Kunststoff 2 KuStoVA2

Grundsätzlich sind Kunststoffe geeignet, die eine

• hohe Zähigkeit und

• eine leichte Verformbarkeit besitzen,

• bei hohen Biegezahlen zusätzlich eine hohe Biegewechselfestigkeit.

  Daher bieten sich teilkristalline Werkstoffe an, wie PP oder PE, POM, PA, PBT,... Elastomermodifikation verbessert, Faserverstärkung verschlechtert die Gelenk- eigenschaften.

Wichtig!: Vermeidung scharfer Übergänge 

Einsatz von Klebstoffen im Karosseriebau,

• wo sie zur Steifigkeit der Konstruktion und damit

• zur Verbesserung des Crashverhaltens beitragen,

• Geräusche und Vibration dämpfen und Gewichteinsparen. 

• Machbarkeitsstudie zur Integration der Klebstoffschicht in das Bauteil

• Thermische Aktivierung des Haftvermittlers bzw. des Schmelzklebers durch ein elektrisches Wechselfeld 

• Zeit für die Aushärtung

• Nur begrenzte therm. Belastbarkeit

• Oberflächengüte bestimmt meist die Festigkeit der Verklebung

• Festigkeitsabnahme über die Zeit

• Geringe mechanische Festigkeit

• Genaue Dosierung notwendig

• Innerhalb kurzer Zeit muss die Klebemischung verarbeitet werden 

• Stumpfer Stoss
• Schäftung
• Einfache Überlappung
• gefalzte Überlappung
• Rohrsteckverbindung
• Doppelte Überlappung 
• Einfache Lasche
• Doppelte Lasche
• abgeschrägte Überlappung
• abgesetzte Überlappung

• Fast alle Werkstoffe können miteinander verklebt werden

• Grossflächige, gleichmässige Kraftverteilung

• Verkleben von komplizierten Bauteilen möglich

• Elektrische und thermische Isolation

• Kleben ist leicht zu erlernen

• Neue Möglichkeiten im Leichtbau 

• Physikalisch abbindende Klebstoffe

• Chemisch abbindende Klebstoffe 

• Plasma
• Corona
• Beflammen
• Primern 

• Sauberkeit, Rauhigkeit, Benetzbarkeit der Oberflächen (Vorbehandlung)

• Polarität und Viskosität des Klebstoffes

• Geometrie der Klebefuge

• Dicke der Klebschicht

• Zusammensetzung der Fügeteilwerkstoffe

• Prozessparameter (Druck, Temperatur) 

Definition Klebstoff (DIN 16920): Ein Klebstoff ist ein nicht metallischer Werkstoff, der Körper durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) verbinden kann, ohne dass sich das Gefüge der Körper wesentlich ändert.

Definition Kleben: Herstellung einer festen Verbindung zweier Teile durch einen synthetischen Werkstoff (Klebstoff), der durch physikalisches Abbinden oder chemische Reaktion verfestigt wird (Aushärten) und die Teile infolge Oberflächenhaftung (Adhäsion) sowie zwischenmolekularen Kräfte (Kohäsion) miteinander verbindet. 

• Heizkeilverfahren
• Hochfrequenzschweissen 

• Warmluftschweissen
• Reibschweissen
• Vibrationsschweissen
• Heizelementschweissen
• Laserschweissen
• Ultraschallschweissen 

• Thermisch (externe Wärmequellen)

• Mechanisch (Reibung)

• Elektrisch (elektrische Energie)

• Lichtenergetisch (mittels Lichtstrahlung) 

• Homogene Verbindung (Gleiche Werkstoffe)

• Heterogene Verbindung (unterschiedliche Werkstoffe) 

• Stoffschluss
• Formschluss
• Kraftschluss
• Kraftformschluss 

• Lösbare Verbindungen (Schnapp- und Schraubverbindungen)

• Bedingt Lösbare Verbindungen (Pressverbindungen)

• Unlösbare Verbindungen (Schweissen) 

• Beweglichkeit
• Lösbarkeit
• Wirkungsprinzip
• Werkstoffpaarung 

• Feste Verbindungen z.B. Schweissen, Kleben (alle 6 Freiheitsgrade sind eingeschränkt)

• Bewegliche Verbindungen

Filmgelenke (1FHG offen)

Schnappzylinder (1FHG offen)

• Schnappkugel (3FHG offen) 

• Werkstoffeigenschaften
• Grösse und Gestalt der Bauteile
• Fertigungstechnik
• Wirtschaftlichkeit 

Fügen: z.B. Schweissen, Kleben, Schnappen, Pressen, Schrauben

Urformen: z.B. Spritzgiessen eines Filmgelenkes

Umformen: z.B. Prägen eines Filmgelenkes 

• Technische Formteile und Elastomerbauteile genügen häufig nicht mehr den Voraussetzungen der ebenen Plattenströmung

• Berücksichtigung von 3D-Effekten (Quellströmung, Freistrahlbildung)

• Möglichkeit der Berücksichtigung der Wärmetransportvorgänge im gesamten Werkzeug (thermische Auslegung des Werkzeugs) 

Durch gekoppelte Simulationen können die Einflüsse des Herstellungs-prozesses erfasst und über eine entsprechende Schnittstelle in die Struktursimulation integriert werden 

• 2.5D – Mittelflächenelemente

• 3D – Fachwerkelemente

• 3D – Volumenelemente 

• Nur laminare Strömungen

• Quellströmungen liegen vor (Haftung zwischen Schmelze und Werkzeug)

• Viskoelastische Eigenschaften werden in den meisten Fällen unberücksichtigt

• Keine Berücksichtigung der Oberflächenspannung 

• Stossbelastung

• Kurzzeitige Belastung

• Langzeitige Belastung (einmalig)

• Langzeitige Belastung (beliebige Lastwechsel) 

Lösung:

• Struktursimulation (FEM)
• Prozessimulation
• Gekoppelte Simulation 

• Temperatur (Beeinflussung der Molekülabstände -> Sekundäre Bindekräfte)

• Zeit (Abgleiten und Reorientierung der Molekülketten unter konst. Last)

• Beanspruchung (Art, Geschwindigkeit, Höhe, Geschichte)

• Innere Eigenschaften und Fertigung (Eigenspannungen, Bindenähte, Morphologie, Orientierungen)

• Umgebungseinfluss (Alterung, Medieneinfluss) 

Beiträge zur Ressourcenschonung

• Gewichtseinsparung (z.B. Metallsubstitution)
• Wärmeisolation (z.B. Gebäude)
• Effiziente Produktionsmaschine
• Materialreduzierung (z.B. bei Verpackungen)

Effiziente Bauteilauslegung und -herstellung

• Vorhersage des Bauteilverhaltens im Einsatzbereich
• Verständnis der Prozess- und Werkzeugtechnik
• Einsatz der richtigen Werkstoffe bzw. Werkstoffkombination
• Vollautomatische Produktion

Innovation in neue Produkte und Technologien

• Neue Materialien mit neuen Eigenschaften
• Kombination von Fertigungsprozessen
• Integration von Elektronik, Sensorik, Aktorik

• Kunststoffgerechte Gewinde verwenden (Rund- Trapezgewinde)

• Nutzbare Gewindelänge ca. 2*d

• Gewindeanfang zurücksetzen

• Gewindeende ohne Freistich

• Werkzeugtrennung im Gewindebereich 

Schweissen setzt ein Vermögen zur Schmelzbildung voraus, daher kommen für dieses Verfahren nur Thermoplaste in Frage.

Die Tränkungszeit der Fasern kann reduziert werden, wenn die Fliessgeschwindigkeit erhöht werden kann, d.h.

• -  Erhöhung der Permeabilität der Faserstruktur

• -  Reduktion der Viskosität des Harzes

• -  Erhöhung des Druckes als treibende Kraft

Gesetz von Darcy:

- Elastizität

- Plastizität

- Viskosität

Lösung: