Bruder Kunststofftechnik leicht gemacht

Werkstoffe – Verarbeitung – Werkzeuggestaltung – Kostenkalkulation – Nachbearbeitung - Fügeverfahren – Materialauswahl – Konstruktionsregeln – Prozessoptimierung – Fehlerbehebung
1. Auflage 2016
ISBN: 978-3-446-44981-7
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 378 Seiten

Das Buch 'Kunststofftechnik leicht gemacht' ist praxisorientiert, leicht verständlich und enthält viele Beispiele aus dem täglichen Leben. Es richtet sich an Schüler der Sekundarstufe und an Studenten, kann aber auch zu Ausbildungszwecken in Industrieunternehmen oder zum Selbststudium verwendet werden.
An fast 600 Farbbildern wird die Vielzahl von unterschiedlichen Kunststoffarten und verschiedenen Verfahrensabläufen anschaulich dargestellt. Das Buch enthält außerdem eine Reihe von Computer-Tools, die von der Homepage des Autors herunter geladen werden können. Die umfassende Darstellung der Eigenschaften, der Verarbeitung und der Anwendung von Kunststoffen macht das Buch zu einem vielseitigen Kunststoff-Handbuch.

Autoren/Hrsg.

Bruder, Ulf

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Verfahrenstechnik | Chemieingenieurwesen | Biotechnologie Technologie der Kunststoffe und Polymere
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Materialwissenschaft: Polymerwerkstoffe
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Produktionstechnik Fertigungstechnik

Inhaltsverzeichnis

1;Inhalt;6
2;Vorwort;18
3;Kapitel 1 Polymere und Kunststoffe;20
3.1;1.1 Duroplaste;22
3.2;1.2 Thermoplaste;23
3.3;1.3 Amorphe und teilkristalline Kunststoffe;24
4;Kapitel 2 Standardkunststoffe;26
4.1;2.1 Polyethylen (PE);26
4.1.1;2.1.1 Einteilung;27
4.1.2;2.1.2 Eigenschaften von Polyethylen;27
4.1.3;2.1.3 Recycling;28
4.1.4;2.1.4 Anwendungsgebiete;28
4.2;2.2 Polypropylen (PP);30
4.2.1;2.2.1 Eigenschaften von Polypropylen;31
4.2.2;2.2.2 Recycling;32
4.3;2.3 Polyvinylchlorid (PVC);32
4.3.1;2.3.1 Eigenschaften von PVC;33
4.3.2;2.3.2 Recycling;33
4.4;2.4 Polystyrol (PS);34
4.4.1;2.4.1 Einteilung;35
4.4.2;2.4.2 Eigenschaften von Polystyrol;35
4.4.3;2.4.3 Recycling;36
4.4.4;2.4.4 Anwendungsgebiete;36
4.5;2.5 Styrol-Acrylnitril (SAN);36
4.6;2.6 Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS);37
4.6.1;2.6.1 ABS Blends;38
4.6.2;2.6.2 Eigenschaften von ABS;38
4.6.3;2.6.3 Recycling;38
4.6.4;2.6.4 Anwendungsgebiete;39
4.7;2.7 Polymethylmethacrylat (PMMA);40
4.7.1;2.7.1 Eigenschaften von PMMA;41
4.7.2;2.7.2 Recycling;41
4.7.3;2.7.3 Anwendungsgebiete;41
5;Kapitel 3 Technische Kunststoffe;42
5.1;3.1 Polyamid (Nylon);42
5.1.1;3.1.1 Einteilung;42
5.1.2;3.1.2 Eigenschaften von Polyamid;44
5.1.3;3.1.3 Recycling;44
5.1.4;3.1.4 Anwendungsgebiete;44
5.2;3.2 POM (Polyoxymethylen);45
5.2.1;3.2.1 Eigenschaften von POM;46
5.2.2;3.2.2 Recycling;47
5.2.3;3.2.3 Anwendungsgebiete;47
5.3;3.3 Polyester;48
5.3.1;3.3.1 Eigenschaften von PBT und PET;50
5.3.2;3.3.2 Recycling;50
5.3.3;3.3.3 Anwendungsgebiete;50
5.4;3.4 Polycarbonat;52
5.4.1;3.4.1 Eigenschaften von Polycarbonat;53
5.4.2;3.4.2 Recycling;53
5.4.3;3.4.3 Anwendungsgebiete;53
6;Kapitel 4 Thermoplastische Elastomere;55
6.1;4.1 TPE-O;55
6.1.1;4.1.1 Eigenschaften von TPE-O;55
6.1.2;4.1.2 Anwendungsbereiche;56
6.2;4.2 TPE-S;57
6.2.1;4.2.1 Eigenschaften von TPE-S;57
6.2.2;4.2.2 Anwendungsbereiche;58
6.3;4.3 TPE-V;58
6.3.1;4.3.1 Eigenschaften von TPE-V;59
6.3.2;4.3.2 Anwendungsbereiche;59
6.4;4.4 TPE-U;60
6.4.1;4.4.1 Eigenschaften von TPE-U;60
6.4.2;4.4.2 Anwendungsbereiche;61
6.5;4.5 TPE-E;61
6.5.1;4.5.1 Eigenschaften von TPE-E;61
6.5.2;4.5.2 Anwendungsbereiche;62
6.6;4.6 TPE-A;63
6.6.1;4.6.1 Eigenschaften von TPE-A;63
6.6.2;4.6.2 Anwendungsbereiche;64
7;Kapitel 5 Hochleistungspolymere;65
7.1;5.1 Hochleistungsthermoplaste;65
7.1.1;5.1.1 Recycling;66
7.2;5.2 Fluorpolymere;66
7.2.1;5.2.1 Eigenschaften von PTFE;67
7.2.2;5.2.2 Anwendungsbereiche;67
7.3;5.3 Hochleistungs-Polyamid – PPA;68
7.3.1;5.3.1 Eigenschaften von PPA;68
7.3.2;5.3.2 Anwendungsbereiche;69
7.4;5.4 Flüssigkristalline Polymere – LCP;69
7.4.1;5.4.1 Eigenschaften von LCP;69
7.4.2;5.4.2 Anwendungsbereiche;70
7.5;5.5 Polyphenylensulfid – PPS;71
7.5.1;5.5.1 Eigenschaften von PPS;71
7.5.2;5.5.2 Anwendungsbereiche;71
7.6;5.6 Polyetheretherketon – PEEK;72
7.6.1;5.6.1 Eigenschaften von PEEK;72
7.6.2;5.6.2 Anwendungsbereiche;73
7.7;5.7 Polyetherimid – PEI;73
7.7.1;5.7.1 Eigenschaften von PEI;74
7.7.2;5.7.2 Anwendungsbereiche;74
7.8;5.8 Polysulfon – PSU;75
7.8.1;5.8.1 Eigenschaften von PSU;75
7.8.2;5.8.2 Anwendungsbereiche;76
7.9;5.9 Polyphenylsulfon – PPSU;76
7.9.1;5.9.1 Eigenschaften von PPSU;76
7.9.2;5.9.2 Anwendungsbereiche;77
8;Kapitel 6 Biokunststoffe und Biokomposite;78
8.1;6.1 Definition;78
8.1.1;6.1.1 Was bedeutet Biokunststoff?;79
8.1.2;6.1.2 Markt;79
8.1.3;6.1.3 Produktion und Einsatz von Biokunststoffen;80
8.2;6.2 Biokunststoffe;81
8.3;6.3 Biopolymere;81
8.4;6.4 Polymere auf biologischer Basis: Biopolyester;83
8.5;6.5 Polymere auf biologischer Basis: Biopolyamide;85
8.6;6.6 Biopolymere auf Basis von Mikroorganismen;86
8.7;6.7 Bioethanol oder Biomethanol;86
8.8;6.8 Biokomposite;87
8.9;6.9 Weitere Information zu Biokunststoffen;88
9;Kapitel 7 Kunststoffe und Umwelt;89
9.1;7.1 Kunststoff ist klimafreundlich und spart Energie;89
9.2;7.2 Auswirkungen der Umwelt auf Kunststoffe;91
9.3;7.3 Recycling von Kunststoffen;92
9.3.1;7.3.1 Kunststoff-Recycling in der EU;93
10;Kapitel 8 Modifizierung von Polymeren;95
10.1;8.1 Polymerisation;95
10.2;8.2 Additive;97
10.2.1;8.2.1 Steifigkeit und Zugfestigkeit;98
10.2.2;8.2.2 Oberflächenhärte;98
10.2.3;8.2.3 Verschleißfestigkeit;98
10.2.4;8.2.4 Zähigkeit;99
10.3;8.3 Physikalische Eigenschaften;99
10.3.1;8.3.1 Erscheinungsbild;99
10.3.2;8.3.2 Kristallinität;100
10.3.3;8.3.3 Witterungsbeständigkeit;100
10.3.4;8.3.4 Reibungsverhalten;101
10.3.5;8.3.5 Dichte;101
10.4;8.4 Chemische Eigenschaften;102
10.4.1;8.4.1 Barriereeigenschaften;102
10.4.2;8.4.2 Oxidationsbeständigkeit;102
10.4.3;8.4.3 Hydrolysebeständigkeit;103
10.5;8.5 Elektrische Eigenschaften;103
10.6;8.6 Thermische Eigenschaften;104
10.6.1;8.6.1 Wärmestabilisierung;104
10.6.2;8.6.2 Wärmeformbeständigkeit;105
10.6.3;8.6.3 Einstufung des Brandverhaltens;105
10.7;8.7 Materialpreis;106
11;Kapitel 9 Materialdaten und Messgrößen;107
11.1;9.1 Zugfestigkeit und Steifigkeit;108
11.2;9.2 Schlagzähigkeit;111
11.3;9.3 Maximale Einsatztemperatur;112
11.3.1;9.3.1 Dauergebrauchstemperatur;112
11.3.2;9.3.2 Wärmeformbeständigkeit;112
11.4;9.4 Prüfung des Brandverhaltens;113
11.4.1;9.4.1 Brennbarkeitsklasse HB;114
11.4.2;9.4.2 Brennbarkeitsklasse V;114
11.5;9.5 Elektrische Eigenschaften;115
11.6;9.6 Fließeigenschaften: Schmelzindex;116
11.7;9.7 Schwindung;116
12;Kapitel 10 Materialdatenbanken im Internet;117
12.1;10.1 CAMPUS;117
12.1.1;10.1.1 Eigenschaften von CAMPUS 5.2;118
12.2;10.2 Material Data Center;118
12.2.1;10.2.1 Eigenschaften des Material Data Center;119
12.3;10.3 Prospector Plastics Database;119
12.3.1;10.3.1 Eigenschaften der Prospector Plastics Database;120
13;Kapitel 11 Prüfverfahren für Kunststoff-Rohstoffe und Formteile;121
13.1;11.1 Qualitätskontrolle bei der Herstellung des Rohstoffs;121
13.2;11.2 Visuelle Qualitätskontrolle von Kunststoffgranulaten;122
13.3;11.3 Visuelle Prüfung von Kunststoffteilen;123
13.4;11.4 Prüfungen, die der Spritzgießer durchführen kann;124
13.5;11.5 Spezielle Prüfverfahren;126
14;Kapitel 12 Spritzgießverfahren;129
14.1;12.1 Geschichte;129
14.2;12.2 Eigenschaften;130
14.2.1;12.2.1 Einschränkungen;130
14.3;12.3 Die Spritzgießmaschine;131
14.3.1;12.3.1 Einspritzeinheit;131
14.3.2;12.3.2 Schließeinheit;132
14.3.3;12.3.3 Spritzgießzyklus;133
14.4;12.4 Alternative Spritzgießverfahren;134
14.4.1;12.4.1 Mehrkomponenten-Spritzgießen;134
14.4.2;12.4.2 Gas- oder Wasser-Injektion;135
15;Kapitel 13 Nachbearbeitungsverfahren;136
15.1;13.1 Oberflächenbehandlung von Formteilen;136
15.1.1;13.1.1 Bedrucken;136
15.1.2;13.1.2 Heißprägen;137
15.1.3;13.1.3 Tampondruck;138
15.1.4;13.1.4 Siebdruck;138
15.1.5;13.1.5 IMD: In-Mould-Dekorieren;139
15.1.6;13.1.6 Lasermarkierung;140
15.1.7;13.1.7 Lackierung;140
15.1.8;13.1.8 Metallisierung/Verchromung;141
16;Kapitel 14 Verschiedene Bauarten von Werkzeugen;142
16.1;14.1 Zweiplattenwerkzeuge;142
16.2;14.2 Dreiplattenwerkzeuge;143
16.3;14.3 Schieberwerkzeuge;143
16.4;14.4 Werkzeuge mit rotierenden Kernen;144
16.5;14.5 Etagenwerkzeuge;144
16.6;14.6 Werkzeuge mit Auswerfern an der festen Werkzeughälfte;145
16.7;14.7 Familienwerkzeuge;145
16.8;14.8 Mehrkomponenten-Werkzeuge;146
16.9;14.9 Werkzeuge mit Schmelzkernen;147
17;Kapitel 15 Aufbau von Werkzeugen;148
17.1;15.1 Die Aufgaben des Werkzeugs;149
17.2;15.2 Angusssysteme – Kaltkanal;149
17.3;15.3 Angusssysteme – Heißkanal;151
17.4;15.4 Pfropfenfänger/Angusszieher;152
17.5;15.5 Temperier- und Kühlsysteme;153
17.6;15.6 Belüftungssyteme;155
17.7;15.7 Auswerfersysteme;156
17.8;15.8 Entformungsschrägen;157
18;Kapitel 16 Werkzeuggestaltung und Produktqualität;158
18.1;16.1 Durch das Werkzeug verursachte Probleme;158
18.1.1;16.1.1 Zu schwache Werkzeugplatten;158
18.1.2;16.1.2 Fehlerhafte Auslegung von Anguss und Düse;159
18.1.3;16.1.3 Fehlerhafte Auslegung der Angusskanäle;160
18.1.4;16.1.4 Fehlerhafte Auslegung bzw. Positionierung oder Fehlen des Pfropfenfängers;160
18.1.5;16.1.5 Fehlerhafte Auslegung des Anschnitts;161
18.1.6;16.1.6 Fehlerhafte Entlüftung;162
18.1.7;16.1.7 Fehlerhafte Regelung der Werkzeugtemperatur;163
19;Kapitel 17 Prototypenwerkzeuge und Analyse des Füllvorgangs;164
19.1;17.1 Prototypenwerkzeuge;164
19.2;17.2 Analyse des Füllvorgangs;165
19.2.1;17.2.1 Analyse des Füllvorgangs;165
19.3;17.3 Arbeitsablauf;166
19.3.1;17.3.1 Gitternetzmodell;166
19.3.2;17.3.2 Werkstoffauswahl;167
19.3.3;17.3.3 Verfahrensparameter;167
19.3.4;17.3.4 Auswahl des Anschnittpunkts;167
19.3.5;17.3.5 Simulation;168
19.3.6;17.3.6 Ergebnisse der Simulation;168
19.3.7;17.3.7 Füllverlauf;169
19.3.8;17.3.8 Druckverteilung;169
19.3.9;17.3.9 Schließkraft;169
19.3.10;17.3.10 Kühlzeit;170
19.3.11;17.3.11 Temperaturregelung;170
19.3.12;17.3.12 Schwindung und Verzug;170
19.3.13;17.3.13 Glasfaserorientierung;171
19.3.14;17.3.14 Analyse des Verzugs;171
19.3.15;17.3.15 Position des Anschnitts;171
19.3.16;17.3.16 Materialwechsel;172
19.3.17;17.3.17 Simulations-Software;172
20;Kapitel 18 Rapid Prototyping und Additive Fertigungsverfahren;173
20.1;18.1 Prototypen;173
20.2;18.2 Rapid Prototyping (RP);174
20.2.1;18.2.1 SLA – Stereolithographie;175
20.2.2;18.2.2 SLS – Selektives Laser Sintern;178
20.2.3;18.2.3 FDM – Fused Deposition Modeling;180
20.2.4;18.2.4 3D-Drucken;181
20.2.5;18.2.5 3D-Drucker;182
20.2.6;18.2.6 PolyJet;183
20.3;18.3 Generative Fertigung (Additive Manufacturing);185
21;Kapitel 19 Kostenberechnungen für Formteile;187
21.1;19.1 Berechnung der Bauteilkosten;188
21.2;19.2 Szenarien Bauteilkosten;192
21.3;19.3 Kostenvergleich;193
22;Kapitel 20 Extrusion;196
22.1;20.1 Der Extrusionsprozess;196
22.1.1;20.1.1 Vorteile (+) und Grenzen (–);196
22.2;20.2 Materialien für die Extrusion;198
22.3;20.3 Die Auslegung des Extruders;199
22.3.1;20.3.1 Der Zylinder;199
22.3.2;20.3.2 Einschneckenextruder;200
22.3.3;20.3.3 Barriereschnecken;200
22.3.4;20.3.4 Parallele Doppelschneckenextruder;201
22.3.5;20.3.5 Konische Doppelschneckenextruder;201
22.3.6;20.3.6 Rotationsrichtung;202
22.3.7;20.3.7 Vergleich von Einschnecken- und Doppelschneckenextrudern;202
22.3.8;20.3.8 Werkzeug/Düse;203
22.3.9;20.3.9 Kalibrierung;203
22.3.10;20.3.10 Korrugatoren;204
22.3.11;20.3.11 Kühlung;204
22.3.12;20.3.12 Abzug;205
22.3.13;20.3.13 Kennzeichnung;205
22.3.14;20.3.14 Nachbearbeitung;206
22.3.15;20.3.15 Trennen;206
22.3.16;20.3.16 Wickeln;207
22.4;20.4 Extrusionsverfahren;207
22.4.1;20.4.1 Extrusion mit geradem Werkzeug;208
22.4.2;20.4.2 Extrusion mit Umlenk-Werkzeug;208
22.4.3;20.4.3 Extrusion von Platten;209
22.4.4;20.4.4 Coextrusion;210
22.4.5;20.4.5 Folienblasen;210
22.4.5.1;20.4.5.1 Vorteile (+) und Grenzen (–) des Folienblasens;211
22.4.6;20.4.6 Kabelherstellung;212
22.4.7;20.4.7 Monofilamente;213
22.4.8;20.4.8 Compoundierung;214
22.5;20.5 Gestaltung von extrudierten Produkten;215
22.5.1;20.5.1 Verrippung, Versteifung;216
22.5.2;20.5.2 Hohlräume;216
22.5.3;20.5.3 Dichtlippe;216
22.5.4;20.5.4 Scharnier;217
22.5.5;20.5.5 Führungen;217
22.5.6;20.5.6 Gleitverbindung;217
22.5.7;20.5.7 Schnappverbindung;218
22.5.8;20.5.8 Balg;218
22.5.9;20.5.9 Insert/Verstärkung;218
22.5.10;20.5.10 Reibung an der Oberfläche;219
22.5.11;20.5.11 Bedrucken/Stempeln;219
22.5.12;20.5.12 Dekoration der Oberfläche;219
22.5.13;20.5.13 Seitliche Löcher;220
22.5.14;20.5.14 Unregelmäßige Löcher;220
22.5.15;20.5.15 Korrugatoren;220
22.5.16;20.5.16 Spiralisierung;221
22.5.17;20.5.17 Schäumen;221
22.5.18;20.5.18 Extrudierte Schraubenlöcher;221
22.5.19;20.5.19 Muffen und Heizelementschweißen;222
23;Kapitel 21 Alternative Verarbeitungsmethoden für Thermoplaste;223
23.1;21.1 Blasformen;223
23.2;21.2 Rotationsformen;225
23.3;21.3 Vakuumformen;226
24;Kapitel 22 Vorgehensweise bei der Materialauswahl;228
24.1;22.1 Wie wählen Sie das richtige Material für Ihr Entwicklungsprojekt?;228
24.2;22.2 Entwicklungskooperation;229
24.3;22.3 Festlegung des Anforderungsprofils;229
24.4;22.4 Muss-Anforderungen;230
24.5;22.5 Kann-Anforderungen;231
24.6;22.6 Erstellung einer detaillierten Kostenanalyse;233
24.7;22.7 Erstellung eines aussagekräftigen Prüfprogramms;234
25;Kapitel 23 Anforderungen und Spezifikation von Kunststoffprodukten;235
25.1;23.1 Hintergrundinformationen;235
25.2;23.2 Losgröße;236
25.3;23.3 Formteilgröße;237
25.4;23.4 Toleranzanforderungen;237
25.5;23.5 Gestaltung des Formteils;239
25.6;23.6 Montage-Anforderungen;242
25.7;23.7 Mechanische Belastung;242
25.8;23.8 Chemische Beständigkeit;243
25.9;23.9 Elektrische Eigenschaften;244
25.10;23.10 Umweltauswirkungen;245
25.11;23.11 Farbe;246
25.12;23.12 Oberflächeneigenschaften;247
25.13;23.13 Sonstige Eigenschaften;249
25.14;23.14 Gesetzliche Anforderungen;250
25.15;23.15 Anforderungen des Recyclings;251
25.16;23.16 Kostenanforderungen;252
25.17;23.17 Anforderungsprofil: Checkliste;253
25.17.1;23.17.1 Hintergrundinformation;253
25.17.2;23.17.2 Batchgröße;254
25.17.3;23.17.3 Formteilgröße;254
25.17.4;23.17.4 Toleranzanforderungen;254
25.17.5;23.17.5 Formteilgestaltung;254
25.17.6;23.17.6 Montage-Anforderungen;254
25.17.7;23.17.7 Mechanische Belastung;254
25.17.8;23.17.8 Chemische Beständigkeit;254
25.17.9;23.17.9 Elektrische Eigenschaften;255
25.17.10;23.17.10 Umweltauswirkungen;255
25.17.11;23.17.11 Farbe;255
25.17.12;23.17.12 Oberflächeneigenschaften;255
25.17.13;23.17.13 Sonstige Eigenschaften;256
25.17.14;23.17.14 Gesetzliche Anforderungen;256
25.17.15;23.17.15 Recycling;256
25.17.16;23.17.16 Kosten;256
26;Kapitel 24 Konstruktionsregeln für thermoplastische Formteile;257
26.1;24.1 Regel 1: Kunststoffe sind keine Metalle;258
26.2;24.2 Regel 2: Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften von Kunststoffen;259
26.2.1;24.2.1 Anisotropes Verhalten;260
26.2.2;24.2.2 Temperaturabhängiges Verhalten;260
26.2.3;24.2.3 Zeitabhängige Spannungs-Dehnungs-Kurve;261
26.2.3.1;24.2.3.1 Kriechen;261
26.2.3.2;24.2.3.2 Relaxation;261
26.2.4;24.2.4 Geschwindigkeitsabhängige Eigenschaften;262
26.2.5;24.2.5 Umweltabhängige Eigenschaften;263
26.2.6;24.2.6 Einfache Bauteilauslegung;263
26.2.7;24.2.7 Einfache Einfärbung;263
26.2.8;24.2.8 Einfache Montage;264
26.2.9;24.2.9 Recycling;264
26.3;24.3 Regel 3: Konstruieren im Hinblick auf das zukünftige Recycling;265
26.3.1;24.3.1 Zerlegung;265
26.3.2;24.3.2 Wiederverwendete Materialien;267
26.3.3;24.3.3 Kennzeichnung;267
26.3.4;24.3.4 Reinigung;268
26.4;24.4 Regel 4: Integration mehrerer Funktionen in einem Bauteil;268
26.5;24.5 Regel 5: Einhaltung einer gleichmäßigen Wanddicke;270
26.6;24.6 Regel 6: Vermeidung von scharfen Kanten;271
26.7;24.7 Regel 7: Verwendung von Rippen zur Erhöhung der Steifigkeit;273
26.7.1;24.7.1 Einschränkungen bei der Gestaltung von Rippen;273
26.7.2;24.7.2 Materialsparende Konstruktion;274
26.7.3;24.7.3 Vermeidung von Einfallstellen bei Rippen;274
26.8;24.8 Regel 8: Sorgfältige Positionierung und Dimensionierung des Anschnitts;274
26.8.1;24.8.1 Bindenähte;276
26.9;24.9 Regel 9: Vermeiden von engen Toleranzen;277
26.10;24.10 Regel 10: Auswahl eines geeigneten Montageverfahrens;278
27;Kapitel 25 Verbindungstechniken für Thermoplaste;279
27.1;25.1 Verbindungstechniken, die die Demontage erleichtern;279
27.2;25.2 Integrierte Schnappverbindungen;280
27.3;25.3 Dauerhafte Verbindungstechniken;281
27.4;25.4 Ultraschallschweißen;281
27.5;25.5 Vibrationsschweißen;282
27.6;25.6 Rotationsschweißen;283
27.7;25.7 Heizelementschweißen;284
27.8;25.8 Infrarotschweißen;285
27.9;25.9 Laserschweißen;285
27.10;25.10 Nieten;287
27.11;25.11 Kleben;288
28;Kapitel 26 Der Spritzgießprozess;289
28.1;26.1 Analyse des Spritzgießprozesses;289
28.2;26.2 Kontaktangaben;291
28.3;26.3 Informationsbereich;291
28.4;26.4 Materialinformation;292
28.5;26.5 Angaben zur Maschine;293
28.6;26.6 Angaben zum Werkzeug;295
28.7;26.7 Trocknung;297
28.8;26.8 Angaben zur Verarbeitung;299
28.9;26.9 Temperaturen;300
28.10;26.10 Druck, Einspritzgeschwindigkeit und Schneckendrehzahl;305
28.11;26.11 Nachdruck;306
28.12;26.12 Einspritzphase;308
28.13;26.13 Schneckendrehzahl;309
28.14;26.14 Zeit- und Wegeinstellungen;311
29;Kapitel 27 Prozessparameter für das Spritzgießen;316
30;Kapitel 28 Problemlösung und Qualitätsmanagement;320
30.1;28.1 Höhere Qualitätsansprüche;320
30.2;28.2 Analytische Fehlerbehebung;320
30.2.1;28.2.1 Definition des Problems;321
30.2.2;28.2.2 Definition der Abweichung;321
30.3;28.3 Eingrenzung eines Problems;322
30.3.1;28.3.1 Einteilung von Problemen;323
30.3.2;28.3.2 Problemanalyse;325
30.3.3;28.3.3 Brainstorming;326
30.3.4;28.3.4 Überprüfung der Ursachen;327
30.3.5;28.3.5 Planung der zu ergreifenden Maßnahmen;327
30.4;28.4 Statistische Versuchsplanung (Statistical Design of Experiments – DOE);328
30.4.1;28.4.1 Faktorielle Versuchsplanung;328
30.5;28.5 Fehler- Möglichkeits- und Einflussanalyse – FMEA;331
30.5.1;28.5.1 Allgemeine Konzepte der FMEA;333
31;Kapitel 29 Fehlersuche – Ursachen und Auswirkungen;335
31.1;29.1 Probleme beim Spritzgießen;335
31.2;29.2 Füllgrad;337
31.2.1;29.2.1 Teilfüllungen – Das Formteil ist nicht vollständig gefüllt;337
31.2.2;29.2.2 Gratbildung;338
31.2.3;29.2.3 Einfallstellen;338
31.2.4;29.2.4 Hohlräume oder Poren;339
31.3;29.3 Oberflächenfehler;340
31.3.1;29.3.1 Brandflecken;340
31.3.1.1;29.3.1.1 Entfärbung, dunkle Schlieren oder Materialabbau;340
31.3.1.2;29.3.1.2 Schwarze Stippen;340
31.3.1.3;29.3.1.3 Spliss oder Silberschlieren (an manchen Stellen der Oberfläche);341
31.3.1.4;29.3.1.4 Diesel-Effekt – eingeschlossene Luft;342
31.3.2;29.3.2 Spliss oder Silberschlieren (auf der gesamten Oberfläche);343
31.3.3;29.3.3 Farbschlieren – Schlechte Farbverteilung;343
31.3.4;29.3.4 Farbschlieren – Ungünstige Pigmentorientierung;344
31.3.5;29.3.5 Oberflächenglanz – Matte und glänzende Oberflächenabweichungen;344
31.3.6;29.3.6 Oberflächenglanz – Corona-Effekt;345
31.3.7;29.3.7 Spliss, Streifen und Blasen;345
31.3.8;29.3.8 Glasfaserschlieren;346
31.3.9;29.3.9 Bindenähte;346
31.3.10;29.3.10 Freistrahlbildung;347
31.3.11;29.3.11 Delaminierung;348
31.3.12;29.3.12 Schallplattenrillen (Orangenschalenhauteffekt);348
31.3.13;29.3.13 Kalter Pfropfen;349
31.3.14;29.3.14 Auswerfermarkierungen;349
31.3.15;29.3.15 Ölflecken – braune oder schwarze Stippen;350
31.3.16;29.3.16 Wasserflecken;350
31.4;29.4 Geringe mechanische Festigkeit;351
31.4.1;29.4.1 Blasen oder Hohlräume im Inneren des Formteils;351
31.4.2;29.4.2 Risse;351
31.4.3;29.4.3 Unaufgeschmolzenes Material;352
31.4.4;29.4.4 Versprödung;353
31.4.5;29.4.5 Rissbildung;353
31.4.6;29.4.6 Probleme mit Mahlgut;354
31.5;29.5 Probleme mit der Maßhaltigkeit;355
31.5.1;29.5.1 Fehlerhafte Schwindung;355
31.5.2;29.5.2 Unrealistische Toleranzen;356
31.5.3;29.5.3 Verzug;357
31.6;29.6 Produktionsprobleme;358
31.6.1;29.6.1 Formteil haftet in der Kavität;358
31.6.2;29.6.2 Formteil haftet auf dem Kern;358
31.6.3;29.6.3 Formteil haftet an den Auswerferstiften;359
31.6.4;29.6.4 Anguss haftet im Werkzeug;360
31.6.5;29.6.5 Fadenbildung;361
32;Kapitel 30 Statistische Prozesskontrolle (SPC);362
32.1;30.1 Warum SPC?;362
32.2;30.2 Begriffe der SPC;363
32.2.1;30.2.1 Normalverteilung (Gauß-Verteilung);363
32.3;30.3 Standardabweichungen;363
32.3.1;30.3.1 Einfache Standardabweichung;363
32.3.2;30.3.2 Sechsfache Standardabweichung (Six Sigma);364
32.3.3;30.3.3 Regelgrenzen;364
32.3.4;30.3.4 Zielwert;366
32.3.5;30.3.5 Zielwert Zentrierung (Target Value Centering, TC);367
32.3.6;30.3.6 Maschinenfähigkeit (Cm);368
32.3.7;30.3.7 Maschinenfähigkeitsindex (CmK);368
32.3.8;30.3.8 Prozessfähigkeit (Cp);369
32.3.9;30.3.9 Prozessfähigkeitsindex (Cpk);369
32.3.10;30.3.10 Sechs wichtige Faktoren;370
32.3.11;30.3.11 Maschinenfähigkeit;370
32.3.12;30.3.12 Prozessfähigkeit;371
32.4;30.4 Anwendung der SPC in der Praxis;371
32.4.1;30.4.1 Software;371
32.4.2;30.4.2 Prozessdatenüberwachung;372
33;Kapitel 31 Internetadressen;374
34;Index;376

Leseproben

1	Polymere und Kunststoffe

Manchmal stellt sich die Frage: Was ist eigentlich der Unterschied zwischen dem Begriff Polymer und dem Begriff Kunststoff? Das Wort „Polymer“ kommt aus dem Griechischen ? „Poly“ bedeutet viele, und „Meros“ bedeutet Teil. Der Begriff Polymer benennt also die Gruppe aller Stoffe, die aus vielen sich wiederholenden Grundbausteinen (Monomere) bestehen, Polymere sind organische Makromoleküle. Die Reaktion die ein Polymer bildet wird Polymerisation genannt.

Polymere die mit einem zusätzlichen Stoff (Additive) zu einem Werkstoff verarbeitet wurden bezeichnet man dann als Kunststoffe. Diese Zusatzstoffe geben dem Kunststoff die gewünschten Eigenschaften: z.?B. Farbigkeit, Verarbeitbarkeit, Dichte.

Kunststoffe werden in drei Gruppen eingeteilt: die Thermoplaste, die Duroplaste und die Elastomere.

(Nach: Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 31. Auflage, Carl Hanser Verlag, 2013)

Bild 1.1 Polymere sind große Makromoleküle, in denen sich Monomermoleküle zu langen Ketten verbinden. In einer einzelnen Polymerkette können sich mehrere Tausend Monomermoleküle befinden.

Bild 1.2 Bernstein ist ein natürliches Polymer. Das Insekt in diesem Stein wurde vor mehr als 50 Millionen Jahren im Harz eines Nadelbaums eingefangen ? dies sollte bedacht werden, wenn die Zersetzung bestimmter Polymere in der Natur betrachtet wird.

Die meisten Polymere werden synthetisch hergestellt, aber es gibt auch natürliche Polymere wie Naturkautschuk und Bernstein, die von der Menschheit seit Tausenden von Jahren verwendet werden.

Auch Proteine, Nukleinsäuren und DNA gehören zu den natürlichen Polymeren. Cellulose, die Hauptkomponente in Holz und Papier, ist ebenfalls ein natürliches Polymer.

Mit anderen Worten, Kunststoff ist ein synthetisch hergestelltes Material aus Monomer-Molekülen, die sich zu langen Ketten verbinden. Wenn die Polymerkette nur aus einem Monomer zusammengesetzt ist, wird das Polymer als Homopolymer bezeichnet. Wenn es mehrere Arten von Monomeren in der Kette gibt, wird das Polymer Copolymer genannt.

Ein Beispiel für einen Kunststoff, der sowohl als Homopolymer als auch als Copolymer auftritt, ist Polyoxymethylen (POM). POM besteht hauptsächlich aus dem Monomer Formaldehyd. Die Bausteine (Atome) von Formaldehyd sind Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff.

Die meisten Kunststoffmaterialien bestehen aus organischen Monomeren, aber in einigen Fällen können sie auch aus anorganischen Säuren bestehen. Ein Beispiel für ein anorganisches Polymer ist Silikonharz. Es besteht aus Polysiloxanen, wobei die Kette aus Silizium- und Sauerstoffatomen besteht.

Kohlenstoff und Wasserstoff sind die anderen dominierenden Elemente bei Kunststoffen. Zusätzlich zu den bereits erwähnten Elementen Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) und Silizium (Si) bestehen Kunststoffe typischerweise aus fünf weiteren Elementen: Stickstoff (N), Fluor (F), Phosphor (P), Schwefel (S) und Chlor (Cl).

Bild 1.3 Nach diesem Schema werden in der Regel die synthetischen Polymere in Kautschuk und Kunststoff unterteilt, mit den Untergruppen Duromere und Thermoplaste. Die Thermoplaste sind wiederum in amorphe und teilkristalline Kunststoffe unterteilt.

Bild 1.4 Naturkautschuk ist ein natürliches Polymer, das der Mensch seit Tausenden von Jahren verwendet. Im Jahre 1839 erfand der Amerikaner Charles Goodyear die Vulkanisation. Bei diesem Vernetzungsprozess wird der Naturkautschuk mit Schwefel vermischt, wobei sich die Molekülketten unter Hitze und Druck vernetzen. Dieser Prozess verbessert die Eigenschaften des Kautschuks erheblich.

Mit einem reinen Polymer wird äußerst selten gearbeitet. In der Regel werden verschiedene Additive (Modifikatoren) verwendet, um die Materialeigenschaften zu beeinflussen. Zu den üblichen Additiven gehören:

• Oberflächengleitmittel (leichteres Auswerfen)

• Wärmestabilisatoren (verbessertes Prozessfenster)

• Farbpigmente

• Verstärkungsstoffe wie Glas- oder Kohlenstofffasern (höhere Steifigkeit und Festigkeit)

• Schlagzähmodifikatoren

• UV-Modifikatoren (z.?B. zum Schutz vor UV-Licht)

• Flammschutzmittel

• Antistatika

• Treibmittel (z.?B. EPS, geschäumtes Polystyrol)

1.1	Duroplaste

Bei Duroplasten treten ? wie bei Kautschuk ? Bindungen zwischen den Molekülketten auf. Dies wird als „Vernetzung“ bezeichnet. Diese Querverbindungen sind so stark, dass sie bei Hitze nicht brechen ? daher schmilzt das Material nicht.

Bild 1.5 So genannte Zwei-Komponenten-Klebstoffe kommen häufig im Haushalt zum Einsatz. Dabei werden die beiden Komponenten miteinander gemischt, um eine chemische Vernetzungsreaktion auszulösen, bei der das Material aushärtet. Eine der Komponenten wird daher als „Härter“ bezeichnet. In diesem Fall erfolgt die Reaktion bei Atmosphärendruck und wird als Niederdruckreaktion bezeichnet.

Bild 1.6 Polyurethane können als Duroplast oder als Thermoplast auftreten. Sie können auch hart oder weich sein, wie in den hier dargestellten Schaumblöcken.

Duroplaste treten in flüssiger und in fester Form auf, in einigen Fällen können sie mit Hochdruckverfahren verarbeitet werden. Zu den gebräuchlichen Duroplasten gehören:

• Phenolharze (Anwendung als Griffe für Kochtöpfe)

• Melaminharze (Anwendung in Kunststoff-Laminaten)

• Epoxidharze (Anwendung in Zweikomponenten-Klebstoffen)

• Ungesättigte Polyesterharze (Anwendung im Bootsbau)

• Vinylester (Anwendung in der Automobilkarosserie)

• Polyurethan (Anwendung als Schuhsohlen und Schaum)

Viele Duroplaste verfügen über hervorragende elektrische Eigenschaften und halten hohen Einsatztemperaturen stand. Sie erreichen eine hohe Steifigkeit und Festigkeit, wenn sie mit Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Kevlar-Fasern verstärkt sind. Die hauptsächlichen Nachteile sind langsamere Verarbeitungsverfahren und Schwierigkeiten beim Recycling.

1.2	Thermoplaste

Thermoplastische Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie schmelzen, wenn sie erhitzt werden. Sie sind einfach zu verarbeiten. Zu den zahlreichen Verarbeitungsverfahren gehören beispielsweise:

• Spritzgießen (das häufigste Verarbeitungsverfahren für Thermoplaste)

• Blasformmaschinen (für die Herstellung von Flaschen und Hohlkörpern)

• Extrusion (für Rohre, Schläuche, Profile und Kabel)

• Folienblasen (z.?B. für Kunststoffbeutel)

• Rotationsformen (für große Hohlkörper wie Behälter, Bojen und Leitkegel)

• Vakuumformen (für Verpackungen, Paneele und Dachboxen)

Bild 1.7 Viele Haushalte sortieren ihren Müll, so dass Flaschen, Taschen, Folien und andere Kunststoffprodukte recycelt werden können.

Bild 1.8 Ausrangierte thermoplastische Produkte können recycelt werden. Diese Schallschutzgitter von Polyplank AB sind dafür ein hervorragendes Beispiel. [Foto: Polyplank AB]

Thermoplaste können mehrfach wieder eingeschmolzen werden. Es ist daher wichtig, Kunststoffprodukte nach Gebrauch wiederzuverwerten. Standardkunststoffe können in der Regel bis zu sieben Mal recycelt werden, bevor die Eigenschaften zu schlecht werden. Im Falle von technischen Thermoplasten und Hochleistungskunststoffen wird in der Regel maximal 30?% Regenerat empfohlen, damit die mechanischen Eigenschaften der Neuware nicht wesentlich beeinflusst werden. Wenn Kunststoffrezyklate nicht für neue Produkte verwendet werden können, ist die energetische Verwertung durch Verbrennung oft eine geeignete Wahl. Es gibt allerdings noch eine andere Option, die als chemische Verwertung bezeichnet wird. Dieser Prozess hat sich aufgrund der hohen Kosten im Vergleich zu Neumaterial noch nicht durchgesetzt.

1.3	Amorphe und teilkristalline Kunststoffe

Wie in Bild 1.3 dargestellt, können Thermoplaste in Abhängigkeit von der Struktur in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: amorph oder teilkristallin. Glas ist ebenfalls ein weitverbreitetes amorphes Material und Metalle haben eine kristalline Struktur. Ein amorpher Kunststoff erweicht wie Glas, wenn die Temperatur erhöht wird. Daher kann er im Thermoformen umgeformt werden.

Amorphe Materialien haben keinen exakten Schmelzpunkt ? stattdessen wird die sogenannte Glasübergangstemperatur (g) verwendet, bei der die Molekülketten beginnen, sich zu bewegen. Teilkristalline Kunststoffe erweichen nicht in der gleichen Weise ? stattdessen gehen sie am Schmelzpunkt (s) vom Feststoff zur Flüssigkeit über.

Bild 1.9 Thermoplastisches Polyester (PET) kann in amorpher (Softdrink-Flaschen) oder teilkristalliner Form (Bügeleisen) eingesetzt werden.

Bild 1.10 Die amorphe Struktur ist völlig ungeordnet, während sich die Molekülketten in teilkristallinen Kunststoffen in geordneten Schichten (Lamellen) ausrichten.

In der Regel kommen teilkristalline Kunststoffe mit erhöhten Temperaturen besser zurecht als amorphe Kunststoffe. Außerdem verfügen sie über eine bessere Dauerfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit. Sie sind auch...