TY - THES

T1 - Einfluss von unterschiedlichen Schmelzrippen-Geometrien auf die Dichtheit von Kunststoffumspritzungen von Steckverbindern

AU - Preissegger, Florian

N1 - gesperrt bis 06-05-2026

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Durch das Umspritzen von Kunststoffen und auch Metallen lassen sich hochfunktionelle Verbundbauteile, wie z.B. Steckverbinder herstellen. Im Automobilbereich eingesetzte Steckverbinder müssen hohen Anforderungen entsprechen. Neben Temperaturschwankungen von 170 K, die in extremen Fällen sogar mehrmals täglich auftreten können, müssen auch mechanische, elektrische und chemische Anforderungen erfüllt werden. Eine elementare Anforderung an die Steckverbinder ist die Dichtheit, die über den gesamten Produktlebenszyklus gewährleistet werden muss. Ein dichter Steckverbinder verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit sowie verschiedenen Betriebsmitteln wie z.B. Schmier- und Kühlmitteln. Eindringende Medien können bei innenliegenden Metallkontakten zur Korrosion oder zum Kurzschluss und folglich zum Ausfall des Steckverbinders führen. Derzeit wird ein Großteil der Steckverbinder aus kurzglasfaserverstärkten Polyamidwerkstoffen (PA) hergestellt, wobei derzeit das Einlegeteil aus PA 6 und die Umspritzung aus PA 6.6 gefertigt wird. Um die Haftung und vor allem die Dichtheit zwischen den Komponenten zu verbessern werden sogenannte Schmelzrippen eingesetzt. Dabei handelt es sich um konstruktiv angebrachte Erhebungen am Einlegerteil, die beim Umspritzen partiell aufschmelzen und sich mit dem Material der Umspritzung vermischen. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, mithilfe der statistischen Versuchsplanung verschiedene Geometriefaktoren der Schmelzrippen in Bezug auf die Dichtheit der Verbindung zu untersuchen. Mithilfe eines speziellen Spritzgießwerkzeuges konnten Bauteile – einem Steckverbinder ähnlich – mit unterschiedlichen Schmelzrippen-Geometrien gefertigt werden. Nach dem Umspritzen dieser Einleger wurden die Bauteile, vor und nach einer thermischen Alterung, optisch sowie auf Dichtheit untersucht. Anhand der optischen Untersuchungen konnten Geometriefaktoren der Schmelzrippen bestimmt werden, die zu einer verbesserten Aufschmelzleistung der Rippen führten. Eine direkte Korrelation zwischen Aufschmelzleistung und Dichtheit konnte nicht bestätigt werden. Allerdings konnte einer der Geometriefaktoren in Zusammenhang mit undichten Bauteilen gebracht werden. Zudem wurde ermittelt, dass sich eine starke Beschädigung der Schmelzrippen negativ auf die Dichtheit auswirkt. Neben der Schmelzrippen-Geometrie konnten weitere Faktoren definiert werden, die zu einer verstärkten Delamination zwischen Einleger und Umspritzung führen.

AB - Durch das Umspritzen von Kunststoffen und auch Metallen lassen sich hochfunktionelle Verbundbauteile, wie z.B. Steckverbinder herstellen. Im Automobilbereich eingesetzte Steckverbinder müssen hohen Anforderungen entsprechen. Neben Temperaturschwankungen von 170 K, die in extremen Fällen sogar mehrmals täglich auftreten können, müssen auch mechanische, elektrische und chemische Anforderungen erfüllt werden. Eine elementare Anforderung an die Steckverbinder ist die Dichtheit, die über den gesamten Produktlebenszyklus gewährleistet werden muss. Ein dichter Steckverbinder verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit sowie verschiedenen Betriebsmitteln wie z.B. Schmier- und Kühlmitteln. Eindringende Medien können bei innenliegenden Metallkontakten zur Korrosion oder zum Kurzschluss und folglich zum Ausfall des Steckverbinders führen. Derzeit wird ein Großteil der Steckverbinder aus kurzglasfaserverstärkten Polyamidwerkstoffen (PA) hergestellt, wobei derzeit das Einlegeteil aus PA 6 und die Umspritzung aus PA 6.6 gefertigt wird. Um die Haftung und vor allem die Dichtheit zwischen den Komponenten zu verbessern werden sogenannte Schmelzrippen eingesetzt. Dabei handelt es sich um konstruktiv angebrachte Erhebungen am Einlegerteil, die beim Umspritzen partiell aufschmelzen und sich mit dem Material der Umspritzung vermischen. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, mithilfe der statistischen Versuchsplanung verschiedene Geometriefaktoren der Schmelzrippen in Bezug auf die Dichtheit der Verbindung zu untersuchen. Mithilfe eines speziellen Spritzgießwerkzeuges konnten Bauteile – einem Steckverbinder ähnlich – mit unterschiedlichen Schmelzrippen-Geometrien gefertigt werden. Nach dem Umspritzen dieser Einleger wurden die Bauteile, vor und nach einer thermischen Alterung, optisch sowie auf Dichtheit untersucht. Anhand der optischen Untersuchungen konnten Geometriefaktoren der Schmelzrippen bestimmt werden, die zu einer verbesserten Aufschmelzleistung der Rippen führten. Eine direkte Korrelation zwischen Aufschmelzleistung und Dichtheit konnte nicht bestätigt werden. Allerdings konnte einer der Geometriefaktoren in Zusammenhang mit undichten Bauteilen gebracht werden. Zudem wurde ermittelt, dass sich eine starke Beschädigung der Schmelzrippen negativ auf die Dichtheit auswirkt. Neben der Schmelzrippen-Geometrie konnten weitere Faktoren definiert werden, die zu einer verstärkten Delamination zwischen Einleger und Umspritzung führen.

KW - Schmelzrippe

KW - Spritzgießen

KW - Umspritzen

KW - melt rib

KW - injection molding

KW - overmolding

M3 - Masterarbeit

ER -