakten Maßen herstellen. Diese Maßabweichungen haben sehr vielfältige Gründe. Unterscheiden Sie drei Arten von Toleranzen.
    • 1. Fertigungstoleranzen: werden von folgenden Faktoren bestimmt:
    • Abweichung von der angenommenen Schwindungsberechnung
    • Werkzeugtoleranzen
    • Verschleiß am Werkzeug (Laufzeit beachten!)
    • Einfach- oder Mehrfachwerkzeug
    • Angussgestaltung
    • 2. Verarbeitungstoleranzen: finden ihre Ursache in folgenden Punkten:
    • Chargenunterschiede
    • Feuchtigkeitsaufnahme während der Lagerung
    • Nachschwindung
    • Quellung durch Konditionierung
    • Lageänderung beweglicher Werkzeugteile
    • Einstellung der Maschine
    • 3. Betriebstoleranzen: ergeben sich durch:
    • Nachschwindung
    • Temperaturänderung
    • Quellung durch Konditionierung
    • Feuchtigkeitsänderung
    • Dehnung durch mechanische Beanspruchung
  10. Was gibt es bei der Konstruktion bezüglich der Toleranzen zu beachten?
    • Die Toleranzen sollten nicht so genau wie möglich, sondern nur so genau wie nötig gewählt werden.
    • Überzogene Toleranzen führen nicht zu einer erhöhten Qualität, sondern zu einer erhöhten Ausschussrate.
    • Beim Festlegen der Toleranzen sollte man auch zwischen werkzeuggebundenen und nicht werkzeuggebundenen Maßen unterscheiden.
  11. Was ist der Unterschied zwischen werkzeuggebundenen und nicht werkzeuggebundenen Maßen?
    • werkzeuggebundene Maße: Diese sind Maße im gleichen Werkzeugteil, was heißt, dass sie nur von einer Werkzeughälfte abhängig sind.
    • nicht werkzeuggebundene Maße: Diese werden durch das Zusammenspiel mehrerer beweglicher Werkzeugteile, wie zum Beispiel die Werkzeughälften oder Schieber, gebildet.
    • Toleranzen sollten für nicht werkzeuggebundene Maße größer gewählt werden, da die beweglichen Teile eines Werkzeugs nicht immer exakt die gleiche Endlage erreichen.
  12. Wie sollte die Gestaltung der Wanddicken vorgenommen werden? Was wird dadurch beeinflusst?
    • Soviel wie nötig - so wenig wie möglich!
    • Wandstärke wirkt sich aus auf:
    • Formteilgewicht
    • realisierbare Fließweglängen
    • Zykluszeit
    • Toleranzen
    • Qualität (Oberfläche, Lunker, Verzug)
  13. Zeigen Sie für folgende Bauteile konstruktive Maßnahmen, die Masseanhäufungen und Lunkerbildung vermeiden.
  14. Zeichnen Sie ein Diagramm für das Fließweg-Wanddicken-Verhältnis einer schwer, mittel und leicht fließender Gestaltung für übliche Thermoplaste.
  15. Was ist das Problem an folgender Rippengestaltung? Zeichnen Sie konstruktive Lösungsvorschläge.
  16. Was sind die theoretischen Überlegungen bei der Gestaltung von Rippen und Sicken? Erläutern Sie anhand von Formeln.
    • Betrachte einseitig fest eingespannten Träger:
    • Erhöhung der Steifigkeit durch:
    • Erhöhung des E-Moduls (linearer Einfluss)
    • Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes (Einfluss von a linear, von h kubisch)
    • -> Nutzung von Sandwich-Konstruktionen mit steifen Außenschichten
  17. Vergleichen Sie die Vorteile von Rippen und Sicken.
    • Vorteile Rippen:
    • Ebene Oberflächen realisierbar
    • bei Spritzguss Werkzeugaufwand geringer (nur eine Werkzeughälfte muss bearbeitet werden)
    • Vorteile Sicken:
    • Um Faktor 1,8 steifer als Rippen (größeres Flächenträgheitsmoment, da Masse weiter entfernt von der neutralen Faser)
    • Geeignet für thermo- und blasgeformte Teile
  18. Zeichnen Sie mögliche Gestaltungsmöglichkeiten für Kreuzungspunkte.
  19. Welche Arten von Schraubverbindungen für Kunststoffteile kennen Sie?
    • Gewindeformende Schraube (aus Metall): in vorgeformte Augen (Dome) eingedreht, schnell und bedingt lösbar, ausreichende Belastbarkeit für viele Anwendungen
    • Gewindeeinsätze: Mould-In-Technik (im Spritzgießprozess eingebettet) oder After-Moulding-Inserts (nachträglich eingebettet)
  20. Vergleichen Sie After-Moulding-Inserts mit der Mould-In-Technik.
    • Vorteile:
    • Reduzierung der Zykluszeit (kein Einlegen erforderlich)
    • keine Beschädigung des Werkzeugs durch Herausfallen beim Schließen
    • Vermeidung von Spannungsrissbildung durch therm. Schrumpfung (kaltes Metall)
    • kein Nachschneiden der Innengewinde beim Zusetzen durch Kunststoff
    • Nachteile:
    • zusätzliche Einsetzwerkzeuge oder automatische Zuführung erforderlich
    • zusätzlicher Arbeitsgang zum Einbringen des Einsatzes
    • zusätzlicher Transportaufwand
  21. Welche Arten von Schnappverbindungen kennen Sie?
    • "normale" Schnappverbindung
    • Ringschnappverbindung (lösbar / unlösbar)
    • Torsionsschnappverbindung

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