Partner der Kunststoffindustrie. Mediendichtes Umspritzen von Einlegeteilen aus Metall und Keramik. Thomas Zentgraf. Halle. Peine

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1 Das Kunststoff-Zentrum Zentrum. - Partner der Kunststoffindustrie Produktqualität Weiterbildung Forschung Zertifizierung Das Kunststoff-Zentrum Zentrum. Partner der Kunststoffindustrie Mediendichtes Umspritzen von Einlegeteilen aus Metall und Keramik Thomas Zentgraf Würzburg Weiterbildungs -Zentrum Würzburg Technologie-Zentrum, Verarbeitungstechnikum Halle Peine Stuttgart Dubai, Iran, China Produktqualität Qualitätssicherung Weiterbildung Forschung & Entwicklung Zertifizierung

2 Das als Partner der Kunststoffindustrie Prüfung (MP) / Güte- und Qualitätssicherung (QS) / Produktzertifizierungen (PZ) (Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC und 17025) AW MP FuE QS Cert PZ SA Service und Schadensanalyse (SA) Analyse entlang der Wertschöpfungskette und Entwicklungsberatung 2

3 Das als Partner der Kunststoffindustrie Aus- und Weiterbildung von Fach- und Führungskräften Lehrgänge, Seminare, Tagungen und Kongresse mit ca Teilnehmern p.a. MP AW QS Zertifizierung von Management-Systemen ISO 9001, VDA 6.1, ISO/TS 16949, ISO 14001, OSHAS Cert FuE SA PZ Forschung und Entwicklung (FuE) in den Bereichen Compoundierung, Verarbeitung, Fügen, Eigenschaftsvalidierung, Ökonomie und Ökologie 3

4 Problemstellung Kurzschlüsse bei elektronischen Bauteilen infolge eingedrungener Feuchtigkeit. Eindringen von Feuchtigkeit, Verschmutzungen und aggressiven Medien führt häufig zur starken Beeinträchtigung der Bauteilfunktion bzw. zur Schädigung des Bauteils. Mediendichtheit ist häufig Vorgabe an die Zulieferer von Bauteilkomponenten. Zahlreiche Fragestellungen zum Thema Auslegung und Herstellung von mediendichten Verbindungen sind bisher nicht beantwortet. 4

5 AiF-Vorhaben 133 ZN: Herstellung von Kunststoff/Keramik- Hybriden im Spritzgießverfahren Feedstock-Entwicklung und Herstellung der Keramikeinleger am Forschungszentrum Karlsruhe Prüfungen - Haftung Prüfkörper: - Dichtigkeit - Spannungsrisse Lagerbock Haftungsversuch - Mikroskopie - Dauerbelastungstest Biegebalken 5

6 Einfluss der Verarbeitungsparameter Variierte Parameter (je 2 Einstellstufen): Massetemperatur (Zylinder- / Düsentemperatur) Werkzeugtemperatur Einlegeteiltemperatur Nachdruck Haftung: Einlegeteiltemperatur zeigt einen deutlichen Einfluss Höhere Haftung bei höherer Vorwärmtemperatur Dichtigkeit: Einfluss der Verarbeitung war nicht eindeutig erkennbar 6 Polycarbonat

7 Einfluss der Geometrie der Kunststoffkomponente Haftung: Wandstärke 3,5 mm Wandstärke 2,0 mm Polyamid 66 Höhere Haftkräfte bei höherer Wandstärke durch stärkeres Aufschwinden 7

8 Einfluss der Geometrie der Kunststoffkomponente Dichtigkeit: Wandstärke 3,5 mm Wandstärke 2,0 mm Bei höherer Wandstärke sind die Zeiten bis zur ersten Tropfenbildung deutlich länger Polyamid 66 8

9 Haftung: Kein Einfluss auf die Haftkräfte Dichtigkeit: Einfluss der Einlegeteiloberfläche Keine Tropfenbildung bei Einlegeteilen Schliff in Querrichtung Schliff in Längsrichtung Struktur wirkt wie ein Art Labyrinthdichtung Zeit bis Tropfenbildung [s] V01 V02 V03 V04 V05 V06 Versuchsreihe Längsschliff Querschliff Prüfdruck 3 bar Polyamid 66 Schliff in Querrichtung R a = ca. 0,8 1,0 µm 9

10 AiF-Vorhaben N: Mediendichtes Umspritzen von Einlegeteilen aus Metall und Keramik Ziele Detaillierte Quantifizierung von Einflüssen, die zum Erreichen einer mediendichten Verbindung wesentlich sind Erarbeitung von Maßnahmen, von Gestaltungs- und Handlungsempfehlungen, die bereits bei der Entwicklung zu einem mediendichten Bauteil beitragen können Zu untersuchende Einflussgröß ößen Einfluss der Verarbeitung Einfluss der Einlegeteiloberfläche Einfluss der Geometrie der Kunststoffkomponente Einfluss der Umweltbedingungen und Langzeitverhalten 10

11 Maßnahmen zur Erzielung einer mediendichten Verbindung Abgeleiteter Forschungs- und Entwicklungsbedarf: Einfluss der Geometrie: Wanddicke der Kunststoffkomponente Einflussnahme auf das Schwindungsbestreben des Kunststoffs Größe der Fügefläche Notwendig sind Untersuchungen, die die Höhe der sich mit der Zeit 400 verändernden Einbettspannung beschreiben (Folge der Relaxation 340 des Kunststoffs; p Rest(Temperatur,Zeit), etc.). Mittlere Kraft [N] Lagerung [h]? 11

12 Maßnahmen zur Erzielung einer mediendichten Verbindung Abgeleiteter Forschungs- und Entwicklungsbedarf: Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit: Erzeugung einer Art Labyrinthdichtung durch Aufbringung einer geeigneten Struktur auf die Einlegeteiloberfläche Strukturierung der Einlegeteile durch Lasertechnik oder Ätzen Notwendig sind Untersuchungen, die den Einfluss der Einlegeteiloberfläche auf die Mediendichtheit sicher beschreiben können, um daraus die notwendigen Strukturierungsempfehlungen für KMU aussprechen zu können. 12

13 Maßnahmen zur Erzielung einer mediendichten Verbindung Abgeleiteter Forschungs- und Entwicklungsbedarf: Einfluss der Einlegeteiltemperatur: Starke Hafteffekte bei extrem hoher Einlegeteiltemperatur (>200 C) Benetzung der Einlegeteiloberfläche wird häufig durch eine niedrige Kontakttemperatur erschwert, da Einlegeteile nicht oder nur ungenügend vorgewärmt werden. 13

14 Geometrie Testkörper Metalleinleger: Dicke Einlegeteil: 2 mm / 0,8 mm Dicke Kunststoffkomponente: 1,5 mm / 3 mm Länge der Umspritzung: 8 mm / 16 mm Keramikeinleger: Dicke Einlegeteil: 4 mm Dicke Kunststoffkomponente: 2 mm / 3,5 mm Länge der Umspritzung: 8 mm / 16 mm Zusätzlich Aufbringung einer Struktur (Metallteile) bzw. Variation des Schliffbildes (Keramikteile) 14

15 Dichtigkeitsprüfeinrichtung Prinzip: Differenzdruck (Prüfmedium Luft) Der aufgezeichnete zeitliche Verlauf der Druckänderung ermöglicht bei bekannter Volumengröße der Prüfkavität die Bestimmung der Leckrate nach folgender Gleichung: d p V mbar Leckrate Q = [ Q] = d t s l Auflösung: 0,5 Pa! = 1/ bar 15

16 Arbeitsplan Spritzgießversuche mit Parametervariation Verarbeitungsparameter (inkl. Einlegeteiltemperatur) Geometrie Kunststoffkomponente (Ummantelungsdicke, Länge der Umspritzung) Einlegeteilstrukturierung Zeit- und temperaturabhängige Prüfungen Ermittlung der Leckrate Prüfung der Haftung Statistische Auswertung der Ergebnisse mit Hilfe der Software MESOS, ein Programm für die statistische Versuchsmethodik Beurteilung und Quantifizierung des Einflusses der variierten Parameter auf die Mediendichtheit der Hybridteile vor und nach Temperaturwechseltests. Ableiten von Maßnahmen und Handlungsempfehlungen, die bereits bei der Entwicklung zu einem mediendichten Bauteil beitragen können. 16

17 Vielen Dank für r Ihre Aufmerksamkeit! 17 Produktqualität Qualitätssicherung tssicherung Weiterbildung Forschung & Entwicklung Zertifizierung

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