Kunststofftechnik (Subject) / KFT (Lesson)

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• Nach welchen Kriterien können Verarbeitungsverfahren reaktiver Formmassen unterschieden werden? Beispiele? (jeweils 3) Duroplastformmassen kontinuierliche Verarbeitungsverfahren:- Strangpressen- Strangziehen- Foliengießen diskontinuierliche Verarbeitungsverfahren- Spritzgießverfahren- Pressverfahren- PUR Verarbeitung Elastomerformmassen kontinuierliche Verarbeitungsverfahren:- Rotationsvulkanisation (Vulkanisation unter Druck)- Doppelbandpressen (Vulkanisation unter Druck)- Heißluftverfahren (drucklose Vulkanisation)- Schockverfahren (drucklose Vulkanisation) diskontinuierliche Verarbeitungsverfahren- Pressverfahren- Spritzgießverfahren- LSR (Liquid Silicon Rubber) Verfahren
• Darbietungsformen duroplastischer Formmassen (+ Beispiel) Flüssige Formmassen1K bzw. 2K-Gieß/Tränkharze Teigartige / pastöse FormmassenSMC: Sheet Moulding CompoundBMC: Bulk Moudling Compound Rieselfähiges GranulatGMC: Granulated Moulding Compound
• Druckverlauf der einzelen Prozessschritte beim Spritzgießen von Duroplastformmassen - Forminnendruck - Druck im Schneckenvorraum KF_VE05 S.15- Einspritzen- Nachdruck- Resthärtezeit
• Verlauf der Temperatur und der Viskosität beim Spritzgießen von Duroplastformmassen. 3 Besonderheiten beim Spritzgießen von Duroplasten im Vergleich zu Thermoplasten. VE05 S.16 KF_VE05 S.16 Unterschied zu Thermoplasten: Relativ niedriges Temperaturniveau beim Einspritzen (noch nicht ausgehärtete Masse)Temperaturanstieg durch Umwandlung von Druck in Temperatur Höhere Viskosität im Plastifizieraggregat-> entstehende Reibungswärme muss durch Zylinder abgeführt werden Temperaturanstieg auf Werkzeugtemperatur (Formteil wird heiß entformt)
• Verfahrensvarianten bei der Verarbeitung des flüssigen Reaktionskunststoffes Polyurethan (PUR)? RIM Reaction Injection Moulding R-RIM Reinforced Reaction Injection Moulding (Kurzglasfaser) LFI Long Fiber Injection (Langfaser) RTM Resin Transfer Moulding (Endlosfaser)
• Grundsätzlicher Aufbau einer Polyurethan(PUR)-Dosiereinheit einer Hochdruckmaschine. KF_VE05 S.24 Kreislauf PolyolRührwerk 1Tank PolyVorpumpe Dosierkolben Kreislauf IsocyanatRührwerk 2Tank IsoVorpumpe DosierkolbenHydraulikMischkopfForm
• Was versteht man unter Thermoformen? Nenne die 7 Hauptprozessschritte beim Thermoformprozess? Welche Schritte sind zykluszeitbestimmend? Thermoformen= Streckziehen = eines flächigen Halbzeuges = zu einem Formteil dreidimensionaler Geometrie. 7 Hauptprozessschritte beim Thermoformen:1. Halbzeug zuführen und einspannen 2. Halbzeug erwärmen3. Vorformen des erwämten Halbzeuges4. Formgebung5. Abkühlen unter Formzwang6. Entformen des Formteils7. Nachbearbeitung (Trennen / Fügen)
• Was ist das Ziel der Erwärmungsphase beim Thermoformprozess? Welche Erwärmungsmethoden können zum Einsatz kommen? Charakterisieren Sie. Ziel:Halbzeug...- kostengünstig- in kürzester Zeit- mit möglichst wenig Energie... auf Umformtemperatur bringen Methoden zum Erwärmen: Konduktion- Kontaktheizung (Gefahr des Anhaftens der Heizung)- für sehr dünne oder empfindliche Halbzeuge- sehr homogene Temperaturverteilung erreichbar Strahlung- Infrarotstrahler (gängigste Erwärmungsmethode beim Thermoformen)- homogene Temperaturverteilung im Halbzeug schwierig Konvektion - Vorwärmöfen- für große Formteile und dicke Halbzeuge - homogene Temperaturteilung von Aufheizgeschwindigkeit abhängig
• Wozu dient der Stempel beim Thermoformen? Was soll hierdurch erreicht werden? Andere Möglichkeit? Der Stempel soll das Halbzeug mechanischer Vorstrecken Durch den Vorformschritt soll gezielt die Wanddickenverteilung im späteren Formteil beeinflusst werden Andere Möglichkeit: pneumatisches Vorstrecken (Druckluft/Vakuum) mit Gegenhalter
• Für das Thermoformen gibt es bei der Formgebung zwei verschiedene Werkzeuge. Worauf ist bei der Formgebung zu achten? Negativformen Positivformen 1. Bei Kontakt haftet Halbzeug an kühlem Werzeug und kühlt schnell ab2. weitere Verstreckung in diesem Bereich wird verhindert.3. Bereiche, die zuerst das Werkzeug berühren, haben im späteren Formteil die größten WanddickenPositivformen: Plastikbecher mit dickem Boden
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• Welche Verfahren zum Fügen von Kunststoffen kennen Sie? Gehen Sie auch auf die Energieeinbringung zum Aufschmelzen des Kunststoffes ein. Mechanische Verbindungstechnika. Schraubenb. Gewindec. Schnappverbindung Kleben Schweißena. Konvektionb. Leitungc. Reibungd. Strahlung Urformen Umformen
• Art der Wärmeeinbringung beim Schweißverfahren von Kunststoffen? Beispiele Leitung- Heizelementschweißen- Heizwendelschweißen Konvektion- Warmgasschweißen- Extrusionsschweißen Reibung- innere Reibung: Hochfrequenzschweißen / Ultraschallschweißen- äußere Reibung: Rotationsreibschweißen / Vibrationsschweißen Strahlung- Infrarotschweißen- Laserschweißen
• Wozu kann Oberflächenveredelung in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt werden? Benetzungseigenschaften ändern Kratzfestigkeit erhöhen Leitfähige Strukturen erzeugen
• Wozu werden Vorbehandlungsverfahren bei der Oberflächenveredelung eingesetzt? Vergleichen Sie Ihnen bekannte Vorbehandlungsverfahren miteinander. Mechanische Vorbehandlung (Vergößerung der Oberfläche durch Bürsten oder Strahlen)Chemische Vorbehandlung (Änderung der chemischen Zusammensetzung der Formteiloberfläche)Reinigung (Entfernung von Verunreinigungen wie Staub, Fett, Öl, etc.) Beflammen+ einfach, billig, schnell- hohe thermische Belastung (zerstörend)- schlecht kontrollierbar Plasma- geringer Lagerstabilität- Vakuum notwendig+ geringe thermische Belastung+ Reinigungseffekt+ homogen / dreidimensional Corona- geringe Lagerstabilität- geringe Homogenität+ geringe thermische Belastung Nasschemisch- Umweltproblematik (Lösungsmittel, Schwermetalle, Säure)+ einfach, homogen
• Welche Metallisierungsverfahren für Kunststoffe gibt es? Vergleichen Sie Galvanisieren* hohe Abscheideraten- technologisch aufwendig- Umweltproblematik PVD* geringe Schichtabscheideraten* sehr dünne Schichten+ sehr gute Oberflächenqualität Thermisches Spritzen+ hohe Auftragsraten+ einfache Anwendbarkeit / gute Automatisierbarkeit- geringe Oberflächenqualität
• Prozessschritte beim Galvanisieren von Kunststoff (schmetisch) spritzfrisches Bauteil Konditionieren der Oberfläche Bekeimen der Oberfläche Anschlagmetallisierung
• Nennen und skizzieren Sie die unterschiedlichen Bedruckungsverfahren. Zu welcher Gruppe gehört der Tampondruck? Hochdruck Tiefdruck (Tampondruck) Flachdruck Siebdruck / DurchdruckKlischee, Schablone, Messer/Rakel Klischee / Druckträger
• Welche Anforderungen werden an die Werkstoffe zur Herstellung von Werkzeugen gestellt? Hohe Verschleißfestigkeit Hohe Korrosionsbeständigkeit Hohe Maßhaltigkeit Gute Wärmeleitfähigkeit
• Nenne 5 austauschbare Formenbauteile (Normalien) Auswerferstifte und -hülsen Formplatte, Aufspannplatte Schnellspannvorrichtung Einsätze Führungs- und Zentrierelemente Heizelemente 
• Nach welchen Funktionskomplexen können Spritzgießwerkzeuge aufgegliedert werden? (6) Angusssystem Temperiersystem Entformungssystem / Bewegungsübertragung Kavität / Formnest Führung und Zentrierung Maschinen- und Kraftaufnahme
• Was sind die 2 Hauptaufgaben eine Spritzgießwerkzeuges? Plastifizierte Formmasse zum Spritzgießteil formen Schnell und gleichmäßig abkühlen (entformbar machen)
• Wie können die Strukturoberflächen von Spritzgusswerkzeugen eingestellt werden? Welche Verfahren gibt es? Polieren- CNC Poliermaschine- Elektronenstrahlbearbeitung (EBM) Strukturieren- Strukturerodieren- Strukturätzen Nitrieren / Bohren Beschichten- CVD/PVD- Hartverchromen
• Nennen Sie verschiedene Angussarten für Spritzgießwerkzeuge und charakterisieren Sie diese. (Zeichnung!) KF_VE08 S.9 Fächer-/Bandanschnitt+ geeignet für flache Bauteile+ Leicht modifizierbar- Anschnitt-/Angussabtrennung nach dem Spritzgießen schwierig- Schlecht aussehender Anschnittrest Tunnelanschnitt+ geringer Anschnittrest+ automatische Anschnittabtrennung- schwierig zu fertigen Schirmanschnitt+ Konzentrizität (Geeignet für runde Teile)+ Keine Fließnaht- Angussabtrennung nach Spritzgießen- Abfall Punktanschnitt (3-Platten)+ automatische Anschnittabtrennung+ minimaler Anschnittrest+ Anschnittnahe Kühlung- Erfordert Schwimmplatte- Mehr Abfall- Höhere Werkzeugkosten
• Wie kann einer Freistrahlbildung im Werkzeug konstruktiv entgegengewirkt werden? Übergang zwischen Anschnitt und Formteil abrunden Anschnitt verlegen (geringerer Fließquerschnitt oder Strömungshindernis) Anschnitt vergrößern
• Erklären Sie den Begriff "Balancierung". Was kann ein unbalanciertes System zur Folge haben? Was sind die wichtigsten Hauptgründe die eine Balancierung behindern? Wie kann Balancierung gezielt geregelt werden? Balancierung des VerteilersystemsSchmelze fließt in jede Kavität bei gleicher Füllzeit und gleichem DruckprofilGleichmäßige Formteilqualität von Kavität zu KavitätGleiches Bauteilgewicht Unbalanciertes System führt zu- Gewichtsunterschiede- Abmessungsunterschiede- Angussnahe Kavität wird überspritzt- Angussferne Kavität nicht vollständig ausgefüllt Hauptgründe für unbalanciertes System:- Assymetrische Schmelzeteilung- Unterschiedliche Temperierung innerhalb der Kavitäten- Unterschiedliche Fließweglänge der Schmelze -> "Schmelzealter" Balancierung über gezielte Verwendung von Heißkanälen möglich.
• Was ist die Aufgabe von Heißkanalsystemen? Worauf muss beim Einbau von Heißkanalsystemen besonders geachtet werden? Welche Heißkanalsysteme können unterschieden werden? Wann kommen Heißkanalsysteme zum Einsatz? Hauptaufgabe:Masse in Verteilerkanälen auf Schmelztemperatur halten Vorsicht beim Einbau: Wärmeübergang vom Heißkanalbereich auf kühles Werkzeug vermeiden-> Kontaktfläche minimieren-> isolierender Luftspalt-> Reflektorbleche Heißkanalsysteme:- außenbeheizt: Wärmeenergie wird von außen in Verteilerkanal transportiert- innenbeheizt: Heizpatrone im Verteilerkanal von Schmelze umgeben Einsatz:- Großserienwerkzeuge- Große Formteile mit mehreren Anspritzpunkten
• Welche Vor- und Nachteile besitzen Heizkanalsystemen? Vorteile+ Einsparung von Kunststoffmaterial+ keine Angussentsorgung, kein Abfall+ keine Nacharbeit zum Entfernen von Anguss notwendig+ Anspritzpunkte in großer Entfernung von Plastifiziereinheit realisierbar Nachteile- hohe Energiekosten- hohe Werkzeugkosten- hoher Wartungsaufwand- große Werkzeugeinbauhöhe- Farb- und Materialwechsel schwierig
• Zeichne jeweils ein Diagramm mit der Schubspannung und der Viskosität über der Schergeschwindigkeit für dilatante, newtonsche und strukturviskose Materialien Wie lautet die mathematische Formel der Viskosität? Viskosität = Schubspannung / Schergeschwindigkeit
• In Extrusionswerkzeugen treten Deformationen der Schmelze auf. Wodurch? Welche? Deformtion durch Dehnung/Stauchungin konvergenten oder divergenten Kanalabschnitten Deformation durch Scherunginfolge von Geschwindigkeitsprofilen im Fließkanal
• Welche Anforderungen werden generell an Extrusionswerkzeuge gestellt? Definierte Schergeschwindigkeiten Geringer Druckverlust Einsetzbarkeit für unterschiedliche Verarbeitungstemperaturen und Massedurchsätze
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• Nach welchem Kriterium werden Extrusionswerkzeuge in der Regel eingeteilt? Nenne jeweils Bauformen Die Einteilung von Extrusionswerkzeugen erfolgt i.d.R. nach der sog. Austrittsgeometrie. Kreisquerschnitt- Vollstabwerkzeuge- Granulierlochplatten- Spinndüsen- Siebe Kreisringquerschnitt- Dornhalter- Pinole- Wendelverteiler- Rotationsverteiler Schlitzquerschnitt- Breitschlitzwerkzeuge - T-Verteiler - Fischschwanz - Kleiderbügel Beliebig 2-dimensional- Stufenwerkzeuge- Blendenwerkzeuge
• Skizze Dornhalterwerkzeug beschriften Dorn Düse Bügelzone Zentrierung Heizband Druckluft Dornhalter Dornhalterspitze Gehäuse Extruderanschluss
• Was ist der Nachteil am Dornhalterwerkzeug? Welche Prozesstechn. nud Konstruktiv. Möglichkeiten gibt es zur Reduzierung dieses Problems? Dornhalterstege rufen Fließmarkierungen d.h. Bindenähte hervor, welche mechanische Schwachstellen darstellen Prozesstechnische / Konstruktive Möglichkeiten zur Reduzierung: Erhöhung der Massetemperatur bzw. Verweilzeit im Werkzeug(z.B. Fließwegverlängerung durch Quellkopf) Gleichmäßige Verteilung über den Umfang(z.B. Verwischgewinde) Erzeugung einer über den Umfang gleichmäßigen Struktur durch Längsorientierung der Moleküle
• Beschreiben Sie kurz, wie die Schmelze in einem Breitschlitzwerkzeug verteilt wird und wie über die einzelnen Werkzeugelemente Einluss auf das Fließverhalten genommen werden kann! Welche Formen von Breitschlitzverteilern kennen Sie? Vom Extruder kommende Schmelze muss über Verteiler in die Breite umgelenkt werdenUm Folien einheitlicher Dicke herzustellen, muss über Breite des Verteilerkanals gleiche Strömungsgeschwindigkeit vorliegenEinstellbar über lokal verstellbare Düsenlippe Formen von Breitschlitzverteilern:- T-Verteiler- Fischschwanz- Kleiderbügel
• Klassifizieren Sie die 6 verschiedenen Profiltypen der Extrusion anhand einer Skizze und Stichpunkten. Profilrohrrunde Ecken, gleichm. Wanddicken Vollprofilkein Hohlkammern Hohlprofilgeschlossene Kammern, verschiedene Wanddicken möglich Kammerprofilgeschlossene und offene Kammern, verschiedene Wanddicken möglich VerbundprofilSektionen gleichen WerkstoffesSektionen verschiedener Werkstoffe KernprofilHohl oder Vollprofile mit Kern aus artfremden Werkstoff
• Physikalisches Grundprinzip von Thermoelementen Seebeck Effekt: zwischen zwei Punkten eines elektrischen Leiters, die unterschiedliche Temperaturen aufweisen, entsteht elektrische Spannung Erwärmung bewirkt höhere Mobilität der Elektronen, was zu einer Erhöhung der Elektronenkonzentration in kältere Bereichen führt
• Typische Fehlerquellen beim Messen mit Thermoelementen Fehlmessung durch Nähe zur Werkzeugwanderstarrte Randschicht besitzt differierende Wärmeleitfähigkeit zur Schmelze Temperaturdifferenz innerhalb der Schmelzeje größer Querschnitt umso größer Temperaturdifferenz von gemessener Temperatur und Schmelzetemperatur im Inneren Temperaturdifferenz zwischen Schmelze und WerkzeugkavitätZylinderheizung beeinflusst das Messergebnis
• Was ist das wesentliche Problem beim Einsatz von IR-Thermometern in der Kunststoffverarbeitung? Messsignal ist abhängig von..- Emission (materialabhängig)- Absorption - Transmission- Reflexion Diese Faktoren sind temperaturabhängig und variieren somit über den Querschnitt der Schmelze Messergebnis ist ein integraler Wert und Interpretation somit nur in bestimmten Grenzen möglichFür jeden Kunststoff müssen temperaturabhängige Einflussgrößen bekannt sein
• Welches Ziel verfolgt die Druckmessung beim Spritzgießen? Und welche Drücke werden üblicherweise gemessen? Ziel: Druckverlauf in Einspritz und Nachdurckphase zur gezielten Prozesssteuerung und Qualitätssicherung Gängige Messungen: Hydraulikdruck Werkzeuginnendruck Druck im Schneckenvorraum Säulendehnung
• Wodurch kann es bei der indirekten Druckmessung zu konstanten Messabweichungen kommen? Welche Einbau- & Wartungsfehler sind zu vermeiden? Konstante Messabweichung durch..Biegen des Auswerfer- / Messstiftes Einbau- und Wartungsfehler:Verschmutzung des MessstiftesFalsche Position des Messstiftes / Sensors
• Die Sensorpositionierung hat einen Einfluss auf das Messergebnis bei der Druckmessung im Werkzeug. Nenne Einflussfaktoren bzw. sinnvolle Positionierungsmöglichkeiten: AngussnahDruckkurve mit aussagekräftiger Information Positionierung im Anguss vermeidennach Versiegeln kein Kavitätendrucksignal mehr vorhanden Sensor wenn möglich am dicksten Querschnitt einbauen Sensor am Fließwegende zur Bestimmung der Druckdifferenzbei Werkzeugen mit großem Verhältnis Länge/Breite Positionierung gegenüber Anguss/Anschnitt verschmeidenUngenaue Messung, da zusätzlich Querkräfte Messung beeinflussen
• Nenne typische Messgrößen bei der Extrusion Druck im Schneckenvorraum Schneckendrehzahl Schneckenposition Füllgewicht Massetemperatur Massedurchsatzregelung Folienabzug(geschwindigkeit)
• Wozu wird bei der Extrusion eine Schmelzepumpe (Extrusionszahnradpumpe) eingesetzt? Konstanter Massedurchsatz entscheidend für gleichmäßige DickenMessung des Schmelzedrucks im EintrittskanalAnpassen der Schneckengeschwindigkeit um Überdruck zu verhindern
• Wie kann bei der Blasfolienextrusion eine Regelung der Dickenverteilung realisiert werden? Wie erfolgt die Messung (Messensorik)? Was ist hier die Stellgröße? Die Dickenverteilung kann über folgende Messsensorik erfasst werden:- Radioaktive beta-Strahler- IR-Messgeräte- Kapazitive Messgeräte Der Kühlluftstrom kann mittels Stellklappen über den Folienumfang unterschiedlich dosiert werden um die Folie zu verstrecken.Somit können Dünn oder Dickstellen im Foleinschlauch korrigiert werden.
• Wie kann bei der Blasfolienextrusion eine Regelung der Folienbreite realisiert werden? Wie erfolgt die Messung (Messensorik)? Was ist die Stellgröße? Mögliche Messsensorik:- Lichtschranken- Mechanische Kantenabtastung- Infrarot-Kantensensor Stellgrößen:Kalibrierkorb
• Nenne typische Messgrößen beim Spritzgießen: WerkzeuginnendruckHydraulikdruckDruck im SchneckenvorraumSäulendehnung MassetemperaturWerkzeugtemperaturÖltemperatur Schneckenposition
• Nennen Sie qualitätssichernde Maßnahmen im TQM in Bezug auf den Serienfertigungsprozeß. Welches Ziel wird in der jeweiligen Phase verfolgt? Vorher (off-line)- STVM / DoE- FMEA- QFDZiel: optimale Einstellung qualitätsbeeinflussender Parameter Während (on line)- SPCZiel: Überwachung relevanter Prozessparameter ggf. Maßnahmenergreifung Nachher (on line)- SPCZiel: Überwachung der Qualitätsmerkmale (Maße, Festigkeit, ...) ggf. Rückschlüsse auf Prozess
• Beschreibe QFD Welche Vorteile ergeben sich bei voller Anwendung des QFD Verfahrens? QFD = Quality Function Deployment kundenorientierte Produktplanungsmethode Strategischer Ansatzzur Trennung der Kundenanforderungen (WAS)von den technischen Lösungsmerkmalen (WIE)um zu verhindern, dass ohne genaue Kenntnis der Kundenanforderungen Produktmerkmale festgelegt werden. Vorteile bei voller Anwendung des QFD Verfahrens: Schneller Beginn der Entwicklung Weniger Änderungen Kürzere Produktionszeit Profitables Produkt Zufriedene Kunden
• Vorgehen bei der Statistischen Versuchsmethodik (STVM)? Systemanalyse- Produktmerkmale- Prozessparameter- Störgrößen Versuchsstrategie- Versuchsplan- Festlegung von Faktorstufen Versuchsdurchführung- Durchführen- Ergebnisse erfassen- Störgrößen Versuchsauswertung- Effekte- Wechselwirkungen

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