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Riffelungen, Rippen und Zwickel
Durch das Aufbringen von Riffelungen, Rippen oder Zwickeln auf die Funktionsgeometrie eines Teils kann seine strukturelle Leistung verbessert werden.
Riffelungen, Rippen und Zwickel
Funktion
Wenn die Tragfähigkeit oder die Steifigkeit eines Kunststoffs verbessert werden muss, ist es notwendig, entweder seine Eigenschaften zu erhöhen oder das Material zu ändern. Manchmal kann es ausreichen, die Material Qualität zu ändern, z. B. durch einen höheren Glasfasergehalt. Wenn das nicht ausreicht oder aus anderen Gründen nicht gewünscht ist, ist die Erhöhung der Eigenschaften oft die Lösung.
In vielen Fällen ist der einfachste Weg, die Eigenschaften des Querschnitts zu verbessern, die Erhöhung der Dicke des Teils. Wie hier erwähnt, hat dies jedoch seine Grenzen. Zusätzliche Verstärkung kann durch Hinzufügen von Wellen oder das Platzieren von Rippen senkrecht zur Teilewand erzielt werden. Das Hinzufügen von Riffelungen hat in der Regel einen geringeren Aufprall auf das Teilegewicht und die Kühlung, aber das Hinzufügen von Rippen hat ein größeres Potenzial in Bezug auf die Erhöhung der Steifigkeit. Darüber hinaus ermöglichen Rippen, dass die Deck- oder Gegenfläche eines Teils glatt ist, was aus ästhetischen oder funktionalen Gründen von Vorteil sein kann.
Wellen
Durch das Hinzufügen von Wellen zum Design können flache Flächen in Richtung der Wellen versteift werden (siehe Abbildung 1). Sie sind sehr effizient und fügen keine großen Mengen an zusätzlichem Material hinzu oder verlängern die Kühlung. Die zusätzliche Steifigkeit resultiert aus der Vergrößerung des durchschnittlichen Abstands des Materials von der neutralen Achse des Teils, d. h. der Erhöhung des zweiten Trägheitsmoments.
Abbildung 1 - Wellen
Bemaßung der Rippen
Beim Hinzufügen von Rippen sollten die folgenden Richtlinien für die Bemaßung beachtet werden (siehe Abbildung 2):
- Die Dicke der Rippe sollte ungefähr 50 bis 60% der allgemeinen Dicke des Teils betragen. Eine Überschreitung dieses Wertes kann zu Einfallstellen auf der den Rippen gegenüberliegenden Oberfläche führen. Darüber hinaus kann es Material Strömung während der Injektion negativ beeinflussen, was zu Bindenähten und Hohlräumen führen kann.
- Die Rippenhöhe sollte das Dreifache der allgemeinen Dicke nicht überschreiten, da tiefe Rippen schwer zu füllen sind und beim Auswerfen in der Form haften bleiben können.
- An den Seiten der Rippen sollte ein Entformungswinkel von 1 - 1,5 Grad angewendet werden. Das bedeutet, dass sich die Rippen leicht verjüngen und nach oben hin etwas dünner werden. Dies erleichtert das Auswerfen des Teils aus der Form. Bei niedrigen Rippen und in Ausnahmefällen ist ein kleinerer oder gar kein Entformungswinkel akzeptabel. Es sollte jedoch beachtet werden, dass dies zu kosmetischen Defekten wie Abriebspuren oder Problemen beim Auswerfen des Teils nach dem Formen führen kann.
- An der Basis der Rippe, wo sie sich mit der Nennwand schneidet, sollte ein Radius von 25 - 50% der allgemeinen Dicke einbezogen werden. Es wird ein Mindestradius von 0,4 mm empfohlen. Dadurch wird eine potenzielle Spannung eliminiert und die Fließ- und Kühlung um die Rippe herum verbessert. Beim Überschreiten des 50%-Wertes entsteht eine Materialmasse, die das Risiko von eingegossenen Eigenspannungen, Hohlräumen oder Material erhöht.
- Der Abstand zwischen zwei parallelen Rippen sollte mindestens das Zweifache der allgemeinen Dicke betragen. Dies verhindert, dass die Form eine heiße Klinge entwickelt, die zerbrechlich ist und Probleme mit der Kühlung hat.
Abbildung 2 - Empfehlungen für Rippenabmessungen
Platzierung der Rippen
Beim Platzieren von Rippen sollten die folgenden Richtlinien für die Platzierung befolgt werden (siehe Abbildung 3):
- Rippen sind vorzugsweise parallel zum Schmelzefluss ausgeführt, da das Durchströmen von Rippen zu einer verzweigten Strömung führen kann, die zu eingeschlossenem Gas oder Zögern führt. Zögern kann innere Spannungen und kurze Schläge erhöhen.
- Parallele Rippen sollten in einem Mindestabstand von doppelt so viel wie die nominale Dicke angeordnet sein; Dies hilft, Probleme mit der Kühlung und den Einsatz dünner Klingen im Werkzeugbau zu vermeiden.
- Rippen sollten entlang der Biegeachse ausgerichtet sein, um maximale Steifigkeit zu gewährleisten. Betrachten Sie das Beispiel in Abbildung 3, bei dem eine lange dünne Platte einfach an den Enden abgestützt wird. Werden Rippen in Längsrichtung hinzugefügt, wird die Platte deutlich versteift. Wenn jedoch Rippen über die Breite der Platte hinzugefügt werden, wird kaum eine Verbesserung festgestellt.
- Beim Hinzufügen von Rippen zu einem Profil oder einem Kastenabschnitt hat ihre Platzierung und Ausrichtung einen großen Aufprall auf die erhaltene zusätzliche Steifigkeit. Dies ist in Abbildung 4 dargestellt.
- Für maximale Leistung und Funktion sollten sich die neutralen Linien der Rippen und der Profilwand an der gleichen Stelle treffen. Abhängig von den spezifischen Abmessungen und dem gewählten Material können jedoch Einfallstellen auftreten. Dies kann vermieden werden, führt aber zu einer schwächeren Geometrie:
- Werden die diagonalen Rippen leicht auseinander geschoben, reduziert sich die Steifigkeit um 35%.
- Fügt man der Konstruktion eine kurze vertikale Rippe hinzu, reduziert sich die Torsionssteifigkeit um weitere 5 % (siehe Abbildung 5).
Abbildung 3: Ausrichtung der Rippen.
Abbildung 4 - Vergleich von Profilen in Bezug auf Torsionssteifigkeit und Biegung.
Abbildung 5 - Torsionssteifigkeit und Widerstand zu Torsions Spannung in Abhängigkeit von der Art und Weise, wie die Rippen mit dem Profil verbunden sind.
Zwickel
Zwickel können zur Verstärkung von Ecken, Seitenwänden und Naben verwendet werden. Sie können als Teilmenge der Rippen betrachtet werden, was bedeutet, dass die Richtlinien für die Rippenbemaßung und -platzierung auch für Knotenbleche gelten (siehe Abbildungen 6 und 7).
Abbildung 6 - Richtlinien für Zwickel.
Abbildung 7 - Höhe des Zwickels.