Entwicklung und Konstruktion von Kunststoffteilen

Frontmatter

1. Struktur – Eigenschaftsbeziehungen der Polymere

Zusammenfassung

Die Eigenschaften von Stoffen lassen sich aus ihrer Struktur ableiten. Polymere besitzen die größte Strukturvielfalt der von Menschen genutzten Werk- und Funktionsstoffe. Die Beschreibung der Zusammenhänge zwischen stofflicher Struktur und Eigenschaften dient als werkstofftechnische Grundlage für die nachfolgenden Kapitel.

Bernd-Rüdiger Meyer

2. Systematische Kunststoffauswahl für Formstoffe

Zusammenfassung

Am Beginn einer Produktentwicklung ist auf Grund der Typenvielfalt der Kunststoffe und deren Verarbeitungsmöglichkeiten häufig keine sichere und endgültige Entscheidung über den einzusetzenden Werkstoffspezialtyp möglich.

Bernd-Rüdiger Meyer

3. Überschlägige Bestimmung deformationsmechanischer Kennwerte von Kunststoffen

Zusammenfassung

Mechanisch beanspruchte Kunststoffbauteile müssen ausreichend funktionssicher sowie wirtschaftlich gestaltet und dimensioniert werden, um den ständig steigenden Marktanforderungen zu genügen. Bereits im Entwurfsstadium beginnt ein Optimierungsprozess, der je nach Randbedingungen (Werkstoffpreis, Sicherheitsanforderungen, Fertigungsmenge u.a.) mit einer mehr oder weniger aufwendigen Berechnung, Bauteilprüfung bzw. Erprobung abschließt. Für hochfeste und steife Faser-Kunststoff-Verbundkonstruktionen und ähnlich teure Konstruktionsteile ist diese Verfahrensweise selbstverständlich.

Bernd-Rüdiger Meyer

4. Nachweis der Knick-, Kipp- und Beulstabilität für Leichtbaukonstruktionen

Zusammenfassung

Kunststoffe sind spezifisch leichte Werkstoffe und daher für den Leichtbau gut geeignet. Nachteilig ist die geringe Werkstoffsteifigkeit, so dass die mechanische Tragfähigkeit sehr eingeschränkt ist. Durch Faserverstärkungen (z.?B. Glasfaser, Carbonfaser) ist die Stoffsteifigkeit sowie durch Kernverbundkonstruktion (Sandwichbauweise) und durch Formgestaltung (z.B. Rippen, Wölbungen, Profilierungen) die Bauteilsteifigkeit beträchtlich zu erhöhen. Kunststoffteile sind aus wirtschaftlichen und funktionalen Gründen häufig relativ dünnwandige Bauteile, die durch mechanische Belastung bei einem kritischen Verformungszustand lokal oder als Gesamtbauteil Knicken, Beulen oder Kippen. Dieser energetische Grenzzustand ist mit dem üblichen Begriff der mechanischen Werkstoff-Festigkeit nicht zu identifizieren.

Bernd-Rüdiger Meyer

5. Bestimmung von Wärmeübergangszahlen für Wärmeübertragungsvorgänge der Polymerverarbeitung und -anwendung

Zusammenfassung

In allen Bereichen der Anwendung und Verarbeitung von Polymeren spielen Wärmeübertragungsvorgänge eine wichtige Rolle. Deren Berechnung erfordert neben den thermodynamischen Stoffeigenschaften der Polymere die Kenntnis von Wärmeübergangszahlen. Die Bestimmung der Wärmeübergangszahlen für technische Berechnungen ist Gegenstand des fünften Kapitels.

Bernd-Rüdiger Meyer

6. Ausgewählte rheologische Grundlagen für Thermoplastschmelzen

Zusammenfassung

Das Kapitel 6 befasst sich aus Sicht wichtiger Thermoplastverarbeitungsprozesse (Spritzgießen, Extrusion) mit rheologischen Grundbegriffen und Grundlagen. Deren ausführliche mathematische Behandlung sowie Details der Rheometrie und rheologischer Simulationssoftware sind nicht Gegenstand des Kapitels 6. Erforderlichenfalls stehen für weitere Informationen umfangreiche Fachliteratur und Lehrbücher zur Verfügung.

Bernd-Rüdiger Meyer

7. Grundlagen des werkstofflichen Recycling von Kunststoffen

Zusammenfassung

Da biologisch abbaubare (kompostierbare) Kunststoffe mengenmäßig am Gesamtaufkommen der Kunststoffe vernachlässigbar gering sind (ca. 0,5 %), ist die Deponierung von Kunststoffen aus ökologischen und ökonomischen Gründen keine verantwortbare Alternative für deren Entsorgung.

Bernd-Rüdiger Meyer

8. Orientierende Wirtschaftlichkeitsvergleiche für Fertigungsvarianten zur Herstellung von Spritzgieß- und Pressteilen

Zusammenfassung

Überschlägige Kalkulation der Stückkosten, des Werkzeugbedarfs und der optimalen Werkzeugbestückung, der Maschinenauslastung sowie von Maschinenstundensätzen und wirtschaftlichen Losgrößen als wichtige Vorgaben für Organisation und Wirtschaftlichkeit der Fertigung von Spritzgieß- und Pressteilen aus Kunststoffen. Dabei sollen den Entwicklern und Konstrukteuren von Kunststoff-Formteilen die betriebswirtschaftlichen Zusammenhänge techniknah und brancheorientiert vermittelt werden.

Bernd-Rüdiger Meyer

9. Bestimmung der Zykluszeit für das Thermoplastspritzgießen

Zusammenfassung

Gegenstand von Kapitel 9 ist die rechnerische Abschätzung der Kühl- und Zykluszeit für den Standardspritzguss von nichtporösen Thermoplasten und thermoplastischen Elastomeren. Für spezielle Verfahrensvarianten des Spritzgießens ist eine sinngemäße Anwendung möglich, wobei die Genauigkeit u.U. eingeschränkt ist. Typische Anwendungsbeispiele sind u.a.:

• Maschinenvoreinstellung
• Kostenvorkalkulation
• Fertigungsdurchlaufplanung
• Wärmebilanzen für Werkzeugtemperierung

Für die endgültige Zykluszeitminimierung ist meist eine systematische Optimierung unter realen Produktionsbedingungen zu empfehlen. Benutzereingaben werden durch Hinweise unterstützt, die als Hilfen oder Orientierungsbereiche verfügbar sind.

Bernd-Rüdiger Meyer

10. Berechnung von Kunststoffstirnradgetrieben

Zusammenfassung

Gegenstand des Kapitel 10 ist die Berechnung von Kunststoffstirnradgetrieben in Anlehnung an DIN 3990 (1987). Erfasst werden Nullgetriebe mit 20 ° – Evolventenverzahnung mit Gerad- und Schrägverzahnung sowie Kunststoffe mit einem E-Modul (Ursprungsmodul) nach DIN EN ISO 527 E ₀ > 300 N/mm² bzw. mit einer Shorehärte nach DIN EN ISO 7619 > 60 D.

Bernd-Rüdiger Meyer

11. Berechnung und Gestaltung von Schnappverbindungen

Zusammenfassung

Durch Fügekräfte zügig verformte Federelemente rasten mittels Nocken, Haken oder Wülsten formschlüssig in entsprechende Vertiefungen der zu verbindenden Teile ein, wobei nach dem Einschnappvorgang die Deformation weitgehend zurückgestellt wird. Sofern ein Lösevorgang möglich und gefordert ist, läuft er in analoger Weise ab.

Bernd-Rüdiger Meyer

12. Berechnung von biegebeanspruchten Platten und Plattenstreifen

Zusammenfassung

Flächige Bauteile (Platten, Membranen, Plattenstreifen) aus Kunststoffen mit Biegebeanspruchung und unterschiedlichen Randeinspannungen sind für die Konstruktionspraxis von großer Bedeutung. In der Anwendung spielen Halbzeugkonstruktionen (Behälter, Anlagenbaugruppen, Abdeckungen u. a.) sowie Formteile aller Art eine große Rolle.

Bernd-Rüdiger Meyer

13. Berechnung und Gestaltung zylindrischer Pressverbindungen

Zusammenfassung

Die zylindrische Pressverbindung ist eine technologisch einfache und wirtschaftliche Verbindungsart, die durch eine kraftschlüssige (reibschlüssige) Presspassung zwischen einem zylindrischen Innenteil (Welle, Stift, Bolzen, Hülse, Buchse) und einem Außenteil (Nabe, Tubus) mit unterschiedlichen Werkstoffkombinationen (z. B. Metall/Kunststoff, Kunststoff/Kunststoff) realisiert werden kann.

Bernd-Rüdiger Meyer

Backmatter