Verfügbarkeit: 10 Grundregeln zur Konstruktion von Kunststoffprodukten

10 Grundregeln zur Konstruktion von Kunststoffprodukten:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Kies, Torsten (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	München Hanser [2018]
Ausgabe:	2., aktualisierte Auflage
Schlagwörter:	Werkstoffkunde Konstruktion Kunststoffprodukt Kunststoff Kunststoffkonstruktion Kunststoffgegenstand Werkstoffgerechtes Konstruieren
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Umfang:	XXI, 316 Seiten Illustrationen 25 cm
ISBN:	9783446451902 3446451900

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adam_text	VORWORT............................................................................................. V VORWORT ZUR 2. AUFLAGE....................................................................................... V VORWORT ZUR 1. AUFLAGE ...................................................................................... V DER AUTOR.......................................................................................... VII PROF. DR.-ING. TORSTEN KIES................................................................................... VII ZUM INHALT DES BUCHES .................................................................... XV DIE ZEHN GRUNDREGELN ...................................................................................... XVI 1 GRUNDREGEL: 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 .................................................... 6 1.1.3 PHASENUEBERGAENGE AM STARREN KOERPER ........................................ 7 1.2 DIE TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER MATERIALKENNWERTE VON KUNSTSTOFFEN . 9 1.2.1 DER VERGLEICH MIT ANDEREN WERKSTOFFGRUPPEN ........................... 9 1.2.2 DIE THERMISCHE AUSDEHNUNG ...................................................... 9 1.2.3 TEMPERATURABHAENGIGES SPANNUNGS-DEHNUNGS-VERHALTEN .......... 13 1.3 DER EINSATZTEMPERATURBEREICH ................................................................. 15 1.3.1 TATSAECHLICH WIRKENDE TEMPERATUREN .......................................... 15 1.3.2 TEMPERATURABHAENGIGE LASTEINWIRKUNG ...................................... 16 1.3.3 DIE NOTWENDIGKEIT VON EINSATZNAHEN FUNKTIONSUNTERSUCHUNGEN .......................................................... 18 1.4 DER EINFLUSS DER GEOMETRIE AUF DIE TEMPERATURBESTAENDIGKEIT .............. 19 1.4.1 AUSSAGEFAEHIGKEIT DER ROHSTOFFKENNWERTE ................................... 19 1.4.2 BETRACHTETE GEOMETRIE ................................................................. 20 1.4.3 MODIFIKATION DER WANDDICKE........................................................ 22 1.4.4 BELASTUNGSDAUER UND DURCHWAERMUNG DER PRODUKTE ................. 22 1.4.5 BESSERE WAERMESTANDFESTIGKEIT DURCH FASERVERSTAERKUNG............ 23 1.4.6 WERKSTOFFKOMBINATION.................................................................. 24 1.4.7 ZUSAETZLICHE VERSTEIFUNGEN GEGEN DIE THERMISCH BEDINGTE BIEGUNG......................................................................................... 25 1.4.8 EINSEITIGE KUEHLUNG AM ERZEUGNIS .............................................. 26 2 GRUNDREGEL: MEDIENANGRIFF ....................................................... 29 2.1 DIE WIRKUNG VON MEDIEN AUF KUNSTSTOFFE ........ ........................................ 29 2.1.1 BEGRIFFSERKLAERUNG: MEDIENANGRIFF .............................................. 29 2.1.2 DIREKTER UND INDIREKTER MEDIENANGRIFF....................................... 30 2.1.3 STRAHLUNGS-UND STOFFLICH-MEDIALER A NGRIFF................................. 31 2.1.4 CHEMISCHER UND PHYSIKALISCHER MEDIENANGRIFF ......................... 33 2.2 VORAUSSETZUNGEN FUER EINEN MEDIENANGRIFF .............................................. 34 2.3 DER SCHUTZ VOR MEDIENANGRIFF.................................................................. 35 2.4 DIE SCHAEDIGUNGSMECHANISMEN................................................................ 36 2.4.1 ARTEN DER SCHAEDIGUNGSMECHANISMEN ........................................ 36 2.4.2 DER OXIDATIVE ABBAU ................................................................... 37 2.4.3 SCHAEDIGUNG DURCH HYDROLYSE...................................................... 38 2.4.4 SCHAEDIGUNG DURCH CHEMIKALIEN .................................................. 42 3 GRUNDREGEL: SPANNUNGSZUSTAND............................................... 45 3.1 DIE URSACHE VON SPANNUNGEN.................................................................. 45 3.1.1 KRAFTEINWIRKUNG AUF EINE FLUESSIGKEIT ......................................... 45 3.1.2 KRAFTEINWIRKUNG AUF EINEN FESTKOERPER ....................................... 47 3.1.3 VISKOSES UND ELASTISCHES VERFORMUNGSVERHALTEN VON KUNSTSTOFFEN................................................................................. 48 3.2 SPANNUNGEN AM BAUTEIL........................................................................... 50 3.3 SPANNUNGEN UND ORIENTIERUNGEN............................................................ 52 3.3.1 DIE UNTERSCHEIDUNG ZWISCHEN SPANNUNGEN UND ORIENTIERUNGEN............................................................................. 52 3.3.2 ORIENTIERUNGEN IN KUNSTSTOFFPRODUKTEN ..................................... 55 3.3.2.1 VORAUSSETZUNGEN FUER ORIENTIERUNGEN ............................. 55 3.3.2.2 ORIENTIERUNGEN BEI FASERVERSTAERKTEN MATERIALIEN .......... 56 3.3.2.3 MOLEKUELORIENTIERUNGEN .................................................. 57 3.3.3 EIGENSPANNUNGEN ....................................................................... 58 3.4 DIE BILDUNG VON ORIENTIERUNGEN UND EIGENSPANNUNGEN ....................... 61 3.4.1 UNTERSCHIEDE ZWISCHEN SPANNUNGEN UND O RIENTIERUNGEN ........ 61 3.5 EIGENSPANNUNGEN UND ORIENTIERUNGEN BEIM SPITZGIESSEN ..................... 63 3.5.1 ORIENTIERUNGEN UND EIGENSPANNUNGEN AM SPRITZGUSSTEIL ........ 63 3.5.2 DIE AUSBILDUNG VON ORIENTIERUNGEN .......................................... 63 3.5.3 EIGENSPANNUNGEN BEIM SPRITZGIESSEN ........................................ 64 3.5.3.1 URSACHEN DER EIGENSPANNUNGEN..................................... 64 3.5.3.2 PROZESSABLAUF BEIM SPRITZGIESSEN................................... 65 3.5.3.3 DIE ENTFORMUNG .............................................................. 68 3.5.3.4 AUSWIRKUNGEN EINER SCHWINDUNGSBEHINDERUNG AUF EIGENSPANNUNGEN............................................................ 70 3.5.3.5 EIGENSPANNUNGEN BEI MONTAGEPROZESSEN ..................... 71 4 GRUNDREGEL: SCHADENSFREIE VERFORMUNG ................................. 73 4.1 EINLEITUNG ........ . ........................................................................................ 73 4.2 DIFFERENTIAL- UND INTEGRALBAUWEISE.......................................................... 74 4.2.1 UNTERSCHEIDUNG DER KATEGORIEN.................................................. 74 4.2.2 DIE DIFFERENTIALBAUWEISE.............................................................. 74 4.2.3 DIE INTEGRALBAUWEISE................................................................... 75 4.2.4 DIE MISCHBAUWEISE ..................................................................... 76 4.2.5 GEEIGNETE BAUWEISEN FUER KUNSTSTOFFPRODUKTE............................. 77 4.3 DAS VERFORMUNGSVERHALTEN DER WERKSTOFFE.............................................. 78 4.3.1 BEGRIFFE ZUM VERFORMUNGSVERHALTEN .......................................... 78 4.3.2 DIE ZUGFESTIGKEIT ......................................................................... 79 4.3.3 DIE STEIFIGKEIT EINES MATERIALS .................................................... 79 4.3.4 DIE DEHNUNG ....................................................... 80 4.3.4.1 DIE KRITISCHE DEHNUNG.................................................... 80 4.3.4.2 DIE ZULAESSIGE DEHNUNG .................................................. 81 4.3.5 BAUTEILSPEZIFISCHE MINDERUNG .................................................... 83 4.3.5.1 EINFLUSSFAKTOREN ............................................................. 83 4.3.5.2 VORGEHENSWEISE ............................................................. 84 4.3.5.3 ANZAHL DER LASTWECHSEL.................................................. 84 4.3.5.4 FUELL- UND VERSTAERKUNGSSTOFFE .......................................... 85 4.3.5.5 STARKE MATERIALBELASTUNG BEI DER F ERTIGUNG ................. 86 4.3.5.OE MEHRACHSIGE SPANNUNGSZUSTAENDE ................................. 87 4.3.57 BEANSPRUCHUNGSGESCHWINDIGKEIT................................... 87 4.3.5.5 DIE WANDDICKE ............................................................... 87 4.3.S.9 BERUECKSICHTIGUNG DER KERBWIRKUNG ............................... 87 4.4 STARRE UND FLEXIBLE KONSTRUKTIONEN.......................................................... 89 5 GRUNDREGEL: ENTFORMBARKEIT ..................................................... 95 5.1 BESCHREIBUNG DER SITUATION..................................................................... 95 5.1.1 DIE ENTWICKLUNG VON WERKZEUGEN .............................................. 95 5.1.2 STUECKZAHLEN ................................................................................. 96 5.1.3 DIE VERWENDUNG VON NORMALIEN IM WERKZEUGBAU ................... 98 5.2 TEILE AUS DER FLACHEN TRENNEBENE............................................................ 99 5.2.1 DIE WERKZEUGANLAGE .................................................................... 99 5.2.2 AUSWERFEN..................................................................................... 104 5.2.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 106 5.3 TEILE AUS WERKZEUGEN MIT TRENNUNGSSPRUNG......................................... 107 5.3.1 DIE WERKZEUGANLAGE .................................................................... 107 5.3.2 AUSWERFEN..................................................................................... 109 5.3.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 110 5.4 TEILE MIT DURCHBRUECHEN UND WERKZEUGE MIT BLOCKIERUNGEN ................. 111 5.4.1 DIE WERKZEUGANLAGE .................................................................... 111 5.4.2 AUSWERFEN..................................................................................... 114 5.4.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 117 5.5 BECHERFOERMIGE TEILE................................................................................. 119 5.5.1 DIE WERKZEUGANLAGE ................................................................... 119 5.5.2 AUSWERFEN..................................................................................... 120 5.5.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 122 5.6 SCHIEBER- UND BACKENWERKZEUGE MIT ZUSAETZLICHEN TRENNEBENEN .......... 127 5.6.1 DER WERKZEUGAUFBAU ................................................................... 127 5.6.2 AUSWERFEN..................................................................................... 129 5.6.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 130 5.7 AUSDREH-WERKZEUGE FUER INNERE GEWINDE ................................................ 133 5.7.1 DIE WERKZEUGANLAGE .................................................................... 133 5.7.2 AUSWERFEN..................................................................................... 135 5.7.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 135 5.8 WERKZEUGE MIT INNEREN SCHIEBERN UND EINFALLKERNEN ........................... 137 5.8.1 DAS WERKZEUGKONZEPT.................................................................. 137 5.8.2 AUSWERFEN...................................................................................; 139 5.8.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 140 5.9 TEILE MIT EXTREMEN HINTERSCHNEIDUNGEN ................................................ 142 5.9.1 VERFAHRENSTECHNIK UND WERKZEUGAUFBAU ................................... 142 5.9.2 AUSWERFEN UND NACHBEARBEITUNG ................................................ 145 5.9.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 146 5.10 TEILE MIT HINTERSCHNEIDUNGEN, DIE ZWANGSENTFORMUNG ZULASSEN .......... 147 5.10.1 DER GRUNDSAETZLICHE WERKZEUGAUFBAU .......................................... 147 5.10.2 AUSWERFER..................................................................................... 149 5.10.3 BESONDERHEITEN............................................................................. 150 6 GRUNDREGEL: KONSTANTE WANDDICKEN ....................................... 153 6.1 WANDDICKEN AN EINEM ERZEUGNIS........................................................... 153 6.1.1 WANDDICKEN UND LEICHTBAU.......................................................... 153 6.1.2 WANDDICKE UND VERARBEITUNGSVERFAHREN..................................... 154 6.2 GRUNDLAGEN VON TECHNOLOGISCHEN PROZESSEN BEI DER KUNSTSTOFFVERARBEITUNG............................................................................. 156 6.2.1 EINORDNUNG................................................................................... 156 6.2.2 BETRACHTUNGSWEISE ....................................................................... 156 6.2.3 ERWAERMEN DER SCHMELZE ............................................................. 160 6.2.4 KOMPRESSION ZUR FORMGEBUNG.................................................... 160 6.2.5 ABKUEHLUNG UNTER DRUCKABBAU.................................................... 161 6.2.6 ISOBARE ABKUEHLUNG BEI ATMOSPHAERISCHEM D RUCK ....................... 162 6.3 PROBLEME, DIE DURCH WANDDICKENUNTERSCHIEDE VERURSACHT S IN D ............ 163 6.4 DAS KANTENPROBLEM BEI KASTENARTIGEN STRUKTUREN................................. 166 7 GRUNDREGEL: GEOMETRISCHE VERSTEIFUNG ................................... 171 7.1 AUSFUEHRUNGEN EINER GEOMETRISCHEN VERSTEIFUNG.................................... 171 7.1.1 ERHOEHUNG DER STEIFIGKEIT ............................................................. 171 7.1.2 VARIANTEN DER GEOMETRISCHEN VERSTEIFUNG................................... 172 7.2 VERSTEIFUNG MIT RIPPEN............................................................................. 174 7.2.1 RIPPENVERSTEIFUNG AN BELASTETEN F LAECHEN................................... 174 7.2.2 ANORDNUNG DER RIPPEN ............................................................... 175 7.2.3 BELASTUNGSGERECHTE ANPASSUNG DER R IP P EN ............................... 176 7.2.4 ANBINDUNG DER RIPPEN AN DIE GRUNDSTRUKTUR ........................... 179 7.2.5 WERKZEUGTECHNISCHE UMSETZUNG VON RIPPENSTRUKTUREN .......... 183 7.2.6 FUNKTIONALE EINBINDUNG VON R IPPEN .......................................... 186 7.3 VERSTEIFUNG MIT SCHALENGEOMETRIE ........................................................... 187 7.3.1 SCHALENGEOMETRIE ALS ART DES FERTIGUNGSGERECHTEN KONSTRUIERENS............................................................................... 187 7.3.2 ZUR KONSTRUKTIVEN UMSETZUNG.................................................... 189 7.4 ANWENDUNG DES PRINZIPS WELLBLECH...................................................... 190 7.5 KOMBINATION DER MOEGLICHKEITEN ZUR GEOMETRISCHEN VERSTEIFUNG............ 191 8 GRUNDREGEL: KONSTRUKTIVE DUKTILITAET ........................................ 193 8.1 DUKTILITAET ALS KONSTRUKTIONSFORDERUNG.................................................... 193 8.2 RASTHAKEN.................................................................................................. 196 8.2.1 VORTEILE VON R ASTHAKEN ............................................................... 196 8.2.2 MONTAGESTRATEGIEN....................................................................... 197 8.2.3 VARIANTEN DER RASTVERBINDUNGEN ................................................ 199 8.3 MONTAGEBRUCH AN RASTHAKEN................................................................... 204 8.3.1 GRUNDSAETZLICHE LOESUNGSANSAETZE.................................................. 204 8.3.2 TECHNOLOGISCHE MASSNAHMEN GEGEN DEN MONTAGEBRUCH VON RASTHAKEN ............................................................................. 204 8.3.2.1 ZUR VORGEHENSWEISE ...................................................... 204 S.3.2.2 EINGANGSGROESSEN FUER DEN PROZESS ................................. 205 SS.3.2.3 BETRACHTUNG DES HERSTELLUNGSPROZESSES FUER DIE B AUTEILE........................................................................... 206 SS.3.2.4 BETRACHTUNG DES MONTAGEPROZESSES ............................... 207 8.3.3 GRUNDSAETZLICHE KONSTRUKTIVE MOEGLICHKEITEN ZUR VERMEIDUNG DES MONTAGEBRUCHS VON RASTHAKEN............................................. 208 8.3.4 BESEITIGUNG DER KERBWIRKUNG...................................................... 208 8.3.5 VERGROESSERUNG DER BIEGELAENGE...................................................... 209 8.3.6 VERAENDERUNGEN AM QUERSCHNITT DES R ASTHAKENS ....................... 211 8.3.7 VERMINDERUNG DER DURCHBIEGUNG .............................................. 212 8.3.8 ZUSAETZLICHE, ALTERNATIVE VERFORMUNGSMECHANISMEN.................. 213 8.3.9 ALTERNATIVES KONSTRUKTIONSPRINZIP FUER DIE RASTVERBINDUNG ___ 214 8.4 VERMEIDUNG EINER UNBEABSICHTIGTEN DEMONTAGE VON RASTVERBINDUNGEN..................................................................................... 215 8.5 WEITERE ELASTISCHE KONSTRUKTIONSELEMENTE .............................................. 217 8.6 MOEGLICHKEITEN ZUR VERBESSERUNG DER ELASTIZITAET..................................... 217 8.6.1 UEBERBLICK ..................................................................................... 217 8.6.2 ANSPRITZEN EINER WEICHEN KOMPONENTE....................................... 218 8.6.3 SCHLITZE AN BECHERARTIGEN FORM TEILEN......................................... 219 8.6.4 FALTUNGEN AN SCHALENELEMENTEN ................................................ 220 8.7 ZUR MODIFIKATIONEN VON GEHAEUSEN.......................................................... 221 9 GRUNDREGEL: VERAENDERLICHE GEOM ETRIE .................................... 225 9.1 BEGRIFFSBESTIMMUNG................................................................................. 225 9.2 VERAENDERLICHE GEOMETRIE ALS NUTZUNGSMERKMAL BEI KUNSTSTOFFPRODUKTEN................................................................................. 228 9.2.1 MOEGLICHE MECHANISMEN .............................................................. 228 9.2.2 TEMPERATUREINFLUSS ..................................................................... 229 9.2.3 MEDIENAUFNAHME UND MEDIENABGABE ........................................ 230 9.2.4 FREISETZEN VON SPANNUNGEN........................................................ 231 9.2.5 VERFORMUNGSVERHALTEN.................................................................. 231 9.3 VERAENDERLICHE GEOMETRIE FUER UNTERSCHIEDLICHE ABSCHNITTE DES PRODUKTLEBENSZYKLUS............................................................................... 233 9.3.1 MOTIVATION..................................................................................... 233 9.3.2 ALLMAEHLICHE VERAENDERUNG DER GEOMETRIE IM HERSTELLUNGSPROZESS UND BEIM G EBRAUCH................................... 235 9.3.3 ALLMAEHLICHE ANWENDUNGSBEDINGTE VERAENDERUNG DER GEOMETRIE 237 9.4 DISKONTINUIERLICHE, SCHNELLE VERAENDERUNG DER GEOMETRIE IM HERSTELLUNGSPROZESS................................................................................. 238 9.4.1 BEGRIFFSERKLAERUNG ........................................................................ 238 9.4.2 SPANNVORRICHTUNGEN ................................................................... 239 9.4.3 VORRICHTUNGEN ZUM NACHTRAEGLICHEN KALIBRIEREN ......................... 243 9.4.4 NACHTRAEGLICHE BEARBEITUNG EINES BAUTEILS................................... 245 9.4.5 EINSPANNEN DES BAUTEILS FUER DIE MONTAGE................................... 246 9.4.6 DEMONTAGE VON BAUGRUPPEN VOR DEM EINSATZ ........................... 248 9.4.7 UMBAU VON BAUGRUPPEN NACH DER ERSTEN NUTZUNGSPHASE, UM EINE WEITERE NUTZUNG ZU ERMOEGLICHEN ................................. 249 9.4.8 ENDGUELTIGER RUECKBAU VON BAUGRUPPEN NACH DER N U TZUNG ........ 250 9.5 FUNKTIONSBEDINGTE VERAENDERLICHE GEOMETRIE .......................................... 253 9.5.1 ERPROBTE EINSATZGEBIETE .............................................................. 253 9.5.2 GELENKLOSE ANWENDUNGEN, DIE DUKTILITAET NUTZEN ....................... 255 9.5.3 LOKALE GELENKE............................................................................. 257 9.5.4 FALTBARE ANWENDUNGEN................................................................ 260 9.5.5 LOKALE FLEXIBILITAET UND HOCHELASTISCHE ANWENDUNGEN .............. 262 9.5.5.1 REALISIERUNG MIT EINER WEICHEN MATERIALKOMPONENTE .. 262 9.5.5.2 ABDICHTUNG MIT KONSTRUKTIVER DUKTILITAET ....................... 264 9.5.6 REVERSIBLES BEULEN....................................................................... 266 10 GRUNDREGEL: FUNKTIONSINTEGRATION ........................................... 269 10.1 DER BEGRIFF FUNKTIONSINTEGRATION............................................................ 269 10.2 DIE KONSTRUKTIVE FUNKTIONSINTEGRATION ............................ 273 10.2.1 DAS WESEN DER KONSTRUKTIVEN FUNKTIONSINTEGRATION ................. 273 10.2.2 DAS PRINZIP FUNKTIONELLE MEHRFACHNUTZUNG ........................... 275 10.2.3 DAS PRINZIP ZUSAETZLICHE GEOMETRIE ZUR GEWAEHRLEISTUNG EINER WEITEREN FUNKTION .............................................................. 276 10.2.4 VERGLEICH DER BEIDEN PRINZIPIEN .................................................. 278 10.2.5 BEISPIELE FUER EINE KONSTRUKTIVE FUNKTIONSINTEGRATION ............... 279 10.3 DIE TECHNOLOGISCHE FUNKTIONSINTEGRATION ................................................ 282 10.3.1 OPTIMIERUNG DER TECHNOLOGISCHEN ABLAEUFE................................. 282 10.3.2 FUNKTIONSINTEGRATION DURCH ANPASSUNG TECHNOLOGISCHER ABLAEUFE ........................................................................................ 283 10.4 SONDERVERFAHREN ALS MITTEL DER TECHNOLOGISCHEN FUNKTIONSINTEGRATION . 288 10.4.1 UEBERSICHT .................................................................................... 288 10.4.2 DIE SONDERTECHNOLOGIE MEHRKOMPONENTENSPRITZGIESSEN .......... 288 10.4.3 EINIGE GESTALTUNGSREGELN ZUM MEHRKOMPONENTENSPRITZGIESSEN 290 10.4.4 SONDERTECHNOLOGIEN ALS HINTERSPRITZVERFAHREN ........................... 293 11 CHECKLISTE ZUR KONSTRUKTION VON KUNSTSTOFFTEILEN .................. 299 1 2 WEITERFUEHRENDE LITERATUR ........................................................ 305 INDEX 307
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