10 Grundregeln zur Konstruktion von Kunststoffprodukten:
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München
Hanser
2014
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INHALT
EINLEITUNG
V
VORWORT V
ZUM INHALT DES BUCHES VI
DANKSAGUNG IX
1 TEMPERATUREINSATZBEREICH
1
1.1 PHASENUEBERGAENGE BEI KUNSTSTOFFEN 1
1.1.1 DER UEBERGANG VOM FESTEN IN DEN GESCHMOLZENEN ZUSTAND 1
1.1.2 DIE VOLUMENAENDERUNG BEIM PHASENUEBERGANG VON DER SCHMELZE
ZUM FESTEN ZUSTAND 5
1.1.3 PHASENUEBERGAENGE AM STARREN KOERPER 6
1.2 DIE TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER MATERIALKENNWERTE VON KUNSTSTOFFEN 8
1.2.1 DER VERGLEICH MIT ANDEREN WERKSTOFFGRUPPEN 8
1.2.2 DIE THERMISCHE AUSDEHNUNG 9
1.2.3 TEMPERATURABHAENGIGES SPANNUNGS-DEHNUNGS-VERHALTEN 12
1.3 DER EINSATZTEMPERATURBEREICH 14
1.3.1 TATSAECHLICH WIRKENDE TEMPERATUREN 14
1.3.2 TEMPERATURABHAENGIGE LASTEINWIRKUNG 15
1.3.3 DIE NOTWENIGKEIT VON EINSATZNAHEN FUNKTIONSUNTERSUCHUNGEN 17
1.4 DER EINFLUSS DER GEOMETRIE AUF DIE TEMPERATURBESTAENDIGKEIT 18
1.4.1 AUSSAGEFAEHIGKEIT DER ROHSTOFFKENNWERTE 18
1.4.2 BETRACHTETE GEOMETRIE 19
1.4.3 MODIFIKATION DER WANDDICKE 20
1.4.4 BELASTUNGSDAUER UND DURCHWAERMUNG DER PRODUKTE 21
1.4.5 BESSERE WAERMESTANDFESTIGKEIT DURCH FASERVERSTAERKUNG 22
1.4.6 WERKSTOFFKOMBINATION 23
1.4.7 EINSEITIGE KUEHLUNG AM ERZEUGNIS 23
1.4.8 ZUSAETZLICHE VERSTEIFUNGEN GEGEN DIE THERMISCH BEDINGTE BIEGUNG 25
2 MEDIENANGRIFF
27
2.1 DIE WIRKUNG VON MEDIEN AUF KUNSTSTOFFE 27
2.1.1 BEGRIFFSERKLAERUNG: MEDIENANGRIFF 27
2.1.2 DIREKTER UND INDIREKTER MEDIENANGRIFF 28
2.1.3 STRAHLUNGS-UND STOFFLICH-MEDIALER ANGRIFF 29
2.1.4 CHEMISCHER UND PHYSIKALISCHER MEDIENANGRIFF 31
2.2 VORAUSSETZUNGEN FUER EINEN MEDIENANGRIFF 32
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2.3 DER SCHUTZ VOR MEDIENANGRIFF 33
2.4 DIE SCHAEDIGUNGSMECHANISMEN 34
2.4.1 ARTEN DER SCHAEDIGUNGSMECHANISMEN 34
2.4.2 DER OXIDATIVE ABBAU 35
2.4.3 SCHAEDIGUNG DURCH HYDROLYSE 36
2.4.4 SCHAEDIGUNG DURCH CHEMIKALIEN 40
3 SPANNUNGSZUSTAND
43
3.1 DIE URSACHE VON SPANNUNGEN 43
3.1.1 KRAFTEINWIRKUNG AUF EINE FLUESSIGKEIT 43
3.1.2 KRAFTEINWIRKUNG AUF EINEN FESTKOERPER 45
3.1.3 VISKOSES UND ELASTISCHES VERFORMUNGSVERHALTEN VON KUNSTSTOFFEN 46
3.2 SPANNUNGEN AM BAUTEIL 47
3.3 SPANNUNGEN UND ORIENTIERUNGEN 50
3.3.1 DIE UNTERSCHEIDUNG ZWISCHEN SPANNUNGEN UND ORIENTIERUNGEN 50
3.3.2 ORIENTIERUNGEN IN KUNSTSTOFFPRODUKTEN 52
3.3.2.1 VORAUSSETZUNGEN FUER ORIENTIERUNGEN 52
3.3.2.2 ORIENTIERUNGEN BEI FASERVERSTAERKTEN MATERIALIEN 53
3.3.2.3 MOLEKUELORIENTIERUNGEN 55
3.3.3 EIGENSPANNUNGEN 56
3.4 DIE BILDUNG VON ORIENTIERUNGEN UND EIGENSPANNUNGEN 58
3.4.1 UNTERSCHIEDE ZWISCHEN SPANNUNGEN UND ORIENTIERUNGEN 58
3.5 EIGENSPANNUNGEN UND ORIENTIERUNGEN BEIM SPITZGIESSEN 60
3.5.1 ORIENTIERUNGEN UND EIGENSPANNUNGEN AM SPRITZGUSSTEIL 60
3.5.2 DIE AUSBILDUNG VON ORIENTIERUNGEN 61
3.5.3 EIGENSPANNUNGEN BEIM SPRITZGIESSEN 62
3.5.3.1 URSACHEN DER EIGENSPANNUNGEN 62
3.5.3.2 PROZESSABLAUF BEIM SPRITZGIESSEN 63
3.5.3.3 DIE ENTFORMUNG 65
3.5.3.4 AUSWIRKUNGEN EINER SCHWINDUNGSBEHINDERUNG AUF
EIGENSPANNUNGEN 67
3.5.3.5 EIGENSPANNUNGEN BEI MONTAGEPROZESSEN 68
4 SCHADENSFREIE VERFORMUNG
69
4.1 EINORDNUNG 69
4.2 DIFFERENTIAL- UND INTEGRALBAUWEISE 70
4.2.1 UNTERSCHEIDUNG DER KATEGORIEN 70
4.2.2 DIE DIFFERENTIALBAUWEISE 70
4.2.3 DIE INTEGRALBAUWEISE 71
4.2.4 DIE MISCHBAUWEISE 72
4.2.5 GEEIGNETE BAUWEISEN FUER KUNSTSTOFFPRODUKTE 73
4.3 DAS VERFORMUNGSVERHALTEN DER WERKSTOFFE 74
4.3.1 BEGRIFFE ZUM VERFORMUNGSVERHALTEN 74
4.3.2 DIE ZUGFESTIGKEIT 75
4.3.3 DIE STEIFIGKEIT EINES MATERIALS 75
4.3.4 DIE DEHNUNG 76
4.3.4.1 DIE KRITISCHE DEHNUNG 76
4.3.4.2 DIE ZULAESSIGE DEHNUNG 77
4.3.5 BAUTEILSPEZIFISCHE MINDERUNG 79
4.3.5.1 EINFLUSSFAKTOREN 79
4.3.5.2 VORGEHENSWEISE 79
4.3.5.3 ANZAHL DER LASTWECHSEL 80
4.3.5.4 FUELL-UND VERSTAERKUNGSSTOFFE 81
4.3.5.5 STARKE MATERIALBELASTUNG BEI DER FERTIGUNG 82
4.3.5.6 MEHRACHSIGE SPANNUNGSZUSTAENDE 82
4.3.5.7 BEANSPRUCHUNGSGESCHWINDIGKEIT 83
4.3.5.8 DIE WANDDICKE 83
4.3.5.9 BERUECKSICHTIGUNG DER KERBWIRKUNG 83
4.4 STARRE UND FLEXIBLE KONSTRUKTIONEN 84
5 ENTFORMBARKEIT
89
5.1 BESCHREIBUNG DER SITUATION 89
5.1.1 DIE ENTWICKLUNG VON WERKZEUGEN 89
5.1.2 STUECKZAHLEN 90
5.1.3 DIE VERWENDUNG VON NORMALIEN IM WERKZEUGBAU 91
5.2 TEILE AUS DER FLACHEN TRENNEBENE 93
5.2.1 DIE WERKZEUGANLAGE 93
5.2.2 AUSWERFEN 97
5.2.3 BESONDERHEITEN 99
5.3 TEILE AUS WERKZEUGEN MIT TRENNUNGSSPRUNG 100
5.3.1 DIE WERKZEUGANLAGE 100
5.3.2 AUSWERFEN 102
5.3.3 BESONDERHEITEN 103
5.4 TEILE MIT DURCHBRUECHEN UND WERKZEUGE MIT BLOCKIERUNGEN 104
5.4.1 DIE WERKZEUGANLAGE 104
5.4.2 AUSWERFEN 106
5.4.3 BESONDERHEITEN 109
5.5 BECHERFOERMIGE TEILE 111
5.5.1 DIE WERKZEUGANLAGE 111
5.5.2 AUSWERFEN 112
5.5.3 BESONDERHEITEN 114
5.6 SCHIEBER- UND BACKENWERKZEUGE MIT ZUSAETZLICHEN TRENNEBENEN 119
5.6.1 DER WERKZEUGAUFBAU 119
5.6.2 AUSWERFEN 122
5.6.3 BESONDERHEITEN 122
5.7 AUSDREH-WERKZEUGE FUER INNERE GEWINDE 125
5.7.1 DIE WERKZEUGANLAGE 125
5.7.2 AUSWERFEN 126
5.7.3 BESONDERHEITEN 127
5.8 WERKZEUGE MIT INNEREN SCHIEBERN UND EINFALLKERNEN 129
5.8.1 DAS WERKZEUGKONZEPT 129
5.8.2 AUSWERFEN 131
5.8.3 BESONDERHEITEN 131
5.9 TEILE MIT EXTREMEN HINTERSCHNEIDUNGEN 133
5.9.1 VERFAHRENSTECHNIK UND WERKZEUGAUFBAU 133
5.9.2 AUSWERFEN UND NACHBEARBEITUNG 136
5.9.3 BESONDERHEITEN 137
5.10 TEILE MIT HINTERSCHNEIDUNGEN, DIE ZWANGSENTFORMUNG ZULASSEN 138
5.10.1 DER GRUNDSAETZLICHE WERKZEUGAUFBAU 138
5.10.2 AUSWERFER 140
5.10.3 BESONDERHEITEN 140
6 KONSTANTE WANDDICKEN 143
6.1 WANDDICKEN AN EINEM ERZEUGNIS 143
6.1.1 WANDDICKEN UND LEICHTBAU 143
6.1.2 WANDDICKE UND VERARBEITUNGSVERFAHREN 144
6.2 GRUNDLAGEN VON TECHNOLOGISCHEN PROZESSEN BEI DER
KUNSTSTOFFVERARBEITUNG 146
6.2.1 EINORDNUNG 146
6.2.2 BETRACHTUNGSWEISE 146
6.2.3 ERWAERMEN DER SCHMELZE 150
6.2.4 KOMPRESSION ZUR FORMGEBUNG 150
6.2.5 ABKUEHLUNG UNTER DRUCKABBAU 151
6.2.6 ISOBARE ABKUEHLUNG BEI ATMOSPHAERISCHEM DRUCK 152
6.3 PROBLEME, DIE DURCH WANDDICKENUNTERSCHIEDE VERURSACHT SIND 153
6.4 DAS KANTENPROBLEM BEI KASTENARTIGEN STRUKTUREN 156
7 GEOMETRISCHE VERSTEIFUNG 161
7.1 AUSFUEHRUNGEN EINER GEOMETRISCHEN VERSTEIFUNG 161
7.1.1 ERHOEHUNG DER STEIFIGKEIT 161
7.1.2 VARIANTEN DER GEOMETRISCHEN VERSTEIFUNG 162
7.2 VERSTEIFUNG MIT RIPPEN 164
7.2.1 RIPPENVERSTEIFIING AN BELASTETEN FLAECHEN 164
7.2.2 ANORDNUNG DER RIPPEN 164
7.2.3 BELASTUNGSGERECHTE ANPASSUNG DER RIPPEN 166
7.2.4 ANBINDUNG DER RIPPEN AN DIE GRUNDSTRUKTUR 168
7.2.5 WERKZEUGTECHNISCHE UMSETZUNG VON RIPPENSTRUKTUREN 172
7.2.6 FUNKTIONALE EINBINDUNG VON RIPPEN 175
7.3 VERSTEIFUNG MIT SCHALENGEOMETRIE 176
7.3.1 SCHALENGEOMETRIE ALS ART DES FERTIGUNGSGERECHTEN KONSTRUIERENS 176
7.3.2 ZUR KONSTRUKTIVEN UMSETZUNG 177
7.4 ANWENDUNG DES PRINZIPS *WELLBLECH" 178
7.5 KOMBINATION DER MOEGLICHKEITEN ZUR GEOMETRISCHEN VERSTEIFUNG 179
8 KONSTRUKTIVE DUKTILITAET 181
8.1 DUKTILITAET ALS KONSTRUKTIONSFORDERUNG 181
8.2 RASTHAKEN 184
8.2.1 VORTEILE VON RASTHAKEN 184
8.2.2 MONTAGESTRATEGIEN 184
8.2.3 VARIANTEN DER RASTVERBINDUNGEN 186
8.3 MONTAGEBRUCH AN RASTHAKEN 191
8.3.1 GRUNDSAETZLICHE LOESUNGSANSAETZE 191
8.3.2 TECHNOLOGISCHE MASSNAHMEN GEGEN DEN MONTAGEBRUCH VON RASTHAKEN .
191
8.3.2.1 ZUR VORGEHENSWEISE 191
8.3.2.2 EINGANGSGROESSEN FUER DEN PROZESS 192
8.3.2.3 BETRACHTUNG DES HERSTELLUNGSPROZESSES FUER DIE BAUTEILE 193
8.3.2.4 BETRACHTUNG DES MONTAGEPROZESSES 194
8.3.3 GRUNDSAETZLICHE KONSTRUKTIVE MOEGLICHKEITEN ZUR VERMEIDUNG
DES MONTAGEBRUCHS VON RASTHAKEN 194
8.3.4 BESEITIGUNG DER KERBWIRKUNG 195
8.3.5 VERGROESSERUNG DER BIEGELAENGE 196
8.3.6 VERAENDERUNGEN AM QUERSCHNITT DES RASTHAKENS 197
8.3.7 VERMINDERUNG DER DURCHBIEGUNG 198
8.3.8 ZUSAETZLICHE, ALTERNATIVE VERFORMUNGSMECHANISMEN 199
8.3.9 ALTERNATIVES KONSTRUKTIONSPRINZIP FUER DIE RASTVERBINDUNG 200
8.4 VERMEIDUNG EINER UNBEABSICHTIGTEN DEMONTAGE VON RASTVERBINDUNGEN 201
8.5 WEITERE DUKTILE KONSTRUKTIONSELEMENTE 203
8.6 MOEGLICHKEITEN ZUR VERBESSERUNG DER DUKTILITAET 204
8.6.1 UEBERBLICK 204
8.6.2 ANSPRITZEN EINER WEICHEN KOMPONENTE 204
8.6.3 SCHLITZE AN BECHERARTIGEN FORMTEILEN 205
8.6.4 FALTUNGEN AN SCHALENELEMENTEN 206
8.7 ZUR MODIFIKATIONEN VON GEHAEUSEN 207
9 VERAENDERLICHE GEOMETRIE 211
9.1 BEGRIFFSBESTIMMUNG 211
9.2 VERAENDERLICHE GEOMETRIE ALS NUTZUNGSMERKMAL BEI KUNSTSTOFFPRODUKTEN
214
9.2.1 MOEGLICHE MECHANISMEN 214
9.2.2 TEMPERATUREINFLUSS 215
9.2.3 MEDIENAUFNAHME UND MEDIENABGABE 216
9.2.4 FREISETZEN VON SPANNUNGEN 217
9.2.5 VERFORMUNGSVERHALTEN 217
9.3 VERAENDERLICHE GEOMETRIE FUER UNTERSCHIEDLICHE ABSCHNITTE DES
PRODUKTLEBENSZYKLUS 218
9.3.1 MOTIVATION 218
9.3.2 ALLMAEHLICHE VERAENDERUNG DER GEOMETRIE IM HERSTELLUNGSPROZESS
UND BEIM GEBRAUCH 220
9.3.3 ALLMAEHLICHE ANWENDUNGSBEDINGTE VERAENDERUNG DER GEOMETRIE 222
9.4 DISKONTINUIERLICHE, SCHNELLE VERAENDERUNG DER GEOMETRIE IM
HERSTELLUNGSPROZESS 223
9.4.1 BEGRIFFSERKLAERUNG 223
9.4.2 SPANNVORRICHTUNGEN 224
9.4.3 VORRICHTUNGEN ZUM NACHTRAEGLICHEN KALIBRIEREN 228
9.4.4 NACHTRAEGLICHE BEARBEITUNG EINES BAUTEILS 230
9.4.5 EINSPANNEN DES BAUTEILS FUER DIE MONTAGE 231
9.4.6 DEMONTAGE VON BAUGRUPPEN VOR DEM EINSATZ 233
9.4.7 UMBAU VON BAUGRUPPEN NACH DER ERSTEN NUTZUNGSPHASE,
UM EINE WEITERE NUTZUNG ZU ERMOEGLICHEN 234
9.4.8 RUECKBAU VON BAUGRUPPEN NACH DER NUTZUNG 234
9.5 FUNKTIONSBEDINGTE VERAENDERLICHE GEOMETRIE 238
9.5.1 ERPROBTE EINSATZGEBIETE 238
9.5.2 GELENKLOSE ANWENDUNGEN, DIE DUKTILITAET NUTZEN 239
9.5.3 LOKALE GELENKE 241
9.5.4 FALTBARE ANWENDUNGEN 244
9.5.5 LOKALE FLEXIBILITAET UND HOCHELASTISCHE ANWENDUNGEN 246
9.5.5.1 REALISIERUNG MIT EINER WEICHEN MATERIALKOMPONENTE 246
9.5.5.2 REALISIERUNG MIT KONSTRUKTIVER DUKTILITAET 248
9.5.6 REVERSIBLES BEULEN 249
10 FUNKTIONSINTEGRATION
253
10.1 DER BEGRIFF FUNKTIONSINTEGRATION 253
10.2 DIE KONSTRUKTIVE FUNKTIONSINTEGRATION 257
10.2.1 DAS WESEN DER KONSTRUKTIVEN FUNKTIONSINTEGRATION 257
10.2.2 DAS PRINZIP *FUNKTIONELLE MEHRFACHNUTZUNG" 259
10.2.3 DAS PRINZIP *ZUSAETZLICHE GEOMETRIE" ZUR GEWAEHRLEISTUNG EINER
WEITEREN FUNKTION 260
10.2.4 VERGLEICH DER BEIDEN PRINZIPIEN 261
10.2.5 BEISPIELE FUER EINE KONSTRUKTIVE FUNKTIONSINTEGRATION 263
10.3 DIE TECHNOLOGISCHE FUNKTIONSINTEGRATION 265
10.3.1 OPTIMIERUNG DER TECHNOLOGISCHEN ABLAEUFE 265
10.3.2 FUNKTIONSINTEGRATION DURCH ANPASSUNG TECHNOLOGISCHER ABLAEUFE 266
10.4 SONDERVERFAHREN ALS MITTEL DER TECHNOLOGISCHEN FUNKTIONSINTEGRATION
270
10.4.1 UEBERSICHT 270
10.4.2 DIE SONDERTECHNOLOGIE *MEHRKOMPONENTENSPRITZGIESSEN" 271
10.4.3 EINIGE GESTALTUNGSREGELN ZUM MEHRKOMPONENTENSPRITZGIESSEN 272
10.4.4 SONDERTECHNOLOGIEN ALS HINTERSPRITZVERFAHREN 275
11 CHECKLISTE ZUR KONSTRUKTION VON KUNSTSTOFFTEILEN
281
AUTOR
287
PROF. TORSTEN KIES 287
INDEX
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