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DIE BIBLIOTHEK DER TECHNIK

320

Hotmelt Moulding

Niederdruckspritzguss mit Schmelzklebstoffen

VERLAG MODERNE INDUSTRIE

Henkel, mikkelsen, OptiMel, U. Kolb


Die Bibliothek der Technik Band 320

Hotmelt Moulding Niederdruckspritzguss mit Schmelzklebstoffen Olaf MĂźndelein

verlag moderne industrie


Dieses Buch wurde mit fachlicher Unterstützung der Henkel AG & Co. KGaA, mikkelsen electronics as, OptiMel Schmelzgußtechnik GmbH & Co. KG und U. Kolb Werkzeug Vertriebsgesellschaft mbH erarbeitet.

Der Dank des Autors für die Mitarbeit an diesem Buch gilt: Bettina Becker, Rüdiger Butterbach, Dr. Uwe Franken, Jürgen A. Haberl, Thorsten Kaselow, Uwe Kolb, Dr. Siegfried Kopannia, Ulrike Müßigbrodt, Paul Ranft, Anna Remisch, Achim Schöneweiß, Christian Schulz, Thomas Stein und Marcel Ugoagwu.

Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Sämtliche Angaben, Hinweise und Ratschläge basieren auf in der Praxis erworbenen Kenntnissen und Erfahrungen. Dennoch übernehmen Autor und Verlag keine Haftung für den Inhalt, insbesondere im Hinblick auf Richtigkeit und Vollständigkeit der zur Verfügung gestellten Informationen. Die Geltendmachung von Ansprüchen jeglicher Art ist ausgeschlossen. Wegen unterschiedlicher Substrat-Materialien und Arbeitsbedingungen wird Anwendern generell empfohlen, umfangreiche Tests durchzuführen und sich bei Klebstoffherstellern oder fachlich qualifizierten Dienstleistern technisch beraten zu lassen.

© 2009 Alle Rechte bei Süddeutscher Verlag onpact GmbH, 81677 München www.sv-onpact.de Abbildungen und Tabellen: Abb. 1, 6, 7, 16 – 20, 22, 23, 26 – 28, 31, 32–34 und 36 OptiMel Schmelzgußtechnik GmbH & Co. KG, Iserlohn; Abb. 8, 11, 25, 29 und 30 U. Kolb Werkzeug Vertriebsgesellschaft mbH, Waldenbuch; alle übrigen Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf Satz: abavo GmbH, 86807 Buchloe Druck und Bindung: Sellier Druck GmbH, 85354 Freising Printed in Germany 889092 ISBN 978-3-937889-92-4


Inhalt Einleitung

4

Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding

6

Grundlegende Begriffe............................................................................ Einordnung des Verfahrens ..................................................................... Typische Anwendungen ..........................................................................

6 9 13

Verwendete Schmelzklebstoffe

19

Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis............................. Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyolefinbasis ........................... Nachvernetzende Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis........................ Nachvernetzende Schmelzklebstoffe auf Polyurethanbasis.................... Kriterien fĂźr die Materialauswahl ...........................................................

20 25 26 28 29

Teiledesign

33

Konstruktionsrichtlinien ......................................................................... Toleranzen ............................................................................................... Farbe und Bedruckbarkeit .......................................................................

33 41 43

Werkzeuge, Maschinen und Anlagen

45

Werkzeugdesign ...................................................................................... Maschinentechnik ................................................................................... Anlagenkonzepte.....................................................................................

45 49 53

Hotmelt Moulding in der Praxis

55

Maschineneinstellungen und Produktionsablauf .................................... Fehlerbehebung ....................................................................................... Maschinenwartung ..................................................................................

55 58 61

Von der Idee zum Bauteil

62

Fachbegriffe und AbkĂźrzungen

66

Literatur

69

Die Partner dieses Buches

70


4

Einleitung

Schutz von Elektronik vor Umwelteinflüssen

Hotmelt Moulding

Sei es im industriellen Umfeld, in Fahrzeugen oder im Haushalt, Elektronik ist allgegenwärtig und unverzichtbar. Mit der zunehmenden Verbreitung sind auch die Anforderungen an ihre Zuverlässigkeit gestiegen. Elektronik muss in jeder Situation und unter allen Umständen funktionieren. Aus diesem Grund werden heute immer mehr elektronische Komponenten vor Umwelteinflüssen geschützt. Traditionell bieten Gehäuse aus Kunststoff oder Metall guten Schutz. Zunehmenden Stellenwert erhalten Dicht- und Klebstoffe, mit denen sich Gehäuse abdichten oder verkleben lassen. Werden die Gehäuse mit einer Vergussmasse auf Polyurethan- oder Epoxidharzbasis gefüllt, ist nicht einmal mehr ein Gehäusedeckel erforderlich, um die Elektronik zu schützen. Um Knickschutztüllen für Kabel abzudichten, bieten sich Butyldichtstoffe an. Diese Knetmassen oder Bänder werden zwischen die einzelnen Leiter gelegt, bevor diese durch die Tülle zusammengeführt werden. Durch den wirtschaftlichen Druck, die Produktionskosten zu senken und die Fertigung zu optimieren, hat insbesondere seit den 1990erJahren ein weiteres Verfahren zum Schutz von Elektronik sehr an Bedeutung gewonnen: das Hotmelt Moulding. Bei diesem Verfahren wird das elektronische Bauteil in eine Vergussform eingelegt und mit einem Schmelzklebstoff umspritzt (Abb. 1). Schnelle Aushärtezeiten und hohe Festigkeiten der verwendeten Hotmelts sowie sehr geringe Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) sind nur einige Vorteile dieses Verfahrens. Zunächst hauptsächlich im Bereich der Automobilelektronik eingesetzt, gewinnt es auch in der allgemeinen Elektronikfertigung immer mehr an Bedeutung.


Einleitung 5 Abb. 1: Unvergossene (oben) und mit schwarzem Hotmelt vergossene Platinen (unten, mit Anguss)

Das Hotmelt Moulding schützt elektronische Komponenten auch ohne Kunststoffgehäuse effektiv und zuverlässig vor Umwelteinflüssen und ermöglicht eine schnelle und prozesssichere Fertigung. Dieses Buch verfolgt das Ziel, die Möglichkeiten und Grenzen des Hotmelt Moulding aufzuzeigen. Es vermittelt einen Überblick über die verschiedenen Schmelzklebstoffe, das optimale Teiledesign und den aktuellen Stand der Werkzeug- und Maschinentechnik. Abgerundet durch zahlreiche Praxisbeispiele wendet es sich an Entwickler, Konstrukteure und Anwender in der Fertigung.


6

Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding Grundlegende Begriffe Klebstoff In der Norm DIN EN 923 wird ein Klebstoff als »nichtmetallischer Stoff, der Fügeteile durch Flächenhaftung (durch Adhäsionskräfte) und innere Festigkeit (durch Kohäsionskräfte) verbinden kann« definiert. Die deutsche Norm DIN 16920 setzt in ihrer Definition auch noch voraus, dass sich durch den Klebstoff das Gefüge der Substrate nicht »wesentlich« verändert. Hotmelt

Kohäsion und Oberflächenspannung

Schmelzklebstoff Bei einem Schmelzklebstoff, engl. hotmelt adhesive, handelt es sich um einen lösungsmittelfreien und bei Raumtemperatur festen Klebstoff. Er wird im heißen und flüssigen Zustand auf die Klebfläche aufgetragen und stellt nach dem Abkühlen die Verbindung zu dem oder den Substrat(en) her. Kohäsion Unter Kohäsion versteht man im Zusammenhang mit Klebstoffen das Wirken von anziehenden Kräften zwischen den Klebstoffmolekülen, die den Zusammenhalt des Klebstoffs bewirken (Abb. 2). Kohäsionskräfte sind für die Viskosität des flüssigen Klebstoffs und für die innere Festigkeit des ausgehärteten Klebstoffs verantwortlich. Je größer die Kohäsion, desto höher ist die Oberflächenspannung und desto schlechter benetzt der Klebstoff die Oberfläche eines Fügeteils. Andererseits sind große Kohäsionskräfte Voraussetzung für eine hohe mechanische Belastbarkeit der ausgehärteten Klebverbindung.


Grundlegende Begriffe 7

Substrat 1

Klebstoff

Kohäsion

Die Kohäsion eines Schmelzklebstoffs hängt u. a. von folgenden Materialeigenschaften ab: Molekulargewicht, Kristallinität, Schmelzpunkt und molekulare Verzweigung. Adhäsion Unter Adhäsion versteht man im Zusammenhang mit Klebstoffen das Wirken von anziehenden Kräften zwischen der Klebstoffschicht und den Oberflächen der Fügeteile (siehe Abb. 2). Je stärker die Adhäsion, desto besser benetzt der Klebstoff die Fügeteiloberflächen. Adhäsionskräfte haben generell eine sehr kleine Reichweite im Bereich von 0,1 bis 0,5 Nanometer (1 nm = 10−9 m). Sie können deshalb nur an entsprechend vorbehandelten und sauberen Substratoberflächen wirksam werden. Die genauen Vorgänge bei der Adhäsion sind noch nicht vollständig verstanden. Die gängige Vorstellung der mechanischen Verklammerung des Klebstoffs mit der rauen Substratoberfläche ist eine nur unzureichende Erklärung. Ursächlich für die Adhäsion sind auch zwischenmolekulare Kräfte in der Grenzschicht von Klebstoffschicht und Substrat. Entsprechend

Adhäsion

Substrat 2

Abb. 2: Kohäsion und Adhäsion

Adhäsion und Benetzung


8 Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding der Vielzahl an Kräften in Klebverbindungen gibt es unterschiedliche Theorien zur Adhäsion, die aber im Rahmen dieses Buches nicht dargestellt werden können.

Benetzung und Haftung

Benetzung Unter der Benetzung versteht man im Zusammenhang mit Klebstoffen die Neigung des Klebstoffs, sich auf einer festen Werkstoffoberfläche gleichmäßig zu verteilen. Je besser die Benetzung ist, desto mehr Moleküle tragen wirksam zur Adhäsion bei. Dadurch steigt die Haftung des Klebstoffs. Ein Maß für die Benetzung ist der Kontaktwinkel (Abb. 3): je kleiner der Kontaktwinkel, desto besser die Benetzung.

Abb. 3: Der Kontaktwinkel ist ein Maß für die Benetzung. Kontaktwinkel

Klebstoff

Substrat

Die Benetzung hängt stark von den Temperaturbedingungen ab. Da die Oberflächenspannung von flüssigen Klebstoffen mit steigender Temperatur sinkt, nimmt folglich die Benetzung mit steigender Klebstofftemperatur zu. Für Schmelzklebstoffe ist aber auch die Temperatur des zu verklebenden Substrats von Bedeutung. Je wärmer das Substrat, desto weniger Wärme entzieht es dem Klebstoff. Der Klebstoff hat dann mehr Zeit zur Benetzung


Einordnung des Verfahrens 9 und kann dadurch mehr Adhäsionsbrücken bilden. Auch die Wärmeleitfähigkeit des Substrats wirkt sich auf die Benetzung aus. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit sollten vor der Verklebung erwärmt werden, damit sie den Schmelzklebstoff nicht zu schnell abkühlen. Offene Zeit Als offene Zeit bezeichnet man die maximale erlaubte Zeitspanne vom Auftragen des Klebstoffs auf die Substrate bis zum Fügen und Fixieren der Teile. Nur wenn die Substrate innerhalb der offenen Zeit gefügt werden, kann es zur optimalen Verklebung kommen. Die offene Zeit wird durch folgende Einflussgrößen bestimmt: • • • • • •

Verarbeitungstemperatur Auftragsmenge Temperatur der Substrate Wärmeleitfähigkeit der Substrate Umgebungstemperatur Luftbewegung an der Auftragsstelle (z. B. Zugluft) • Auftragsgeschwindigkeit • Auftragsmethode • Zusammensetzung des Klebstoffs. Die offene Zeit von Schmelzklebstoffen ist generell kurz im Vergleich zu der von zweikomponentigen Vergussmassen.

Einordnung des Verfahrens Das Verfahren Hotmelt Moulding lässt sich technisch zwischen dem Kunststoffspritzguss und dem Verguss mit zweikomponentigen Vergussmassen einordnen (Abb. 4). Gegenüber diesen beiden Verfahren weist das Hotmelt Moulding anwendungsbezogen wesentliche Vorteile auf.

Kurze offene Zeit


10 Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding

Druck

Abb. 4: Einordnung des Verfahrens Hotmelt Moulding

Spritzguss

Hotmelt Moulding 2K-Verguss

Zykluszeit

Vergleich zum Spritzguss

Vergleich zum Verguss mit zweikomponentigen Vergussmassen

Der Druck, mit dem der Schmelzklebstoff in die Werkzeugkavität (Vergussform) eingespritzt wird, liegt beim Hotmelt Moulding üblicherweise zwischen 5 und 40 bar. Damit liegt er erheblich unter den beim Kunststoffspritzguss üblichen Einspritzdrücken von 100 bis 1000 bar. Aus diesem Grund wird das Hotmelt Moulding auch als Niederdruckverfahren bezeichnet. Der niedrige Einspritzdruck hat den Vorteil, dass elektronische Bauteile direkt umspritzt werden können, ohne sie zu beschädigen. Gegenüber dem Verguss mit zweikomponentigen Vergussmassen (Abb. 5) liegen die Vorteile im Einsparen von Gehäusen und in der schnelleren Verarbeitung. Beim Einsatz von Vergussmassen muss die Elektronikkomponente vor dem Verguss mit einem Gehäuse aus Metall oder Kunststoff umgeben werden. Berechnungen zeigen, dass die Gesamtkosten für das Hotmelt Moulding schon dann geringer sind als für den Verguss, wenn nur ein einziges


Einordnung des Verfahrens 11 Kunststoffteil eingespart werden kann. Und dies, obwohl die reinen Materialkosten für einen Schmelzklebstoff oft dreimal so hoch sind wie für eine zweikomponentige Vergussmasse. Die aus zwei Komponenten − Harz (A-Komponente) und Härter (B-Komponente) − bestehende Vergussmasse muss nach dem Verguss aushärten. Dies dauert üblicherweise mehrere Stunden. Beim Hotmelt Moulding werden die Bauteile ohne Gehäuse in eine Vergussform gelegt. Die Form schließt sich und die Bauteile werden mit einem Schmelzklebstoff umspritzt. Nach dem Abkühlen öffnet die Form wieder und die Bauteile können entnommen werden. Die Zykluszeit beträgt in der Regel zwischen 10 und 50 Sekunden. Allenfalls bei sehr großen Bauteilen kann der Zyklus einige Minuten dauern. Damit der Schmelzklebstoff das Bauteil dauerhaft abdichten kann, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: • die Einhaltung der Verarbeitungstemperatur • das vollständige Umspritzen der Bauteile. Der Schmelzklebstoff muss mit einer Temperatur von 20 bis 40 °C oberhalb seines Schmelzpunkts verarbeitet werden, um die maximale Haftung auf dem Bauteil zu erzielen. Bei Schmelzklebstoffen auf Polyamidbasis (siehe Verwendete Schmelzklebstoffe, S. 19 ff.) liegen die erforderlichen Einspritztemperaturen z. B. im Bereich von 180 bis 240 °C. Direkt auf der Oberfläche des umspritzten Bauteils lassen sich dennoch nur Temperaturen von ca. 130 °C messen. Sobald der Schmelzklebstoff auf das Bauteil trifft, kühlt er ab und wirkt dann offenbar wie ein Wärmeisolator. Nur so lässt sich erklären, dass PVC-Kabel, die nur bis 80 °C temperaturstabil sind, oder Lötstellen nicht geschädigt werden. Der größte Teil der durch den heißen Schmelzklebstoff

Abb. 5: Verguss einer Elektronik mit einem zweikomponentigen Gießharz

Voraussetzungen für dauerhafte Abdichtung


12 Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding

Klebstoff oder Kunststoff?

Eignung des Verfahrens

eingebrachten Wärmemenge wird über die Vergussform abgeführt. Bauteile, die aus dem Verguss ragen, müssen komplett umspritzt werden, damit der Schmelzklebstoff auf die Bauteile aufschrumpfen kann (siehe Konstruktionsrichtlinien, S. 33 ff.). Dies ist erforderlich, weil die eingesetzten Schmelzklebstoffe nicht so gut auf der Bauteiloberfläche haften wie z. B. zweikomponentige Vergussmassen. Hotmelts dürfen grundsätzlich nicht zu gut haften, damit die Entformung des Bauteils nicht zu schwierig ist. Bittet man einen Fachmann für den Kunststoffspritzguss und einen Fachmann für Haftklebstoffe um eine Einschätzung, ob es sich bei einem Schmelzklebstoff für das Hotmelt Moulding um einen Kunststoff oder um einen Klebstoff handelt, wird das Urteil unterschiedlich ausfallen: Für den Spritzgussfachmann handelt es sich um einen Klebstoff, weil das fertige Bauteil nicht von selbst aus der Vergussform fällt. Für den Klebstoffexperten handelt es sich dagegen um einen Kunststoff, weil der Hotmelt weniger gut haftet als ein Haftklebstoff. Der normale Anwender muss wissen, dass die Haftung eines Schmelzklebstoffs für das Hotmelt Moulding zwischen der von Kunststoffen und der von Haftklebstoffen liegt. Zusammenfassend kann man sagen: Das Verfahren Hotmelt Moulding bietet sich immer dann an, wenn mindestens einer der drei nachfolgend genannten Aspekte für die geplante Anwendung relevant ist: • niedriger Einspritzdruck − direktes Umspritzen empfindlicher Bauteile (z. B. Elektronikkomponenten) und günstige Vergussformen • Haftung des Hotmelts − Abdichten von Bauteilen • Spritzgussverfahren − schnelle Zykluszeiten und Einsparung von Kunststoffgehäusen.


Typische Anwendungen 13

Typische Anwendungen Stecker und Schalter Der Steckerverguss ist die älteste Anwendung des Hotmelt Moulding. Dabei wird ein Stecker samt dem angeschlossenen Kabel mit Schmelzklebstoff umspritzt (Abb. 6). Der Schmelzklebstoff schützt den Kontaktbereich des Steckers vor Umwelteinflüssen wie z. B. Spritzwasser oder Ölen und bewirkt eine Zugentlastung des Kabels. Außerdem vermittelt das Bauteil durch den kunststoffartig aussehenden Schmelzklebstoff einen professionellen optischen Eindruck. Abb. 6: Mit schwarzem Schmelzklebstoff vergossener LkwStecker

Das Verfahren ist prozesssicherer als das Abdichten mit einem Heißschrumpfschlauch, bei dem die Qualität der Abdichtung stark vom Ausführenden abhängt. Beim Hotmelt Moulding muss der Maschinenbediener die Bauteile nur in die Vergussform einlegen und wieder herausnehmen. Der Prozess läuft dann automatisch ab.

Prozesssicherheit


14 Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding Schnelle Verarbeitung

Gegenüber dem Verguss mit zweikomponentigen Vergussmassen ergeben sich Vorteile bei der Verarbeitungsgeschwindigkeit. Während zweikomponentige Vergussmassen vor der Weiterverarbeitung aushärten müssen – der Aushärteprozess kann mehrere Minuten oder auch Stunden dauern – muss man beim Hotmelt Moulding nur die Abkühlzeit abwarten, die im Bereich von Sekunden oder Minuten liegt. Tüllen Tüllen aus Schmelzklebstoff werden oft in der Kabelkonfektionierung verwendet. Kabeltüllen aus Schmelzklebstoff (Abb. 7) bieten folgende Vorteile: • Zugentlastung der Kabel • einfache Positionierung der Tülle auch auf komplizierten Kabelsträngen.

Vergleich mit der Gummitülle Abb. 7: Tüllen

Eine Zugentlastung lässt sich bei einer Gummitülle nur mit Zusatzaufwand erzeugen. Gegenüber einer Gummitülle ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, dass man den Klebstoff positionsgenau direkt auf das Kabel spritzen kann. Eine Gummitülle muss erst gefertigt und an-


Typische Anwendungen 15 schließend auf das Kabel gezogen werden. Dies kann vor allem bei komplizierteren Kabelsträngen mit vielen Verbindungsstellen schwierig sein. Zudem ist die Verbindung zwischen dem Schmelzklebstoff und dem Kabel längswasserdicht. Eine Gummitülle aus EPDM, die mit Butyldichtstoff abgedichtet ist, ist zwar auch längswasserdicht, sie muss aber in zwei Schritten erstellt werden, und das Einlegen des Butylbands erfolgt in der Regel manuell. Der Vorteil der Gummitülle liegt in ihrer Elastizität. Sie kann auch ein Gehäuse abdichten. Der Schmelzklebstoff verhält sich hingegen nach dem Aushärten plastisch. Selbst wenn man der Hotmelt-Tülle ein Aufmaß gäbe, würde sie ein Gehäuse nicht dauerhaft abdichten. Weil das Material bei höheren Temperaturen weich wird, würde mit der Zeit ein Spalt zwischen der Hotmelt-Tülle und dem Gehäuse entstehen. Falls ein Kabel und ein Gehäuse mit einem Schmelzklebstoff abgedichtet werden sollen, müssen deshalb beide Bauteile gemeinsam umspritzt werden. Elektronikkomponenten Bei der Umspritzung von Elektronikkomponenten wie z. B. Steuerungen und Sensoren lassen sich alle Vorteile des Hotmelt-Moulding-Verfahrens nutzen: Die Elektronik wird direkt umspritzt (Abb. 8), aber nicht beschädigt, weil es sich um ein Niederdruckverfahren handelt. Sie wird gegen eine Vielzahl von Umwelteinflüssen geschützt, weil es sich bei dem verwendeten Material um einen Klebstoff handelt. In vielen Fällen kann man auf ein Kunststoffgehäuse verzichten, weil dessen Funktion vom Schmelzklebstoff übernommen werden kann. Gegenüber dem Verguss mit zweikomponentigen Vergussmassen ergeben sich aber auch Vorteile in der Verarbeitungsgeschwindigkeit. Im Vergleich zum Kunststoffspritzguss

Verguss von Platinen …


16 Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding

Abb. 8: Platine für ein Personenidentifikationssystem

… und zusätzlichen Bauteilen

liegen die Vorteile ganz klar in den geringeren Spritzdrücken heutiger Hotmelt-MouldingMaschinen. Bei einem Einspritzdruck zwischen 5 und 40 bar wird die Elektronikkomponente in der Regel nicht beschädigt. Es ist heute üblich, dass nicht nur die Elektronik allein vergossen wird. Es gibt viele Bauteile, die mit der Elektronik verbunden sind und in einem letzten Schritt mit einem Schmelzklebstoff vergossen werden. Solche Bauteile können z. B. Stecker, Kabel, Schalter und Gehäuseteile sein. In manchen Fällen ist es sogar notwendig, zusätzliche Kunststoffteile mit zu umspritzen: Muss z. B. ein Hotmeltgehäuse Aufnahmen für Schrauben aufweisen, sollten diese durch Kunststoffeinlegeteile realisiert werden. Schmelzklebstoffe können nicht auf Dauer Kräften standhalten, die durch Schrauben oder vergleichbare Befestigungselemente übertragen werden. Weil der Klebstoff bei höheren Temperaturen weicher wird, würde er unter den Schrauben mit der Zeit »wegfließen«.


Typische Anwendungen 17 Abb. 9: Signalelektronik

Zunehmend von Bedeutung ist der Verguss von Elektroniken für Leuchtdioden (engl. Light Emitting Diode, kurz LED). Immer öfter werden Leuchtdioden in Anwendungsbereichen eingesetzt, in denen sie wirksam vor Umwelteinflüssen geschützt werden müssen, wie z. B. in der Fassadenbeleuchtung. Hotmelts schützen die Elektronikplatine und die Leuchtdioden und bilden das gemeinsame Gehäuse (Abb. 9). Darüber hinaus stellt der Schmelzklebstoff eine Zugentlastung für die Kabel her. Über den Leuchtdioden befindet sich in den meisten Fällen kein Schmelzklebstoff, sondern eine durchsichtige Kunststoffscheibe. Die Leuchtdioden wären zwar auch unter dem bernsteinfarbenen Hotmelt sichtbar, der Schmelzklebstoff würde aber das abgestrahlte Licht streuen und für einen Intensitätsverlust sorgen. Die Leuchtdioden vom Vergussmaterial freizuhalten ist wegen der Lagetoleranzen meist schwierig. Hotmelts für derartige Anwendungen werden vorwiegend weiß oder grau eingefärbt (siehe Farbe und Bedruckbarkeit, S. 43 f.).

LED-Elektronik


18 Vom Klebstoff zum Hotmelt Moulding Kostengünstige Werkzeuge und Maschinen

Schutz vor hohen Spritzdrücken

Prototyping Für die Fertigung von Prototypen und Kleinserien kann das Hotmelt Moulding eine Alternative zum Kunststoffspritzguss sein. Wegen der geringeren Spritzdrücke kann man Vergussformen aus Aluminium verwenden, die sich kostengünstig herstellen lassen. Entsprechend kleine Hotmelt-Moulding-Maschinen werden angeboten. Schon eine Pistole für den Handauftrag reicht, um die Vergussformen zu füllen. Sollen die Prototypen viele Merkmale von handelsüblichen Kunststoffen aufweisen, bieten sich Hotmelts auf Polyamidbasis an (siehe Verwendete Schmelzklebstoffe, S. 19 ff.). Diese können Härten bis Shore D 50 erreichen und übertreffen damit die anderen verwendeten Hotmelts. Vorverguss von Elektronik vor dem Spritzguss Sollen elektronische Bauteile, die dem Druck beim Spritzguss nicht standhalten, mit Kunststoff umspritzt werden, bietet sich ein Vorverguss durch Hotmelt Moulding an. Dabei wird die Elektronik zunächst mit einem harten Schmelzklebstoff umspritzt. Danach kann sie im normalen Spritzgussverfahren mit Kunststoff ummantelt werden. Der Vorverguss schützt die Elektronik vor dem weitaus höheren Spritzdruck.


19

Verwendete Schmelzklebstoffe Es gibt nicht reaktive und reaktive Schmelzklebstoffe. Nicht reaktive Schmelzklebstoffe härten rein physikalisch aus. Derartige Schmelzklebstoffe werden vor der Applikation auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunkts erwärmt und härten nach der Applikation aus, indem ihre Temperatur auf die Umgebungstemperatur absinkt. Reaktive Schmelzklebstoffe − man bezeichnet sie auch als nachvernetzende Schmelzklebstoffe − reagieren hingegen beim Aushärten chemisch mit Wassermolekülen aus der Luftfeuchtigkeit; sie lassen sich nach der Aushärtereaktion nicht mehr aufschmelzen. Als chemische Basis für nicht reaktive Schmelzklebstoffe kommen in Frage: • • • •

Polyamide (kurz PA) Polyolefine wie PP, PE und PB. Ethylen-Copolymere wie EVA, EA und EEA Styrol-Polyolefin-Styrol-Blockcopolymere wie SIS, SBS, SEBS und SEPS • Polyester wie PET. Tabelle 1 zeigt wichtige Eigenschaften dieser Klebstofffamilien im Vergleich. Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis decken den größten Anwendungstemperaturbereich ab. Klebstofffamilie

Erweichungspunkt nach ASTM E 28 in °C Polyamide 90 –180 Polyolefine 80 –160 Ethylen-Copolymere 80 –130 Blockcopolymere 80 –130 Polyester 90 –190

Nicht reaktive Hotmelts Tab. 1: Eigenschaften nicht reaktiver Schmelzklebstoffe: Die Bandbreite der Angaben ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften spezifischer Produkte der jeweiligen Klebstofffamilie.

Medienbeständigkeit wässrige Medien

organische Medien

schwach gut gut gut schwach

gut schwach mittel schwach gut

Kälteflexibilität bis … °C – 50 – 35 – 10 – 60 –35


20 Verwendete Schmelzklebstoffe Reaktive Hotmelts

Als chemische Basis für reaktive Schmelzklebstoffe eignen sich: • Polyamide • Polyurethane (kurz PU oder PUR) • Polyolefine. Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis sind die im Bereich Hotmelt Moulding derzeit am meisten verwendeten Klebstoffe. Darüber hinaus werden auch nicht reaktive Polyolefine sowie nachvernetzende Polyamide und Polyurethane eingesetzt.

Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis

Abb. 10: Molekülstruktur von Polyamid 6 (links) und PolyamidSchmelzklebstoff auf Dimerfettsäurebasis (rechts)

Bei nicht reaktiven Schmelzklebstoffen auf Polyamidbasis handelt es sich um Polyamide auf Dimerfettsäurebasis. Die Fettsäuren werden aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen, wie z. B. Soja, Raps oder Sonnenblumen. Durch unterschiedliche Rohstoffkombinationen lässt sich das Eigenschaftsspektrum der Polyamid-Hotmelts variieren. Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis lassen sich einfach verarbeiten. Im ausgehärteten Zustand unterscheiden sie sich in ihrer Gitterstruktur von Polyamidwerkstoffen (Abb. 10). Im Gegensatz zu Polyamidwerkstoffen wie PA 6, die höher kristalline und


Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis 21 sehr kompakte Strukturen ausbilden können, haben Polyamide auf Dimerfettsäurebasis eine komplexe und überwiegend amorphe Struktur mit geringen kristallinen Anteilen. Polyamidwerkstoffe sind deshalb fester und wärmestandfester als Polyamide auf Dimerfettsäurebasis. Dafür sind die Schmelzklebstoffe im ausgehärteten Zustand sehr flexibel und auch kälteflexibel. Im Vergleich zu PA 6 haben sie folgende allgemeine und auf ihre Funktion als Klebstoff abgestimmte Eigenschaften: • • • • • •

Struktur und Eigenschaften

geringere Kohäsion geringere Viskosität geringere Wasseraufnahme geringere Temperaturkriechbeständigkeit Haftung aufgrund der Polymerformulierung breiter Erweichungstemperaturbereich.

Im Vergleich zu anderen Schmelzklebstoffsystemen zeichnen sich nicht reaktive Hotmelts auf Polyamidbasis durch hohe Festigkeit aus. Damit haben sie zumindest werkstoffähnlichen Charakter: Beim Hotmelt Moulding übernehmen diese Klebstoffsysteme in der Tat Werkstofffunktionen, d. h., der Klebstoff befindet sich nicht als dünne Schicht zwischen zwei Substraten, sondern gibt zum Teil die äußere Form vor. Gehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff lassen sich durch diese Klebstoffsysteme komplett ersetzen. Ein weiterer wesentlicher Aspekt neben den mechanischen Festigkeiten sind die Haftungseigenschaften. Durch adhäsive Anbindung an die abzudichtenden Substrate, wie z. B. Kabelisoliermaterialien, Gehäusematerialien oder Leiterplatten, lassen sich wasserdichte Systeme erstellen. Polyamide auf Dimerfettsäurebasis sind überwiegend polar aufgebaut und nehmen daher Feuchtigkeit auf. Wegen der unpolaren Fettsäureanteile ist die Wasseraufnahme aber nor-

Haftung


22 Verwendete Schmelzklebstoffe

Tab. 2: Elektrische Eigenschaften verschiedener nicht reaktiver Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis

malerweise geringer als bei Polyamidwerkstoffen. Bei 20 °C und Lagerung in Wasser beträgt sie innerhalb von 24 Stunden ca. 1 %. Die Aufnahme ist reversibel. Man kann feuchtes Material also wieder trocknen. Polyamid-Schmelzklebstoffe besitzen keinen scharfen Schmelzpunkt, sondern vielmehr einen relativ breiten Erweichungsbereich. Auch der Glasübergang findet in einem breiteren Temperaturbereich statt. Da Schmelzklebstoffe keine metallenen Füllstoffe enthalten, verhalten sie sich thermisch und elektrisch isolierend (Tab. 2). Versuche haben gezeigt, dass sich das Wärmeleitverhalten durch Zugabe von Additiven ein wenig verbessern lässt. Um ein elektrisch leitfähiges Material zu erhalten, müsste der Füllgrad allerdings so hoch sein, dass das Material aufgrund

Eigenschaft

Durchgangswiderstand1 (IEC 93) in Vcm (nach 24 h bei 23 °C und 50 %rF, 100 V) Durchschlagsfestigkeit2 (IEC 243-1) in kV/mm Dielektrizitätskonstante (IEC 250) bei 50 Hz 1 kHz 1 MHz Dielektrischer Verlustfaktor (IEC 250) bei 50 Hz 1 kHz 1 MHz

PAPAPAPASchmelz- Schmelz- Schmelz- Schmelzklebstoff 1 klebstoff 1 klebstoff 2 klebstoff 2 (bernstein) (schwarz) (bernstein) (schwarz) 1,0 ∙ 1012

0,6 ∙ 1012

1,7 ∙ 1013

2,4 ∙ 1013

>14

>15

>16

>16

6,5 6,2 3,8

6,8 6,3 3,8

4,9 4,5 3,0

5,1 4,7 3,1

0,144 0,128 0,044

0,156 0,129 0,048

0,041 0,052 –

0,039 0,057 –

1

In Bezug auf die gelisteten Werte und unter Berücksichtigung der Abweichungen der Einzelmessungen lassen sich keine nennenswerten Unterschiede zwischen den bernsteinfarbenen und den schwarzen Schmelzklebstoffen feststellen.

2

Die gemessenen Werte sind sehr abhängig von der Beschaffenheit der Proben, d. h., dass z. B. kleine Blasen in der Probe zu einer Entladung führen können. Aus diesem Grund sind die hier aufgeführten Werte als Minimalwerte zu verstehen.


Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis 23 seines dann deutlich schlechteren Fließverhaltens nicht mehr verarbeitet werden könnte. Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis sind selbstverlöschend gemäß des Vertical-BurningTests der Underwriters Laboratories. Die meisten Standardmaterialien erreichen die Einstufung UL94 V-0. Der gemäß den Vorgaben der Underwriters Laboratories bestimmte Relative Temperaturindex (RTI) ist ein Maß für die Alterungsbeständigkeit von Kunststoffen bei erhöhter Temperatur. Aufgrund der hohen Testkosten und der langen Testdauer von zwei bis drei Jahren werden nicht alle Schmelzklebstoffe automatisch dieser Prüfung unterzogen. Den meisten nicht reaktiven Polyamid-Hotmelts wird ein RTI zugewiesen, der auf Kenntnissen und Erfahrungen mit ähnlichen Produkten beruht und ein absolutes Minimum darstellt: Er liegt bei 65 °C. Der im Rahmen von Langzeittests ermittelte RTI von Spitzenprodukten beträgt hingegen 95 °C. Für viele Anwendungen ist die Beständigkeit gegenüber Ultraviolettstrahlung (UV) von Bedeutung. Es werden auch nicht reaktive Polyamid-Hotmelts angeboten, die mit UV-Stabi-

Brennbarkeit

RTI

Abb. 11: Kabeltülle für eine Solaranlage


24 Verwendete Schmelzklebstoffe

Unbedenklichkeit

Liefergebinde und Lagerfähigkeit

lisatoren ausgerüstet sind. Diese eignen sich hervorragend für Außenanwendungen, wie z. B. an Solaranlagen (Abb. 11). Nicht reaktive Polyamid-Hotmelts erfüllen die Richtlinie 2002/95/EG zur Beschränkung der Verwendung gefährlicher Stoffe in Elektround Elektronikgeräten (RoHS) und die Richtlinie 2002/96/EG über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE). Sie enthalten keinerlei Stoffe, die in der Global Automotive Declarable Substance List (GADSL) gelistet sind. Außerdem entsprechen sie den Vorgaben der Food and Drug Administration für Klebstoffe (FDA 21 CFR 175.105). Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis werden in der Regel als Granulate (Abb. 12) in feuchtigkeitsdichten Säcken beim Anwender angeliefert. In der ungeöffneten

Abb. 12: Bernsteinfarbenes und schwarzes Schmelzklebstoffgranulat

Verpackung können die meisten Produkte bis zu zwei Jahre lang gelagert werden. Geöffnete Säcke sollten zur weiteren Lagerung wieder zugerollt und verschlossen werden, damit keine Luftfeuchtigkeit eindringen kann.


Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyolefinbasis 25 Ist das Granulat dennoch feucht geworden, macht sich dies durch Blasenbildung im Aufschmelzgerät bemerkbar. In diesem Fall muss das Material vor der Verarbeitung getrocknet werden. In handelsüblichen Gegenstrom-Trocknungsanlagen, die mit vorgetrockneter und auf 40 °C erwärmter Luft arbeiten, dauert dies in der Regel ca. drei bis fünf Stunden. Trockengeräte oder -öfen, die mit Raumluft arbeiten, sind ungeeignet.

Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyolefinbasis Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyolefinbasis zeichnen sich besonders durch folgende Eigenschaften aus: • sehr geringe Wasseraufnahme (0,1 %) • Haftung auf unpolaren Kunststoffen wie PE und PP. Schmelzklebstoffe auf Polyolefinbasis sind beständiger gegen Alkohole und weniger beständig gegen Öle als Polyamid-Hotmelts. Sie weisen eine extrem hohe Beständigkeit gegen Alkalien und Säuren auf. Es gibt Produkte, die man bis zu einer Temperatur von 100 °C einsetzen kann. Wegen ihrer Elektrolytbeständigkeit werden sie z. B. zur Verklebung der Separatorseitennaht in Batterien verwendet. Aufgrund ihrer geringen Wasseraufnahme werden sie darüber hinaus zur Isolation von Fußbodenheizungskontakten verwendet. Es ist auch möglich, sie in Kombination mit Polyamid-Hotmelts einzusetzen. Sinnvoll ist dies z. B., wenn ein PE-Kabel abgedichtet werden soll und eine Temperaturbeständigkeit über 100 °C gefordert ist. Ein derartiges Kabel wird zunächst mit dem Polyolefin-Hotmelt und danach mit dem Polyamid-Hotmelt umspritzt.

Medienbeständigkeit


26 Verwendete Schmelzklebstoffe Abb. 13: Nicht reaktive Polyolefin-Schmelzklebstoffe

Nur wenige Polyolefin-Hotmelts sind als Granulate zu beziehen. Meist werden diese Schmelzklebstoffe als 1-kg-Blöcke geliefert (Abb. 13).

Nachvernetzende Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis

Formstabil bis über 200 °C

Nachvernetzende Polyamid-Hotmelts zeichnen sich durch eine extrem hohe Temperaturstabilität aus, die durch chemische Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit erreicht wird. Derartige Schmelzklebstoffe bleiben sogar bei Temperaturen von mehr als 200 °C formstabil. Sie können damit auch einen Reflow-Lötprozess überstehen, bei dem kurzzeitig Temperaturen von 270 °C erreicht werden. Der Hotmelt erreicht seine Endfestigkeit und Temperaturstabilität allerdings erst mit zeitlicher Verzögerung. Wie lange die Nachvernetzungsreaktion dauert, hängt von der Vergussdicke ab (Abb. 14). Mit reaktiven Polyamid-Hotmelts vergossene Bauteile können unmittelbar nach dem Verguss gelagert, transportiert und weiterverarbeitet werden. Vor ihrem bestimmungsgemäßen Einsatz muss allerdings die erforderliche Reaktionszeit abgewartet werden. Damit die benö-


Nachvernetzende Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis 27 4,0

Reaktionstiefe in mm

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

0

2

4

6

8

10

12

14

Zeit in Tagen

tigte Luftfeuchtigkeit an den Verguss gelangen kann, dürfen die Bauteile nicht luftdicht verpackt werden. Sie sind bei ausreichender Luftfeuchtigkeit zu lagern. Reaktive Polyamid-Hotmelts werden in 2-kgBlöcken geliefert, die in Aluminium luftdicht verpackt sind. Sobald die Verpackung geöffnet wird, setzt die Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit ein. Spezielle Aufschmelzgeräte, wie z. B. Tankanlagen mit Deckeldichtung, die mit getrockneter Luft oder Stickstoff als Schutzgas arbeiten, oder Beutelschmelzanlagen (siehe Aufschmelzgerät, S. 50 ff.) sorgen allerdings dafür, dass sich reaktive Polyamid-Hotmelts während des Aufschmelzens und der Verarbeitung wie nicht reaktive Hotmelts verhalten. Die Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit startet dann erst nach dem Verguss. Gegenüber den im Folgenden beschriebenen nachvernetzenden Polyurethan-Schmelzklebstoffen haben die nachvernetzenden Polyamid-Hotmelts den Vorteil, dass sie unabhängig von der Vergussdicke durchreagieren.

Abb. 14: Reaktionszeit reaktiver PolyamidSchmelzklebstoffe

Verarbeitung


28 Verwendete Schmelzklebstoffe

Nachvernetzende Schmelzklebstoffe auf Polyurethanbasis Nachvernetzende Polyurethan-Schmelzklebstoffe erhalten ihre Endfestigkeit und Temperaturstabilität ebenfalls erst durch eine Reaktion mit Wassermolekülen aus der Luftfeuchte. Sie zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus: • geringe Einspritztemperatur von 130 bis 180 °C • gute Medienbeständigkeit • sehr gute Haftung • extrem gutes Tieftemperaturverhalten. Geeignet für spezielle Anwendungen

Weil sie nur bis ca. 80 °C temperaturstabil sind und nur bis zu einer Vergussdicke von 1 mm durchhärten, werden nachvernetzende Schmelzklebstoffe auf Polyurethanbasis äußerst selten für das Hotmelt Moulding eingesetzt (Abb. 15). Je nach Schichtdicke kann die Abkühlzeit länger sein als bei den Polyamid-Hotmelts.

Abb. 15: Reaktionszeit reaktiver PolyurethanSchmelzklebstoffe

1,2

Reaktionstiefe in mm

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

0

2

4

6 Zeit in Tagen

8

10

12


Kriterien für die Materialauswahl 29 Auch Polyurethan-Schmelzklebstoffe werden in 2-kg-Blöcken geliefert, die in Aluminium luftdicht verpackt sind. Für ihre Verarbeitung eignen sich die bereits bei den nachvernetzenden Polyamid-Hotmelts genannten speziellen Aufschmelzgeräte.

Kriterien für die Materialauswahl Bei der Materialauswahl stellen sich dem Anwender in erster Linie drei Fragen: • Welchen Temperaturbereich muss das Material tolerieren? • Auf welchen Substratmaterialien muss der Schmelzklebstoff haften? • Gegen welche Medien muss der Schmelzklebstoff beständig sein? Die folgenden Anmerkungen beschränken sich auf nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis, weil diese Produkte derzeit am häufigsten für das Hotmelt Moulding eingesetzt werden. Je nach Einsatztemperaturbereich eignen sich unterschiedliche Hotmeltprodukte (Tab. 3). Grundsätzlich gilt: Je höher die geforderte Einsatztemperatur ist, desto härter sind die eingesetzten Materialien und desto schlechter haften sie. Die Temperaturobergrenze, ab der es schwierig wird, Elektronikbauteile mit nicht reaktiven Polyamid-Schmelzklebstoffen abzudichten, liegt derzeit bei 150 °C.

Einsatztemperaturbereich

Tab. 3: Wichtige Eigenschaften nicht reaktiver Polyamid-Schmelzklebstoffe

Eigenschaft

PA-Schmelzklebstoff 1

PA-Schmelzklebstoff 2

PA-Schmelzklebstoff 3

Einsatztemperatur in °C

– 40 bis +100

– 40 bis +130

– 20 bis +150

Shore-Härte bei Raumtemperatur

A 77

A 90

D 42

Haftungsspektrum

weit

eingeschränkt

eng


30 Verwendete Schmelzklebstoffe Temperatur

–40 °C 20 °C 60 °C 80 °C 100 °C 120 °C 140 °C

Tab. 4: Veränderung der Shore-Härte nicht reaktiver PolyamidSchmelzklebstoffe mit der Temperatur

Tab. 5: Haftung der nicht reaktiven PolyamidSchmelzklebstoffe aus Tabelle 3 auf verschiedenen Werkstoffen

PA-Schmelzklebstoff 1 A 85 A 77 A 67 A 58 A 50 A 36 –

Shore-Härte PA-Schmelzklebstoff 2 D 40 A 90 A 86 A 80 A 74 A 68 A 48

PA-Schmelzklebstoff 3 D 55 D 42 D 37 D 33 A 90 A 85 A 75

Die im Datenblatt angegebene Einsatztemperatur ist nur ein Richtwert, der am Bauteil getestet werden muss. Nicht reaktive PolyamidSchmelzklebstoffe werden mit zunehmender Temperatur weicher (Tab. 4). Je nach mechanischer Belastung kann sich der mögliche Temperatureinsatzbereich nach oben oder unten verschieben. Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis haften gut auf polaren Oberflächen (Tab. 5), allerdings nicht so gut wie z. B. zweikomponentige Vergussmassen auf Polyurethan- oder Epoxidharzbasis. Auf Metalloberflächen haften sie nicht gut. Dies ist auch gar nicht erwünscht, weil sich eine zu gute Haftung negativ auf die Entformung auswirken

Werkstoff

PVC PA 6.6 PC ABS PU PE PE (Coronabehandlung) Stahl Stahl (vorgeheizt)

Haftung PA-Schmelzklebstoff 1 gut gut gut gut gut mäßig gut keine gut

PA-Schmelzklebstoff 2 gut mäßig mäßig mäßig gut keine gut keine gut

PA-Schmelzklebstoff 3 mäßig mäßig mäßig mäßig mäßig keine mäßig keine mäßig


Kriterien für die Materialauswahl 31 würde. Ursächlich für die schlechte Haftung ist das schnelle Abkühlen des Klebstoffs. Das Metallsubstrat leitet so schnell so viel Wärme aus dem Schmelzklebstoff ab, dass keine vollständige Benetzung mehr erfolgen kann. Wird der Temperaturunterschied zwischen dem Schmelzklebstoff und der Metalloberfläche reduziert, wird eine gute Haftung erzielt. Dazu muss das Metallsubstrat auf mindestens 100 bis 120 °C erhitzt werden. Haftet der aufgrund der Temperaturanforderungen prinzipiell geeignete Hotmelt doch nicht ausreichend, kann die Substratoberfläche durch Vorbehandlung aktiviert werden. Benetzungsfördernde Verfahren sind die Coronabehandlung, die Plasmabehandlung und der Auftrag eines Haftvermittlers (Primer). Alternativ zu einer Vorbehandlung kann das Bauteil in einem ersten Schritt mit einem weichen und gut haftenden Schmelzklebstoff vergossen werden, um es in einem zweiten Schritt mit einem harten Schmelzklebstoff zu umspritzen. Die Erfahrung zeigt, dass Schmelzklebstoffe gut aneinander haften. Durch die oben erwähnten Verfahren der Corona- oder der Plasmabehandlung kann man die Haftung eines Schmelzklebstoffs auf Kunststoffen erhöhen. Bei der Coronabehandlung wird die Kunststoffoberfläche für kurze Zeit einer elektrischen Entladung ausgesetzt. An den entstehenden Dipolmomenten kann sich der Klebstoff anbinden. Bei der Plasmabehandlung wird die Kunststoffoberfläche durch Sauerstoff aktiviert. Dabei werden in einigen Fällen dünne organische Schichten abgetragen. Damit die Schmelzklebstoffe ihre Haftung voll entfalten können, ist es wichtig, dass die zu umspritzenden Bauteile sauber sind. Insbesondere dürfen auf Kunststoffteilen keine Trennmittelrückstände vorhanden sein. Werden die Bauteile

Verbesserung der Haftung


32 Verwendete Schmelzklebstoffe Medienbeständigkeit

Bedingungen/Medium

Kurzer Kontakt1

Langer Kontakt2

Öl Bremsflüssigkeit Dieselkraftstoff Benzin Methanol Öl Bremsflüssigkeit Dieselkraftstoff Benzin Methanol

PA-Schmelzklebstoff 1 exzellent gut gut gut gut gut mäßig mäßig nicht geeignet nicht geeignet

PA-Schmelzklebstoff 2 exzellent gut gut gut gut gut gut gut nicht geeignet nicht geeignet

PA-Schmelzklebstoff 3 exzellent gut gut gut gut gut gut gut nicht geeignet nicht geeignet

1 Klebstoff

wird bei Raumtemperatur mit einer kleinen Menge Flüssigkeit bedeckt.

2 Klebstoff

wird bei Raumtemperatur 24 h lang in die Flüssigkeit getaucht.

Tab. 6: Medienbeständigkeit der nicht reaktiven PolyamidSchmelzklebstoffe aus Tabelle 3

Medienbeständigkeit

von Hand in das Werkzeug eingelegt, dürfen sie nicht an den Stellen berührt werden, an denen die Verklebung erfolgen soll. Insbesondere Handcremes können den Haftungsaufbau verhindern. Lässt es sich nicht vermeiden, die Bauteile im Haftungsbereich anzufassen, sollte der Maschinenbediener Handschuhe tragen. Die Medienbeständigkeit von PolyamidSchmelzklebstoffen hängt von der Dauer des Kontakts, der Temperatur während des Kontakts und vom Medium ab (Tab. 6). Nicht reaktive Schmelzklebstoffe auf Polyamidbasis weisen eine gute Ölbeständigkeit auf. Gegenüber Alkoholen ist die Beständigkeit hingegen nur gering. Da es zahllose Beständigkeitstests gibt, können die Angaben der Hotmelthersteller nur als Anhaltspunkt dienen. Letztlich ist der Anwender selbst gefordert, sein Bauteil ausreichend zu testen.


33

Teiledesign Konstruktionsrichtlinien Schmelzklebstoffe haften nicht so gut wie zweikomponentige Materialien. Sobald unterschiedliche Umgebungstemperaturen – z. B. durch einen Temperaturschocktest – auf das Bauteil einwirken, kann sich der Schmelzklebstoff stellenweise ablösen (Abb. 16). Das Ablösen ist die Folge der unterschiedlichen Temperaturausdehnung von Bauteil und Hotmelt. Das Erwärmen und Abkühlen führt zu wechselnden mechanischen Spannungen in der Grenzschicht, die die Verbindung belasten und letztendlich irreversibel schädigen.

Haftung …

Abb. 16: Falsches Steckerdesign: Verguss (durchscheinend gelb) direkt nach der Umspritzung (oben) und nach einem Temperaturschock (unten)


34 Teiledesign Abb. 17: Richtiges Steckerdesign: Das Kabel ist vom Schmelzklebstoff (durchscheinend gelb) komplett umschlossen.

… plus Schrumpfung

Vollständiges Umspritzen

Allenfalls unter äußerst günstigen Umständen, wie gleichbleibend moderaten Einsatztemperaturen oder geringen Dichtigkeitsanforderungen an das Bauteil (z. B. Staubdichtigkeit), ist es möglich, dass die Haftung des Schmelzklebstoffs auf dem Substrat allein genügt, um das Bauteil dauerhaft abzudichten. Abgesehen von derartigen Ausnahmefällen muss man sich neben der Haftung in der Regel auch die Schrumpfung des Hotmelts zunutze machen, um die Dichtigkeit dauerhaft sicherzustellen. Das Aufschrumpfen des Hotmelts auf das Bauteil setzt aber voraus, dass der Hotmelt das Bauteil vollständig umschließt (Abb. 17). Die wohl wichtigste Voraussetzung für erfolgreiches Hotmelt Moulding ist deshalb das Umspritzen der Bauteile. Ohne Umspritzen ist zwar ein Abdichtungseffekt vorhanden, aber im Allgemeinen nicht von Dauer. Umlaufende Aufschrumpfflächen Bietet die Konstruktion nicht ausreichend Platz, um das Bauteil mit dem Hotmelt vollständig zu umschließen, muss der Konstrukteur für geeignete Aufschrumpfflächen am Bauteil sorgen (Abb. 18). In der Praxis fehlen Aufschrumpfflächen meist deshalb, weil der Konstrukteur versucht, ein für


Konstruktionsrichtlinien 35 Abb. 18: Sollen Stecker und Verguss (durchscheinend gelb) den gleichen Durchmesser haben, bekommt der Stecker eine innere Aufschrumpffläche (hellgelb).

zweikomponentige Vergussmassen auf Polyurethan- oder Epoxidharzbasis entworfenes Bauteildesign unverändert für das Hotmelt Moulding einzusetzen. Oft wird z. B. für den Verguss ein Kunststoffgehäuse verwendet, in das die Elektronik positioniert wird. Dieses Gehäuse wird dann mit der Vergussmasse gefüllt. Aufgrund der besseren Haftung zweikomponentiger Vergussmassen bleibt dieses System auch nach einem Temperaturschock dicht. Rein fertigungstechnisch könnte dasselbe Gehäuse problemlos mit einem Hotmelt gefüllt werden – noch dazu bei kürzerer Zykluszeit. Zunächst wäre das System auch dicht. Weil aber eine umlaufende Aufschrumpffläche fehlt, würde sich der Hotmelt nach ein paar Temperaturzyklen vom Gehäuse ablösen (Abb. 19). Um dieses Problem zu lösen, sollte zunächst geprüft werden, ob das Kunststoffgehäuse bei Verwendung eines Hotmelts überhaupt erforderlich ist. Falls nicht, kann man sich die Kosten sparen. Ist es konstruktiv möglich, die Elektronik komplett zu umspritzen, sorgt die Schrumpfung des Hotmelts für ausreichende Abdichtung. Falls doch noch ein Gehäuse erforderlich ist, gibt es verschiedene Lösungen: Ist genügend Platz vorhanden, sollte der Hotmelt den oberen Rand des Gehäuses überlap-

Gehäuse


36 Teiledesign Abb. 19: Gehäuse ohne Aufschrumpffläche im Schnitt: direkt nach dem Verguss (oben) und nach einem oder mehreren Temperaturwechseln (unten)

Platinen

pen, so dass er auf das Gehäuse aufschrumpfen kann. Steht dieser Bauraum nicht zur Verfügung, ist je nach Gehäusewanddicke eine innere oder eine äußere Aufschrumpffläche vorzusehen (Abb. 20). Der Fließspalt muss eine Dicke von mindestens 0,5 mm und eine Höhe von mindestens 1 mm aufweisen. Auch bei Elektronikplatinen wird oft erst einmal nicht eine für das Hotmelt Moulding geeignete Lösung entwickelt. Anders als mit Schutzlacken oder Vergussmassen können sie mit einem Hotmelt nicht nur einseitig vergossen werden. Denn andernfalls würden mechanische Spannungen entstehen, die die Platine u. U. verbiegen. Folgende konstruktive Lösungen gibt es: Zunächst sollte geprüft werden, ob


Konstruktionsrichtlinien 37 Abb. 20: Gehäuse im Schnitt: mit äußerer Aufschrumpffläche (oben) und mit innerer Aufschrumpffläche (unten)

die Platine nicht zweiseitig vergossen werden kann, denn dies wäre die einfachste Lösung. Es wäre sogar möglich, die beiden Seiten der Platine nacheinander zu vergießen. Die Naht, an der der zweite Verguss auf den ersten trifft, ist höchst stabil. Beim vollständigen Verguss von Platinen ist auf eine gleichmäßige Verteilung des Schmelzklebstoffs auf beiden Seiten der Platine zu achten. Lässt sich die Elektronikplatine mangels Bauraum nur einseitig vergießen, ist zunächst zu prüfen, ob sie die Schrumpfspannung des Hotmelt aufnehmen kann, ohne zu verbiegen. Hierfür benötigt man keine Vergussform; es genügt, sie von Hand zu vergießen. Verzieht sich die Platine bei dieser Prüfung, ist sie für den einseitigen Verguss


38 Teiledesign nicht geeignet. Verzieht sie sich nicht, muss getestet werden, ob auf der Platine ausreichend Haftung aufgebaut wird. Dies kann über einen Spottest ermittelt werden. Hat die Platine auch diesen Test bestanden, muss sich der Konstrukteur über die umlaufende Aufschrumpffläche Gedanken machen. Ist die Platine mindestens 1 mm dick, bieten sich die vier Seitenflächen an. Radien statt scharfer Kanten Wo es konstruktiv möglich ist, sollten an der Bauteiloberfläche statt scharfer Kanten Radien vorgesehen werden, denn Radien erleichtern die Entformung. Kann auf eine scharfe Kante nicht verzichtet werden, muss das Werkzeug an dieser Stelle eine Entlüftung aufweisen. Entformungsschrägen Wie im Kunststoffspritzguss dienen Entformungsschrägen der besseren Entformbarkeit der Bauteile. Je größer die Entformungsschrägen sind, desto einfacher ist die Entformung. Vermeidung von Lunkern und Einfallstellen

Keine Masseanhäufungen des Hotmelts Schmelzklebstoffe verhalten sich bei Masseanhäufungen in der Regel nicht so kritisch wie Werkstoffe gleicher chemischer Basis. Um die Entstehung von Lunkern oder Einfallstellen zu unterbinden, sollten Masseanhäufungen dennoch vermieden werden. Führt das Teiledesign zu einer Masseanhäufung, sollte zumindest der Anguss im Bereich der Anhäufung liegen. Besser wäre es, das Bauteil in zwei Schritten zu fertigen (Abb. 21). Problematisch sind Masseanhäufungen jedoch z. B. an Platinen, auf deren Oberseite mehrere große Bauteile angeordnet sind und auf deren Unterseite ein Stecker sitzt. In diesem eher seltenen Fall verursachen die großen Bauteile eine Masseanhäufung des Schmelzklebstoffs


Konstruktionsrichtlinien 39 Abb. 21: USB-Stick: Rohling (unten), Vorspritzling (Mitte) und fertig vergossen (oben)

auf der Oberseite. Die durch die Schwindung verursachten ungleichen Zugkräfte auf der Ober- und Unterseite der Platine können dazu führen, dass der Schmelzklebstoff vom Stecker gezogen wird. Dies lässt sich verhindern, indem zunächst die großen Bauteile umspritzt werden und erst in einem zweiten Schritt die restliche Platine mitsamt dem Stecker. Alternativ kann der Stecker mit einer Nut versehen werden, in der sich der Schmelzklebstoff verkrallen kann. Knickschutz an Kabeln Für jedes Kabel, das aus einem zu umspritzenden Bauteil hinausführt, sollte konstruktiv ein Knickschutz vorgesehen werden, der den Knickpunkt des Kabels außerhalb des Dichtbereichs verlegt (Abb. 22). Ohne den Knickschutz würde jede Kabelbewegung, die zu einer Richtungsänderung nah am Bauteil führt, den Dichtbereich belasten und letztlich zur


40 Teiledesign Abb. 22: Tülle mit Knickschutz

Ablösung des Schmelzklebstoffs vom Kabel führen. Dies wiederum könnte zu Dichtigkeitsproblemen führen. Werkzeug mit Schieber

Richtwerte

Hinterschnitte Ein Hinterschnitt an einem Bauteil ist beim Hotmelt Moulding realisierbar. Allerdings ist ein Schieber am Werkzeug erforderlich. Eine Zwangsentformung durch einen Auswerfer würde den Hinterschnitt zerstören, weil sich der Schmelzklebstoff plastisch verformen würde. Fließspalt und Fließweg Sowohl der Fließspalt als auch der Fließweg hängen von der Größe des Bauteils, dem eingesetzten Schmelzklebstoff, der Einspritztemperatur und der Werkzeugtemperatur ab. Deshalb können hier nur grobe Richtwerte genannt werden. In den meisten Fällen sind Fließspalte von 1 bis 2 mm Breite ausreichend. Kleiner dürfen Fließspalte nur dann sein, wenn der entsprechende Fließweg sehr kurz ist (1 bis 2 mm). Bei einem Fließspalt unter 0,5 mm Breite ist eine saubere Füllung nicht mehr zu gewährleisten. Bei Bauteilen, die dem


Toleranzen 41 Schmelzklebstoff viel Wärme entziehen, wie z. B. Metallteile, müssen die Fließspalte konstruktiv breiter vorgesehen werden oder die Bauteile müssen vor dem Umspritzen erwärmt werden.

Toleranzen Hinsichtlich der Toleranzen von Bauteilen sind folgende Aspekte zu berücksichtigen: • die Schwindung des Schmelzklebstoffs • Maß- und Lagetoleranzen der Einlegeteile. Schwindung des Schmelzklebstoffs Die meisten Hotmelts haben keine feste prozentuale Schwindung; die Schwindung variiert vielmehr innerhalb eines Prozentbereichs. Bei Polyamid-Schmelzklebstoffen z. B. liegt die Schrumpfung im Bereich von 7 bis 9 %. Durch den Nachdruck der Hotmelt-Moulding-Maschine erhält man eine Schwindung von 1 bis 2 %. Bei einem Durchmesser von 10 mm in der Vergussform weisen die entformten Bauteile folglich nur noch einen Durchmesser zwischen 9,8 und 9,9 mm auf. Diese 1 bis 2 % Schwindung muss der Konstrukteur berücksichtigen. Einlegeteile können die Schwindung reduzieren. Im folgenden Beispiel wird ein Einlegeteil mit einem Durchmesser von 5 mm mittig in dieselbe Vergussform eingelegt. Bei einer Schwindung des Hotmelts von 1 % beträgt der Bauteildurchmesser:

Reduzierte Schwindung durch Einlegeteile

D1 = 2 ⋅ 2,5 mm ⋅ 0, 99 + 5 mm = 2 ⋅ 2,475 mm + 5 mm = 9,95 mm

Bei einer Schwindung des Hotmelts von 2 % beträgt der Durchmesser des Bauteils: D2 = 2 ⋅ 2,5 mm ⋅ 0, 98 + 5 mm = 2 ⋅ 2,45 mm + 5 mm = 9,90 mm

Während der Durchmesser der Bauteile ohne Einlegeteil zwischen 9,8 und 9,9 mm ge-


42 Teiledesign schwankt hätte, beträgt er mit dem Einlegeteil zwischen 9,90 und 9,95 mm. Maß- und Lagetoleranzen

Abb. 23: Werkzeug mit Gegenstecker

Toleranzen der Einlegeteile Beim Hotmelt Moulding sind in der Regel Einlegeteile wie z. B. Kabel, Stecker und Platinen mit Schmelzklebstoff zu umspritzen. Die Maßund Lagetoleranzen dieser Einlegeteile müssen in der Vergussform berücksichtigt werden. Dennoch sollte der Bediener die Einlegeteile leicht einlegen können, und Spritzgrate oder gar das Auslaufen von Schmelzklebstoff aus der Vergussform sollten vermieden werden. Bei den für das Hotmelt Moulding üblichen Spritzdrücken fließt der Schmelzklebstoff in Spalte, die breiter als 0,05 mm sind. Sind die Toleranzen der Einlegeteile so groß, dass breitere Spalte entstehen können, muss der Konstrukteur dieses Problem lösen. Im Fall von flexiblen Einlegeteilen wie Kabeln kann er auf das Kleinstmaß gehen und die größeren Durchmesser quetschen. Bei Steckern können die Spalte zwischen dem Steckergehäuse und dem


Farbe und Bedruckbarkeit 43 Metallkontakt zu groß sein. In solchen Fällen müssen die Spalte entweder vorher abgedichtet werden oder es ist ein Gegenstecker im Werkzeug vorzusehen (Abb. 23). Der Gegenstecker hat die Aufgabe, den Schmelzklebstoff vom Steckbereich fernzuhalten. Bei sehr großen Toleranzen der Einlegeteile ist es erforderlich, die Vergussform mit gefederten Abdichtungen oder Schiebern auszustatten.

Farbe und Bedruckbarkeit Die meisten nicht reaktiven Schmelzklebstoffe werden üblicherweise als schwarze oder bernsteinfarbene Granulate angeboten (siehe Abb. 12, S. 24). Bernstein ist die Grundfarbe, Schwarz die derzeit am meisten verwendete Farbe. Zur Schwarzeinfärbung werden handelsübliche Rußtypen zugemischt. Aber auch andere Farben sind möglich. Werden große Mengen abgenommen, kann eingefärbtes Klebstoffgranulat oder Blockware direkt vom Hersteller bezogen werden. Andernfalls kann

Grundfarben

Abb. 24: Farbige Masterbatches


44 Teiledesign

Hinweise zur Einfärbung

der Anwender bernsteinfarbenes Granulat mit einem farbigen Masterbatch (Abb. 24) oder mit Farbpasten selbst einfärben. Das Masterbatch ist entsprechend der Herstellervorgaben beizumischen. Die chemische Basis des Masterbatches muss der chemischen Basis des verwendeten Hotmelts entsprechen. Wichtig zu wissen ist, dass sich die unvermeidlichen Farbschwankungen des Grundmaterials auf das Endergebnis übertragen. Deshalb lässt sich z. B. die Farbe einer bestimmten RAL-Nummer nur mit gewissen Abweichungen erreichen. Von Farbgarantien ist abzuraten.

Abb. 25: Bedruckte Motorregelplatine für Kleinst- und Kleinmotoren

Tampon- oder Laserdruck

Schmelzklebstoffe können nach der Aushärtung bedruckt werden (Abb. 25). Geeignete Verfahren sind der Tampondruck und der Laserdruck.


45

Werkzeuge, Maschinen und Anlagen Werkzeugdesign Die für das Hotmelt Moulding eingesetzten Vergussformen (Abb. 26) haben große Ähnlichkeit mit Spritzgussformen. Es gibt allerdings einige entscheidende Unterschiede. Anschluss Wassertemperierung

Kavitäten Angusskanal Unterteil

Oberteil

Entlüftung Da Vergussformen für das Hotmelt Moulding in der Regel vertikal geöffnet werden, bestehen sie aus einer oberen und einer unteren Formhälfte. Schwerkraftbedingt füllt der Schmelzklebstoff in der Regel zuerst die untere Formhälfte und danach die obere. Eine Entlüftung der Trennebene reicht somit nicht aus; die obere Formhälfte muss separat entlüftet werden. In den seltenen Ausnahmefällen, in denen sich die obere Formhälfte zuerst füllt, weil z. B. der Hotmeltstrahl durch ein Einlegeteil abgelenkt wird, muss auch in der unteren Formhälfte eine Entlüftung eingeplant werden.

Abb. 26: Aufbau einer Vergussform für das Hotmelt Moulding


46 Werkzeuge, Maschinen und Anlagen Abb. 27: Der Beschriftungseinsatz dient zugleich zur Entlüftung der Kavität.

Realisierung

Eine Entlüftung kann durch Einsatztrennebenen erreicht werden. Weitere Möglichkeiten sind Auswerfer, Datumsstempel und Beschriftungseinsätze (Abb. 27). Die Trennspalte der Entlüftungen sollten nicht größer als 0,05 mm sein. Andernfalls können sie vom Schmelzklebstoff gefüllt werden und verstopfen. Die Entlüftung sollte stets an der höchsten Stelle der Kavität angebracht werden. Auch an scharfen Kanten ist eine Entlüftung vorzusehen. Anspritzpunkt und Anguss Der Anspritzpunkt sollte dort vorgesehen werden, wo sich die größte Masseanhäufung oder der engste Fließspalt befindet. Die Größe des Anspritzpunkts richtet sich nach dem Vergussvolumen für die Kavität. Übliche Durchmesser sind:

Durchmesser des Anspritzpunkts

• 1 bis 2 mm für ein Vergussvolumen bis 20 cm3 je Kavität • 3 bis 4 mm für ein Vergussvolumen zwischen 20 und 50 cm3 je Kavität. Der Anguss verteilt den Hotmelt in die Kavitäten. Er sollte so kurz wie möglich sein. Die Länge des Angusses richtet sich nach dem Gesamtvergussvolumen aller Kavitäten. Übliche Angussdurchmesser sind:


Werkzeugdesign 47 • 5 mm für ein Gesamtvergussvolumen bis 40 cm3 • 7 mm für ein Gesamtvergussvolumen über 40 cm3. Diese Größenangaben stellen nur Anhaltspunkte dar. Die optimalen Angussdurchmesser und -lagen lassen sich an einem Musterwerkzeug ermitteln. Aus dem Gesamtvergussvolumen und dem Angussvolumen ergibt sich das Schussvolumen, d. h. das Volumen, das für den Einspritzvorgang durch die Maschinendüse gefördert werden muss. Anzahl der Kavitäten Die maximale Anzahl der Kavitäten in einer Vergussform richtet sich nach der Schließkraft der Maschine und den projizierten Flächen der Kavitäten einschließlich des Angusses. Folgende Beispielrechnung geht von einer Schließkraft der Hotmelt-Moulding-Maschine von FM = 10 000 N und einem erreichbaren Einspritzdruck von p = 40 bar ≈ 400 N/cm2 aus. Weiterhin betrage die projizierte Fläche einer Kavität AK = 4,2 cm2 und die projizierte Fläche des Angusses AA = 3,5 cm2. Aus dem Verhältnis von Schließkraft und genutztem Einspritzdruck ergibt sich eine maximale projizierte Fläche von: Amax =

10 000 N = 25 cm 2 N 400 cm 2

Abzüglich der projizierten Fläche des Angusses bleibt für die Kavitäten eine projizierte Fläche von: Amax − AA = 25 cm 2 − 3,5 cm 2 = 21,5 cm 2

Daraus ergibt sich die Anzahl der Kavitäten:

Empfohlener Angussdurchmesser

Schussvolumen


48 Werkzeuge, Maschinen und Anlagen nK =

21, 5 cm 2 21,5 cm 2 = = 5,1 AK 4,2 cm 2

Somit sind bis zu fünf Kavitäten in der Vergussform möglich. Entformung des Vergusses

Aluminium …

Auswerfer Da Schmelzklebstoffe stärker in der Vergussform haften als Kunststoffe, ist es sinnvoll, einen oder mehrere Auswerfer einzusetzen, um den Verguss vollständig zu entformen. Idealerweise setzen die Auswerfer an Einlegeteilen an und heben diese an. Falls dies nicht möglich ist und stattdessen am Verguss angesetzt werden muss, sollte der Auswerfer möglichst großflächig sein, um den Verguss nicht zu beschädigen. Diese Gefahr besteht, weil Schmelzklebstoffe in der Regel weicher sind als die Kunststoffe derselben chemischen Basis. Lässt sich das Bauteil auf diese Weise nicht vollständig entformen, muss die Entformung des restlichen Bauteils durch den Maschinenbediener oder einen Robotergreifer erfolgen. Material der Vergussformen Für das Hotmelt Moulding eignen sich Vergussformen aus Aluminium. Dieses Material leitet Wärme gut ab und senkt damit die Abkühlzeiten. Weil die meisten Schmelzklebstoffe nicht abrasiv wirken, ermöglicht Aluminium gute Werkzeugstandzeiten. Die Bereiche Material der Vergussform

Tab. 7: Entformungskräfte für unterschiedliche Materialien der Vergussform

Entformungskraft in N/cm2

Aluminium (3.4365)

17

Stahl

48

Kupfer

39

Bronze Titan

31 (Entformung nicht möglich)


Maschinentechnik 49 der Vergussform, die mit Einlegeteilen wie Steckern, Platinen oder Kabeln in Berührung kommen, werden idealerweise aus Stahl gefertigt. Im Prinzip könnten Vergussformen auch komplett aus Stahl gefertigt werden. Allerdings wären dann die Entformungskräfte höher (Tab. 7). Oberfläche der Vergussformen In der Praxis zeigt sich, dass sich Vergussformen mit leicht rauer Oberfläche besser entformen lassen, als solche mit polierter Oberfläche. Das liegt daran, dass Schmelzklebstoffe raue Oberflächen schlechter benetzen als polierte Oberflächen. Voraussetzung ist allerdings, dass der Schmelzklebstoff nicht in Spalte fließen kann, deren Breite größer als 0,05 mm ist. Ist diese Voraussetzung gegeben, werden die Strukturen auf leicht rauen Oberflächen vom Hotmelt weder vollständig gefüllt noch vollständig benetzt. Durch die Rauheit vergrößert sich zwar die effektive Oberfläche, aber die Entformungskraft ist geringer als bei einer polierten Fläche. Weist eine raue Oberfläche Spalte mit einer Breite über 0,05 mm auf, kann sich der Schmelzklebstoff in den Spalten verkrallen und die Entformungskraft ist deutlich höher. Die Erfahrung zeigt, dass die geringsten Entformungskräfte mit sandgestrahlten Oberflächen (Strahlmittel: Glaskugeln mit einem Durchmesser von 200 µm) erzielt werden. Dies gilt für Vergussformen, die auf eine Temperatur von 20 bis 30 °C gekühlt werden.

Maschinentechnik Das Aufschmelzgerät ist das Herz einer Hotmelt-Moulding-Maschine. Vervollständigt wird die Maschine durch eine geeignete Zuhaltevorrichtung für das Werkzeug (Abb. 28).

… und Stahl

Sandgestrahlte Oberflächen


50 Werkzeuge, Maschinen und Anlagen Abb. 28: Aufbau einer Hotmelt-MouldingMaschine mit Vorderansicht (oben), Rückansicht (Mitte) und Detailansicht (unten)

Bedienfeld Auftragskopf Werkzeugaufnahme

C-Gestell mit Schließzylinder

Aufschmelzgerät

Schlauch

Düse

Luftdruck-Aufschmelzgeräte

Aufschmelzgerät Bei kleineren Geräten handelt es sich in der Regel um Luftdruck-Aufschmelzgeräte. Der Materialtank dieser Geräte verfügt meist nur über eine Heizzone, in der der Schmelzklebstoff aufgeschmolzen wird. Um den flüssigen Schmelzklebstoff in die Vergussform zu spritzen, wird der Materialtank mit Pressluft beaufschlagt. Durch die Druckerhöhung öffnet sich


Maschinentechnik 51 Abb. 29: Handpistole für die Applikation von Schmelzklebstoffen

die Düse. Derartige Geräte erreichen einen Einspritzdruck zwischen 1 und 6 bar. Sie genügen für einfache Vergussformen mit ein bis zwei Kavitäten, werden aber auch für Versuche und Kleinserien verwendet. Es gibt sie sowohl als Handgeräte (Abb. 29) als auch als stationäre Systeme. Aufschmelzgeräte mit einer Zahnradpumpe werden am häufigsten verwendet. Es gibt sie in unterschiedlichen Größen. Kennzahlen sind die Materialtankgröße, das Aufschmelzvolumen und die Förderleistung der Zahnradpumpe. Der Materialtank dieser Aufschmelzgeräte verfügt über eine oder zwei Heizzonen, in denen der Schmelzklebstoff aufgeschmolzen wird. Die Zahnradpumpe fördert den flüssigen Schmelzklebstoff in einen beheizten Schlauch oder ein beheiztes Rohr. Von dort gelangt der Hotmelt in einen beheizten Auftragskopf. Der Auftragskopf wird üblicherweise an das Werkzeug herangefahren und öffnet dann pneumatisch. Der Einspritzdruck baut sich zwischen der Zahnradpumpe und dem Auftragskopf auf. Er wird in der Regel durch einen pneumatischen Bypass auf einen Wert zwischen 10 und 40 bar geregelt. Steigt der Druck über den am Bypassventil eingestellten Maximaldruck, öffnet dieses Ventil und der überschüssige Druck wird abgebaut.

Aufschmelzgeräte mit Zahnradpumpe


52 Werkzeuge, Maschinen und Anlagen Geräte für reaktive Hotmelts

Beutelschmelzanlagen

Abb. 30: Hotmelt-MouldingMaschine: Werkzeugverschlusssystem (links) und Aufschmelzgerät (rechts)

Für reaktive Schmelzklebstoffe gibt es spezielle Aufschmelzgeräte, die über einen abgedichteten Tankdeckel verfügen. Der Tank wird mit getrockneter Luft oder Stickstoff beaufschlagt, um Luftfeuchtigkeit fernzuhalten. In 1- bis 2-kg-Beuteln gelieferte nachvernetzende Schmelzklebstoffe auf Polyamid- oder Polyurethanbasis lassen sich am besten mit Beutelschmelzanlagen verarbeiten. Der Schmelzklebstoff hat zylindrische Form wie eine dicke Kerze. Die Beutel werden an einer Seite kreuzförmig aufgeschnitten und in die Beutelschmelzanlage eingefüllt. Die Anlage verfügt über eine beheizte Platte. Ein Kolben presst die Beutel zur Heizplatte, der Klebstoff schmilzt dort auf und wird anschließend in einen Schlauch gefördert, der zum Auftragskopf führt. Sobald der Beutel leer ist, kann er wieder aus der Maschine entnommen werden. Zuhaltevorrichtung Die Zuhaltevorrichtung (Abb. 30) hat die Aufgabe, das Werkzeug zu schließen, während des Einspritzens geschlossen zu halten und nach dem Abkühlen des Bauteils zu öffnen. Für die


Anlagenkonzepte 53 Zuhaltevorrichtung gibt es verschiedene Konzepte. Bei einfachen Hotmelt-Moulding-Maschinen muss der Bediener das Werkzeug mit einem Kniehebel schließen und öffnen. Für größere Stückzahlen eignen sich Maschinen, die das Werkzeug über pneumatische oder hydraulische Zylinder schließen und öffnen. Aufgrund der geringen Einspritzdrücke sind die Schließkräfte von Hotmelt-Moulding-Maschinen geringer als bei Spritzgussmaschinen. Aus diesem Grund werden bevorzugt pneumaAbb. 31: Hotmelt-MouldingMaschine mit einer Schließkraft von 8 t

tische Schließzylinder verwendet. Eine Schließkraft zwischen 5 und 10 kN genügt für die meisten Anwendungen. Dem Trend entsprechend, immer größere Elektronikkomponenten zu umspritzen, bringen Maschinenhersteller mittlerweile vermehrt Maschinen mit höherer Schließkraft auf dem Markt. Diese verfügen über hydraulische Schließzylinder (Abb. 31).

Anlagenkonzepte Schiebetischanlagen arbeiten in der Regel mit zwei Werkzeugunterteilen und einem gemein-

Schiebetischanlagen


54 Werkzeuge, Maschinen und Anlagen

Abb. 32: Schiebetischanlage (links) und Doppelstation (rechts)

Rundtischanlagen

samen Werkzeugoberteil. Die Werkzeugunterteile sind auf dem Schiebetisch montiert, das Werkzeugoberteil am Schließzylinder. Während in das geschlossene Werkzeug Hotmelt eingespritzt wird, kann der Maschinenbediener fertige Bauteile aus dem offenen Werkzeugunterteil entnehmen und dieses anschließend wieder bestücken. Noch effektiver sind Doppelstationen, die über zwei komplette Werkzeuge verfügen (Abb. 32). An einer Rundtischanlage können vier bis acht Werkzeugunterteile mit ein bis zwei Werkzeugoberteilen oder drei oder vier komplette Werkzeuge montiert sein. Derartige Anlagen ermöglichen eine schnellere Fertigung als Schiebetischanlagen. Oft werden die Einlegeteile und Bauteile automatisch zugeführt und entnommen. Rundtischanlagen lassen sich auch in Fertigungsstraßen integrieren. Viele Anlagenanbieter bauen ihre Anlagen aufwärtskompatibel auf, d. h., ein mit einer kleinen Anlage beginnender Anwender kann nach dem Umstieg auf eine größere Anlage seine Vergussform weiter verwenden. Die Werkzeugmaße sind für alle Anlagengrößen gleich.


55

Hotmelt Moulding in der Praxis Maschineneinstellungen und Produktionsablauf Die für die Fertigung erforderlichen Maschineneinstellungen werden im Folgenden am Beispiel eines Aufschmelzgeräts mit Zahnradpumpe erläutert. Derartige Hotmelt-MouldingMaschinen verfügen in der Regel über vier Temperaturzonen (Abb. 33): • • • •

im Materialtank: Hauptschmelze im Materialtank: Vorschmelze im Schlauch im Auftragskopf. Abb. 33: Maschinenparameter

Damit der Schmelzklebstoff sein Haftungsvermögen vollständig entfalten kann, sollten die in diesen Zonen eingestellten Temperaturen jeweils um 20 bis 40 °C oberhalb des Schmelzpunkts liegen. In der Regel hat die Schmelze im Materialtank die niedrigste Temperatur. Die Schlauchtemperatur wird dann um 5 bis 10 °C höher gewählt. Je nach Schussvolumen wird

Temperatureinstellungen


56 Hotmelt Moulding in der Praxis

Einspritzgeschwindigkeit

am Auftragskopf die gleiche Temperatur wie am Schlauch eingestellt oder eine um 5 °C höhere Temperatur. Je höher die eingestellte Temperatur ist, desto dünnflüssiger ist der Schmelzklebstoff. Die Einspritzgeschwindigkeit wird über die Drehzahl der Zahnradpumpe geregelt, der Einspritzdruck über den Bypass (siehe Aufschmelzgerät, S. 50 ff.). Es gibt Maschinen, die ein frei wählbares GeschwindigkeitsDruck-Profil (Abb. 34) abarbeiten können. Damit ist es z. B. möglich, die Vergussform zu-

Abb. 34: Parametereinstellung an einer HotmeltMoulding-Maschine

Zeiteinstellungen

nächst mit hoher Geschwindigkeit und geringem Druck zu füllen und in der Nachdruckzeit mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Druck zu arbeiten. An der Hotmelt-Moulding-Maschine werden üblicherweise die Einspritzzeit und die Abkühlzeit eingestellt. Einige Maschinen regeln zusätzlich die Nachdruckzeit und die Haltezeit. Bei anderen Maschinen fallen diese beiden Zeiten in die Einspritzzeit. Während der Einspritzzeit wird die Form gefüllt. Dies geschieht innerhalb weniger Sekunden. Ist die Form gefüllt, beginnt die Nachdruckzeit, die die Schwindung ausgleichen soll. Diese Zeit ist in


Maschineneinstellungen und Produktionsablauf 57 der Regel etwas länger, da nicht mehr so viel Material nachfließt. Während der Haltezeit fließt kein Material mehr. Die Düse bleibt noch ein bis zwei Sekunden an der Form, damit nichts vom Anguss zurückfließen kann. Anschließend beginnt die Kühlzeit, die so lange dauert, bis die Bauteile fest und nur noch so warm sind, dass man sie entnehmen kann. In 90 % aller Fälle liegt die Zykluszeit (Summe aus Einspritzzeit, Nachdruckzeit, Haltezeit und Kühlzeit) im Bereich von 10 bis 50 Sekunden. Die Vergussformen werden während der Fertigung mit Wasser gekühlt. Es hat sich gezeigt, dass sich die Bauteile bei einer Vergussformtemperatur zwischen 20 und 30 °C am einfachsten entformen lassen. Während der Fertigung befindet sich immer eine gewisse Menge des geschmolzenen Schmelzklebstoffs im Materialtank. Wird der Tank nicht mit Schutzgas befüllt, befindet sich stets Luft darin. Der Kontakt mit dem Luftsauerstoff führt mit der Zeit dazu, dass sich nicht lösliche Partikel bilden – der Hotmelt vercrackt. Im Fall einer kontinuierlichen Fertigung, bei der laufend frisches Material hinzugefügt wird (Abb. 35) und das aufgeschmolzene Material zügig verbraucht wird, stellt der Sauerstoffkontakt normalerweise kein Problem dar. Ist das Material aber länger als acht Stunden aufgeschmolzen, beginnen die nicht löslichen Partikel die Maschine zuzusetzen. Um dies zu verhindern, lassen sich die meisten Maschinen im Absenkbetrieb betreiben. Wird die eingeschaltete Maschine z. B. zwei Stunden nicht benutzt, fällt die Temperatur im Aufschmelzgerät auf eine vorgewählte Temperatur. Diese Temperatur sollte unterhalb des Hotmelt-Schmelzpunkts liegen. Wird die Maschine wieder benutzt, heizt das Gerät wieder

Abb. 35: Befüllung des Aufschmelzgeräts

Absenkbetrieb


58 Hotmelt Moulding in der Praxis auf. Da die Aufheizung nicht von der Raumtemperatur aus erfolgen muss, sondern bei einem wesentlich höheren Temperaturniveau von z. B. 100 °C startet, dauert es bis zur Betriebsbereitschaft bei Weitem nicht so lange wie beim Maschinenstart. Zum Produktionsende sollte das Material im Tank verbraucht sein, damit beim nächsten Produktionsstart frisches Material eingefüllt werden kann. Im Tank verbleibendes Material nimmt während der Produktionspause Feuchtigkeit auf, die eine Schaumbildung und einen Viskositätsabfall verursacht. Dies kann sich negativ auf die eingestellten Vergussparameter auswirken.

Fehlerbehebung Zu den häufigsten Fehlern an Hotmelt-Moulding-Bauteilen zählen: • • • •

Blase(n) im Verguss Verbiegung des Bauteils Einfallstellen keine oder unvollständige Füllung einer Kavität • Schwindung des Schmelzklebstoffs vom Bauteil. Luft- oder Vakuumblase

Blase(n) im Verguss Blasen im Verguss können verschiedene Ursachen haben. Um diesen Fehler beheben zu können, ist zunächst festzustellen, ob es sich um Luftblasen oder schwindungsbedingte Vakuumblasen (Lunker) handelt. Es gibt zwei Möglichkeiten, dies zu testen. Zum einen kann das Bauteil in einen Ofen gelegt und auf eine Temperatur von 10 bis 20 °C unterhalb des Hotmelt-Schmelzpunkts erhitzt werden. Eine Luftblase erkennt man daran, dass sie von der expandierenden Luft ausgebeult wird. Handelt


Fehlerbehebung 59 es sich hingegen um eine Vakuumblase, wird die Klebstoffhaut nach innen gezogen, weil der weiche Schmelzklebstoff dem Vakuum nicht mehr standhalten kann. Zum anderen kann die Blase unter Wasser aufgeschnitten werden. Im Fall einer Luftblase steigt die entweichende Luft im Wasser auf. Eine Luftblase wird in der Regel von einer fehlenden oder unzureichenden Entlüftung der Werkzeugkavität verursacht. Zur Abhilfe bietet es sich an, durch eine Füllstudie festzustellen, in welchem Bereich der Kavität die Luft eingeschlossen wird. An dieser Position muss dann eine Entlüftung gesetzt werden. Eine Vakuumblase resultiert in der Regel aus einer falschen Auslegung des Angusses oder einer Masseanhäufung. Um ihre Entstehung zu verhindern, sollte der Einspritzpunkt möglichst nah an die Position der Blase gelegt werden. Genügt dies nicht, sollten der Einspritzpunkt und gegebenenfalls auch der Angussdurchmesser vergrößert werden. In einzelnen Fällen kann auch eine höhere Einspritztemperatur hilfreich sein. Verbiegung des Bauteils Eine Bauteilverbiegung wird meist von einem Masseungleichgewicht auf entgegengesetzten Flächen eines zweidimensionalen Bauteils verursacht. Auf der Seite, auf der die größere Klebstoffmenge erkaltet, entsteht durch die Schwindung eine größere Zugspannung als auf der Rückseite. Die Zugspannungsdifferenz wird durch die Verbiegung des Bauteils ausgeglichen. Die Verbiegung lässt sich nur dadurch verhindern, dass auf beiden Seiten des Bauteils die gleiche Masse an Klebstoff aufgebracht wird. Einfallstellen Einfallstellen haben die gleiche Ursache wie Vakuumblasen, d. h. eine falsche Auslegung

Häufige Ursache: Masseungleichgewicht


60 Hotmelt Moulding in der Praxis Abb. 36: Angusskanal und Einspritzpunkt

Einspritzpunkt Angusskanal

des Angusses oder eine Masseanhäufung. Dementsprechend lässt sich dieser Fehler beheben, indem die Angussposition verlegt wird, der Anguss- und der Einspritzpunktdurchmesser (Abb. 36) vergrößert werden, vorhandene Masseanhäufungen konstruktiv beseitigt werden oder die Einspritztemperatur erhöht wird.

Häufige Ursache: fehlende Entlüftung

Keine oder unvollständige Füllung einer Kavität In den meisten Fällen hat die nicht oder nur teilweise erfolgte Füllung einer Kavität ihre Ursache in der fehlenden Entlüftung der Vergussform. In seltenen Fällen entzieht das zu umspritzende Bauteil dem Klebstoff zu viel Wärme. Herausfinden lässt sich dies, indem man das Bauteil nicht einlegt: Wird die Kavität auch dann nicht vollständig gefüllt, fehlt definitiv eine Entlüftung. Abhilfe kann geschaffen werden, indem man einen kleinen Entlüftungskanal von der Kavität zur Außenseite der Vergussform anbringt.


Maschinenwartung 61 Schwindung des Schmelzklebstoffs vom Bauteil Auch die Schwindung des Hotmelts vom Bauteil wird von einer Masseanhäufung verursacht. Wird z. B. bei einer Platine mit Stecker der Stecker nur mit 1 mm Wandung und die Platine mit 5 mm Wandung umspritzt, kann die von der Schwindung im dickeren Bereich erzeugte Kraft das Material vom Stecker ziehen. Dies lässt sich vermeiden, indem beide Bauteile mit der gleichen Wandung versehen werden. Ist dies nicht möglich, muss der Stecker mit einer umlaufenden Nut versehen werden, in die sich der Schmelzklebstoff verkrallen kann.

Maschinenwartung Hotmelt-Moulding-Maschinen sind recht wartungsarm. Die optimalen Wartungsintervalle und der Wartungsumfang werden von den Maschinenherstellern vorgegeben. Einige Hersteller bieten die Wartung als Service an. Das Aufschmelzgerät sollte mindestens einmal jährlich gewartet werden. Im Rahmen dieser jährlichen Wartung sind u. a. die Dichtungen und Filter auszutauschen und das Gerät zu reinigen. Zu empfehlen ist die Reinigung des Aufschmelzgeräts aber auch bei jedem Materialwechsel: ob auf einen Schmelzklebstoff anderer chemischer Basis oder auf ein Produkt gleicher chemischer Basis von einem anderen Hersteller. Klebstoffhersteller bieten wirksame und auf den verwendeten Hotmelt abgestimmte Reinigungsmittel an. Hinweise darauf geben die Datenblätter zu den Schmelzklebstoffen.

Reinigung des Aufschmelzgeräts


62

Von der Idee zum Bauteil Für viele Anwender ist das Hotmelt Moulding immer noch ein neues Verfahren, obwohl es bereits in den 1980er-Jahren eingeführt wurde. Stets hat man es mit einem komplexen System aus Bauteilen und Vergussmaterialien zu tun, die chemisch verträglich sein müssen. Bei der einfachen Umspritzung von Steckern besteht das System nur aus dem Stecker, einem Kabel und dem Hotmelt. In vielen Fällen werden die Stecker aber mit einer Elektronikplatine kombiniert oder das System besteht aus mehreren verschiedenen Steckern, Kabeln und Platinen. Es gibt mittlerweile viele Firmen im Markt, die sich auf das Hotmelt Moulding spezialisiert haben und beim Teiledesign, bei der Materialauswahl sowie bei der Werkzeug- und Maschinenauslegung beratend zur Seite stehen. Nachfolgend werden Empfehlungen ausgesprochen, wie sich unerfahrene Anwender ausgehend von der Idee für eine HotmeltMoulding-Anwendung schrittweise die optimale Fertigung aufbauen können. Auswahl des Schmelzklebstoffs

Sammeln der Anforderungen Die wichtigsten Anforderungen an den Schmelzklebstoff sind: • der Einsatztemperaturbereich der Bauteile • die Haftung auf den verwendeten Werkstoffen • die Medienbeständigkeit. Ergänzende Informationen erleichtern die Produktauswahl: Werden die Bauteile z. B. im Einsatztemperaturbereich statisch oder dynamisch beansprucht? Kann es bei tiefen Temperaturen zu einer Stoßbelastung kommen?


Von der Idee zum Bauteil 63 Unnötige Sicherheitsreserven beim Einsatztemperaturbereich schränken die Auswahl der möglichen Klebstoffsysteme ein. Gibt der Endkunde z. B. einen Temperaturbereich von – 40 bis +85 °C vor, hat es keinen Sinn, wenn der Anwender den Bereich auf – 50 bis +100 °C ausdehnt. Je höher die Anforderungen, desto teuerer wird die Lösung. Im schlechtesten Fall ist die Anwendung gar nicht mehr realisierbar. Die Haftung des Hotmelts hängt nicht nur vom Werkstofftyp, sondern u. U. auch von der Bezugsquelle ab. Wird z. B. ein Stecker aus dem gleichen Werkstofftyp von zwei Herstellern bezogen, kann sich die Haftung des Hotmelts durchaus unterscheiden. Deshalb sollte die Haftung auf beiden Steckern getestet werden. Werden bei der Herstellung der Bauteile Trennmittel verwendet, müssen die Teile vor dem Verguss gereinigt werden. Besser ist es, dem Hersteller die Verwendung von Trennmitteln von vornherein zu untersagen. Ist an einem Kabel eine Zugentlastung erforderlich, muss die zu tolerierende Zugkraft bekannt sein, denn sie hat Einfluss auf die Länge des Vergusses. Hinsichtlich der Medienbeständigkeiten ist es wichtig zu wissen, wie lange und bei welcher Temperatur der Kontakt erfolgt. Auf einen kurzen Kontakt bei Raumtemperatur reagieren die meisten Hotmelts unempfindlich. Bei einem langen Kontakt bei hohen Temperaturen stoßen sie u. U. an ihre Grenzen. Die Kenntnis folgender Anforderungen ist für die Auslegung der Werkzeuge und Maschinen wichtig: • • • • •

das Schussvolumen die zu produzierende Stückzahl die Anzahl der Schichten die Anzahl der Arbeitstage die Laufzeit der Produktion.

Anforderungen an Werkzeuge und Maschinen


64 Von der Idee zum Bauteil Anhand der gesammelten Anforderungen lässt sich bereits recht gut abschätzen, mit welcher Wahrscheinlichkeit und in welchem Zeitrahmen sich die geplante Anwendung umsetzen lässt. Auch kann eine Übersicht erstellt werden, welche Tests gemacht werden müssen. Vorversuche Ein erster einfacher Vorversuch auf Bauteilen, die abgedichtet werden sollen, ist der Spottest. Dazu wird auf den Bauteilen ein Hotmeltklecks aufgebracht und nach einiger Zeit wieder abgezogen. Der Spottest vermittelt einen subjektiven Eindruck von der Haftung. Begleitend muss das Teiledesign auf die Anforderungen des Hotmelt Moulding abgestimmt werden.

Musterwerkzeug

Muster- und Testphase Für die Muster- und Testphase sollte unbedingt ausreichend Zeit und Budget eingeplant werden, denn es handelt sich um die wichtigste Phase des gesamten Projekts. Es empfiehlt sich, ein Musterwerkzeug zu erstellen oder erstellen zu lassen. Bei einem Musterwerkzeug handelt es sich um eine Vergussform mit nur einer Kavität. In den meisten Fällen wird es so konstruiert, dass genügend Platz für weitere Kavitäten vorhanden ist. So lässt es sich nach Abschluss der Muster- und Testphase zum Serienwerkzeug erweitern. Das Musterwerkzeug dient primär dazu, Prototypen zu produzieren. Mit ihm werden aber auch die Parameter für die Produktion ermittelt und optimiert. Um festzustellen, ob das gewählte System aus Werkstoff(en) und Schmelzklebstoff harmoniert, sollten die mit dem Musterwerkzeug erstellten ersten Bauteile vom Abnehmer getestet werden. Wichtige Tests sind u. a.:


Von der Idee zum Bauteil 65 • • • •

Dichtheitstests Temperaturzyklustests Beständigkeitstests Vibrationstests.

Aufbau der Fertigung Nach erfolgreichem Abschluss der Musterund Testphase stehen das Teiledesign, der Schmelzklebstoff, der Einspritzdruck und die Zykluszeiten fest. Anhand des Einspritzdrucks und der Zykluszeiten kann berechnet werden, wie viele Werkzeuge mit wie vielen Kavitäten benötigt werden, über welches Tankvolumen das Aufschmelzgerät und über welche Zuhaltekraft die Hotmelt-Moulding-Maschine verfügen muss. Mit diesen Informationen kann die für die zu produzierende Stückzahl am besten geeignete Anlage gewählt werden. Auch hier empfiehlt es sich, auf die Erfahrung eines Hotmelt-Moulding-Spezialisten zurückzugreifen. Während das Serienwerkzeug und die Hotmelt-Moulding-Maschine im Bau sind, kann die Produktion mit dem Musterwerkzeug beginnen. Die meisten Hotmelt-Moulding-Spezialisten bieten eine Musterproduktion oder Leihmaschinen an.

Wahl der Maschine


66

Fachbegriffe und Abkürzungen Abkühlzeit Teil der ↑Zykluszeit: Das Werkzeug ist noch geschlossen und es wird kein Material mehr gefördert. Adhäsionsbrücke Bereich, in dem molekulare Gruppen des Substrats und des Klebstoffs wechselwirken, z. B. über Van-der-Waals-Kräfte. Dimer Ein D. ist aus zwei gleichartigen Monomeren zusammengesetzt. EA

Ethylen-Acrylat-Copolymer.

EEA

Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer.

Einspritzzeit Teil der ↑Zykluszeit: Während der E. wird der Schmelzklebstoff in die Form gespritzt. EPDM EVA

Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Ethylenvinylacetat.

Fließspalt Der F. bestimmt die Dicke des Schmelzklebstoffs auf dem Bauteil. Fließweg Länge des zu überbrückenden Fließspalts. Glasübergang Übergang eines Polymers vom hartelastischen Zustand (glasartig spröde) in den gummielastischen Zustand (flexibel). Haltezeit Teil der ↑Zykluszeit: Während der H. steht der Auftragskopf mit der Düse noch am Werkzeug. Die Düse ist geschlossen, d. h., es wird kein Material gefördert. Kavität Hohlraum in der Vergussform, in die der Schmelzklebstoff gespritzt wird. Oft wird auch die Bezeichnung »Nest« verwendet. Lunker Schwindungsbedingte Vakuumblase.


Fachbegriffe und Abkürzungen 67 Masterbatch Als M. bezeichnet man Granulate auf gleicher chemischer Basis, die dem Grundmaterial zum Einfärben oder zur Veränderung von Eigenschaften beigemischt werden. Dementsprechend ist ihr Farbstoff- oder Additivgehalt höher als im Endprodukt. Im Vergleich zu Pasten, Pulvern oder flüssigen Zusatzstoffen wie z. B. Farbtinten erhöht die Verwendung eines M. die Prozesssicherheit bei sehr guter Verarbeitbarkeit. Nachdruckzeit Teil der ↑Zykluszeit: Während der N. wird noch Material in die bereits gefüllte Form gespritzt, um die ↑Schrumpfung des Materials auszugleichen und somit die ↑Schwindung zu minimieren. PA

Polyamid.

PA 6 Polyamid 6; Polyamid aus Caprolactam. PB

Polybutylen.

PE

Polyethylen.

PET

Polyethylenterephthalat.

Polar Eigenschaft von chemischen Verbindungen, die aus zwei Elementen mit deutlich unterschiedlicher Elektronegativität bestehen. Polykondensation Polyreaktion unter Abspaltung einfach gebauter Moleküle wie z. B. Wasser. PP

Polypropylen.

PU

(auch PUR) Polyurethan.

PVC

Polyvinylchlorid.

RAL-Nummern Farbcode zur Kennzeichnung von Farben und Lacken. SBS Styrol-Polyolefin-Styrol-Blockpolymer mit dem Polyolefin Butadien.


68 Fachbegriffe und Abkürzungen Schrumpfung Freie, d. h. werkzeugunabhängige Kontraktion des Schmelzklebstoffs während des Abkühlens. Schwindung Verkleinerung des mit Schmelzklebstoff erstellten Teils beim Abkühlen nach der Formgebung. Die S. ist in der Regel geringer als die ↑Schrumpfung, da während des Füllvorgangs der Kavität immer Material nachgefüllt wird (↑Nachdruckzeit). SEBS Styrol-Polyolefin-Styrol-Blockpolymer mit dem Polyolefin Ethylen-Butylen. SEPS Styrol-Polyolefin-Styrol-Blockpolymer mit dem Polyolefin Ethylen-Propylen. SIS Styrol-Polyolefin-Styrol-Blockpolymer mit dem Polyolefin Isopren. Spottest Subjektiver Haftungstest, bei dem der Schmelzklebstoff auf das Substrat aufgetragen und nach definierter Zeit manuell entfernt wird. Temperaturschocktest Verklebungen werden innerhalb weniger Sekunden von einer sehr niedrigen (z. B. −40 °C) auf eine sehr hohe Temperatur (z. B. +100 °C) und wieder auf die Ausgangstemperatur gebracht. Dieser Vorgang kann sich wiederholen. UL94 V-0 Klassifizierung der Brennbarkeit von Kunststoffen gemäß UL94 (Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Applications) der Underwriters Laboratories, USA. Unpolar Eigenschaft von chemischen Verbindungen, die aus zwei gleichartigen oder unterschiedlichen Elementen mit gleicher oder annähernd gleicher Elektronegativität bestehen. Zykluszeit Summe aus ↑Einspritzzeit, ↑Nachdruckzeit, ↑Haltezeit und ↑Kühlzeit.


69

Literatur Becker, Bettina; Schöneweiß, Achim: Moulding Technology for Electronic Components. In: ATZautotechnology 7 (2007), Nr. 3, S. 34−37. Gruber, Werner: Hightech-Industrieklebstoffe: Grundlagen und industrielle Anwendungen. Landsberg: verlag moderne industrie: 2000 (Die Bibliothek der Technik, Band 206). Habenicht, Gerd: Kleben – Grundlagen, Technologie, Anwendungen. 5. Aufl. Berlin: Springer, 2006. Hund, Matthias C.; Grünewald, Norbert: Additives and masterbatches. In: Kunststoffe 93 (2003), Nr. 7, S. 38−39. Krebs, Michael: Neue monomerreduzierte Polyurethan-Hotmelts: Nicht als Gefahrstoff kennzeichnungspflichtig. In: adhäsion KLEBEN & DICHTEN 48 (2004), Nr. 1, S. 15–19. Röthemeyer, Fritz; Sommer, Franz: Kautschuktechnologie: Werkstoffe – Verarbeitung – Produkte. 12. Aufl. München: Carl Hanser, 2006. S. 122–136. Wichelhaus, J.: Thermoplastic Polyamide Adhesives. In: European Adhesives and Sealants 5 (Juni 1988), S. 26–29.


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