Spritzgegossene, tragende Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen Konstruktion, Prozessanalyse und Charakterisierung
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| Veröffentlicht: |
Erlangen
Lehrstuhl für Kunststofftechnik
2002
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Zielsetzung 1
2 Grundlagen 3
2 1 Vergleich zwischen Metall und Kunststoff 3
2 2 Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen 4
221 Inserttechnik 5
222 Outserttechnik 5
223 Spritzgegossene, tragende Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen 7
2 3 Haftungsrelevante Aspekte beim Umspritzen von Metallteilen 8
231 Adhäsion 9
2311 Mechanische Adhäsion 9
2312 Spezifische Adhäsion 9
2313 Adhäsionsmechanismen zwischen Metall und Kunststoff 12
232 Oberflächenvorbehandlungen von Metallen 12
233 Temperatur des Metalleinlegeteils 15
234 Weitere Einflüsse auf die Haftung 16
2 4 Orientierungen, Eigenspannungen und deren Auswirkungen 17
241 Orientierungen 17
242 Eigenspannungen 18
243 Längenwärmeausdehnungskoeffizient 20
2 5 Einflussfaktoren auf die mechanischen Eigenschaften der Hybride 21
251 Materialauswahl 21
252 Bauteilgestaltung 22
253 Krafteinleitung und Verbindung zwischen Kunststoff und Metall 27
254 Fertigung 29
2 6 Prozessoptimierung beim Spritzgießen 30
2 7 Zusammenfassende Bewertung des Kenntnisstandes 33
3 Untersuchte Werkstoffe 35
3 1 Kunststoffe 35
3 2 Metalle 37
3 3 Beschichtungen 38
4 Experimentelle Einrichtungen, Versuchsdurchführung und Auswertung 39
4 1 Prüfkörper 39
411 T-Verbund 39
412 U-Hybridträger 40
TECHMiSCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT
Fachgebiet Konstruktiver Leichtbau und Bauweisen
Prof Dr -lng Helmut Schürmann
64287 Darmstadt, Otto-Berndt-Str 2
VI
Inhaltsverzeichnis
4 2 Fertigungsprozesskette 42
421 Vorbehandlung 42
422 Vorwärmen und Messung der Temperatur des Einlegeteils 43
423 Spritzgießversuche 44
4231 T-Verbund 44
4232 U-Hybridräger 48
4 3 Thermische und klimatische Belastungstests 49
4 4 Ermittlung der Spannungen im Kunststoffbereich 49
4 5 Ermittlung der Abmessungen und des Verzugs 50
4 6 Rauheitsmessung 51
4 7 Kontaktwinkelmessung 51
4 8 Thermoanalytische Untersuchungsmethoden 51
481 Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) 51
482 Thermomechanische Analyse (TMA) 52
483 Dynamisch-Mechanische Thermoanalyse (DMA) 52
4 9 Mechanische Prüfungen 52
491 Statische Zugversuche 52
492 Dynamische Zugschwellversuche 53
493 Biegeversuche 54
494 Fallversuche 54
495 Torsionsversuche 55
4 10 Mikroskopische Strukturuntersuchungen 55
5 Versuchsergebnisse 56
5 1 Wärmeausdehnungskoeffizient der Kunststoffe 56
5 2 Temperatur des Einlegeteils bei der Herstellung des T-Verbunds 58
5 3 Oberflächeneigenschaften der Einlegeteile 63
5 4 Schwindung des Kunststoffs und Verzug des T-Verbunds 65
5 5 Spannungen im Verbundteil 68
5 6 Verbindungsfestigkeit 69
561 Formschlüssige Verbindungen 69
5611 Auszugsversuche 69
5612 Zugscherversuche 75
562 Einfluss der Blechtemperatur auf die Verbundfestigkeit 76
563 Haftung 79
5631 Verzinken von Stahlblechen 79
5632 Chemische Vorbehandlungen 80
5633 Beschichten von Stahlblechen 81
Inhaltsverzeichnis
VII
5 7 Ergebnisse der Gefügeuntersuchungen 83
571 Faserorientierung 83
572 Bruchoberfläche 84
5 8 Prozessoptimierung 90
581 T-Verbunde 90
5811 Verformung des Einlegeteils beim Einspritzen 90
5812 Prozessrobustheitsoptimierung am Beispiel des T-Verbunds 91
582 U-Hybridträger 94
5 9 Maßhaltigkeit von U-Verbundträgern 99
5 10 Belastbarkeit von U-Verbundträgern 100
5 10 1 Biegebelastbarkeit beim 3-Punkt-Biegeversuch 100
5 10 2 Biegebelastbarkeit beim Fallversuch 106
5 10 3 Biegebelastbarkeit beim 4-Punkt-Biegeversuch 107
5 10 4 Torsionsbelastbarkeit 108
6 Bewertung der Versuchsergebnisse 113
6 1 Prozesssicherung und -Optimierung beim Umspritzen 113
6 2 Einflüsse auf die Maßhaltigkeit der Hybridstrukturen 114
6 3 Einflüsse auf die Haftfestigkeit zwischen Metall und Kunststoff 116
6 4 Einflüsse auf die Verbundfestigkeit der Kunststoff-Metall-Hybrid-
strukturen durch Formschluss 117
6 5 Einflüsse auf die mechanischen Belastbarkeit der Kunststoff-
Metall-Hybridstrukturen 119
7 Zusammenfassung 123
8 Literaturverzeichnis 126
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