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Vorwort

Vorwort zur 2. Auflage

Vorwort zur 1. Auflage

Der Autor

Prof. Dr.-Ing. Torsten Kies

Zum Inhalt des Buches

Die Zehn Grundregeln

1 Grundregel: Temperatureinsatzbereich

1.1 Phasenübergänge bei Kunststoffen

1.1.1 Der Übergang vom festen in den geschmolzenen Zustand

1.1.2 Die Volumenänderung beim Phasenübergang von der Schmelze zum festen Zustand

1.1.3 Phasenübergänge am starren Körper

1.2 Die Temperaturabhängigkeit der Materialkennwerte von Kunststoffen

1.2.1 Der Vergleich mit anderen Werkstoffgruppen

1.2.2 Die thermische Ausdehnung

1.2.3 Temperaturabhängiges Spannungs-Dehnungs-Verhalten

1.3 Der Einsatztemperaturbereich

1.3.1 Tatsächlich wirkende Temperaturen

1.3.2 Temperaturabhängige Lasteinwirkung

1.3.3 Die Notwendigkeit von einsatznahen Funktionsuntersuchungen

1.4 Der Einfluss der Geometrie auf die Temperaturbeständigkeit

1.4.1 Aussagefähigkeit der Rohstoffkennwerte

1.4.2 Betrachtete Geometrie

1.4.3 Modifikation der Wanddicke

1.4.4 Belastungsdauer und Durchwärmung der Produkte

1.4.5 Bessere Wärmestandfestigkeit durch Faserverstärkung

1.4.6 Werkstoffkombination

1.4.7 Zusätzliche Versteifungen gegen die thermisch bedingte Biegung

1.4.8 Einseitige Kühlung am Erzeugnis

2 Grundregel: Medienangriff

2.1 Die Wirkung von Medien auf Kunststoffe

2.1.1 Begriffserklärung: Medienangriff

2.1.2 Direkter und indirekter Medienangriff

2.1.3 Strahlungs- und stofflich-medialer Angriff

2.1.4 Chemischer und physikalischer Medienangriff

2.2 Voraussetzungen für einen Medienangriff

2.3 Der Schutz vor Medienangriff

2.4 Die Schädigungsmechanismen

2.4.1 Arten der Schädigungsmechanismen

2.4.2 Der oxidative Abbau

2.4.3 Schädigung durch Hydrolyse

2.4.4 Schädigung durch Chemikalien

3 Grundregel: Spannungszustand

3.1 Die Ursache von Spannungen

3.1.1 Krafteinwirkung auf eine Flüssigkeit

3.1.2 Krafteinwirkung auf einen Festkörper

3.1.3 Viskoses und elastisches Verformungsverhalten von Kunststoffen

3.2 Spannungen am Bauteil

3.3 Spannungen und Orientierungen

3.3.1 Die Unterscheidung zwischen Spannungen und Orientierungen

3.3.2 Orientierungen in Kunststoffprodukten

3.3.3 Eigenspannungen

3.4 Die Bildung von Orientierungen und Eigenspannungen

3.4.1 Unterschiede zwischen Spannungen und Orientierungen

3.5 Eigenspannungen und Orientierungen beim Spitzgießen

3.5.1 Orientierungen und Eigenspannungen am Spritzgussteil

3.5.2 Die Ausbildung von Orientierungen

3.5.3 Eigenspannungen beim Spritzgießen

4 Grundregel: Schadensfreie Verformung

4.1 Einleitung

4.2 Differential- und Integralbauweise

4.2.1 Unterscheidung der Kategorien

4.2.2 Die Differentialbauweise

4.2.3 Die Integralbauweise

4.2.4 Die Mischbauweise

4.2.5 Geeignete Bauweisen für Kunststoffprodukte

4.3 Das Verformungsverhalten der Werkstoffe

4.3.1 Begriffe zum Verformungsverhalten

4.3.2 Die Zugfestigkeit

4.3.3 Die Steifigkeit eines Materials

4.3.4 Die Dehnung

4.3.5 Bauteilspezifische Minderung

4.4 Starre und flexible Konstruktionen

5 Grundregel: Entformbarkeit

5.1 Beschreibung der Situation

5.1.1 Die Entwicklung von Werkzeugen

5.1.2 Stückzahlen

5.1.3 Die Verwendung von Normalien im Werkzeugbau

5.2 Teile aus der flachen Trennebene

5.2.1 Die Werkzeuganlage

5.2.2  Auswerfen

5.2.3 Besonderheiten

5.3 Teile aus Werkzeugen mit Trennungssprung

5.3.1 Die Werkzeuganlage

5.3.2 Auswerfen

5.3.3 Besonderheiten

5.4 Teile mit Durchbrüchen und Werkzeuge mit Blockierungen

5.4.1 Die Werkzeuganlage

5.4.2 Auswerfen

5.4.3 Besonderheiten

5.5 Becherförmige Teile

5.5.1 Die Werkzeuganlage

5.5.2 Auswerfen

5.5.3 Besonderheiten

5.6 Schieber- und Backenwerkzeuge mit zusätzlichen Trennebenen

5.6.1 Der Werkzeugaufbau

5.6.2 Auswerfen

5.6.3 Besonderheiten

5.7 Ausdreh-Werkzeuge für innere Gewinde

5.7.1 Die Werkzeuganlage

5.7.2 Auswerfen

5.7.3 Besonderheiten

5.8 Werkzeuge mit inneren Schiebern und Einfallkernen

5.8.1 Das Werkzeugkonzept

5.8.2 Auswerfen

5.8.3 Besonderheiten

5.9 Teile mit extremen Hinterschneidungen

5.9.1 Verfahrenstechnik und Werkzeugaufbau

5.9.2 Auswerfen und Nachbearbeitung

5.9.3 Besonderheiten

5.10 Teile mit Hinterschneidungen, die Zwangsentformung zulassen

5.10.1 Der grundsätzliche Werkzeugaufbau

5.10.2 Auswerfer

5.10.3 Besonderheiten

6 Grundregel: Konstante Wanddicken

6.1 Wanddicken an einem Erzeugnis

6.1.1 Wanddicken und Leichtbau

6.1.2 Wanddicke und Verarbeitungsverfahren

6.2 Grundlagen von technologischen Prozessen bei der Kunststoffverarbeitung

6.2.1 Einordnung

6.2.2 Betrachtungsweise

6.2.3 Erwärmen der Schmelze

6.2.4 Kompression zur Formgebung

6.2.5 Abkühlung unter Druckabbau

6.2.6 Isobare Abkühlung bei atmosphärischem Druck

6.3 Probleme, die durch Wanddickenunterschiede verursacht sind

6.4 Das Kantenproblem bei kastenartigen Strukturen

7 Grundregel: Geometrische Versteifung

7.1 Ausführungen einer geometrischen Versteifung

7.1.1 Erhöhung der Steifigkeit

7.1.2 Varianten der geometrischen Versteifung

7.2 Versteifung mit Rippen

7.2.1 Rippenversteifung an belasteten Flächen

7.2.2 Anordnung der Rippen

7.2.3 Belastungsgerechte Anpassung der Rippen

7.2.4 Anbindung der Rippen an die Grundstruktur

7.2.5 Werkzeugtechnische Umsetzung von Rippenstrukturen

7.2.6 Funktionale Einbindung von Rippen

7.3 Versteifung mit Schalengeometrie

7.3.1 Schalengeometrie als Art des fertigungsgerechten Konstruierens

7.3.2 Zur konstruktiven Umsetzung

7.4 Anwendung des Prinzips „Wellblech“

7.5 Kombination der Möglichkeiten zur geometrischen Versteifung

8 Grundregel: Konstruktive Duktilität

8.1 Duktilität als Konstruktionsforderung

8.2 Rasthaken

8.2.1 Vorteile von Rasthaken

8.2.2 Montagestrategien

8.2.3 Varianten der Rastverbindungen

8.3 Montagebruch an Rasthaken

8.3.1 Grundsätzliche Lösungsansätze

8.3.2 Technologische Maßnahmen gegen den Montagebruch von Rasthaken

8.3.3 Grundsätzliche konstruktive Möglichkeiten zur Vermeidung des Montagebruchs von Rasthaken

8.3.4 Beseitigung der Kerbwirkung

8.3.5 Vergrößerung der Biegelänge

8.3.6 Veränderungen am Querschnitt des Rasthakens

8.3.7 Verminderung der Durchbiegung

8.3.8 Zusätzliche, alternative Verformungsmechanismen

8.3.9 Alternatives Konstruktionsprinzip für die Rastverbindung

8.4 Vermeidung einer unbeabsichtigten Demontage von Rastverbindungen

8.5 Weitere elastische Konstruktionselemente

8.6 Möglichkeiten zur Verbesserung der Elastizität

8.6.1 Überblick

8.6.2 Anspritzen einer weichen Komponente

8.6.3 Schlitze an becherartigen Formteilen

8.6.4 Faltungen an Schalenelementen

8.7 Zur Modifikationen von Gehäusen

9 Grundregel: Veränderliche Geometrie

9.1 Begriffsbestimmung

9.2 Veränderliche Geometrie als Nutzungsmerkmal bei Kunststoffprodukten

9.2.1 Mögliche Mechanismen

9.2.2 Temperatureinfluss

9.2.3 Medienaufnahme und Medienabgabe

9.2.4 Freisetzen von Spannungen

9.2.5 Verformungsverhalten

9.3 Veränderliche Geometrie für unterschiedliche Abschnitte des Produktlebenszyklus

9.3.1 Motivation

9.3.2 Allmähliche Veränderung der Geometrie im Herstellungsprozess und beim Gebrauch

9.3.3 Allmähliche anwendungsbedingte Veränderung der Geometrie

9.4 Diskontinuierliche, schnelle Veränderung der Geometrie im Herstellungsprozess

9.4.1 Begriffserklärung

9.4.2 Spannvorrichtungen

9.4.3 Vorrichtungen zum nachträglichen Kalibrieren

9.4.4 Nachträgliche Bearbeitung eines Bauteils

9.4.5 Einspannen des Bauteils für die Montage

9.4.6 Demontage von Baugruppen vor dem Einsatz

9.4.7 Umbau von Baugruppen nach der ersten Nutzungsphase, um eine weitere Nutzung zu ermöglichen

9.4.8 Endgültiger Rückbau von Baugruppen nach der Nutzung

9.5 Funktionsbedingte veränderliche Geometrie

9.5.1 Erprobte Einsatzgebiete

9.5.2 Gelenklose Anwendungen, die Duktilität nutzen

9.5.3 Lokale Gelenke

9.5.4 Faltbare Anwendungen

9.5.5 Lokale Flexibilität und Hochelastische Anwendungen

9.5.6 Reversibles Beulen

10 Grundregel: Funktionsintegration

10.1 Der Begriff Funktionsintegration

10.2 Die konstruktive Funktionsintegration

10.2.1 Das Wesen der konstruktiven Funktionsintegration

10.2.2 Das Prinzip „Funktionelle Mehrfachnutzung“

10.2.3 Das Prinzip „zusätzliche Geometrie“ zur Gewährleistung einer weiteren Funktion

10.2.4 Vergleich der beiden Prinzipien

10.2.5 Beispiele für eine konstruktive Funktionsintegration

10.3 Die technologische Funktionsintegration

10.3.1 Optimierung der technologischen Abläufe

10.3.2 Funktionsintegration durch Anpassung technologischer Abläufe

10.4 Sonderverfahren als Mittel der technologischen Funktionsintegration

10.4.1 Übersicht

10.4.2 Die Sondertechnologie „Mehrkomponentenspritzgießen“

10.4.3 Einige Gestaltungsregeln zum Mehrkomponentenspritzgießen

10.4.4 Sondertechnologien als Hinterspritzverfahren

11 Checkliste zur Konstruktion von Kunststoffteilen

12 Weiterführende Literatur

Torsten Kies

10 Grundregeln zur Konstruktion von Kunststoffprodukten

2., aktualisierte Auflage

Der Autor:

Torsten Kies, Martin-Luther-Universität, Halle-Wittenberg

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.

Ebenso übernehmen Autoren und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen­ und Markenschutz­Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

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© 2018 Carl Hanser Verlag München
www.hanser-fachbuch.de

Lektorat: Vorname Name
Herstellung: Jörg Strohbach
Coverconcept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München
Coverrealisierung: Stephan Rönigk
Satz: Kösel Media GmbH, Krugzell
Printed in Germany

ISBN 978-3-446-45190-2
E-Book ISBN 978-3-446-45633-4

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz)
CSS-Version: 1.0

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Vorwort

Vorwort zur 2. Auflage

Schneller als gedacht kam vom Verlag die Mitteilung, dass sich im Lager kaum noch Bücher befinden und eine zweite Auflage gedruckt werden soll. Weil die Resonanz der Kolleginnen und Kollegen überwiegend positiv ausfiel, wurde die grundlegende Konzeption und der Aufbau des Buches beibehalten. Die vorliegenden Texte wurden verfeinert und eventuelle Fallen für Missverständnisse beseitigt. So wurde die Darstellung der Zusammenhänge verbessert, um hoffentlich dem Leser ein schnelleres Verständnis zu ermöglichen. Bleibt zu wünschen, dass auch die zweite Auflage Verbreitung in den Bücherregalen oder besser noch auf den Schreibtischen der Konstrukteure findet.

Halle im Januar 2018

Vorwort zur 1. Auflage

Dieses Buch konnte entstehen, weil Studentinnen und Studenten Fragen stellten. So suchte ich Wege, angeregt durch die Fragen während und auch nach den Lehrveranstaltungen, meine Vorlesung zur Konstruktion von Kunststoffteilen für den Masterstudiengang Maschinenbau zu verbessern. Auch wenn einige Kollegen im wissenschaftlichen Vortrag auf höchstem Niveau die einzige Möglichkeit sehen, den Studierenden Wissen zu vermitteln, stellte ich meine Vorlesung auf eine didaktisch determinierte Konzeption um. Beim Vergleich des Kenntnisstandes von Prüflingen hatte ich – wenn auch sicherlich subjektiven – Eindruck, dass das Niveau des wiedergegebenen Wissens nach der Umstellung wesentlich höher anzusiedeln war als vor der Änderung. Besonders beeindruckte mich, dass die Kandidaten die konstruktiven Merkmale und Besonderheiten realer Teile, die sie während ihres mündlichen Examens in die Hand bekamen, nun viel besser beschreiben konnten als ihre Vorgänger vergangener Jahre. Vielleicht haben sich die Prüflinge einfach besser vorbereitet, vielleicht gelang ihnen die Aufbereitung der Inhalte besser, weil sie mit der didaktischen Konzeption der zehn Grundregeln einen roten Faden finden konnten. Die Studierenden sprachen auch von ihren "Zehn Geboten". Zu hoffen bleibt, dass ihnen dieser rote Faden ein ganzes Berufsleben von Nutzen sein kann und sie mit ihm weitere Wissensbausteine verknüpfen können.

Natürlich möchte ich die Kolleginnen und Kollegen im Rahmen dieser Danksagung erwähnen, die mich einerseits mit Hinweisen und Ideen, andererseits mit Aufgabenstellungen und Problemen der einen oder der anderen Art bei der Umsetzung dieses Projekt unterstützten.

Besonderer Dank gilt meinem persönlichen Umfeld. Meine liebe Frau zeigte großes Verständnis während der Schreibphase und brachte viele Mülleimer weg, deren Entsorgung in unserem Haushalt eigentlich mir zugestanden hätte. Als die Konzeption stand, fand sie die meisten Rechtschreibfehler im Manuskript. Während der Überarbeitung hatte sie viel Geduld und Einfühlungsvermögen und entlastete mich an vielen anderen Stellen.

Eine Entschuldigung möchte ich an meine Kinder richten: Auch Erwachsene wollen mal ein bisschen spielen – und manche Große machen das, indem sie an einem Buch schreiben. Ich gelobe das nächste Projekt viel näher an die Interessenlage meiner Söhne anzulehnen als dieses.

Es möge gelingen.

Halle im Januar 2014

Der Autor

Prof. Dr.-Ing. Torsten Kies

Torsten Kies ist Fachmann für Kunststofftechnik und Spezialist für Spritzgießen. Er ist an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg tätig. An der Hochschule Lausitz im Masterstudiengang Maschinenbau, lehrte er unter anderem die Fachgabiete Kunststoffkonstruktion und Funktionsintegration mit Kunststoffen. Seine wissenschaftlichen Kenntnisse auf dem Gebiet der Kunststofftechnik, die während seiner mehrjährigen Industrietätigkeit als Entwickler von Kunststoffprodukten erworbenen Fertigkeiten und die Erfahrungen aus der fachbezogenen Hochschullehre verarbeitete er zu dem vorliegenden Buch.

Zum Inhalt des Buches

Nur wenige technische Erzeugnisse kommen ohne Kunststoffteile aus. Die polymeren Werkstoffe haben sich von billigen Ersatzstoffen zu einzigartigen Hochleistungsmaterialien entwickelt. Das Konstruieren und Gestalten von Erzeugnissen wird derzeit vorwiegend mit dem Einsatz von Metallen als Hauptwerkstoff gelehrt und dem entsprechend angewendet. Bei dieser Herangehensweise können aber bei der Verwendung von Kunststoffen nicht alle Möglichkeiten dieser Materialgruppe genutzt werden und in die Produkte einfließen.

Eine wichtige Sparte der Materialwissenschaft stellt die Kunststofftechnik dar. Auf diesem Gebiet wird intensiv geforscht. Gleichberechtigt zum werkstofftechnischen Aspekt müssen Regeln für eine kunststoffgerechte Konstruktion aufgestellt, verbreitet und angewendet werden. Eine ganze Reihe von Empfehlungen zur Gestaltung von Kunststoffprodukten ist bereits vorhanden. Der praktisch tätige Konstrukteur, der Einsteiger und der "Metall-Umsteiger" benötigen jedoch eine Systematisierung dieser Lösungsvorschläge, Tipps und Hinweise. Mit diesem Buch wird eine Methodik zur Konstruktion mit Kunststoffen vorgestellt, welche die bekannten Ansätze zu zehn Grundregeln zusammenfasst. Der Anspruch soll nicht sein, diese in aller Vollständigkeit und Tiefe darzustellen. Vielmehr wird ein System eröffnet, mit dem es gelingen sollte, die Besonderheiten der Konstruktion mit Kunststoffen zu erfassen und zu verinnerlichen. Neben dem Aufgreifen und der Diskussion vieler bereits bekannter Lösungsansätze stellt das Buch auch einige neue Lösungen vor und eröffnet alternative Sichtweisen für bestimmte Zusammenhänge.

Das Bestreben der vorliegenden Darstellungsweise ist es, die Sachverhalte in einer einfachen, verständlichen Form wiederzugeben. Vielleicht hat die Entscheidung für eine unkomplizierte Sprache die Konsequenz, dem wissenschaftlichen Anspruch des einen und anderen Kollegen nicht voll und ganz gerecht zu werden. Als Techniker kennen wir aber auch die Aussage, dass einfache Systeme meist zuverlässig und sicher funktionieren. Vielleicht ist der Versuch, das Wissen mit leicht verständlichen Texten darzustellen, auch ein Weg, mehr Personen für das vorliegende Fachgebiet zu gewinnen und damit schon im Ansatz dem nunmehr zur Realität werdenden Fachkräftemangel entgegenzuwirken.

Natürlich wird auf die spezifischen Fachbegriffe zurückgegriffen. Diese werden im Text eingeführt und erklärt.

Für die Übermittlung der inhaltlichen Botschaft spielen die Abbildungen eine wesentliche Rolle. So wird der Leser auch zum Betrachter. Ob ein Bild wirklich mehr als tausend Worte sagen kann, sei dahingestellt. An vielen Stellen unterstützt jedoch die Bebilderung nicht nur das Verständnis der Inhalte, sondern trägt die primären Informationen und soll damit zum schnellen Verständnis der Zusammenhänge beitragen.

Um den Preis des Buches auch für Studentinnen und Studenten attraktiv gestalten zu können, wurde die Print-Ausgabe in Graustufen realisiert. In der E-Book Ausgabe sind die Abbildungen dagegen farbig gestaltet. Welchem Medium man nun den Vorzug gibt, kann man nach eigenen Vorstellungen entscheiden.

Die Zehn Grundregeln

Die zehn Grundregeln sind anwendungsbezogen formuliert worden. Ihnen werden die bekannten und bewährten Konstruktionshinweise zu Kunststoffprodukten zugeordnet.

Zunächst erfolgen materialspezifische Betrachtungen in Bezug auf die Umgebungsbedingungen (Kapitel 1: „Temperatureinsatzbereich“).

Untersucht wird, in welchen Temperaturbereichen die Funktion von Kunststoffteilen gegeben ist. Zum Verständnis der Herstellungsprozesse werden die grundlegenden Vorgänge beim Phasenwechsel, von der hochviskosen Schmelze zum erstarrten Zustand und umgekehrt, beschrieben und auf weitere Phasenübergänge am starren Körper und deren Konsequenzen eingegangen. Dem Leser wird vermittelt, dass die Temperaturabhängigkeit von Werkstoffkennwerten bei Kunststoffen besonders stark ausgeprägt ist und eine genaue Kenntnis über die von außen auf das Erzeugnis einwirkenden Größen die Voraussetzung für die Entwicklung eines hochwertigen Erzeugnisses ist. Letztlich werden einige konstruktive Möglichkeiten vorgestellt, mit denen Kunststofferzeugnisse auch noch bei grenzwertigen Temperaturen ihre Funktion erfüllen.

Das zweite Kapitel („Medienangriff“) behandelt die Wechselwirkungen, die Kunststoffe mit den sie umgebenden Medien eingehen. Zunächst erfolgt eine Systematisierung der angreifenden Stoffe und Strahlungen sowie Erklärungen zu den beim Medienangriff ablaufenden Mechanismen. Aufbauend auf diesen Grundlagen folgen Äußerungen zu den Auswirkungen angreifender Medien auf die Funktionserfüllung von Kunststoffteilen.

Anschließend werden in Kapitel 3 („Spannungszustand“) die Auswirkungen des auf die Bauteile einwirkenden Kraftfeldes dargelegt. Herausgearbeitet werden die Unterschiede zwischen Orientierungen und Spannungen . Möglichkeiten ihres Nachweises werden aufgezeigt und die Konsequenzen von wirkenden Spannungen und vorhandenen Orientierungen auf ein Kunststofferzeugnis benannt.

Ab dem vierten Kapitel werden die Unterschiede zwischen den beiden Materialklassen Metalle und Kunststoffe dargestellt. Nach notwendigen Erklärungen zu grundlegenden technischen Sachverhalten und Herstellungsverfahren von Kunststofferzeugnissen wird auf die für die Polymere charakteristischen mechanischen Eigenschaften eingegangen und diese mit denen der Metalle verglichen. Auch wenn die Steifigkeit und die Festigkeit der Kunststoffe geringer ist als die der meisten Metalle, erschließt das deutlich bessere Verformungspotenzial von Polymeren Einsatzmöglichkeiten, die mit Metallen so nicht zugänglich sind. Herausgearbeitet wird, dass mit Polymeren große Verformungen schadensfrei realisiert werden können (Kapitel 4: „Schadensfreie Verformung“). Im Gegensatz zur Konstruktion mit Metallen betrachtet man bei Kunststoffen nicht primär die aufnehmbaren Spannungen, sondern die möglichen Verformungen. Mit Kunststoffen können nicht nur starre, sondern auch flexible Konstruktionen realisiert werden. Die unterschiedliche Herangehensweise für diese beiden Varianten wird erklärt.

Ein Schwerpunkt wird im Rahmen von Kapitel 5 („Entformbarkeit“) auf die fertigungsgerechte Konstruktion von Kunststoffteilen gelegt. Während zur Herstellung von Produkten aus Metall mehrere Fertigungsverfahren auch bei der Massenfertigung in Frage kommen, konzentriert sich das Produktionsverfahren bei Kunststoffen bei strang- oder plattenartigen Produkten auf das Extrusionsverfahren, bei dreidimensional ausgeprägten Erzeugnissen vor allem auf das Spritzgießen. Weil das Spritzgießen allein wegen der Vielzahl der Erzeugnisse ein deutlich höheres ingenieurtechnisches Volumen beansprucht, konzentrieren sich hier die Überlegungen zur Entformbarkeit von Kunststoffteilen auf dieses Verfahren. Die fundamentalen Aussagen sind selbstverständlich auf andere Verfahren übertragbar. Dem Leser werden einführende Kenntnisse zum Werkzeugbau vermittelt, damit er in der Lage ist, die Konsequenzen seiner Konstruktion für die Umsetzung der Werkzeugtechnik einzuschätzen. Die Möglichkeiten des Spritzgusswerkzeugbaus werden vom Einfachen zum Komplizierten hin aufgezeigt und einige Anwendungen dargestellt, die mit den besprochenen Werkzeugen hergestellt werden können. Wenn mit diesen Kenntnissen die Konstrukteure Teile auf optimale Entformungsmöglichkeiten hin entwickeln, eröffnen sich neue Impulse für eine hocheffektive Massenfertigung.

Im sechsten Kapitel („Konstante Wanddicken“) wird die Forderung nach gleichmäßigen Wandstärken bei Kunststoffprodukten erhoben, die sich aus der im Vergleich zu Metallen sehr langsamen Abkühlungsgeschwindigkeit polymerer Werkstoffe beim Urformen ableitet. Die Aussagen werden mit der verfahrenstechnischen Beschreibung des Spritzgussprozesses untermauert. So können anschließend Probleme am Erzeugnis erklärt werden, die aufgrund von Wanddickenunterschieden entstehen und Lösungsempfehlungen ausgesprochen werden. Weiterhin folgt die Darstellung von Besonderheiten an Ecken und Kanten am Erzeugnis und Vorschläge für entsprechende Konstruktionsregeln, um verzugsfreie Formteile gestalten zu können.

Nachdem die ersten sechs Grundregeln material- und fertigungstechnische Aspekte behandeln, konzentrieren sich die folgenden drei Kapitel auf die geometrische Ausgestaltung der Produkte.

Aufgrund des geringeren Moduls von Kunststoffen können viele Produkte mit der beim Einsatz von Metall bewährten Geometrie nicht zufriedenstellend umgesetzt werden. Die geringfügige Erhöhung des Moduls durch die Zugabe von Verstärkungsfasern zum Grundpolymer bringt selten hinreichende Ergebnisse. Im siebten Kapitel („Geometrische Versteifung“) werden drei Möglichkeiten aufgezeigt, die Aussteifung der Erzeugnisse mit geometrischen Mitteln zu realisieren, und deren Besonderheiten beim Einsatz in Kunststoffbauteilen erklärt.

Genauso, wie durch eine entsprechende Gestaltung die Versteifung einer Geometrie möglich ist, kann mit geometrischen Mitteln auch eine stärkere Verformung in bestimmten Bereichen eines Teils erreicht werden, ohne dass man Modifikationen am Grundwerkstoff vornimmt. Das Buch stellt dazu in Kapitel 8 („Konstruktive Duktilität“) Methoden vor und zeigt eine Reihe von praktischen Anwendungen auf.

Viele technische Produkte realisieren in der einen oder anderen Form Bewegungen. Bei starren Konstruktionen werden solche Anwendungen durch die Verschiebung von Einzelteilen zueinander realisiert. Das ist fertigungstechnisch aufwendig und wirkt sich stark auf den Preis der Produkte aus. In Folge des ausgeprägten Verformungsverhaltens polymerer Materialien können mit (teil-) flexiblen Konstruktionen aber auch Lösungen realisiert werden, bei denen die funktionelle Bewegung durch ein integrales Teil wahrgenommen wird. Einige solcher Realisierungsmöglichkeiten werden in Kapitel 9 („Veränderliche Geometrie“) vorgestellt und diskutiert. Neben der erwünschten Verformung der Produkte im Rahmen ihres Einsatzes muss bei Kunststoffen auch eine objektiv vorhandene Verformung nach dem Spritzgießen bei Lagerung und Transport sowie eine Veränderung der Geometrie bei nachgelagerten Produktionsprozessen berücksichtigt werden; diese kann vielleicht sogar zweckdienlich ausgenutzt werden. Der Konstrukteur muss das einkalkulieren und die Geometrie der Erzeugnisse für die jeweiligen Zeitpunkte beziehungsweise Zustände beschreiben.

Kapitel 10 („Funktionsintegration“) am Ende des Buches beschreibt die Funktionsintegration beim Einsatz von Kunststoffen. Inhaltlich wird dieses Kapitel aus einer Vorlesung gespeist, die der Autor bis zum Ende ihres Bestehens an der Hochschule Lausitz unter gleichem Titel hielt. Zunächst werden die Aspekte beim Entwurf von Erzeugnissen untersucht. Hier möchte man das Erzeugnis mit Extra-Funktionen ausstatten, um dem Anwender einen zusätzlichen Nutzen zu eröffnen. Aber auch die technologischen Gesichtspunkte der Funktionsintegration werden dargestellt. Dieser herstellungstechnische Aspekt der Funktionsintegration zielt auf die Produktionsprozesse, um diese für die Massenproduktion noch günstiger zu gestalten. Einige der in diesem Zusammenhang stehenden Sonderverfahren des Spritzgießens werden vorgestellt und mit praktischen Beispielen belegt. Auf die Besonderheiten, die diese Sonderverfahren bei der Gestaltung von Formteilen erfordern, wird kurz eingegangen. So wird ein Handwerkszeug geschaffen, das auch die Entwicklung und konkurrenzfähige Produktion von Kunststofferzeugnissen in Ländern mit hohem Lohnniveau ermöglicht.

1  Grundregel: Temperatureinsatzbereich