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April 2018

KUNSTSTOFF XTRA OFFIZIELLES ORGAN VON SWISS PLASTICS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR WERKSTOFFE – VERARBEITUNG – ANWENDUNG

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EDITORIAL

Roboterdichte im Wandel Die Schweiz ist in mancherlei Hinsicht ein Musterland: Wir rühmen uns einer funktionierenden direkten Demokratie, wir sind gemäss der Weltorganisati-

www.granula.ch www.granula.eu

KUNSTSTOFF XTRA

on für geistiges Eigentum (WIPO), der Cornell University und der französischen Wirtschaftsuniversität Insead Weltmeister, wenn es um Innovationen geht. Auch was die Lebensqualität anbelangt, mischen wir ganz vorne mit: Eine niedrige Arbeitslosigkeit, qualifizierte Arbeitskräfte und eines der weltweit höchsten Bruttoinlandprodukte pro Kopf – dem US News & World Report, Y&Rs BAV Consulting und der Wharton School der University of Pennsylvania zufolge lebt es sich nirgendwo so gut wie in der Schweiz. Zudem hat im Verhältnis zur Einwohnerzahl kein Land der Welt so viele Nobelpreise gewonnen und Patente angemeldet wie die Schweiz, und wir haben ein Bildungssystem, um das uns viele beneiden. Weshalb diese Zelebrierung der Schweiz? Mit all diesen Bestnoten könnte man annehmen, dass wir auch im Bereich Automatisierung und Robotik ein zu prädestiniert zu sein, in Produktionsbetrieben, wenn immer möglich und wirtschaftlich vertretbar, Roboter einzusetzen, um die teuren Personalkosten runterzudrücken. Weit gefehlt: Gemäss dem World Robotics Report 2017 der International Federation of Robotics, IFR, belegt die Schweiz gerade mal Platz 19, hinter Slowenien, der Slowakei und Frankreich und vor Tschechien und Australien (vgl. Artikel S. 30/31). Ein Grund für das Ranking der Roboterdichte liegt wohl darin, dass die Industrieroboter vor allem in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen und viele Betriebe in der Schweiz in Nischen tätig sind, wo sich eine Automatisierung nicht lohnt. Im Zuge der Industrialisierung der Schwellenländer und der demografischen Entwicklung wird sich die Roboterdichte in den nächsten Jahren aber verschieben: Besonders China, das heute Rang 23 belegt, will bis 2020 in die Top 10 der am stärksten automatisierten Nationen der Welt aufrücken. Und die Schweiz? Auch hierzulande wird in Verarbeitungsbetrieben – nicht zuletzt mit Blick auf Industrie 4.0 – vermehrt in automatisierte Prozesse investiert. Gut möglich also, dass die Schweiz auch als Nicht-PW-Herstellerland Plätze gutmachen kann.

Marianne Flury, Redaktorin m.flury@sigwerb.com

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Masterbatch für Biopolymere Medizinaltechnik

Spitzenplayer sind. Zudem scheint ein Hochlohnland wie die Schweiz gerade-

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INHALTSVERZEICHNIS

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FOKUS

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Arburg TT: Ein Erlebnis der besonderen Art

1999 erstmals durchgeführt, fanden die Arburg Technologie-Tage vom 14. bis 17. März 2018 zum 20. Mal statt. Das Konzept mit der Vorstellung eines repräsentativen Querschnitts aus dem Maschinenprogramm und einem breiten Anwendungsspektrum sowie Expertenvorträgen, einer Sonderschau zum Service und Betriebsrundgängen wurde über all die Jahre beibehalten – und hat den Event zu dem gemacht, was er heute ist: ein internationaler, einzigartiger Branchentreff.

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VERARBEITUNG Smarte Lösung für die Kunststoffverarbeitung

Bei der Kunststoffverarbeitung spielen Temperiersysteme eine wichtige Rolle. Nur dann, wenn die Temperatur der Bearbeitungswerkzeuge und des Werkstoffs richtig eingestellt ist, erhalten Produkte die gewünschten Oberflächen und Eigenschaften. Das Fraunhofer IPA hat nun zusammen mit gwk eine Lösung entwickelt, die die Zustands- und Prozessdaten der Temperiersysteme überwacht und bei Abweichungen einen Alarm auslöst.

IMPRESSUM

KUNSTSTOFF XTRA

Die Fachzeitschrift für Werkstoffe – Verarbeitung – Anwendung Erscheinungsweise 10 × jährlich Jahrgang 8. Jahrgang (2018) Druckauflage 5800 Exemplare WEMF / SW-Beglaubigung 2017 5451 Exemplare total verbreitete Auflage 1446 Exemplare davon verkauft ISSN-Nummer 1664-3933 Internet www.kunststoffxtra.com Geschäftsleiter Andreas A. Keller

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VERPACKUNGEN Lösungsweg: Kompostierbare Barriereschichten

Die globale Meeresverschmutzung zählt zu den gegenwärtig grössten, globalen Umweltproblemen. Seit ein paar Jahren sucht das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC nach Lösungsansätzen und wurde nun im Rahmen der Circular Materials Challenge 2018 für die Forschung an kompostierbaren Barriereschichten ausgezeichnet.

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LEICHTBAU

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WERKSTOFFMECHANIK Spannungszustand und Werkstoffverhalten

Der Spannungszustand an einem Bauteil ist auch bei Kunststoffen mitbestimmend für das mechanische Verhalten, insbesondere für die sogenannte Spannungsversprödung bei sonst duktilen Werkstoffen. Die Kenntnis dieser Zusammenhänge ist für eine sachgerechte Bauteilauslegung unverzichtbar. Der Beitrag setzt sich mit dieser Thematik auseinander und stellt eine einfache Methode zur Abgrenzung zwischen duktilem und sprödem Verhalten vor.

Herausgeber/Verlag SIGWERB GmbH Unter Altstadt 10 CH-6301 Zug Telefon +41 41 711 61 11 info@sigwerb.com www.sigwerb.com

Vorstufe Triner Media + Print Schmiedgasse 7 CH-6431 Schwyz Telefon +41 41 819 08 10 beratung@triner.ch www.triner.ch

Anzeigenverkaufsleitung Thomas Füglistaler

Abonnemente Telefon +41 41 711 61 11 info@sigwerb.com www.kunststoffxtra.com

Anzeigenverkauf SIGImedia AG Jörg Signer Pfaffacherweg 189 Postfach 19 CH-5246 Scherz Telefon +41 56 619 52 52 Telefax +41 56 619 52 50 info@sigimedia.ch Chefredaktion Marianne Flury St. Niklausstrasse 55 CH-4500 Solothurn Telefon +41 32 623 90 17 m.flury@sigwerb.com www.kunststoffxtra.com

Druck Werner Druck & Medien AG Kanonengasse 32 Postfach 2212 CH-4001 Basel Telefon +41 61 270 15 15 www.wd-m.ch

Jahresabonnement Schweiz: CHF 38.00 (inkl. Porto/MwSt.) Jahresabonnement Ausland: CHF 58.00 (inkl. Porto)

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INHALTSVERZEICHNIS

RECYCLING

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Auf die gesamte Kunststoff­ kette kommt es an  20

Automatisierung läuft auf Hochtouren

Im fünften Interview im Rahmen der VDMA-Serie über Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffindustrie nimmt Manfred Hackl, CEO Erema, Stellung zu Fragen über die Haltung von Markenartikelherstellern gegenüber Recyclingverpackungen, das politische Credo und Marktchancen, die sich für Kunststoffrecycler ergeben.

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Mit einer durchschnittlichen Roboterdichte von 74 Einheiten pro 10 000 Mitarbeiter hat der globale Durchschnitt in der Fertigungsindustrie 2016 einen neuen Rekord erreicht (2015: 66 Einheiten). Die Top Ten der am stärksten automatisierten Länder der Welt werden von Südkorea angeführt. Die Schweiz belegt Platz 19.

FORSCHUNG/ ENTWICKLUNG CAU-Forschungsteam ist einen Schritt weiter

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Sie sind leicht, elektrisch besonders leitfähig und stabiler als Stahl – Nanoröhren aus Kohlenstoff. Ein markanter Nachteil war bisher, dass sie sich kaum mit anderen Materialien verbinden liessen. Nun haben Forscher der Christian-Albrechts-Universität (CAU) zu Kiel ein neues Verfahren entwickelt, das genau dies kann.

ZUM TITELBILD

OFFIZIELLES ORGAN VON SWISS PLASTICS

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR WERKSTOFFE – VERARBEITUNG – ANWENDUNG

TROCKNEN MISCHEN FÖRDERN •

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METROCONNECT

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NEWS

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VERANSTALTUNGEN

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MESSEN

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PRODUKTE

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LIEFERANTEN­ VERZEICHNIS

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Bilder: Arburg

Fokus

Magnet Technologie-Tage in Lossburg – hier das Kundencenter von Arburg.

Arburg Technologie-Tage

Ein Ereignis der besonderen Art 1999 erstmals durchgeführt fanden die Arburg Technologie-Tage vom 14. bis 17. März 2018 zum 20. Mal statt. Das Konzept mit der Vorstellung eines repräsentativen Querschnitts aus dem Maschinenprogramm und einem breiten Anwendungsspektrum sowie Expertenvorträge, eine Sonderschau zum Service und Betriebsrundgänge wurde über all die Jahre beibehalten – und haben den Event zu dem gemacht, was er heute ist: ein internationaler, einzigartiger Branchentreff.

Bei der Premiere 1999 besuchten 1500 Kunden und Interessenten aus 21 Ländern die Technologie-Tage. Dieses Jahr kamen 6300 Gäste aus 54 Nationen nach Lossburg. «Insgesamt konnten wir bis heute mehr als 87 500 Besucher bei unseren Technologie-Tagen begrüssen», sagte Michael Hehl, Geschäftsführender Gesellschafter und Sprecher der Geschäftsführung, an der Pressekonferenz am Rande der Technologie-Tage. «Und das sind keineswegs immer nur Stammgäste. Vielmehr sind jedes Jahr rund die Hälfte davon Erstbesucher. Und alle kommen auf ihre Rechnung.» Neben den hybriden Allroundern 1120 H und 920 H mit 6500 KN respektive 5000 kN Schliesskraft gibt es jetzt eine dritte Grossmaschine im neuen Design und mit visionärer Gestica-Steuerung: Der hybride Allrounder 820 H mit 4000 kN Schliesskraft «im neuen Kleid» hatte Premiere. Die drei Maschinen waren bei zwei anspruchsvollen Turnkey-Lösungen sowie einer Pack­ aging-Anwendung zu sehen. 4

Was die Steuerung anbelangt wird vorderhand nur der Allrounder 1120 H standardmässig über die Gestica verfügen. Alle weiteren auf das neue Design umgestellten Maschinen sind wahlweise mit der Gestica-Steuerung ausgestattet oder mit der Selogica-Steuerung im neuen Design (Selogica ND), deren Bedienpanel sich optisch an das der Gestica anlehnt.

Feintuning bei der Modularität Modularität ist eines der Erfolgsrezepte von Arburg. Und genau diese hat das Unternehmen bei den elektrischen Alldrive Maschinen jetzt hinsichtlich Dynamik, Geschwindigkeit und Funktionalität deutlich erweitert: Mehr Modularität bedeutet auch ein deutlich grösseres Einsatzspektrum. Bei den Alldrive Maschinen gibt es jetzt drei Leistungsstufen. Die neue Leistungsvariante L1 ist für technische Teile und einen besonders energiesparenden Betrieb konzipiert. Sie ist die elektrische Alternati-

ve zu hydraulischen Standardmaschinen mit zwei Pumpen. Entsprechend sind Mehrkomponenten-Anwendungen und der Einsatz komplexer Werkzeuge möglich. Die Leistungsvariante L2 ist ideal für schnelllaufende Anwendungen und anspruchsvollere Prozesse und die Leistungsvariante L3 schliesslich ist für die Alldrive Maschinen ab der Baugrösse 630 und 2500 kN Schliesskraft konzipiert und bietet höchste Leistungsfähigkeit, beispielsweise für Dünnwandanwendungen.

Der Freeformer ist erwachsen geworden Seit der Vorstellung des Freeformers auf der K 2013 wurde dessen Hard- und Software massiv weiterentwickelt. Mit insgesamt acht Freeformern zeigte Arburg e­xemplarisch die Vielfalt an Funktionsbauteilen, die sich aus qualifizierten Originalmaterialien additiv fertigen lassen. Die bestehende Materialdatenbank wird kontinuierlich um neue Werkstoffe erweitert. 4/2018

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Neben amorphen Standardgranulaten wie ABS, PA und PC umfasst das Werkstoffspektrum elastisches TPU und teilkristallines PP mit passendem Stützmaterial sowie leitfähiges PC-ABS mit Carbon-Nano-Tubes (CNT). Als Neuheit wurde nun erstmals die Verarbeitung von PMMA sowie eines medizinisch zugelassenen SEBS mit einer Härte 28 Shore A (Cawiton PR13576) vorgestellt.

Digitale Transformation «Digitalisierung ist Teamarbeit auf höchster Ebene», betont Jürgen Boll, Arburg-Geschäftsführer Finanzen, Controlling, IT. «Mit Spezialisten aus Technik, Vertrieb und IT treiben wir das Thema gemeinsam synchronisiert und zielgerichtet voran.» Heinz Gaub, Arburg-Geschäftsführer Technik, ergänzt: «Die Digitalisierung betrifft bei unseren Geschäftsprozessen beispielsweise die technische Maschinenkonfiguration oder das Arbeiten mit einem digitalen Zwilling. Zudem beschäftigen wir uns mit der Digitalisierung unserer Produkte und Dienstleistungen, um die Produktionseffizienz bei unseren Kunden immer noch weiter zu steigern.» Beispiele dafür waren

Die Schweiz steht gut da Von den insgesamt 6300 Gästen, die nach Lossburg reisten, kamen rund 200 Personen aus der Schweiz. Marcel SpaMarcel Spadini dini, Geschäftsführer der Arburg Niederlassung Schweiz, freuts, haben doch die Technologie-Tage quasi als «Hausmesse» eine sehr hohe Bedeutung. «Viele unserer Kunden und Interessenten lassen sich die verschiedenen Anwendungen zeigen, aber auch die Automationslösungen, um zu sehen, was Arburg imstande ist zu machen und was machbar ist. Manche kommen hierher, um das Thema Industrie 4.0 zu vertiefen, andere um sich im Prototyping Center über die Weiterentwicklung des Freeformers zu informieren. Das Publikum ist sehr heterogen, die verschiedensten Gebiete sind von Interesse. Und es gibt auch Kunden,

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in der Effizienz-Arena praxisnah und live an sechs Stationen zu sehen, an denen je ein Assistenzpaket vorgestellt wurde. Angelehnt an Industrie 4.0 erleichtern die Pakete 4.set-up, 4.start-stop, 4.optimisa­ tion, 4.production, 4.monitoring und 4.service das Einrichten und den Produktionsanlauf; sie optimieren die Teilequalität, erhöhen die Flexibilität, erlauben eine detaillierte Prozessüberwachung und lückenlose Prozessdokumentation und ermöglichen den Online-Support. Unter dem Schlagwort «for connection» erfuhren die Besucher im sogenannten Schnittstellen-Café mehr zum aktuellen Stand der Euromap-Schnittstellen 77 (MES-Systeme), 79 (Robot-Systeme) und 82 (Peripherie) oder zur Synchronisation von Maschinen und Robot-Systemen. Auch ein Blick in die digitale Zukunft des Maschinenbaus war möglich. Im Ausstellungsbereich «for visions» wurde zum Thema Augmented Reality (AR) beispielhaft gezeigt, wie sich der Service durch eine computergestützte Erweiterung der Realität mit virtuellen Zusatzinformationen oder digitalen Objekten auf ein ganz anderes Leistungsniveau bringen lässt. Im Bereich Virtual Reality (VR) wurden in einer inter-

NEU multiFlow bis 230 °C.

Winner of 2017 Export Award.

die einfach den Kontakt pflegen möchten», erklärt Spadini die Beweggründe des Besuchs der Technologie-Tage. Das grosse Interesse an Maschinen, Technologie und Prozessen schlägt sich auch im Geschäftsverlauf der Schweizer Niederlassung nieder. Sehr positiv wirke sich aus, dass gerade in der Kunststoffbranche sehr stark in die Automatisierung investiert werde, die auch Teil von Industrie 4.0 ist, erläutert Spadini. Und weiter: «Insbesondere ist der Anteil von Automatisierungslösungen aus dem Hause Arburg für die Schweiz exponentiell gewachsen. Das ist ein Trend, der kontinuierlich zunimmt. Die Kunden möchten eine komplette, automatisierte Zelle aus Maschine, Roboter und Peripherie mit vor- und nachgelagerten Prozessen.» Der Mix der in der Schweiz verkauften Spritzgiessmaschinen verteilt sich bei Arburg in etwa auf je einen Drittel vollelektrische, hybride und hydraulische Maschinen. mf

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Fokus

aktiven Umgebung Details zur Schliesseinheit des Allrounders 1120 H und zur Produktion des Klapptrittschemels sichtbar gemacht, die in der realen Welt so nicht zu sehen sind. Real zu sehen war die Fertigung des Klapptrittschemels auf einem Allrounder 1120 H im Turnkey-Sektor.

Es läuft wie geschmiert Der Erfolg der Technologie-Tage widerspiegelt den Erfolg von Arburg. Über die letzten Jahre konnte das Familienunternehmens den Umsatz kontinuierlich steigern. Waren es im Jahre 2015 596 Mio. Euro, stieg der Umsatz im Folgejahr auf 636 Mio. Euro und erreichte 2017 den Rekordwert von 680 Mio. Euro, ein Plus von 7 %. Die Auftragseingänge der Maschinen inklusive Peripherie legten wertmässig von 2016 auf 2017 um mehr als 27 % zu. Einen grossen Anteil am Erfolg haben dabei die elektrischen Maschinen. «Bei den elektrischen Allroundern haben wir von 2016 auf 2017 eine Steigerung von 43 % erzielt. In der Periode davor – also von 2015 auf 2016 – waren es noch 14 %», erklärt Jürgen Boll. Damit liegt der Anteil der vollelektrischen Maschinen bei Arburg bei gut 20 %, derjenige der Hybridmaschinen bei 15 bis 16 %. Hier konnte Arburg wertmässig von 2016 auf 2017 um 13 % zulegen. Zum Vergleich: in Europa sind rund 22 % der verkauften Spritzgiessma-

Einen Blick in die digitale Zukunft bot der Ausstellungsbereich «for visions». Zu erleben waren dort Vorführungen zu Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR).

schinen elektrisch, in den USA sind es 56 %. Das positive Ergebnis findet sich in allen Branchen wieder. Neben den Klassikern Automotive, Elektronik und Medizintechnik hat sich inzwischen auch der Bereich Verpackungen zu einer wesentlichen Säule des Geschäftserfolgs entwickelt. Wie bereits in den Vorjahren investierte Arburg kräftig: Insgesamt flossen 21,5 Mio. Euro (+11 %) ins Stammwerk in Lossburg, schwerpunktmässig in die Fertigungstechnik und die Logistik. «In der Zahl nicht enthalten sind die Investitionen im Zusammenhang mit unseren Bauaktivitäten. Dazu gehören z. B. das Schulungscenter, das derzeit entsteht, sowie der Umbau und die Erweiterung unseres Ausbil-

dungscenters für unsere derzeit rund 180 Auszubildenden und Studenten der Dualen Hochschule. Ihnen stehen auf 2000 Quadratmetern jetzt modernste Maschinen und Infrastruktur zur Verfügung», erläutert Boll. Investiert wurde auch in die Belegschaft. Zum Jahresende 2017 beschäftigte Arburg weltweit 2851 Mitarbeitende (+6,7 %), davon in Deutschland 2332. Kontakt Arburg AG Südstrasse 15 CH-3110 Münsingen +41 31 724 23 23 switzerland@arburg.com www.arburg.ch

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Verarbeitung

Zustands- und Prozessmonitoring bei Temperiersystemen umgesetzt

Smarte Lösung für die Kunststoffverarbeitung Bei der Kunststoffverarbeitung spielen Temperiersysteme eine wichtige Rolle. Nur dann, wenn die Temperatur der Bearbeitungswerkzeuge und des Werkstoffs richtig eingestellt sind, erhalten Produkte die gewünschten Oberflächen und Eigenschaften. Das Fraunhofer IPA hat nun zusammen mit gwk eine Lösung entwickelt, die die Zustands- und Prozessdaten der Temperiersysteme überwacht und bei Abweichungen einen Alarm auslöst.

Jörg Walz ¹

Anlagen vorausschauend warten Der Industrie-4.0-Ansatz sieht vor, die Daten aus der Produktion nicht nur zu erheben, sondern auch intelligent weiterzuverarbeiten. Dies erfolgt bei Logotherm 4.0 mit einem Condition Monitoring Service, der im Hintergrund läuft. «Die Applikation analysiert die Daten aus der Maschinensteuerung. Fehler und Abweichungen werden auf dem Dashboard angezeigt», so Bauer. Darüber hinaus haben die IPA-Forscher einen Notification Service integriert, mit dem der Verantwortliche bei Problemen automatisch eine Benachrichtigung erhält. Missstände lassen sich dadurch schneller erkennen und beheben. Die Lösung eignet sich für das Predictive Maintenance. Mit den Zustandsdaten kann sie die Lebensdauer der wichtigsten Komponenten wie Pumpen oder Ventile präzise bestimmen. Maschinen und Anlagen können so vorausschauend gewartet und Jörg Walz, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Fraunhofer IPA.

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Quelle: Universität Stuttgar t IFF/ Fraunhofer IPA, Bild: Rainer Bez

Im ersten Schritt haben die Forscher die Temperiersysteme von gwk an die am IPA entwickelte Cloud-Plattform Virtual Fort Knox angebunden. Auf diese Weise erfasst «Logotherm 4.0» die Zustands- und Prozessdaten aller Maschinen des Maschinenparks. Ein Dashboard zeigt die Informationen zentral und echtzeitnah an. «Das steigert die Transparenz der Produktion. Der Verantwortliche kann live die Daten jeder Maschine einsehen und muss nicht extra hinlaufen», erklärt IPA-Projektleiter Dennis Bauer.

Ein Demonstrator für das Zustands- und Prozessmonitoring von Temperiersystemen ist im Applikationszentrum Industrie 4.0 des Fraunhofer IPA errichtet.

Ausfälle reduziert werden. Logotherm 4.0 verbessert ausserdem die Prozessqualität. Über das Dashboard können die Verantwortlichen die Temperatur, Durchflussmenge, Druck und Leistung der Maschinen abrufen. Treten Abweichungen auf, kann der Mitarbeiter gleich nachjustieren. Das Dashboard haben die IPA-Forscher nach den Vorgaben der Gesellschaft Wärme Kühltechnik gwk konzipiert. Nahende Probleme zeigt es in Gelb an, akute in Rot. Die Benutzeroberfläche lässt sich nach dem Drill-down-Prinzip bedienen. Auf drei Ebenen kann sich der Verantwortliche immer tiefer in die Details vorarbeiten. Logotherm 4.0 eignet sich für alle Unternehmen, die Temperiersysteme bei der Kunststoffverarbeitung einsetzen. Im Prinzip lässt sich das Zustands- und Prozessmonitoring aber für alle Branchen realisieren. «Firmen können ihren Kunden damit einen digitalen

Mehrwert-Service anbieten und ihre Geschäftsmodelle neugestalten», so Bauer. Möglich sei es zum Beispiel, Fernwartungen vorzunehmen oder Ersatzteile automatisiert zu liefern. Ein Demonstrator von Logotherm 4.0 ist im Applikationszentrum Industrie 4.0 des Fraunhofer IPA errichtet. Kontakte Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Nobelstr. 12, D-70569 Stuttgart +49 711 970-1355 dennis.bauer@ipa.fraunhofer.de www.ipa.fraunhofer.de GWK, Vertretung für die Schweiz: Ingenieurbureau Dr. Brehm AG Lettenstrasse 2/4, CH-6343 Rotkreuz +41 41 790 41 64 info@brehm.ch, www.brehm.ch

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Verpackungen

Problem Verpackungsmüll

Lösungsweg: Kompostierbare Barriereschichten

Im November 2017 wies Ellen Mac Arthur, die Gründerin der gleichnamigen Stiftung, im Wissenschaftsmagazin Science darauf hin, dass jährlich acht Mio. Tonnen Plastikmüll neu in unsere Ozeane gelangen. Und es ist damit zu rechnen, dass sich die Produktion von Kunststoff in den nächsten zwanzig Jahren nochmals verdoppelt. Bisher wird nur ein geringer Teil gesammelt und wiederverwendet – ein enormer Verlust an Wertstoffen einerseits und andererseits ein grosses Umweltproblem. Eine Lösung könnten neue Verpackungsmaterialien auf der Basis nachwachsender Rohstoffe – sogenannte Biopolymere – sein, die kompostierbar sind. Bisher waren solche Materialien für Lebensmittelverpackungen eher ungeeignet, weil sie durchlässig sind für Wasserdampf, Sauerstoff, Kohlendioxid und Aromastoffe.

Neue Generation kompostierbarer Barriereschichten «Das weltweite Problem des Verpackungsmülls hat uns auch hier im Fraunhofer ISC nicht mehr losgelassen und wir haben nach einer Lösung gesucht», beschreibt Dr. Sabine Amberg-Schwab, Preisträgerin der Circular Materials Challenge 2018, ihre Motivation. Sie und ihr Team haben langjährige Expertise bei der Entwicklung von Barriereschichten auf Verpackungsfolien für Lebensmittel, um Qualität und Haltbarkeit der verpackten Lebensmittel zu verbessern. Diese Beschichtungen auf der Basis spezieller Hybridpolymere, genannt Ormocer, schützen gegen Wasserdampf und Gaszutritt sowie gegen den unerwünschten Übergang von Fremdstoffen auf den Verpackungsinhalt. 8

Bilder: Fraunhofer ISC

Die globale Meeresverschmutzung zählt zu den gegenwärtig grössten, globalen Umweltproblemen. Bei den im Meer treibenden Abfällen handelt es sich um verschiedene Werkstoffe, darunter Kunststoffe, insbesondere auch Kunststoffverpackungen. Seit ein paar Jahren sucht auch das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC nach Lösungsansätzen und wurde nun im Rahmen der Circular Materials Challenge 2018 für die Forschung an kompostierbaren Barriereschichten ausgezeichnet.

Die ausgezeichneten bioOrmocer können als kompostierbare Barriereschichten wesentlich dazu beitragen, zukünftig Plastikmüll zu reduzieren.

Seit einigen Jahren arbeiten die Forscher nun an kompostierbaren Barriereschichten, die Biopolymeren zu einem Durchbruch für ihren zukünftigen Einsatz als nachhaltige und umweltschonende Verpackungswerkstoffe einer neuen Generation verhelfen können. «Unsere bioOrmocere beseitigen die Schwächen der Biopolymere und machen sie fit für die hohen Anforderungen an zuverlässiges Verpackungsmaterial», erläutert Amberg-Schwab. Neben der Aufgabe, die verpackten Lebensmittel zu schützen, sorgen die bioOrmocere auch dafür, dass die eigentliche Verpackungsfolie aus Biopolymer sich nicht vorzeitig zersetzt. Diese Entwicklung wird nun von der Ellen MacArthur Foundation ausgezeichnet. Prof. Gerhard Sextl, Leiter des Fraunhofer ISC, betont: «Für unsere Forschung ist der nachhaltige Umgang mit Ressourcen oberstes Gebot. Wir sind sehr stolz, dass unser Team mit dem New Plastics Innovation Prize ausgezeichnet wird und wir mit

unseren Arbeiten dazu beitragen können, dass sich zukünftig die Umweltbelastung durch den Verpackungsmüll verringert.»

Wie geht es weiter? Die weiteren Entwicklungen sind für das Fraunhofer-Team bereits klar vorgezeichnet. Für die breite Markteinführung neuer Verpackungsmaterialien muss berücksichtigt werden, dass diese auch in industrielle Recyclinganlagen gelangen werden und daher mit den dort ablaufenden Prozessen verarbeitbar sein müssen. So wird die an das Fraunhofer ISC angegliederte FraunhoferProjektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS die Eignung der beschichteten Verpackungsmaterialien für Recyclinganlagen untersuchen und die Verfahren optimieren. Dies beinhaltet beispielsweise die automatische Erkennung der beschichteten Verpackungsmaterialien und bei mehrschichtigen Verpackungsfolien die Zerlegung mithilfe von biologischen und 4/2018

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anderen ressourcenschonenden Verfahren. Im von der EU finanzierten Verbundprojekt HyperBioCoat arbeiten Partner aus Forschung und Industrie seit Herbst 2016 gemeinsam an einem Verfahren, wie aus pflanzlichen Lebensmittelresten nachhaltig Ausgangsstoffe für bioOrmocere hergestellt und in einem Spektrum unterschiedlicher Verpackungstypen angewendet werden können. Durch die Wahl dieser Rohstoffe werden keine wertvollen landwirtschaftlichen Erzeugnisse in Konkurrenz zur Lebensmittelherstellung verbraucht. Projektleiter Dr. Stefan Hanstein betont, dass trotz der Verwendung nachwachsender Rohstoffe die vorrangige Aufgabe bleibt, eine einmalige Verwendung von Verpackungsmaterialien zu vermeiden und stattdessen einen möglichst hohen Anteil der darin enthaltenen Komponenten wiederzuverwerten. Der nächste Schritt auf dem Weg zu kompostierbaren Kunststoffverpackungen zielt direkt auf den Markt: Im Rahmen

Verpackungen

Die Beschichtung auf der Basis spezieller Hybridpolymere, genannt Ormocer, ist eine Schlüsselstelle innerhalb des HyperBioCoat Projekts.

des New Plastics Innovation Prize für die bioOrmocere unterstützt die Ellen MacArthur Foundation das Fraunhofer-Team aktiv in den Markteintrittsvorbereitungen, u. a. mit Kontakten zu Herstellern in der Verpackungs-, Lebensmittel- und Recy­ clingindustrie.

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Verpackungen

Symbiose zwischen Spritzgiessmaschinenhersteller und Automatisierer

Massgeschneiderte Lösung für Hygieneverpackung 14 Spritzgiessmaschinen arbeiten rund um die Uhr bei der Jürgen Hass Kunststofftechnik GmbH in Oststeinbek. Der jüngste Spross im Maschinenpark ist die vollelektrische IntElect 450/870-3000 mit 4500 kN Schliesskraft der Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH aus Schwaig.

Amely Groner ¹ Vor einem Jahr hat die neue Maschine Einzug in die Hallen des Kunststoffverarbeiters gehalten. Einen eigenen Bereich, abgetrennt vom Rest der Produktion, hat das Unternehmen dafür eingerichtet. Geschäftsführer Michael Hass erklärt warum: «Wir produzieren auf der Maschine Hygieneverpackungen aus Polypropylen. Dafür müssen wir eine Bisphenol A-freie Produktion garantieren. Da wir in den anderen Produktionsbereichen auch Polycarbonat verarbeiten, haben wir diesen Bereich komplett neu aufgebaut und eingerichtet.»

Auf einem 8-Kavitäten-Werkzeug entstehen auf der IntElect Verpackungen mit einer Zykluszeit von weniger als 15 Sekunden und einem Teilegewicht von 14 g. Kaum geht das Werkzeug auf, entnimmt sie ein Vakuumgreifer. Die Montage der Hygieneverpackungen ist direkt in den Greifer – das End-of-Arm-Tool – integriert. Noch warm schliesst es die Verpackungen über ein Filmscharnier und legt sie kavitätenabhängig auf einem Förderband ab. Dort erwartet die Verpackungen ein Labyrinth, das die Kavitätenseparierung übernimmt. Es sorgt dafür, dass jede Verpackung in den korrespondierenden Behälter gefördert wird. Die Leonhard Fischer & Co. GmbH, Bad Oldesloe, hat als langjähriger Kooperationspartner von Sumitomo (SHI) Demag die Automatisierung übernommen. Felix Oeser, Leiter Projektmanagement & technischer Service bei Leonhard ¹ Amely Groner, Manager, Marketing Planning & Promotion Corporate Stra­ tegy, Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery GmbH, D-Schwaig.

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Bilder: Sumitomo (SHI) Demag

Pfiffige Automatisierung

Geschäftsführer Michael Hass ist zufrieden: Fünf Werkzeugmacher beschäftigt der Betrieb, die mit vier CNC-Bearbeitungsstationen und je einer Draht- und Senkerodiermaschine die Formen bauen.

Fischer, macht klar, weshalb sich der Aufwand lohnt: «Durch diese Automatisierungslösung kann Hass jeden Artikel einer definierten Kavität zuordnen. Sollte ein Fehler auftreten, lässt sich sofort feststellen, aus welcher Kavität das Teil stammt. Die Produktion kann über die anderen Kavitäten weiterlaufen und die Mitarbeiter müssen nicht aus der Gesamtproduktion die fehlerhaften Teile heraussuchen.» Thomas Wenzel, Produktionsmanager bei Hass ergänzt: «So gewährleisten wir auch gegenüber unserem Kunden die vollständige Rückverfolgbarkeit der Hygieneverpackungen.» Das End-of-Arm-Tool ist auf ei-

nem SDR-Linearroboter mit fünf Servoachsen montiert. So lässt sich der Greifer besonders genau und individuell in jeder Linearachsen- und Drehachsen-Koordinate positionieren; das erleichtert auch den Wechsel des End-of-Arm-Tools. Die gesamte Automatisierung hat Leonhard Fischer auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten. Die Fertigungstiefe des Unternehmens ist sehr hoch, wodurch eine ständig hohe Qualität sowie gute Liefertreue realisiert werden kann. Deswegen kommen die Steuerung und der Greifer für die Automation aus dem eigenen Haus. Da das End-of-Arm-Tool unter Krafteinwir4/2018

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Verpackungen

kung die Hygieneverpackung über das Filmscharnier in warmem Zustand schliesst, muss die Automatisierung sensibel mit dem Produkt umgehen. Kratzer oder gar Verformungen sind ein K.o.-Kriterium für die Verpackung. «Es gab überhaupt keine Schwierigkeiten bei der Inbetriebnahme der Gesamtanlage. Sumitomo und Fischer haben sich blind verstanden, es gab keinerlei Schnittstellenprobleme zwischen Spritzgiessmaschine und Automatisierung – und auch keine zwischen den verantwortlichen Mitarbeitern beider Unternehmen», erinnert sich Wenzel. Aus seiner Erfahrung ist das durchaus nicht selbstverständlich, denn nicht selten kommt es zu Kommunikationsproblemen zwischen Maschinensteuerungen und Automatisierungskomponenten.

«Fundament der Qualitätssicherung» Die Qualität ist bei den attraktiven, wiederverschliessbaren Verpackungen das A und O. Aus diesem Grund hat sich Hass für die

Das End-of-Arm-Tool schliesst die Verpackungen noch heiss über ein Filmscharnier und legt sie kavitätenabhängig auf einem Förderband mit einem Labyrinth ab, das die Kavitätenseparierung übernimmt.

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Produktionsmanager Thomas Wenzel wirft einen Blick auf seine Produkte. Kavitätenabhängig fördert die Automatisierung die Verpackungen in den korrespondierenden Behälter.

beiden Features activeFlowBalance und activeMouldWater von Sumitomo (SHI) Demag entschieden. Mit dem Start der activeFlowBalance-Funktion bleibt die Schnecke der IntElect am Umschaltpunkt für einige Sekunden hochdynamisch stehen, der Spritzdruck erhöht sich nicht weiter. Jetzt setzt in kürzester Zeit ein natürliches Ausgleichen der Schmelzedruckverhältnisse zwischen den einzelnen Kavitäten und dem gesamten Schmelzesystem ein. Bereiche mit hohem Druck, wie Düse und Verteiler, entspannen sich zu Gunsten von Bereichen mit geringerem Druck – wie er in teilgefüllten Kavitäten herrscht. Damit werden teilgefüllte Kavitäten mit geringerem Gegendruck während der activeFlowBalance Zeit stärker aufgefüllt als bereits volle Kavitäten. Da sich die Schnecke während dieser Zeit nicht bewegt, wird dem System kein zusätzlicher Spritzdruck zugeführt. Ein sprunghafter Anstieg der Fliessfrontgeschwindigkeit der zuletzt füllenden Kavitäten wird vermieden. Die Folge: die Kavitäten sind gleichmässig gefüllt und die Teilegewichte der Verpackungen und deren Oberflächenqualität bleiben konstant. Das hochdynamische Anhalten der Schnecke erfordert Antriebe, die diese Anforderung erfüllen. Deshalb werden die Antriebe von Sumitomo im eigenen Hause entwickelt und für jeden Prozess spezifisch ausgelegt.

Während activeFlowBalance für die gleichmässige Füllung der Kavitäten sorgt, überwacht activeMouldWater die Werkzeug­ wassertemperatur und die Durchflussmenge in den einzelnen Temperierkreisen. Das System erfasst die Werkzeugdaten kontinuierlich und temperiert das Werkzeug genau. Veränderungen im Temperierkreislauf werden sofort sichtbar und können schnell korrigiert werden. Das reduziert den Ausschuss und optimiert die Zykluszeiten. Von den beiden «actives» ist Hass ganz begeistert: «In der Vergangenheit habe ich mich nie von den Zusatzfeatures überzeugen lassen. Jetzt möchte ich sie nicht mehr missen und werde sie auch bei der nächsten Maschine wieder mit ordern. Die Präzision steigt, Ausschuss haben wir fast keinen und ich habe die gesamten Prozessdaten im Blick. Das ist die Basis unserer Qualitätskontrolle. Wir können die Maschinenparameter für den gesamten Spritzgiessprozess ganz genau abbilden und nachverfolgen. Das ist das Fundament der Qualitätssicherung!»

Vorausschauend geplant Bislang macht Hass rund 20 % seines Umsatzes pro Jahr mit Verpackungen. Die visuelle Qualitätsendkontrolle der Produktion der Hygieneverpackungen übernehmen noch die Mitarbeiter. Doch Hass plant 11

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Verpackungen

und es wird auf mögliche Spritzgiessfehler mittels optischer Sensorik untersucht. Gutteile werden anschliessend montiert, Schlechtteile ausgeschleust. Rainer Johnsen, Betriebsleiter von Leonhard Fischer, veranschaulicht: «Wir haben in Absprache mit Hass bei der Projektierung der Automatisierungslösung bereits die mögliche modulare Erweiterung eingeplant und den Platz dafür vorgehalten. Dadurch können wir diese bei Bedarf schnell und unkompliziert umsetzen.»

Die Hygieneverpackung wird direkt nach dem Spritzguss über das End-of-Arm-Tool noch warm montiert.

schon jetzt bei einer Produktionserhöhung, die Qualitätskontrolle in die Automatisierung zu integrieren. Dann wird nicht mehr das End-of-Arm-Tool die noch war-

me Verpackung montieren, sondern diese zunächst auf einem Montagetisch ablegen. Hier wird dann innerhalb weniger Sekunden die Höhe des Produktes überprüft

Kontakt Sumitomo (SHI) Demag Vertretung für die Schweiz: Mapag Maschinen AG Weissensteinstrasse 2B CH-3000 Bern 5 +41 31 380 86 00 info@mapag.ch www.mapag.ch

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Leichtbau

Gewichtseinsparung durch TPE

Unnötiges Gewicht finden und eliminieren «Was nicht dran ist, wiegt auch nichts. Und man muss es nicht bezahlen», so Gunnar Fehlau vom Pressedienst Fahrrad des ADFC in Bezug auf die Möglichkeiten, das Fahrradgewicht zu reduzieren. Leichtbau durch Weglassen quasi.

Was so profan im Zusammenhang mit dem Gewicht von Fahrrädern klingt, etabliert sich immer mehr als Trend in der gesamten Konsumgüterbranche wie auch in anderen Industrien. Es geht um die drängende Aufgabenstellung der Gewichtseinsparung bei gleichbleibender oder verbesserter Performance. Ein bestimmender Faktor ist hierbei die Auswahl der passenden Werkstoffe und die optimale Abstimmung dieser aufeinander. Die Vorteile für alle Glieder der Wertschöpfungskette liegen auf der Hand: Die Steigerung der Materialeffizienz ist ein unmittelbarer Kostenvorteil. Gewichtsreduktion wiederum vermindert Transportkosten und Umweltbelastungen und steigert den Wettbewerbsvorteil.

«Leichtgewichte» sind gefragt Die Suche nach unnötigem Gewicht und die Möglichkeiten der Eliminierung treibt die Industrien bereits seit vielen Jahren an. Airlines beispielsweise reglementieren das Kabinengewicht. Waren Flugreisen ursprünglich ein Luxusgut, weil das Gewicht der Zuladung eine untergeordnete Rolle spielte, änderte sich dies Ende der 60er, Anfang der 70er-Jahre drastisch, denn jetzt standen Geschwindigkeit und Effizienz im Fokus. Einerseits wurde die Passagierkabine zu einer schlanken Röhre, in der für die Anordnung der Sitze wenig Spielraum blieb. Und auch deren Gewicht stand zur Diskussion. Andererseits müssen sich nun auch verstärkt die Konsumgüterhersteller auf restriktive Gewichtsbeschränkungen einstellen. Gepäckhersteller zum Beispiel, denn die erlaubten Abmessungen und das Gewicht des Kabinengepäcks ebenso wie das des aufgegebenen Gepäcks schrumpfen immer weiter und 4/2018

das macht es notwendig, immer mehr «Leichtgewichte» anzubieten.

Jedes Gramm zählt – auch beim Sport Eine ganz grosse Rolle spielt die Gewichtsersparnis auch beim Sport. Ob nun Profioder Freizeitsportler, ob Weltmeisterschaften und Olympische Spiele oder Hobby – man wünscht sich Sportausrüstung und -artikel, die weniger wiegen, nicht zuletzt, um bessere Wettkampfergebnisse oder einfach nur bessere persönliche Performance zu erzielen. Jedes Gramm zählt. Auch Olympia 2018 hat einmal mehr gezeigt, dass die Optimierung des Materials des jeweiligen Sportgeräts mitentscheidend für die bessere Leistung und den Sprung aufs Treppchen gewesen sein könnte. Wie man Gewicht sparen und gleichzeitig die Performance steigern kann, zeigen die transluzenten Soft Est.®-TPE, die eine sehr geringe Dichte von 0,89 g/cm³ aufweisen und damit deutlich unter anderen weichelastischen Kunststoffen wie etwa Weich PVC (ca. 1,2 g/cm³ bis 1,35 g/cm³) oder TPU (ca. 1,2 g/cm³) liegen. Am Beispiel von Fahrradgriffen, die häufig aus weich­ elastischem Kunststoff hergestellt werden, sei hier erläutert, welche Auswirkungen dies hat. Durch die geringe Dichte des TPE-Materials wird z.B. ein gewöhnlicher Lock-On-Fahrradgriff, wie man ihn zahlreich im Markt findet, rund 31 Gramm leichter als bei Verwendung von Weich PVC oder TPU. Nur einmal so als Rechenbeispiel: Bei 73 Millionen Fahrrädern (Fahrradbestand 2016 in Deutschland) würde dies eine Gesamteinsprung von rund 4500 Kilo-Tonnen Material bedeuten, wenn alle Fahrradgriffe aus diesem TPEWerkstoff gefertigt werden würden.

Die Soft Est.-TPE können aber noch mehr. So wird zum Beispiel dem Fahrradfahrer durch die besonders ergonomische Griffgestaltung der Fahrradgriffe – um bei diesem Beispiel zu bleiben – das Fahrradfahren sehr angenehm gemacht. Durch bessere Mechanik, höhere Elastizität und Zugfestigkeit bieten sie weitere Vorteile gegenüber anderen weichelastischen Kunststoffen. Darüber hinaus lassen sich die transluzenten TPE besser einfärben, als naturfarbene, und auch leicht durchscheinende Stellen sind im Vergleich zu naturfarbenen, die nur gedeckte Farben erlauben, möglich.

Kunststoff löst Kunststoff ab Wurden früher zur Gewichtsreduktion in einigen Industrien viele Metalle durch leichtere technische Kunststoffe ersetzt, werden nunmehr Kunststoffe durch andere, noch leichtere Kunststoffe substituiert. TPE als Werkstoff zwischen Kautschuk und Thermoplast ist hier besonders gefragt. Die Compounds sind leichter, kostengünstiger und effizienter zu verarbeiten. An ihren chemischen und mechanischen Eigenschaften wird weiter gefeilt, u.a., um Bauteilgewichte noch weiter zu reduzieren. Daran arbeitet auch Actega DS, ein Unternehmen der Altana AG.

Kontakt Actega DS GmbH Straubinger Strasse 12 D-28219 Bremen +49 421 39002-0 info.Actega.DS@altana.com www.actega.com/ds

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Werkstoffmechanik

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Werkstoffmechanik – Auslegung von Kunststoffkonstruktionen

Spannungszustand und Werkstoffverhalten Der Spannungszustand an einem Bauteil ist auch bei Kunststoffen mitbestimmend für das mechanische Verhalten, insbesondere für die sogenannte Spannungsversprödung bei sonst duktilen Werkstoffen. Die Kenntnis dieser Zusammenhänge ist für eine sachgerechte Bauteilauslegung unverzichtbar. Der Beitrag setzt sich mit dieser Thematik auseinander und stellt eine einfache Methode zur Abgrenzung zwischen duktilem und sprödem Verhalten vor.

Bei der Bauteilauslegung spielt die Unterscheidung zwischen duktilem und sprödem Werkstoffverhalten eine wesentliche Rolle. Sie bestimmt zum einen den relevanten Versagensmechanismus und damit den massgebenden Spannungs- oder Dehnungs-Grenzwert. Sie beeinflusst aber auch die Festlegung des Sicherheitsfaktors und die Wahl der geeigneten Festigkeitshypothese zur Umrechnung des mehrachsigen Spannungszustandes in einen als gleichwertig betrachteten einachsigen Spannungszustand. Sprödes Verhalten ist gekennzeichnet durch das Fehlen einer plastischen Verformbarkeit und verformungsarmes Bruchversagen. Bekannte Werkstoffe, die sich intrinsisch spröde verhalten, sind z. B. Glas, Keramik, Mineralien und Gusseisen, aber auch Duroplaste mit ihren engmaschig vernetzten Makromolekülen und viele amorphe Thermoplaste wie z. B. Polystyrol. Es ist bekannt, dass sich aber auch Werkstoffe spröde verhalten können, die unter üblichen Prüf- oder Einsatzbedingungen duktil sind, d. h. plastisch verformbar und von hoher Zähigkeit. Solches tritt vor allem unter schlagartiger Belastung und bei tiefen Temperaturen auf, bei Thermoplasten also unterhalb der Glasübergangstemperatur, wenn die Beweglichkeit der Polymerketten massiv eingeschränkt ist. Ebenso können Alterungserscheinungen Werkstoffe sprödbrüchig werden lassen. Auch ein gleichsinnig mehrachsiger Span¹ Prof. Dipl.-Ing. Johannes Kunz, Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) an der HSR Hochschule für Technik Rapperswil.

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Bilder: IWK

Johannes Kunz ¹

Bild 1: Gleichsinnig räumliche Spannungszustände, insbesondere an Stellen hoher Spannungskonzentration, können zu Sprödbruchverhalten führen.

Bild 2: Komponenten des dreiachsigen Spannungszustandes im beliebigen kartesischen Koordinatensystem am Punkt P eines mechanisch belasteten Körpers.

nungszustand kann versprödend wirken. Ansätze zur Erfassung dieser Spannungsversprödung bzw. präziser Spannungszustandsversprödung [1], wie sie vorzugsweise an technischen Kerben oder markanten Querschnittänderungen auftritt (Bild 1), beruhen etwa auf kombiniert theoretischempirischen Betrachtungen von Fliesskurven und Bruchbedingungen [2, 3] oder auf Überlegungen anhand der Formänderungsenergiedichte [4]. Nachstehend wird eine einfache Möglichkeit zur spröd/duktilUnterscheidung vorgestellt, basierend auf einer näheren Betrachtung des Spannungszustandes und seines Einflusses auf die Werkstoffmechanik.

des kartesischen Koordinatensystems (x,y,z) um den Punkt P eröffnen sich unendlich viele Möglichkeiten, diesen Spannungszustand durch seine Normal- bzw. Schubspannungskomponenten σx, σ y, σz, τzx, τxy, τ yz darzustellen (Bild 2). In einer solchen Form wird das Charakteristische dieses Spannungszustandes aber nicht wirklich erkennbar. Kennzeichnend für einen Spannungszustand sind u. a. die Verhältnisse der Schubspannungen zu den Normalspannungen oder die Vorzeichen der Normalspannungen zwecks Differenzierung zwischen Zug und Druck. Wesentlich für das Verständnis eines Spannungszustandes ist vor allem die Anzahl der von Null verschiedenen Hauptspannungen σ1, σ2, σ3, aufgrund welcher ein-, zwei- und dreiachsige Spannungszustände unterschieden werden. Sollen auch die quantitativen Aspekte in die Beurteilung einbezogen werden, so enthalten die Hauptspannungen zwar alle Informationen. Ihre Darstellung durch die Matrix des Spannungstensors im (1,2,3)-Hauptachsensystem oder durch den Spannungsvektor σ = (σ1, σ2, σ3) im

Spannungszustand: Charakterisierung und Darstellung Der Spannungszustand in einem Punkt P eines mechanisch belasteten Körpers hängt bei linear-elastischem Verformungsverhalten, abgesehen von allfälligen Eigenspannungen, allein von der Geometrie des Körpers und den an ihm wirkenden äusseren Kräften ab. Mit der beliebigen Drehung

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kartesischen Hauptspannungsraum (Bild 3) ist aber wenig anschaulich. Ein verständlicheres Bild des Spannungszustandes vermittelt der Spannungskreis im σ,τ–Koordinatensystem [5]. In dieser mass- und winkeltreuen Darstellung lässt sich der Spannungszustand in seiner Gesamtheit überblicken (Bild 4). Die drei Kreise über den Hauptspannungsdifferenzen begrenzen das Gebiet aller überhaupt möglichen Kombinationen von Normalund Schubspannungen. Die nachfolgenden Betrachtungen verwenden ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit die übliche Nummerierungs-Konvention σ1 = σ max ≥ σ2 ≥ σ3, aus der auch ε1 = εmax ≥ ε2 ≥ ε3 hervorgeht.

Mehrachsigkeitsgrad Verschiedentlich ist versucht worden, Spannungszustände durch eine einzige, z. B. als Mehrachsigkeitsgrad bezeichnete Kennzahl zu charakterisieren. Diese wird aus den drei Hauptspannungen gebildet und hängt von deren Verhältnissen zueinander ab, nicht aber von den konkreten Spannungswerten. Die FKM-Richtlinie «Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile» [6] definiert den Mehrachsigkeitsgrad als Verhältnis der hydrostatischen Spannung σH zur Vergleichsspannung (9) nach der Gestaltänderungsenergiehypothese (GEH).

Werkstoffmechanik

ℎ=

ℎ= ℎ=

𝜎𝜎𝜎𝜎𝐻𝐻𝐻𝐻 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 √2 = ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 3 �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2 𝜎𝜎𝜎𝜎𝐻𝐻𝐻𝐻

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻

𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 √2 = ∙ 3 �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2

𝛱𝛱𝛱𝛱 =

(1)

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 1 = ∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎1 √2 (1)

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 1 = ∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2 (2) 𝜎𝜎𝜎𝜎1 √2 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉 𝜅𝜅𝜅𝜅 = 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 Bild2 4: Darstellung des dreiachsigen Span𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 1 2 2

𝛱𝛱𝛱𝛱 =

𝛱𝛱𝛱𝛱 =

𝜎𝜎𝜎𝜎𝐻𝐻𝐻𝐻 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 √2 = ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 3 �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )

𝜎𝜎𝜎𝜎1

=

√2 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎1

∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 ) + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 ) + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )

Bild 3: Darstellung des dreiachsigen Span𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉 𝜅𝜅𝜅𝜅 = 1 − nungszustandes durch den Spannungsvektor 𝜎𝜎𝜎𝜎1 im kartesischen Hauptspannungsraum. 𝜅𝜅𝜅𝜅 = 1 −

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉 𝜎𝜎𝜎𝜎1

(SSH) gemäss (8) einzusetzen ist. Im ersten Fall liefert (3) mit (2) die Beziehung 𝜅𝜅𝜅𝜅𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1 − 𝛱𝛱𝛱𝛱

(4)

𝜅𝜅𝜅𝜅𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1 − 𝛱𝛱𝛱𝛱

Der zweite Fall führt mit (8) zu

(2) in Form des Spannungskreinungszustandes ses [5]. Die drei Kreise umgrenzen das Gebiet aller möglichen Kombinationen von (3) Normal- und Schubspannungen. (3)

𝜅𝜅𝜅𝜅𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 würde. = 1 − 𝛱𝛱𝛱𝛱Eine solche «natürliche» Defiden nition des Mehrachsigkeitsgrades, wie sie hier vorgestellt wird, besteht aus dem (4) Quotienten𝜎𝜎𝜎𝜎der 1. Invarianten 2 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥(«Spur»)𝜎𝜎𝜎𝜎1des − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 𝜅𝜅𝜅𝜅𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1 − (4) =1− = grössten 1− = Spannungstensors und 𝜎𝜎𝜎𝜎dem 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎1 1 1 Spannungsbetrag gemäss

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 2 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏 2 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎1𝜎𝜎𝜎𝜎− 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜎𝜎𝜎𝜎𝐼𝐼𝐼𝐼 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 1 1− 3 3 1 𝜎𝜎𝜎𝜎−𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1 = = == (5) 𝑀𝑀𝑀𝑀 = 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻== 𝜅𝜅𝜅𝜅𝜅𝜅𝜅𝜅𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 1− − 1− = (5) 𝜎𝜎𝜎𝜎11 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 = 𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎 |𝜎𝜎𝜎𝜎| |𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 1 1 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 1

(6)

(5)

𝜎𝜎𝜎𝜎𝐼𝐼𝐼𝐼 𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎1 +𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎2++𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎3 + 𝜎𝜎𝜎𝜎 𝐼𝐼𝐼𝐼 1 2 3 =|𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = = |𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑁𝑁𝑁𝑁𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 kritisch = (6) 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜎𝜎𝜎𝜎1 Generell anzumerken ist, dass alle 𝑀𝑀𝑀𝑀 (6) |𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 Auswertung |𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 für verschiedeEine einfache wie auch immer definierten Mehrachsigne typische Spannungszustände (Tabelle keitsgrade Beziehung 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 =in 2 ∙keiner 𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 =eindeutigen 𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 (7) 𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑁𝑁𝑁𝑁𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜎𝜎𝜎𝜎1 1) 𝜎𝜎𝜎𝜎zeigt, dass die hier erwähnten Mehrach- zum Spannungszustand stehen. Zwar kann 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑁𝑁𝑁𝑁𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜎𝜎𝜎𝜎1 (7) sigkeitsgrade teils sehr seltsame, kaum jedem Spannungszustand ein Mehrachsig1 (8) 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 = 2 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 2 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = zugeordnet ∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2werden, + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎doch 3 ) + (𝜎𝜎𝜎𝜎 aussagekräftige Werte annehmen. Wie soll keitsgrad ein3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2 √2 𝜎𝜎𝜎𝜎 = 2 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏 = 𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 (8) 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 interpretiert 1 3 z. B. 𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 die Tatsache werden, bestimmter Mehrachsigkeitsgrad kann stets 1 𝜎𝜎𝜎𝜎𝐻𝐻𝐻𝐻 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 √2 2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2 ) �(𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎 = ∙ − 𝜎𝜎𝜎𝜎 (9) durch beliebig viele, z. T. sehr unterschieddass bis 1(5) 2für den einund 𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 (2) 2 3 3 den 1 ℎ= = ∙ (1) 𝜀𝜀𝜀𝜀𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = 𝜀𝜀𝜀𝜀𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜀𝜀𝜀𝜀1 √2 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 3 �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2 zweiachsigen gleiche liche2 Kombinationen der Hauptspannun1 Spannungszustand 2 2 ) (𝜎𝜎𝜎𝜎 ) (𝜎𝜎𝜎𝜎 �(𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = ∙ + − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 + 3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 ) (9) 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 (1) Mehrachsigkeitsgrade liefern? 2 gen σ1, σ𝜎𝜎𝜎𝜎2, (10) σ3 erzeugt werden [9]. 𝜀𝜀𝜀𝜀𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = 𝜀𝜀𝜀𝜀𝑚𝑚𝑚𝑚√2 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜀𝜀𝜀𝜀1 1 𝑠𝑠𝑠𝑠 Dies liegt 𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜏𝜏𝜏𝜏 = ≤ 𝜏𝜏𝜏𝜏 ≈ ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑌𝑌𝑌𝑌 räumliche = ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎𝐵𝐵𝐵𝐵 = Ge∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎 = ∙ 𝑌𝑌𝑌𝑌 Sachgerecht wäre eine Definition, die für an𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 der Unmöglichkeit, eine 2 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 1 𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠 Eine𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 andere 1Definition nach Schnadt [7] ein-, zweiund mit tensoriellem Charakter 𝜀𝜀𝜀𝜀𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = = 𝜀𝜀𝜀𝜀𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 (11) ≤= 𝜏𝜏𝜏𝜏dreiachsige ≈1 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑌𝑌𝑌𝑌 = ∙Spannungszu𝜎𝜎𝜎𝜎𝐵𝐵𝐵𝐵 = ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎gebenheit (10) 𝑌𝑌𝑌𝑌 𝜀𝜀𝜀𝜀 1 𝛱𝛱𝛱𝛱 = = ∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2 𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 (2) 2 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝜎𝜎𝜎𝜎1 als√2 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎1 bezieht Masszahl für den Mehrachsigstande mit gleich grossen Hauptspannundurch eine skalare Grösse eindeutig auszu𝜎𝜎𝜎𝜎𝐻𝐻𝐻𝐻 𝜎𝜎𝜎𝜎𝐻𝐻𝐻𝐻 √2 √2 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 ℎℎ== = = ∙ (1) 𝜎𝜎𝜎𝜎 2 ∙− 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2 auf (1) 3 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 die 3 �(𝜎𝜎𝜎𝜎 keitsgrad GEH-Vergleichsspannung gen die Werte 1, 2 und 3 ergäbe und die drücken. Es ist daher sehr fraglich, 2 2 32 3 1 2 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 31 �(𝜎𝜎𝜎𝜎 ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠 ≈ (11) 1 − (1 … 1,15) ∙inwie𝑠𝑠𝑠𝑠 )2 𝜎𝜎𝜎𝜎12− 𝜎𝜎𝜎𝜎3 ≤ 𝜏𝜏𝜏𝜏 ≈ 1 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎 = 𝑠𝑠𝑠𝑠 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎 = 𝑠𝑠𝑠𝑠 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎 =≥ 𝑠𝑠𝑠𝑠1∙−𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1= 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 ) + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 ) + (𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎𝜎 3𝜏𝜏𝜏𝜏3𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑌𝑌𝑌𝑌 𝑌𝑌𝑌𝑌 𝐵𝐵𝐵𝐵 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 1 … 2 √3 1 die grösste Hauptspannung. Mit σ1 = σ max Dominanz von Zug bzw. Druck mit den weit sich der Mehrachsigkeitsgrad, unab2 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘 (1 ≥ 1 − ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠 ≈ 1 − … 1,15) ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠 (12) 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉 𝜎𝜎𝜎𝜎1 √3 … 2 𝜅𝜅𝜅𝜅 = 1 − sich (3) ergibt entsprechenden Vorzeichen unterschei- hängig von seiner Definition, als Kriterium 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝛱𝛱𝛱𝛱 =

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 1 = ∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2 𝜎𝜎𝜎𝜎1 √2 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎1

𝛱𝛱𝛱𝛱 =

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 1 = 𝜎𝜎𝜎𝜎1 √2 ∙ 𝜎𝜎𝜎𝜎1

𝜅𝜅𝜅𝜅𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = 𝜎𝜎𝜎𝜎 1𝑉𝑉𝑉𝑉− 𝛱𝛱𝛱𝛱

Hauptspannungen [N/mm2] 𝜎𝜎𝜎𝜎3(2) 2 ≥1− ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠 ≈ 1 − (1 … 1,15) ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠 𝜎𝜎𝜎𝜎1 √3 … 2 (2) ∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎2 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 )2Spannungszustand + (𝜎𝜎𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 )2 𝜎𝜎𝜎𝜎1 (2) 𝜎𝜎𝜎𝜎2 𝜎𝜎𝜎𝜎3

𝜅𝜅𝜅𝜅 = 1 − Kochendörfer und Scholl [8] betrachten 𝜎𝜎𝜎𝜎1 den Ausdruck

𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 2 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜅𝜅𝜅𝜅𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉 𝜅𝜅𝜅𝜅 = 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 = 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 = 1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎1 = 𝜎𝜎𝜎𝜎1 (3) 𝜎𝜎𝜎𝜎1

𝜅𝜅𝜅𝜅𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1 − 𝛱𝛱𝛱𝛱

𝜎𝜎𝜎𝜎𝐼𝐼𝐼𝐼 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎𝜎𝜎3 als= Mehrachsigkeitszahl, wobei die Ver𝑀𝑀𝑀𝑀 = |𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 |𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 gleichsspannung entweder nach der GEH 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 2 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 𝜎𝜎𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜎𝜎𝜎𝜎3 𝜅𝜅𝜅𝜅𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1nach − =1− = 1− = oder 𝜎𝜎𝜎𝜎1der Schubspannungshypothese 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝜎𝜎𝜎𝜎1 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉,𝑁𝑁𝑁𝑁𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 = 𝜎𝜎𝜎𝜎1

𝜅𝜅𝜅𝜅𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐻𝐻𝐻𝐻 = 1 − 𝛱𝛱𝛱𝛱 𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎𝜎𝜎2= + 𝜎𝜎𝜎𝜎 𝜎𝜎𝜎𝜎13 − 𝜎𝜎𝜎𝜎3 ,𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝐻𝐻𝐻𝐻𝐼𝐼𝐼𝐼 = = 𝑀𝑀𝑀𝑀 4= /𝜎𝜎𝜎𝜎𝑉𝑉𝑉𝑉2|𝜎𝜎𝜎𝜎| 0𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥1 82 ∙ 𝜏𝜏𝜏𝜏𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥 |𝜎𝜎𝜎𝜎|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝑥𝑥

𝜎𝜎𝜎𝜎

𝑀𝑀𝑀𝑀 =

=

1

∙ �(𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2 + (𝜎𝜎𝜎𝜎 − 𝜎𝜎𝜎𝜎 )2

Mehrachsigkeitsgrad

FKM

Schnadt

(12) Kochendörfer/Scholl „Natürliche“ GEH

SSH

Definition

(4) Zug einachsig

100

0

0

0,333

1,000

0,000

0,000

1,000

Zug zweiachsig

100

100

0

0,667

1,000

0,000

0,000

2,000

Zug dreiachsig

100

100

100

∞

0,000

1,000

1,000

3,000

Druck einachsig

-100

0

0

-0,333

-1,000

2,000

0,000

-1,000

(3)

(5)

Druck zweiachsig

(3) -100

-100

0

-0,667

-1,000

2,000

0,000

-2,000

(4) dreiachsig Druck

-100

-100

-100

-∞-

0,000

1,000

1,000

-3,000

100

0

-100

0,000

1,732

-0,732

-1,000

0,000

Reiner Schub (6)

Tabelle 1: Mehrachsigkeitsgrade unterschiedlicher Definition im Vergleich anhand charakte(5) ristischer Spannungszustände. (7)

(6)

(8)

(9)

(4)

15

KUNSTSTOFF XTRA

Werkstoffmechanik

â„Ž=

đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 √2 = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 3 ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2

���� =

đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 1 = ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √2 ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1

Bild 5: Verschiedene Versagensformen đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ a) Verformungsarmer Trennbruch unter zugdominanter Beanspruchung đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ… = 1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ √2 Zug b) Trennbruch nach mehr oder weniger gros­serâ„ŽVerstreckung unter 1 = = ∙ (1) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť)2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽdar2+ √2 sprĂśdem Verhalten, c) Verformungsarmer Gleitbruch unter druckdominanter Beanspruchung Abgrenzung duktilem und đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 3 ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 −Bild 2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2zwischen đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )6: + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ 3 1 â„Ž = = ∙ d) Irreversible Verformung infolge von Mi­ krorissen und Crazes bei zu gestellt im Mohrschen Ďƒ,τ–Koordinatensystem, in Anlehnung 2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 3 ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 ) + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 −anđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 gros­ser Dehnung. Gensamer [17] und Issler et al. [1].

zur Unterscheidung zwischen duktilem und sprÜdem Verhalten eines Werkstoffs und damit zur Wahl der angemessenen Festig- ���� keitshypothese eignet.

Als wichtige Versagensmechanismen gel- Verstreckung đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 − đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą bezeichnet eine Verformung ten Bruch, Verstreckung und irreversible jenseits der Streckgrenze, bei der die Mađ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 1 2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ )kromolekĂźle 2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ )unter 2 ausreichend hohen Verformung Art1 − des = = [10]. Die ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )Versagens (2) 2 3 3 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ √2 2 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 2in∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?grossem đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + Massstab hängt aber nicht nur vom Werkstoff ab, Schubspannungen đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą = = ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 −đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ 1 2−) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3+ (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ −1 =√2 1 −∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ = 1− = 2 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 1 1 sondern auch vom Spannungszustand. Sie aneinander 1abgleiten. Sie ist äusserlich als bestimmt schliesslich auch die Wahl der sog. Weissbruch und EinschnĂźrung, d. h. Zug- und Druckdominanz đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??źđ??źđ??źđ??ź QuerschnittsverjĂźngung đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 geeigneten Festigkeitshypothese zur Um- als starke erkennđ?‘€đ?‘€đ?‘€đ?‘€ = = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ √2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘ĽZur Verstreckung |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ 1 −đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť =des mehrachsigen Das Werkstoffverhalten hängt stark davon đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…â„Ž = Spannungszu- bar [12]. passen vorzugs=rechnung ∙ (3) (1) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 3 ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ )2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 2 2 betrach3 3 đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ… = 11 die − SSH (8) oder die Gestaltändeab, ob ein Spannungszustand zug- oder standes in einen als1 gleichwertig weise đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘† = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 druckdominant ist. Unter Druck ist die Be- teten einachsigen Spannungszustand. rungsenergiehypothese (GEH; nach lastbarkeit in aller Regel deutlich hĂśher als Bruch als ultimative Versagensart tritt je Huber, von Mises, Hencky). Die Verđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 unter Zug. Ist der Spannungszustand nach Werkstoffverhalten in Abhängigkeit gleichsspannung beträgt mehrachsig, so kann z. B. anhand des ÂŤna- von Temperatur und Spannungszustand in đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 1 2 (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ+ (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ −1đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ )2 1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 +(2) = ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 auf − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ[11]. tĂźrlichenÂť Mehrachsigkeitsgrades M ge- đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą = unterschiedlichen Formen Typische (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2(4) 2) + − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2 đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 3= − đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť =đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 1 √2 ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √2 mäss (6) sehr einfach zwischen Zug- und Erscheinungsformen des Bruches sind: đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 − đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą Druckdominanz unterschieden werden. – Verformungsarmer Trennbruch bei sprĂś- đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€1 (9) Bei positivem Vorzeichen Ăźberwiegt Zug, dem Verhalten unter zugdominanter Beanđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽVerformungen 1 đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ 3 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ (Bild 5a), aber bei negativem Vorzeichen Druck. Im Zu- spruchung 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?auch đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3Irreversible đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ nach mehr 3 đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ= ≤ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ ≈ ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ = am ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ Bauteil = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ stel= ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1=−1 − đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 − đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ… = 1 − = 2 đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ (3) (5) đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ stand reinen Schubes mit M =  0 liegen oder đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ weniger beiđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 len sich einer bestimmenđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 grosser Verstreckung đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ bei Ăœberschreiten đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 1= 1 − =1− = 1− = diesbezĂźglich neutrale Verhältnisse vor. duktilem Verhalten (Bild 5b). Diese Bruch- makroskopischen die mit đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 Dehnung đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽein, 1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 2 Eine andere Art der Unterscheidung, die form wird am besten mit der Normalspan- dem Auftreten erster irreversibler Werk≼1− ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ ≈ 1 − (1 ‌ 1,15) ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √3 ‌ 2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??źđ??źđ??źđ??ź đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + (NSH; đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽnach auch anhand des Spannungskreises (Bild nungshypothese Galilei, Cou- stoffveränderungen wie Crazes oder Mikro3 đ?‘€đ?‘€đ?‘€đ?‘€ = = (6) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??źđ??źđ??źđ??ź đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ(Bild 4) vorgenommen werden kann, vergleicht lomb, Kriechversuche 1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ5d). 2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ 3 |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘ĽRankine) |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľer fasst mit der rissen korreliert đ?‘€đ?‘€đ?‘€đ?‘€ = = |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|dass |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ| die grĂśsste Hauptspannung Ďƒ1 mit dem Vergleichsspannung zeigen, diese makroskopische Dehđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 − đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą (4) Betrag |Ďƒ3 | der kleinsten Hauptspannung, nung zeitabhängig degressiv abnimmt und đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘† = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 (7) ohne Ďƒ2 in die Beurteilung einzubeziehen. (7) fĂźr sehr lange Belastungszeiten asymp­ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘† = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 Ďƒ1 > |Ďƒ3 | bedeutet dann Zugdominanz, totisch einem Grenzwert mit werkstofftypiĎƒ1 < |Ďƒ3 | Druckdominanz. – Gleitbruch, verforund zwar đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰Scher∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ12 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ (8) ,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = oder 3 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?entweder đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 scher đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 GrĂśssenordnung zustrebt, đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 − bei sprĂśdem =1− = 1 − unter = (5) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ = 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ? = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ mungslos Verhalten weitgehend unabhängig von Spannungszuđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ 1 3 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 druckdominanter Beanspruchung (Bild stand und Temperatur [13, 14]. Dieser VerVersagensmechanismen und 1 bei duktilem wird am besten 5 c),=und (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2nach đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 +Verhalten + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 −sagensform đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2 (9)die GrĂśsstdeh1 Festigkeitshypothesen √2 weniger đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 mehrđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??źđ??źđ??źđ??źoder grosser Verstreckung. nungshypothese (GDH; Navier) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 nach + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?‘€đ?‘€đ?‘€đ?‘€ = = (6) √2 Die bei der Bauteilauslegung als zulässig Dieser Bruchform entspricht die Schub- gerecht. Sie fĂźhrt zur Vergleichsdehnung |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ geltende BeanspruchungsgrĂśsse leitet sich đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť spannungshypothese (SSH; nach Cou= đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€1 (10) đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€1 in aller Regel aus einem werkstoffmecha- lomb, Tresca, Mohr). Die Vergleichsspan(10) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘† = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 (7) nischen Geschehen ab, das die Funktion nung ist in diesem Fall đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 1 đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ (11) ≤ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ ≈ ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šBei ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ11kĂśnnen đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = Bedarf des Bauteils beeinträchtigt und daher als đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 Vergleichsspannungen 1 đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ 2 đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ? = ≤ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ? ≈ ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘ŒSpannungs= ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 (8) Kriterium des Versagens betrachtet wird. (8) und -dehnungen mit Hilfe von 2 đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ 16

đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 1 2 4/2018 ≼ 1=− ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1∙−đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽâ‰ˆ2 )12 − ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ)32 (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2â€Śâˆ’1,15) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť + (1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (9)(12) 2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √3 ‌ 2 √2 ≼1− ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ ≈ 1 − (1 ‌ 1,15) ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √3 ‌ 2

KUNSTSTOFF XTRA

Werkstoffmechanik

Dehnungs-Diagrammen oder mit dem đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 √2 â„ŽHookeschen = = ∙ Gesetz in die jeweils andere đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 3 ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2 GrĂśsse umgewandelt werden.

SpannungsversprĂśdung đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 1 = ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2 abschätzen đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √2 ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1

���� =

hältnis Ďƒ3 â „â€‰Ďƒ1 entspricht, wie der Vergleich von (12) (1) mit (5) zeigt, der SSH-basierten Mehrachsigkeitszahl K SSH . Es lässt sich bei FEM-Analysen durch Einbau einer kleinen Programmergänzung direkt auswerten. Das Streckgrenzenverhältnis liegt im Be(2) reich von s ≈ 0,6 fĂźr duktile metallische Werkstoffe wie z. B. Baustahl. FĂźr Stähle, wie sie fĂźr Spritzgiesswerkzeuge einge(3) setzt werden, gilt s ≈ 0,8 (Bild 7). Leider ist bei den meisten Kunststoffen aufgrund der verfĂźgbaren Daten ein eigentliches Streckgrenzenverhältnis nicht be-

Ein einfacher Ansatz zur Abschätzung der SpannungsversprĂśdung geht von der Tatđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…sache = 1 − aus, dass ein Werkstoff unter Zugđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 beanspruchung durch Trennbruch versagt, d. h. sich sprĂśde verhält, wenn die grĂśsste Normalspannung Ďƒ max = Ďƒ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽdie đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 √2 1 +Bruchfestigâ„Ž= = ∙ 2 +grĂśsste 2 2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ 3 keit Ďƒ erreicht, bevor die Schub) (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ B 1 2 2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 ) + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 ) đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 − đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą (4) spannung Ď„max =(Ďƒ1 â€“Ďƒ3)/2 an die fĂźr Flies­ sen bzw. Verstreckung erforderliche 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ (Bild đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ6). đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 GrĂśsse Ď„đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť herankommt Im 1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ 3 umgeđ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 1 − Y =1− = 1− = (5) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 kehrten Fall verhält sich der Werkstoff dukđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 1 đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą = = ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2 til. Dađ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1Ď„Y kaum ist, kann mit der đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √2 ∙verfĂźgbar đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??źđ??źđ??źđ??ź đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 SSH đ?‘€đ?‘€đ?‘€đ?‘€ = oder= der GEH ersatzweise die fĂźr den (6) |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ Zustand reinen Schubes geltende Beziehung Ď„Yđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ ≈ Ďƒ â „k verwendet werden. Bei Anđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ =đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘ĽY = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 (7) đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ… =đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰1,đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘† − wendung đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 der GEH ist k=√3, mit der SSH đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľdem = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 gilt k = = 2.2 Mit Streckgrenzenverhältnis (8) s=ĎƒY â „â€‰Ďƒ B lässt sich somit fĂźr die Span1 2 + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ )2 (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 )zugdominanter đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽnungsversprĂśdung ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 + unter (9) đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 3 1 √2 mehrachsiger Beanspruchung folgende đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€Beziehungskette − đ?›ąđ?›ąđ?›ąđ?›ą= đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€1 entwickeln: đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = = 1đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ (10) đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ =

đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?œ…đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť

đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 1 đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ ≤ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ ≈ ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 2 đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜

đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 =1− =1− = 1− = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 (11) đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1

đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 2 ≼1− ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ ≈ 1 − (1 ‌ 1,15) ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √3 ‌ 2

(1)

stimmbar. Behelfsweise kann fĂźr ungefĂźllte teilkristalline Thermoplaste ein Bereich s ≈ 0,6‌1,0 angenommen werden, mit der Tendenz zu den kleineren Werten bei zunehmender Temperatur. Ein solcher Werkstoff wäre also sprĂśdbruchgefährdet, sobald die kleinste Hauptspannung Ďƒ3 grĂśs­s er ist als (-0,15‌ 0,4) ¡ Ďƒ1. HochgefĂźllte teilkristalline Thermoplaste, aber auch amorphe Thermoplaste ohne Weichmacher oder Schlagzähmodifikation, zeigen gewĂśhnlich ein intrinsisch sprĂśdes Verhalten.

(2)

(3)

(4)

(11)

(5) (12)

Bestimmend hierin sind also die grĂśsste đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ??źđ??źđ??źđ??ź đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 + đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 đ?‘€đ?‘€đ?‘€đ?‘€ = = (6) und|đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ| die kleinste Hauptspannung, wobei |đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ|đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ Ďƒ1 â‰Ľ 0 vorausgesetzt wird; die mittlere Hauptspannung Ďƒ2 ist ohne Einfluss auf die đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘† = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 (7) SpannungsversprĂśdung. Bei metallischen Werkstoffen gebräuchlich sind die Bezeichđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = 2 ∙ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 (8) nungen Rm anstelle von ĎƒB fĂźr die Zugfestigkeit und Re statt ĎƒY fĂźr die Streckgrenze 1 2 đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽbzw. = deren ∙ ďż˝(đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1Fehlen − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ2 )2 die + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽDehngrenze đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 )2 (9) ÎĄ0,2 đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť bei 2 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 ) + (đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3R− √2 als technische Streckgrenze [6]. FĂźr den praktischen Gebrauch kann durch đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰,đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€1 (10) Umformung aus (11) und Einsetzen obileistungsstark | prozesssicher | anwenderfreundlich ger Zahlenwerte der1Ăœbergang zurđ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ Span- đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ (11) đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = ≤ đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?œ?đ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ ≈ abgeschätzt ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘Ľ = ∙ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 nungsversprĂśdung 2 đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ werden đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ mit

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đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ3 2 ≼1− ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ ≈ 1 − (1 ‌ 1,15) ∙ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ1 √3 ‌ 2

(12)

Die ErfĂźllung dieser Ungleichungen (11) bzw. (12) bedeutet also, dass mit einem sprĂśden Werkstoffverhalten zu rechnen ist. Das massgebende Hauptspannungsver4/2018

(12)

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KUNSTSTOFF XTRA

Werkstoffmechanik

Schlussbetrachtung Die hier vorgestellten Beziehungen (11) und (12) erlauben es dem Ingenieur, bei der festigkeitsmässigen Auslegung der Bauteile den Einfluss des Spannungszustandes auf das mechanische Verhalten duktiler Werkstoffe abzuschätzen. Bei ihrer Anwendung muss man sich aber bewusst sein, dass der Übergang zur Spannungsversprödung unscharf ist. Dies liegt nicht nur an der Differenz der Vergleichsspannungsverhältnisse nach der SSH und der GEH, die rund 15 % ausmacht, sondern auch an der Tatsache, dass das Werkstoffverhalten auch von weiteren Effekten beeinflusst wird, die hier nicht behandelt

siger Spannungsverteilung. Ebenso unberücksichtigt sind allfällige Verfestigungseffekte. Die Vernachlässigung solcher Einflüsse bei der Berechnung führt in der Regel zu Resultaten, die auf der sicheren Seite liegen. Vorstehende Überlegungen sind von Bedeutung, wenn die Bauteile gegen ein Versagen durch Bruch oder durch Verstreckung ausgelegt werden. Sie können entfallen, wenn die Reversibilität der Verformungen als Bemessungskriterium [10, 13, 14] gewählt und die Auslegung dehnungsbezogen durchgeführt wird [15, 16].

[9] Dietmann, H.: Spannungszustand und Festigkeitsverhalten. Technisch-wissenschaftliche Berichte der Staatl. Materialprüfungsanstalt an der Universität Stuttgart, Heft 68 – 04 (1968) [10] Kunz, J.: Reversibilität als Auslegungskriterium. Kunststoffe 108(2018)2, S. 67–71 [11] Michler, G. H.: Kunststoff-Mikromechanik. Morphologie, Deformations- und Bruchmechanismen. Carl Hanser Verlag München 1992 [12] Ehrenstein, G. W.: Polymer-Werkstoffe. Struktur – Eigenschaften – Anwendung. 3. Aufl. Carl Hanser Verlag München 2011 [13] Menges, G., Schmidt, H.: Spannungsrissbildung und elastisch-plastisches Verformungsverhalten bei Langzeitbeanspruchung. Plastver-

Literatur

arbeiter 19(1968)7, S. 547 – 551

[1] Issler, L., Ruoss, H., Häfele, P.: Festigkeitsleh-

[14] Menges, G.: Erleichtertes Verständnis des

re – Grundlagen. Springer Verlag Berlin 1995, S.

Werkstoffverhaltens bei verformungsbezogener

315 – 316

Betrachtungsweise. Fortschritts-Bericht VDI Rei-

[2] Rühl, K.: Die Sprödbruchsicherheit von Stahl-

he 5, Nr. 12 (1971)

konstruktionen. Werner Verlag Düsseldorf 1959

[15] Kunz, J.: Ein Plädoyer für die dehnungsbe-

[3] Valtinat, G.: Kriterium zur Erfassung der Span-

zogene Auslegung. Kunststoffe 108(2018)4, S.

nungsversprödung von Werkstoffen. Schweissen

50 – 54

und Schneiden 23(1971)6, S. 217 – 219

[16] Kunz, J.: Dehnungsbezogene Auslegung bei

[4] Clausmeyer, H.: Kritischer Spannungszustand

Schub und Torsion. KunststoffXtra 6(2016)6, S.

und Trennbruch unter mehrachsiger Beanspru-

14 – 17

chung. Konstruktion 21(1969)2, S. 52 – 59

[17] Gensamer, M.: Strength of Metals under

[5] Mohr, O.: Über die Darstellung des Span-

Combined Stresses. ASM American Society for

nungszustandes und des Deformationszustan-

Metals Cleveland 1941

des eines Körperelementes und über die Anwendung derselben in der Festigkeitslehre. Der Bild 7: Bereiche sprödbruchgefährlicher Spannungszustände (rot eingefärbt) nach der GEH bzw. SSH in der Mohrschen Kreisdarstellung am Beispiel des Streckgrenzenverhältnisses s = 0,8.

Civilingenieur 28(1882), S. 113 – 156 [6] N. N.: FKM-Richtlinie Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile. 6. August 2012 [7] Schnadt, H. M.: Neue Prüfmethoden von Stählen und Schweisswerkstoffen für grosse

wurden und komplexere Theorien erfordern. Dazu gehört insbesondere die Stützwirkung, d. h. die Fähigkeit des Werkstoffs, in Bereichen mit grossem Spannungsgefälle, z. B. bei Kerben, höhere Spannungen zu ertragen als bei gleichmäs­

Schweisskonstruktionen. Oerlikon Schweissmitt. 15(1957)26, S. 5 – 87 [8] Kochendörfer, A., Scholl, H.: Die Sprödbruchneigung von Stählen in Abhängigkeit von Spannungszustand und Temperatur. Stahl und Eisen 77(1957)15, S. 1006 – 1018

Kontakt IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung an der HSR Oberseestrasse 10 CH-8640 Rapperswil +41 55 222 47 70 jkunz@hsr.ch www.iwk.hsr.ch

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4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

Recycling

Neue Studie der BKV GmbH

Entsorgung von Polystyrol-Schaumabfällen Die stoffliche und energetische Verwertung von gebrauchten Polystyrol-Schaumstoffabfällen funktioniert in Deutschland auf sehr hohem Niveau. Einer Prognose zufolge wird in den nächsten 50 Jahren mehr als die Hälfte der derzeit in Dämmstoffen «verbauten» Polystyrolabfälle mit dem alten Flammschutzmittel Hexabromcyclododecan (HBCD) in Deutschland entsorgt worden sein.

Abfälle, die das Flammschutzmittel HBCD enthalten, waren in Deutschland im Oktober 2016 als «gefährlich» eingestuft worden. Dies hatte zu Entsorgungsengpässen geführt. Später wurde die Einstufung aufgehoben. Wichtiger Beweggrund für die Beauftragung der Untersuchung war nun der Wunsch der beteiligten Akteure, die anhaltende Diskussion über den Umgang mit HBCD-haltigen EPS-/XPS- Abfällen, wie sie etwa bei der Entfernung oder Modernisierung von Wärmedämmungen oder im Verpackungsbereich bei Importware anfallen können, auf eine gesicherte Datenbasis zu stellen. Insgesamt wurden 2016, so die Studienergebnisse, rund 307 Kilotonnen EPS/ XPS zu Produkten verarbeitet. 268 Kilotonnen (87 %) gingen in Bau- und 39 Kilotonnen (13 %) in Verpackungsanwendungen. Im gleichen Jahr fielen 110 Kilotonnen Post-Consumer-EPS/XPS-Abfälle 0_IR_Ins_1-3q_183x85_fbg_Rohstoffland.pdf an. Vor allem die Sammlung der EPS-/ XPS-Abfälle über privatwirtschaftlich organisierte Erfassungssysteme spielt eine 0_IR_Ins_1-3q_183x85_fbg_Rohstoffland.pdf wichtige Rolle. Die Abfälle aus Verpa- 1 ckungs- und Bauanwendungen fallen an unterschiedlichen Orten an und tauchen entsprechend auch in verschiedenen Abfallströmen auf. Bei der Entsorgung der 0_IR_Ins_1-3q_183x85_fbg_Rohstoffland.pdf

EPS-Verpackungsabfälle und der EPS-/ XPS-Bauabfälle gibt es gravierende Unterschiede. Während im Baubereich 75 % der Abfallsammlungen über gewerbliche Erfassungssysteme anfallen, die nahezu vollständig der energetischen Verwertung zugeführt werden, sind im Verpackungsbereich vor allem die Sammlungen über die Dualen Systeme der Verkaufsverpackungen sowie die separaten Sammlungen gewerblicher Verpackungen von Bedeutung. Letztere werden etwa zu zwei Dritteln bzw. drei Vierteln einem Recycling zugeführt. Von den in allen Bereichen insgesamt ermittelten 110 Kilotonnen Post-ConsumerEPS-/XPS-Abfällen wurden rund 98 % oder 107,5 Kilotonnen verwertet. 36 Kilotonnen wurden recycelt und 71 Kilotonnen energetisch verwertet. EPS-/XPS-Abfälle aus in Deutschland her1 11.10.12 11:06 gestellten Bau- und Verpackungsprodukten enthalten seit 2015 kein HBCD mehr. Derzeit sind noch etwa 7,2 Millionen Ton11.10.12 11:06 nen EPS-/XPS-Dämmstoffe, die mit dem Flammschutzmittel HBCD ausgerüstet sind, in Bauanwendungen installiert. Einer Prognose zufolge wird die Gesamtmenge des HBCD in noch verbauten EPS-/XPS1

11.10.12

Zur Studie Die Studie «Aufkommen und Management von EPS- und XPS-Abfällen in Deutschland 2016 in den Bereichen Verpackung und Bau» wurde im Auftrag der BKV GmbH und unter Beteiligung von BASF SE, Fachvereinigung Extruderschaumstoff e.V., Industrievereinigung Kunststoffverpackungen e.V., Industrieverband Hartschaum e.V., Ineos Styrolution Group GmbH, PlasticsEurope Deutschland e.V. und pro-K Industrieverband Halbzeuge und Konsumprodukte aus Kunststoff e.V. von der Firma Conversio erstellt.

Bauanwendungen in den kommenden 50 Jahren von rund 60 Kilotonnen im Jahr 2015 auf dann 27 Kilotonnen sinken.

Kontakt BKV GmbH Mainzer Landstr. 55 D-60329 Frankfurt +49 69 2556-1921 info@bkv-gmbh.de www.bkv-gmbh.de

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4/2018

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KUNSTSTOFF XTRA

Recycling

VDMA-Interview-Serie

Auf die gesamte Kunststoffkette kommt es an

Herr Hackl, nimmt die Menge an recyceltem Kunststoff zu? Manfred Hackl: Die Mengenströme sind bei Kunststoff durch die Weiterverbreitung und durch den steigenden Einsatz in im­ mer mehr Bereichen grundsätzlich überall gestiegen. Dadurch muss auch das Recy­ cling erhöht werden, um wiederum die Recyclingquoten zu erfüllen. Auch hier gibt es eine Zunahme zu beobachten, aber leider nicht in dem Masse, wie es sein sollte. Darum sind viele Initiativen von Be­ teiligten entlang der Kunststoffkette ge­ fragt, um die Kreislaufwirtschaft noch wei­ ter zu erhöhen – sei es von Seiten der europäischen Gesetzgebung, und auch von bewussten Verbrauchern. Ohne politische Vorgaben wäre das nicht zu erreichen? Hackl: Gesetzliche Vorgaben sind hilf­ reich, weil man dadurch erreichen kann, dass zum Beispiel die grossen Markenarti­ kelhersteller einen Fokus auf die Kreislauf­ wirtschaft setzen. Letztlich geht es darum, dass sie mehr Regranulat einsetzen. Ein politischer Rahmen hilft aber auch dabei, dass die gesamte Kunststoffindustrie ge­ meinsam Produkte und Prozesse entwi­ ckelt, mit denen der Kreislauf immer weiter geschlossen werden kann. Das geht nicht nur, indem man die Recyclingrate erhöht, es muss auch der Absatzmarkt für das Re­ granulat erweitert werden. Sonst droht ein Preisverfall im Regranulat, was dann kei­ nem in der Wirtschaft hilft. Das geht nur, wenn die Verarbeiter mehr Regranulat ein­ setzen und deren Kunden, die Markenarti­ kelhersteller, die Vorteile auch offen kom­ munizieren. Sie müssen sagen, ja, meine Verpackungen haben Regranulat­anteil. Der Impuls müsste also vom Markenartikelhersteller ausgehen? 20

Bild: Erema

Im fünften Interview über Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffindustrie nimmt Manfred Hackl, CEO Erema, Stellung zu Fragen über die Haltung von Markenartikelherstellern gegenüber Recyclingverpackungen, das politische Credo und Marktchancen, die sich für Kunststoffrecycler ergeben.

Manfred Hackl: Letztlich geht es darum, dass Markenhersteller mehr Regranulat einsetzen.

Hackl: Auf den Markenartikelhersteller kommt es an. Ich nehme immer gerne das Beispiel von PET-Flaschen. Bei PET ist die Recyclingquote schon sehr hoch und der Kreislauf schon weitgehend geschlossen. Vor 15 oder 20 Jahren haben die grossen Getränkehersteller ein Bekenntnis für das Recycling abgegeben. Damit haben sie überhaupt erst einen Markt für Regranulat geschaffen. Und erst danach sind die Sam­ melsysteme entstanden, was in der Folge die Recyclingkapazitäten erhöht hat. Zuge­ gebenermassen ist die PET-Flasche auch ein sehr gut recyclingfähiges Produkt. Auch für andere Kunststoffe, etwa die Po­ lyolefine müssten verstärkt solche Produk­ te geschaffen werden. Wie stehen denn die Markenartikelhersteller dazu? Hackl: Wir senden klare Zeichen aus, dass sie dazu bereit sind. Inzwischen gibt es bei­ spielsweise einen Staubsauger, der aus Re­ granulat besteht. Das macht der Hersteller

nicht versteckt, sondern ganz offensiv, weil er zeigen will, dass er auf eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft setzt. Gerade auch bei den grossen Brands ist Bewegung in dieser Frage festzustellen. Dieses Umdenken ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, etwa auf CO2-Einsparungsmöglichkeiten oder auch die Massnahmen der EU beim Thema Kreislaufwirtschaft. Politischer Druck ist wichtig, sagen Sie. Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit, sozusagen als öffentlicher Druck? Hackl: Das ist ein Druck, der sich in den letzten Jahren stark erhöht hat. Das liegt auch an den Bildern von Plastikmüll im Wald oder in den Meeren. Der Kunststoff hat dadurch in der Bevölkerung ein nega­ tives Image bekommen. Hier ist die ge­ samte Kunststoffindustrie gefordert, Mass­ nahmen zu ergreifen oder vorzuschlagen, um aktiv das Image von Kunststoff zu ver­ bessern. Es wird immer vergessen, wel­ chen Nutzen er für unsere Gesellschaft

Interview-Serie – bereits erschienen: –– KX11/2017: Akzeptanz für Rezy­k late schaffen, Stefan Kaiser, Vecoplan AG, Bad Marienberg (D). –– KX12/2017: Gute Rezyklate erhö­ hen die Einsatzchancen, Peter Breuer, Motan Holding, Isny (D). –– KX1-2/2018: Hochreines Rezyklat ist Neuware ebenbürtig, Georg Tinschert, Wittmann Battenfeld, Kottingbrunn (A). –– KX3/2018: Die Kreislaufwirtschaft ist eine Riesenchance, Dr. Stefan Engleder, Engel Austria, Schwert­ berg (A).

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KUNSTSTOFF XTRA

Bild: Erema

Bild: Stabilo

Recycling

Vom Ausgangsmaterial zum Endprodukt: Recycelte Stabilo-Stifte.

hat. Man denke nur an die Medizintechnik, leichtere Autos dank Kunststoffteilen oder die hygienischere Verpackung von Lebens­ mitteln. Wir hätten unseren hohen Le­ bensstandard nicht, wenn wir den Kunst­ stoff nicht hätten.

Welche Marktchancen ergeben sich daraus? Hackl: Es gibt Marktchancen für alle Be­ teiligten. Nicht nur für die Recyclingindus­ trie, sondern für die gesamte Kunststoffin­ dustrie. Denn ich bin überzeugt, dass ein geschlossener Kreislauf dem KunststoffImage einen positiven Schub bringt. Wie wichtig ist ein recyclingorientiertes Produktdesign? Hackl: Das ist sehr sinnvoll. Die PET-Fla­ sche ist auch hier ein Vorzeigeprodukt. Man hat dort zum Beispiel die schwer zu recy­ celnden Klebstoffe und Etiketten gegen solche ersetzt, mit denen das einfacher ist. Solche guten Ansätze sollten Nachahmer in anderen Bereichen finden. Wichtig ist bei allem nur, dass die Funktionalität nicht ver­ loren geht. Wem nützt es, wenn eine Foli­

enverpackung ein Lebensmittel nicht mehr hinreichend schützen kann, sie aber sehr gut zu recyceln wäre. Aber ich sehe vielver­ sprechende Ansätze. Es gibt schon Neu­ warehersteller, die ein Produkt nicht mehr mit einer Multi-Layer-Schicht, sondern mit einer viel leichter zu recycelnden SingleLayer-Schicht herstellen. Bei Beibehaltung der vollen Funktion, versteht sich. Kontakt Erema Engineering Recycling Maschinen und Anlagen Ges.m.b.H Unterfeldstrasse 3 A-4052 Ansfelden/Linz +43 732 3190-0 marketing@erema.at www.erema.at VDMA Kunststoff- und Gummimaschinen ina.vettkoetter@vdma.org https://plastics.vdma.org n

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FR ÜH LI NG S A U S S T E LL UN G

Hat die Kunststoffindustrie schon alle Technologien, um den Kreislauf komplett zu schliessen? Hackl: Das zu behaupten, wäre vermes­ sen. Aber mit den Technologien, die heute schon am Markt existieren, könnte man den Kreislauf schon viel mehr schliessen. Man bräuchte keine neuen Technologien, um doppelt oder drei Mal so viel Regranu­ lat zu produzieren. Andererseits bedeutet dies für uns natürlich keinen Entwicklungs­ stopp. Vor drei oder vier Jahren konnte man sich noch nicht vorstellen, dass man Rezyklat in einer solchen Qualität herstel­ len kann, dass man es fast wie Neuware

einsetzen kann. Heute ist das schon Stand der Technik.

Donnerstag, 26. April Freitag, 27. April Samstag 28. April

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KUNSTSTOFF XTRA

Recycling

Newcycling statt Recycling

Sortenreines Regranulat aus K-Verbunden Mit ihrer Newcycling-Technologie macht die APK AG möglich, was bisher Wunschziel der Kreislaufwirtschaft war: sie ermöglicht die Trennung der verschiedenen Polymere in Mehrschichtverpackungen. Das Ergebnis sind sortenreine, hochqualitative Regranulate mit Eigenschaften ähnlich denen von Neuware-Kunststoffen. Diese können dann wieder in anspruchsvollen Anwendungen wie z.B. flexiblen Verpackungen Einsatz finden.

Newcycling-Roadmap 2016 Erfolgreiche Produktionskampagne (300 t) auf Pilotanlage in Merseburg. Als Input-Material wurden PE/PA und PE/Alu Verbundfolien-Abfälle eingesetzt. 2017 bis 1. Hj. 2018 Umbau und Erweiterung der Pilotanlage zu einer industriellen Produktionsanlage mit einer Jahreskapazität von 8000 t. Q3 2018 Start der Serienproduktion des ersten Newcycling-Werkes in Merseburg. Im ersten Schritt werden PE/PA Verbundfo-

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z.B. PE/PA Verbund-folien

Lösen

Flüssig/ Fest Trennung

Feststoff (PA)

Lösung (gelöstes PE)

Wäsche

Flüssig/ Fest Trennung

Eindampfen

Aufbereiten

Extrudier en/Granu lieren

PA Granulat

Extrudier en/Granu lieren

PE Granulat

Kondensieren

Lösemittel

Newcycling-Prozessüberblick.

PET auf eine Flake-Grösse von circa 20 Millimetern zerkleinern. Die Flakes werden dann in einen Lösemittelbehälter geleitet und das PE in Lösung gebracht. Das PA löst sich nicht, an den Polymerketten wird nichts verändert. Nach einer gewissen Zeit wird der Inhalt des Lösemittelbehälters in eine Zentrifuge gepumpt. Diese trennt die flüssige von der festen Phase – in dem Fall

lien-Abfälle aus post-industrial-Quelle verwendet. Q1 2019 Produktionskampagne mit post-consumer Abfällen im Newcycling-Werk in Merseburg. Beginn des Engineerings des zweiten Werkes in Asien oder Europa. Fokus werden Folienabfälle aus postconsumer-Quelle (post-industrial auch weiterhin möglich) sowie weitere Verbundarten wie PET/PE sein. Ende 2020 Zweites Werk nimmt Serienproduktion auf.

das gelöste PE von dem nicht gelösten PA. Der Feststoffstrom gelangt anschliessend in die Extrusion. Das Lösemittel wird durch Entgasen entfernt und das PA granuliert. Der flüssige Strom – das gelöste PE mit Lösemittel – wird über verschiedene Stufen auf einen bestimmten Prozentsatz reduziert und schliesslich mit noch relativ viel Lösemittelanteil der Extrusion zugeführt. Das Lösemittel wird hier wieder durch Entgasen entfernt und das PE granuliert. «Das Ergebnis sind sortenreine Regranulate (z.B. PE oder PA) mit EigenschafKäse/Fleisch

Frischfleisch

Multi-Layer Folien machen einen Anteil von ca. 20 % aller Verpackungsfolien aus, Tendenz steigend.

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Grafiken: APK

Auch für Kunststoffabfälle aus Haushalten (post-consumer Abfälle) ergeben sich neue Möglichkeiten. Diese werden i.d.R. von Sortieranlagen in diverse Fraktionen sortiert, die sich in Zusammensetzung und Qualität unterscheiden. Auch in modernen Sortieranlagen bleibt eine gewisse Restfraktion gemischter Kunststoffe, wie z. B. Mehrschicht-Folien bestehend aus unterschiedlichen Kunststoffarten, übrig, die von den konventionellen mechanischen Recyclinganlagen nur schwer oder gar nicht behandelt werden kann. Diese Fraktion wird heute meist der Verbrennung zugeführt. Mit dem Newcycling-Verfahren kann diese gemischte Fraktion wieder hochwertig aufbereitet werden, was dem Ziel einer Kreislaufwirtschaft entgegen kommt. Newcycling ist ein mehrstufiges lösemittelbasiertes, chemisch-physikalisches Recy­ clingverfahren und eignet sich sowohl für Folien und flexible Verpackungen als auch für Rigid-Verpackungen. Im Prozess lassen sich beispielsweise mehrschichtige Verpackungsfolien aus HDPE/PA oder HDPE/

KUNSTSTOFF XTRA

Recycling

LDPE aus dem Newcycling-Prozess + Vergleich zur Neuware Bezeichnung

MFI [g/10 min]

APK Mersalen LDPE NCY 01 (> 99,5 % Reinheit) Virgin LDPE

LDPE 320E, Lupolen 1800H, 22G564

Zug-Modul [MPa]

Charpy-Kerbschlagzähigkeit [kJ/m²]

Anwendungsbeispiele

0,9 – 1,6 (190 °C/2,16 kg)

> 175

Kein Proben Durchbruch (23 °C)

Blasfolien, Schläuche, Compound-Träger

1,0 – 1,5 (190 °C/2,16 kg)

175 - 200

Kein Proben Durchbruch (23 °C)

Blasfolien, Schläuche, Compound-Träger

PA6 aus dem Newcycling-Prozess + Vergleich zur Neuware Viskositätszahl

Bezeichnung APK Mersamid PA-6 NCY 01 (> 99,5 % Reinheit) Virgin PA6

Domamid 32, Ultramid 8270 HS, Durethan B 31 F 000000

Zug-Modul [MPa]

Charpy-Kerbschlagzähigkeit [kJ/m²]

Anwendungsbeispiele

3,48

> 3100

> 8,9 (23 °C)

Technische Spritzgussteile, Folien, Halbzeuge, Compounds

3,2 - 3,4

2900 - 3200

4,2 - 6,4 (23 °C)

Technische Spritzgussteile, Folien, Halbzeuge, Compounds

PA6 GF verstärkt aus dem Newcycling-Prozess + Vergleich zur Neuware Glasfaseranteil [%]

Bezeichnung APK Mersamid PA-6 NCY 03 (> 99,5 % Reinheit) Virgin PA6

Durethan BKV 130 CS DUS008

Zug-Modul [MPa]

Izod-Kerbschlagzähigkeit [kJ/m²]

Anwendungsbeispiele

8800

10 (23 °C)

Technische Spritzgussteile

9200

12 (23 °C)

Technische Spritzgussteile

30 30

Newcycling-Granulat ist mit Granulat aus Primärrohstoffen vergleichbar.

ten ähnlich Neuware», erklärt Florian Riedl, Leiter Business Development Newcycling. «Zudem zeichnet sich das Verfahren durch höchste Kosteneffizienz aus, was wettbewerbsfähige Marktpreise der Granulate

ermöglicht.» Bei gemischten post-consumer Kunststoffabfällen als Aufgabegut erfolgt die Trennung ebenfalls in einen Feststoffstrom und einen flüssigen Strom. Jedoch bleiben am Ende des Prozesses

bis zu 30 Prozent Reststoffe als Mischfraktion übrig. Nur die Hauptkomponente PE wird zu 70-80 Prozent extrahiert. Das erste Newcycling-Werk am Standort Merseburg soll noch in diesem Jahr die Serienproduktion aufnehmen. «Derzeit bauen wir unsere Newcycling Pilotanlage zu einer industriellen Produktionsanlage um, die im dritten Quartal 2018 die Serienproduktion aufnehmen wird, mit einer Jahreskapazität von 8000 t. Im ersten Schritt werden wir post-industrial Abfälle als Input-Material verwenden. Aber im nächsten Schritt werden wir auch gemischte post-consumer Abfälle verwerten können» bestätigt Riedl. Kontakt APK AG Beunaer Strasse 2 D-06217 Merseburg +49 3461 79 457-0 florian.riedl@apk-ag.de www.apk-ag.de

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KUNSTSTOFF XTRA

Recycling

Chinas Wille zum Ausbau der Recyclingindustrie ist hoch

Importverbot bietet Entwicklungschancen

Einerseits wird die Entscheidung Chinas, Prof. Dr. Michael Nelles zufolge, zu weltweiten Umbrüchen im Bereich der Abfallwirtschaft führen, da das Land bislang erhebliche Mengen der Abfälle aus Industrieländern aufgenommen hat. Andererseits biete Chinas Importverbot, so der Professor für Abfall- und Stoffstromwirtschaft an der Universität Rostock und Geschäftsführer des Deutschen Biomasseforschungszentrums in Leipzig (DBFZ), durchaus Entwicklungschancen für die internationale Entsorgungs- und Recyclingindustrie im Reich der Mitte selbst. Denn Chinas Recyclingbranche werde sich in den nächsten Jahren neu aufstellen und entsprechende Technologien benötigen. Bereits in ihrem aktuellen Fünfjahresplan (2016-2020) von 2016 hatte die chinesische Regierung Nachhaltigkeit in den Fokus gerückt. Laut Bernhard Felizeter, Leiter der Umweltabteilung der AHK Greater China Beijing, sind für die Verbesserung der Abfallproblematik in China umfangreiche Investitionen in modernere Abfallbehandlungstechnologien erforderlich. «Da es in China an Erfahrung und Know-how in diesem Bereich fehlt und der Sektor sich noch im Aufbau befindet, bestehen attraktive Marktchancen für ausländische Unternehmen. Insbesondere im Bereich von Siedlungs-, Industrie- und Elektroabfällen gibt es in China noch einen enormen Nachholbedarf», sagt der Experte. Nicht nur Technologien und Lösungen für das Recycling von Industrieabfällen, Kunststoff, Gummi, Metall, Gebäudeabfällen sowie Elektroschrott und Batterien seien gefragt, sondern auch gefährliche Abfälle würden ein interessantes Betätigungsfeld für ausländische Akteure bieten. Aus Sicht von Prof. Nelles sind in nächster Zeit dort ausserdem Abfallverbrennungsanlagen, Logistiksysteme für die getrennte 24

Bild: Messe München

China investiert, zeitgleich mit dem Müllimportverbot von 2017, erhebliche Summen in den Aufbau seiner Recy­clingwirtschaft. Seit 1. Januar 2018 unterbindet die chinesische Regierung die Einfuhr von 24 Abfallarten, darunter sind Kunststoffabfälle und unsortiertes Altpapier. Ab 2019 soll das Müllimportverbot auf alle inländisch ersetzbaren Abfälle ausgeweitet werden.

Chinas Recyclingbranche wird sich in den nächsten Jahren neu aufstellen müssen.

Sammlung von Abfällen, Einrichtungen für die Kompostierung bzw. Vergärung von biogenen Abfällen aus privaten Haushalten, Industrie und Gewerbe und der Landwirtschaft gefragt. «Wichtiger als der Bedarf an reiner Behandlungstechnik ist das Know-how zum erfolgreichen Betrieb von Abfallbehandlungsanlagen. Reine Consultingleistungen von internationalen Unternehmen sind in China nur schwer realisierbar», so der Professor. Von besonderer Bedeutung sei es vor allem, dass Komplettsysteme inklusive Planung und Bau angeboten werden könnten und dies in der Regel mit lokalen chinesischen Partnern zusammen.

Umweltbewusstsein in Bevölkerung ist gestiegen Dass in der chinesischen Bevölkerung mittlerweile ein relativ hohes Umweltbewusstsein herrscht und sie Technologien, die eine moderne Kreislaufwirtschaft fördern, durchaus aufgeschlossen gegenübersteht, ist am IFAT Environment Index 2018 ablesbar, den die Weltleitmesse IFAT – Muttermesse der IE expo China – auf Grund einer Verbraucherumfrage in fünf Ländern erstellt hat. So halten 83 Prozent

der befragten Chinesen Plastikmüll für eine Gefahr für die Umwelt und 86 Prozent sind der Ansicht, dass es jeden etwas angeht, Müll zu vermeiden. Jeder zweite befürwortet eine Mülltrennung (48 Prozent) und fordert eine vollständige Wiederverwertung im Sinne der Kreislaufwirtschaft (56 Prozent).

IE expo China 2018 zeigt Lösungen Und auch an ausländischen Herstellern und Technologieanbietern, die die Erwartungshaltungen des chinesischen Marktes erfüllen, fehlt es nicht. Eine baldige Gelegenheit, sich diesem Markt zu präsentieren, bietet die IE expo China, die vom 3. bis 5. Mai 2018 in Shanghai stattfindet.

Kontakt Messe München, Vertretung Schweiz: BTO Solutions Schürch AG Pflanzschulstrasse 3 CH-8400 Winterthur +41 44 350 36 02 info@bto-solutions.ch www.ie-expo.com n 4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

Forschung/Entwicklung

Neues Verbundmaterial aus Kohlenstoffnanoröhren

CAU-Forschungsteam ist einen Schritt weiter Sie sind leicht, elektrisch besonders leitfähig und stabiler als Stahl – Nanoröhren aus Kohlenstoff. Ein markanter Nachteil war bisher, dass sie sich kaum mit anderen Materialien verbinden liessen. Nun haben Forscher der Christian-Albrechts-Universität (CAU) zu Kiel ein neues Verfahren entwickelt, das genau dies kann.

Industrie und Wissenschaft erforschen die deutlich unter hundert Nanometer breiten Kohlenstoffröhren (Carbon Nano Tubes, CNT) intensiv, um die aussergewöhnlichen Eigenschaften des gerollten Graphen nutzbar zu machen. Doch vieles ist bisher noch Theorie. «Kohlenstoffnanoröhren sind zwar flexibel wie Fäden, aber gleichzeitig sehr empfindlich gegenüber Veränderungen», erklärt Professor Rainer AdeJulia Siekmann, Presse, Kommunikation und Marketing, CAU zu Kiel.

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Bild: Fabian Schütt

Grund hierfür ist die hohe Porösität des keramischen Materials. In der Vergrösserung ist ein feines Netzwerk aus unzähligen vierarmigen Zinkoxid-Partikeln zu sehen. Durch ihre besondere Struktur entstehen grosse Freiräume, durch die die Flüssigkeit sickert.

Bei dem einfachen Verfahren wird Wasser mit den CNT gemischt und in ein keramisches, weisses Material getropft. Wie ein Schwamm saugt es die schwarze Flüssigkeit auf.

lung, Leiter der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien an der CAU. «Bei den bisherigen Versuchen, sie auf chemische Weise mit anderen Materialien zu verbinden, änderte sich auch ihr molekularer Aufbau. Dadurch verschlechtern sich aber ihre Eigenschaften meistens drastisch.» Der Verbindungsansatz der Forschungsteams aus Kiel und Trento basiert stattdessen auf einem einfachen nasschemischen Infiltrationsverfahren. Dabei werden die CNT mit Wasser vermischt und in ein extrem poröses keramisches Material aus Zinkoxid getropft, das die Flüssigkeit aufsaugt wie ein Schwamm. Die eingetropften fadenähnlichen CNT setzen sich auf dem keramischen Gerüst ab und fü-

Bild: Fabian Schütt

Die Aufnahme aus dem Rasterelektronenmikroskop zeigt, wie die eingetropften CNTFäden das keramische Gerüst als dicken Filz ummanteln. Seine Tragkraft wird damit um das 100 000fache erhöht.

Bild: Fabian Schütt

Ein schwieriger Kandidat

Die winzigen, fadenartigen Kohlenstoffnanoröhren (CNT) ordnen sich in dem neuen Verfahren so an, dass sie sich gewissermassen miteinander «verfilzen» und eine stabile, reissfeste Schicht bilden.

Bild: Julia Siekmann

Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften wären Nanoröhren aus Kohlenstoff ideal für zahlreiche Anwendungen, von ultraleichten Batterien über Hochleistungskunststoffe bis zu medizinischen Implantaten. Bisher ist es für Wissenschaft und Industrie jedoch schwierig, die ausserordentlichen Merkmale von der Nanoskala auf eine funktionsfähige industrielle Anwendung zu übertragen. Zu schlecht lassen sich die Kohlenstoffnanoröhren mit anderen Materialien verbinden oder sie verlieren dabei ihre vorteilhaften Eigenschaften. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien an der CAU zu Kiel und der Universität Trento haben jetzt eine alternative Methode entwickelt, mit der sich die winzigen Röhren so mit anderen Materialien verbinden lassen, dass sie ihre charakteristischen Eigenschaften behalten. Dabei «verfilzen» sie die fadenartigen Röhren zu einem stabilen 3D-Netzwerk, das extremen Kräften standhält. Die Forschungsergebnisse erschienen jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Bild: Fabian Schütt

Julia Siekmann ¹

Wird das keramische Gerüst chemisch herausgeätzt, bleibt nur der feine Filzmantel zurück. Der Filz aus winzigen Röhren hat sich so zu einem Netzwerk grösserer Röhren zusammengeschlossen. Die Hohlräume können mit einem Kunststoff zu einem leitfähigen und reissfesten Verbundmaterial aufgefüllt werden.

gen sich selbstständig zu einer stabilen Schicht zusammen, ähnlich eines Filzes. 25

KUNSTSTOFF XTRA

Forschung/Entwicklung

Das keramische Gerüst wird gewissermas­ sen mit Nanoröhren ummantelt. Das hat faszinierende Auswirkungen, sowohl für das Gerüst, als auch den Mantel aus Nanoröhren.

Mit winzigen CNT zu Hochleistungskunststoffen Die Materialwissenschaftlerinnen und Materialwissenschaftler konnten noch einen weiteren grossen Vorteil ihres Verfahrens aufzeigen. Dazu lösten sie in einem zweiten Schritt das keramische Gerüst mit einem chemischen Ätzverfahren auf. Zurück bleibt nur ein feingliederiges 3D-Netzwerk aus Röhren, von denen jede wiederum aus einer Schicht winziger CNT-Röhren besteht. Auf diese Weise konnten die Forschenden die Filzoberfläche enorm vergrössern und so mehr Möglichkeiten für Reaktionen schaffen. «Wir packen quasi die Fläche eines ganzen Beachvolleyballfeldes in einen zentimetergrossen Würfel», erklärt Schütt. Die riesigen Zwischenräume der dreidimensionalen Struktur lassen sich 26

Für ihr neues Verfahren nutzten die Kieler Wissenschaftler Yogendra Mishra, Fabian Schütt und Helge Krüger (v.l.) das Prinzip klassischer Bambusbauten, um die Stabilität von CNT zu erhöhen und sie mit anderen Materialien zu verbinden.

nun mit einem Polymer auffüllen. So können CNT mechanisch mit Kunststoffen verbunden werden, ohne dass sich ihre molekulare Struktur und damit ihre Eigenschaften ändern. «Wir können CNT so gezielt anordnen und ein elektrisch leitendes Verbundmaterial herstellen. Dafür reicht ein Bruchteil der herkömmlichen CNTMenge, um die gleiche Leitfähigkeit zu realisieren», so Schütt.

Einfaches Verfahren für zahlreiche Anwendungen Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Batterie- und Filtertechnik als FüllBild: Julia Siekmann

Zum einen erhöht sich die Stabilität des keramischen Gerüsts so massiv, dass es das 100 000fache seines eigenen Gewichts tragen kann. «Mit der CNT-Ummantelung hält das keramische Material um die 7,5 kg aus, ohne sind es gerade einmal 50 g – als hätten wir ihm einen enganliegenden Pullover aus Kohlenstoffnanoröhren angezogen, der es mechanisch stützt», fasst Erstautor Fabian Schütt zusammen. «Der Druck, der auf das Material wirkt, wird von der Reissfestigkeit des CNT-Filzes aufgefangen. Druckkräfte wandeln sich in Zugkräfte um.» Das Prinzip dahinter ist vergleichbar mit Bambusbauten, wie sie beispielsweise in Asien weit verbreitet sind. Dabei werden Bambusstämme so fest mit einem einfachen Seil umwickelt, dass aus dem leichten Material ein extrem stabiles Gerüst und sogar ganze Gebäude entstehen. «Das Gleiche machen wir auf der Nanoskala mit den CNT-Fäden, die sich um das keramische Material wickeln, nur viel, viel kleiner», sagt Helge Krüger, Co-Autor der Veröffentlichung.

Bild: Julia Siekmann

Nach dem Prinzip der Bambusbauten

material für leitfähige Kunststoffe, Implantaten für die regenerative Medizin bis zu Sensoren und elektronischen Bauteilen auf Nanoebene. Die gute elektrische Leitfähigkeit des reissfesten Materials könnte zukünftig auch interessant sein für flexible Elektronikanwendungen, zum Beispiel in Funktionskleidung oder in der Medizintechnik. «Denkbar ist zum Beispiel ein Kunststoff, der Knochen- oder Herzzellen zum Wachsen anregt», so Adelung. Durch seine Einfachheit könnte sich der Prozess auch auf Netzwerkstrukturen aus anderen Nanomaterialien übertragen, sind sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einig – was die Anwendungsmöglichkeiten noch mehr erweitert. Die Arbeit wurde unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie von der Europäischen Kommission im Rahmen des Graphene FET Flagship. Originalpublikation Hierarchical self-entangled carbon nanotube tube networks. Fabian Schütt, Stefano Signetti, Helge Krüger, Sarah Röder, Daria Smazna, Sören Kaps, Stanislav N. Gorb, Yogendra Kumar Mishra, Nicola M. Pugno & Rainer Adelung, Nature Communications 8, Article number: 1215 (2017) doi:10.1038/s41467-017-01324-7

Das verbundene Bambusgerüst hält gros­ sem Druck stand – ähnlich funktioniert es beim keramischen Material, das durch die verfilzten CNT seine Stabilität erhöht.

Kontakt Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Prof. Dr. Rainer Adelung D-24098 Kiel +49 431 880-2104 ra@tf.uni-kiel.de www.uni-kiel.de

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KUNSTSTOFF XTRA

Forschung/Entwicklung

Neue Methode für strukturierte Beschichtungen

Schnelle Oberflächen Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz haben gemeinsam mit der Technischen Universität Tampere, Finnland, eine neue Methode für eine strukturierte Beschichtung entdeckt, die Flüssigkeiten abweist. Durch den Einsatz von flüssigem Flammenspray ist diese Methode extrem schnell. Nicht nur Wasser, sondern auch Öltropfen haften dadurch nicht mehr an entsprechend behandelten Oberflächen, sondern bleiben sphärisch und hüpfen oder rollen leicht ab.

Mögliche Anwendungen von Oberflächen, die stark flüssigkeitsabweisend sind, reichen von Schutztextilien, selbstreinigenden Textilien, Brillen und Fenstern bis hin zu medizinischen Geräten und Gasaustauschmembranen. Anwendungen von flüssigkeitsabweisenden Beschichtungen hängen nicht nur von ihren Benetzungseigenschaften ab, sondern auch von ihrer Transparenz, der Robustheit sowie den Kosten und der Dauer des Herstellungsprozesses. Neben der Eigenschaft als stark abweisendes Material gegenüber Flüssigkeiten, zeigt diese neue Beschichtung eine hohe Transparenz und ist robust gegenüber dem Einfluss von sogenanntem Hochgeschwindigkeits-Öl und Wassertropfen. Diese aussergewöhnlichen Eigenschaften basieren auf einer spezifischen Struktur der Beschichtung durch Siliziumdioxid-Titandioxid-Partikeln. Die Methode kann sogar für eine Art Schutzmantel auf grosse Oberflächen angewendet werden. Flüssige Flammensprays werden bereits in der Industrie für farbiges Glas und die Herstellung optischer Fasern verwendet. Da die Zeit extrem kurz ist, in der eine Ober¹ Kerstin Felix, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, MPI für Polymerforschung, Mainz.

Bild: Wiley-VCH Verlag

Kerstin Felix ¹

V.l.: Beschichtung mit flüssigem Flammenspray; REM der Oberfläche; Buchstaben auf Papier unter flüssigkeitsabweisender Schicht; LSCM eines Wassertropfens auf ultradünner Beschichtung auf Glas.

fläche der Flamme ausgesetzt ist, können sogar hochentzündliche Materialien wie Papier und Holz beschichtet werden. Die Wissenschaftler haben diese schnelle und skalierbare Verarbeitungsmethode mit den aussergewöhnlichen flüssigkeitsabweisenden Eigenschaften kombiniert. Sie haben Kriterien aufgestellt, die die Beschichtung erfüllen muss, um bei der Flüssigkeitsabweisung allen Anforderungen zu genügen. Und sie haben detailliert beschrieben, wie die Struktur der Beschichtung so optimiert werden kann, dass diese Kriterien erfüllt werden können. Diese Strategie kann für eine Vielzahl von Anwendungen umgesetzt werden, um Beschichtungen zu produzieren, die aus verschiedenen Materialien bestehen. Denn flüssiges Flammenspray kann für die Synthese eines breiten Spektrums von Oxiden, Metall-Nanopartikeln und ihren Mischungen synthetisiert werden.

Originalartikel Hannu Teisala, Florian Geyer, Janne Haapanen, Paxton Juuti, Jyrki M. Mäkelä, Doris Vollmer, Hans-Jürgen Butt: Ultrafast Processing of Hierarchical Nanotexture for a Transparent Superamphiphobic Coating with Extremely Low Roll-Off Angle and High Impalement Pressure. Advanced Materials, 27 February 2018. DOI: 10.1002/adma.201706529

Kontakt Max-Planck-Institut für Polymerforschung Prof. D. Hans-Jürgen Butt Leiter Dept. Physik der Grenzflächen Ackermannweg 10 D-55128 Mainz +49 6131 379-111 butt@mpip-mainz.mpg.de www.mpip-mainz.mpg.de n

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DIE EINHEIT FÜR ERFOLG

Forschung/Entwicklung

KUNSTSTOFF XTRA

Lebensdauererwartung von Kunststoffbauteilen

Alterungsverhalten von PP und PA6 im Visier Um Aussagen zur Lebensdauererwartung von Kunststoffbauteilen treffen zu können, ist es notwendig das Alterungsverhalten der verwendeten Materialien zu kennen. Vor allem Bauteile, welche im Einsatz eine immer wiederkehrende Wärmebelastung erfahren, werden stark durch thermooxidative Alterungsprozesse beeinflusst.

Die Charakterisierung des thermooxidativen Alterungsverhaltens (thermischen Langzeitverhalten) von Kunststoffen erfolgt derzeit nach DIN EN ISO 2578:199810, bei der als Kriterium der TemperaturIndex (TI) und das Halbwertintervall (HIC) auf Grundlage des Arrheniusansatzes bestimmt werden. Am Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) wurde das Alterungsverhalten von PP und PA6 unter thermooxidativen Bedingungen untersucht. Der Fokus lag dabei auf der Ermittlung des Einflusses der Probekörperdicke auf das Alterungsverhalten. Dazu wurden spritzgegossene Platten unterschiedlicher Dicke in Wärmealterungsöfen mit forcierter Umluft gealtert. Die Eigenschaftsänderungen wurden in Abhängigkeit von der Alterungszeit bestimmt. Es kamen sowohl analytische als auch prüfmethodische Untersuchungen für die Charakterisierung des Alterungsverhaltens zur Anwendung.

thermooxidative Alterungsverhalten von PP wird massgeblich durch das Stabilisatorsystem und dessen Dispergiergüte bestimmt. Ein Einfluss der Probekörperdicke auf das Alterungsverhalten konnte für PP nicht nachgewiesen werden.

Thermooxidatives Alterungsverhalten von Polyamid 6 Polyamid 6 (PA6) dagegen altert thermooxidativ homogen von der Plattenoberfläche ausgehend (Bild 2). Die Alterungsfront breitet sich in die Tiefe des Materials aus. Die Probekörperdicke beeinflusst das Zeitfenster der durch die Alterung ablaufenden Prozesse im PA6 (Bild 3). Die anwendungstechnischen Eigenschaften (mechanischen Eigenschaften) jedoch ändern sich in einem Temperaturfenster von 150 °C bis 190 °C massiv innerhalb eines Tages, das Material versprödet. In diesem Zeitraum ist der Einfluss durch thermooxidative Alterung noch sehr gering ausge-

Bilder: KUZ

Konstanze Jonas ¹

Bild 1: 1 mm dicke PP-Platte 69 Tage bei 140 °C gealtert.

prägt. Physikalische Alterungsprozesse und Nachkondensation überlagern den thermooxidativen Effekt. Es konnten folgende physikalische Alterungsprozesse im PA6 nachgewiesen werden: –– Trocknung und Wasserabgabe –– Nachkristallisation –– Umwandlung der Kristallmodifikation von der metastabilen, nematischen γ-Form in die stabile, monokline α-Form

Thermooxidatives Alterungsverhalten von Polypropylen Die thermooxidative Alterung von Polypropylen (PP) verläuft spotartig und heterogen. Dabei werden die Makromoleküle radikalisch gespalten und Sauerstoff in unterschiedlichen Formen in die Polymerkette eingelagert. Mit zunehmender Alterungszeit vergilbt Polypropylen. Die mechanischen Eigenschaften liegen jedoch solange auf gutem Niveau bis sich braune Alterungsspots ausbilden (Bild 1). Im Bereich der Alterungsspots liegt hochoxidiertes, massiv versprödetes Material vor. Das ¹ Konstanze Jonas, Öffentlichkeitsarbeit, Kunststoff-Zentrum in Leipzig.

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Bild 3: Viskositätszahl in Abhängigkeit von der Alterungszeit für unterschiedlich dicke PA6 Platten.

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Forschung/Entwicklung

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Bild 2: Farbumschlag der 1 mm dicken PA6-Platten durch thermooxidative Alterung bei 190 °C.

Als Ergebnis der Untersuchungen wird die massive Änderung der mechanischen Eigenschaften (Versprödung) innerhalb eines Tages vor allem durch die physikalische Alterung bestimmt.

Fazit Im Projekt konnte nachgewiesen werden, welche komplexen Prozesse durch warmlagerungsbedingte Alterung im Material initiiert werden und wie verschieden die Abbauvorgänge in unterschiedlichen Polymeren ablaufen (Spotalterung/Flächenalterung). Aus­ serdem konnten Aussagen über das Zeitfenster dieser Prozesse und ihren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften getroffen werden. Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Reg.-Nr.: VF140005

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Wirtschaft

Roboterdichte steigt weltweit auf neuen Rekord

Automatisierung läuft auf Hochtouren Mit einer durchschnittlichen Roboterdichte von 74 Einheiten pro 10 000 Mitarbeiter hat der globale Durchschnitt in der Fertigungsindustrie einen neuen Rekord erreicht (2015: 66 Einheiten). Die Top 10 der am meisten automatisierten Länder der Welt sind: Südkorea, Singapur, Deutschland, Japan, Schweden, Dänemark, USA, Italien, Belgien und Taiwan. Dies sind Ergebnisse aus dem World Robotics Report 2017, der von der International Federation of Robotics (IFR) veröffentlicht wurde. Die Schweiz liegt auf Platz 19.

Aufgeschlüsselt nach Regionen liegt die durchschnittliche Roboterdichte in Europa bei 99 Einheiten, in Amerika bei 84 und in Asien bei 63 Einheiten. «Die Roboterdichte ist ein wichtiger Vergleichsstandard, um die Unterschiede im Automatisierungsgrad der Fertigungsindustrie verschiedener Länder zu berücksichtigen», sagt Junji Tsuda, Präsident der International Federation of Robotics. «Aufgrund der sehr zahlreichen Roboterinstallationen in Asien während der letzten Jahre weist die Region die höchste Wachstumsrate auf: Zwischen 2010 und 2016 lag die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der Roboterdichte in Asien bei 9 Prozent, in Amerika bei 7 Prozent und in Europa bei 5 Prozent».

Asien Die Entwicklung der Roboterdichte in China war die dynamischste weltweit. Insbesondere zwischen 2013 und 2016 verzeichnete das Reich der Mitte ein starkes Wachstum bei den Installationen: Die Roboterdichte stieg von 25 Einheiten im Jahr 2013 auf 68 Einheiten im Jahr 2016. Heute liegt China weltweit auf Platz 23. Die chinesische Regierung will diese Entwicklung weiter forcieren und bis 2020 in die Top 10 der am stärksten automatisierten Nationen der Welt aufsteigen. Bis dahin soll die Roboterdichte auf 150 Einheiten steigen. Darüber hinaus sollen bis 2020 insgesamt 100 000 im Inland produzierte Industrieroboter verkauft werden (2017: 27 000 Einheiten chinesischer Roboterlieferanten, 60 000 Einheiten ausländischer Roboterlieferanten). Weltweit hat die Republik Korea die mit Abstand höchste Roboterdichte in der Fertigungsindustrie – eine Position, die das 30

Land seit 2010 hält. Die Roboterdichte übertrifft den globalen Durchschnitt um gut das Achtfache (631 Einheiten). Diese Rate ist das Ergebnis der fortgesetzten hohen Anzahl von Roboterinstallationen – insbesondere in der Elektro-/Elektronikindustrie und in der Automobilindustrie. Singapur folgt an zweiter Stelle mit einer Rate von 488 Robotern pro 10 000 Mitarbeiter im Jahr 2016. Rund 90 Prozent der Roboter sind in der Elektronikindustrie in Singapur installiert. Japan rangiert auf Platz vier der Welt: 2016 wurden 303 Roboter pro 10 000 Beschäftigte in der Fertigungsindustrie installiert – fast so viele wie im drittplatzierten Deutschland (309 Einheiten). Japan ist der weltweit führende Industrieroboterhersteller: Die Produktionskapazität der japanischen Zulieferer erreichte 2016 mit 153 000 Einheiten den höchsten jemals registrierten Wert. Heute decken japanische Hersteller 52 Prozent des weltweiten Bedarfs.

trie mit Industrierobotern macht rund 52 Prozent des Gesamtumsatzes im Jahr 2016 aus. Der Roboterabsatz in den USA wird zwischen 2017 und 2020 weiter um durchschnittlich mindestens 15 Prozent pro Jahr steigen. Die Roboterdichte in Kanada stieg kontinuierlich auf 145 Einheiten im Jahr 2016 (Rang 13 weltweit) – ebenfalls hauptsächlich getrieben durch Installationen in der Automobilindustrie. Mexiko ist vor allem eine Produktionsdrehscheibe für Automobilhersteller und Automobilzulieferer, die in die USA und zunehmend auch nach Südamerika exportieren. Mit einem Anteil von 81 Prozent im Jahr 2016 ist die Automobilindustrie der mit Abstand grösste Abnehmer. Die Roboterdichte liegt immer noch weit unter dem Weltdurchschnitt von 74 Einheiten – aktuell bei 33 Einheiten und damit auf Platz 31 der Weltrangliste.

Nordamerika

Das am stärksten automatisierte Land in Europa ist Deutschland – mit 309 Einheiten im weltweiten Vergleich auf Platz 3. Der Jahresabsatz und der operative Bestand an Industrierobotern im Jahr 2016 hatten einen Anteil von 36 Prozent beziehungsweise 41 Prozent am gesamten Roboterabsatz in Europa. Zwischen 2018 und 2020 wird der jährliche Absatz in Deutschland aufgrund der steigenden Nachfrage nach Robotern in der allgemeinen Indus­ trie und in der Automobilindustrie weiterhin um durchschnittlich mindestens 5 Prozent pro Jahr wachsen. Frankreich hat eine Roboterdichte von 132 Einheiten (Platz 18 der Weltrangliste). Das liegt zwar deutlich über dem globalen

Die Roboterdichte in den Vereinigten Staaten stieg im Jahr 2016 sehr dynamisch auf 189 Einheiten an – die USA belegen damit den siebten Platz weltweit. Seit 2010 hat die Modernisierung der inländischen Produktionsanlagen den Roboterabsatz in den USA angekurbelt. Hauptgrund für dieses Wachstum war der anhaltende Trend zur Automatisierung der Produktion, um die amerikanischen Industrien im internationalen Wettbewerb zu stärken. Ziel war zudem, die Produktion im eigenen Land zu halten oder in einigen Fällen auch die Produktion aus dem Ausland zurückzuholen. Die Automatisierung der Automobilindus-

Europa

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Grafiken: IFR, World Robotics 2017

Wirtschaft

Rangliste der Länder nach Anzahl installierter Industrieroboter pro 10 000 Mitarbeiter in der verarbeitenden Industrie 2016. Die Schweiz liegt auf Platz 19.

Durchschnitt von 74 Robotern – ist aber im Vergleich zu anderen EU-Ländern relativ schwach. EU-Mitglieder wie Schweden (223 Einheiten), Dänemark (211 Einheiten), Italien (185 Einheiten) und Spanien (160 Einheiten) sind mit Industrierobotern im Fertigungsbereich wesentlich stärker automatisiert. Die neue Regierung in Frankreich ist allerdings dabei, die Wettbewerbsfähigkeit des Landes im verarbeitenden Gewerbe zu stärken. Dies könnte dazu führen, dass in den nächsten Jahren neue Roboter installiert werden. Im Jahr 2017 dürfte die Zahl der Roboterinstallationen in Frankreich um rund 10 Prozent gestiegen sein. Zwischen 2018 und 2020 ist mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate zwischen 5 und 10 Prozent zu rechnen. Als einziges G7-Land hat Grossbritannien mit 71 Einheiten eine Roboterdichte unter

dem Weltdurchschnitt von 74 Einheiten (Rang 22). Die allgemeine Industrie benötigt dringend Investitionen, um die Produktivität zu modernisieren und zu steigern. Die geringe Roboterdichte ist ein Indiz für diese Tatsache. Trotz der Entscheidung die EU zu verlassen werden derzeit viele Investitionspläne zur Kapazitätserweiterung und Modernisierung ausländischer und lokaler Automobilunternehmen angekündigt. Es ist aktuell noch nicht absehbar, ob Unternehmen aufgrund der unsicheren Lage bei den Zöllen mit Investitionen zurückhaltend sein werden. Die osteuropäischen Länder Slowenien (137 Einheiten, Rang 16 der Welt) und die Slowakei (135 Einheiten, Rang 17 der Welt) weisen eine Roboterdichte auf, die sogar die Schweiz übertrifft (128 Einheiten, Rang 19 der Welt). Die Tschechische

Republik liegt mit 101 Einheiten auf Platz 20 der Weltrangliste. Die Roboterlieferungen in Tschechien und der Slowakei hängen vor allem von der Nachfrage der Automobilindustrie ab. Slowenien ist unter den Balkanländern das führende Land: 60 Prozent der gesamten Lieferungen in dieser Region gingen an die Automobilindustrie in Slowenien (387 Einheiten, 33 Prozent mehr als im Jahr 2015).

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NEWs

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Leiterplatten – ein Lehrbuch für Einsteiger

Zickert, G., Leiterplatten – Stromlaufplan, Layout und Fertigung. 2. aktualisierte Auflage. Carl Hanser Verlag München, 2018. ISBN 978-3-446-45422-4 Die Leiterplatte ist ein wesentlicher Bestandteil elektronischer Geräte und stellt das häufigste Verbindungselement dar. Dieses Lehrbuch vermittelt

Kuka und Midea verstärken Zusammenarbeit in China

praxisnah den kompletten Entstehungsprozess dieses Verbindungselements, angefangen bei Entwurf und Konstruktion bis hin zu Aufbau und Gerätefertigung. Dabei wird jeder Schritt genau beschrieben und erläutert. Ein anschauliches und durchgängiges Beispiel dient dabei dem besseren Verständnis. Die Nutzung eines CAD-Systems wird produktneutral und ohne Einschränkung auf die Bedienung eines speziellen Systems dargestellt. Die 2. Auflage wurde komplett durchgesehen, aktualisiert und hinsichtlich geänderter und neuer Normen angepasst. Das Lehrbuch richtet sich an Studierende einer elektrotechnischen Studienrichtung an Technikerschulen, Hochschulen und Universitäten sowie Auszubildende der Mechatronik und Industrieelektronik. www.hanser.de

Thomas Marquardt wird Geschäftsführer von Wipag

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de, dem Heimatsitz von Midea, ein Roboterpark entstehen, der bis ins Jahr 2024 eine Kapazität von 75 000 Robotern (mit den bestehenden Kapazitäten dann insgesamt 100 000 Robotereinheiten) und AGVs (Automated Guided Vehicle) fassen soll. Über den Roboterpark sollen neben 6-Achs-Robotern auch neue Roboter speziell für den chinesischen Markt produziert, entwickelt und vertrieben werden. Mit den neuen Produkten wird sich Kuka neue Marktsegmente erschliessen und die Marktdurchdringung steigern. Darüber hinaus wird die Wettbewerbsfähigkeit durch vermehrte lokale Materialbeschaffung erhöht. Die Nachfrage nach Robotersystemen in China ist ungebrochen hoch.

www.kuka.com

Intra mit Georg-Menges-Preis 2018 ausgezeichnet Bild: Albis

Nach der Übernahme der Wipag Deutschland GmbH durch Albis Plastic anfangs Jahr hat Thomas Marquardt deren die Geschäftsführung übernommen. Marquardt hatte zuvor das globale Automotive Segment der Albis Plastic verantwortet und konzentriert sich mit dem Wechsel nun verstärkt auf den Bereich Leichtbau in der Automobilindustrie. Wipag ist spezialisiert auf die Aufbereitung und Herstellung spritzgussfähiger carbonfaserbasierter Compounds. Zukünftig wird Albis CFK-Materialien auf Polypropylen- und Polyamidbasis anbieten. Die PP CF Compounds zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig gerin-

Der Kuka Vorstand hat beschlossen, das General-Indus­ try-Geschäft von Kuka sowie das Swisslog-Geschäft in China in Joint Ventures mit Gesellschaften der Midea-Gruppe einzubringen. Kuka und Midea werden an allen drei Joint-Venture-Unternehmen zu 50 Prozent beteiligt sein. Das Joint Venture im Roboterbereich wird von Kuka kontrolliert, das chinesische Automotive-Geschäft verbleibt zu 100 Prozent bei Kuka. «Mit den Joint Ventures konkretisieren wir nun unsere Wachstumspläne in China und sichern damit den globalen Erfolg für Kuka», so Vorstandsvorsitzender Dr. Till Reuter. «Kuka und Midea ergänzen sich sehr gut. Durch die Zusammenarbeit kommen wir dem Ziel näher, in China in Robotik die Nummer 1 zu werden.» Im Rahmen des Joint Ventures wird im südchinesischen Shun-

Thomas Marquardt

ger Dichte aus. Dadurch wird gegenüber hochgefüllten glasfaserverstärkten PA-Typen ein deutlicher Gewichts- und damit Kostenvorteil erreicht. Beispielsweise dürfen ab dem Jahr 2021 neu zugelassene Pw in der EU im Schnitt maximal nur 95g CO2 pro Kilometer ausstossen. www.albis.com

Der im Rahmen des 29. IKV-Kolloquiums verliehene Georg-Menges-Preis 2018 geht an die Inte­ ressengemeinschaft innovativer Aachener Unternehmen der Kunststoffbranche e.V. – kurz In­ tra. Dabei handelt es sich um eine Vereinigung von Unternehmen, die überwiegend als SpinOffs aus dem IKV heraus gegründet wurden. Die Auszeichnung wurde zum 11. Mal vergeben durch den Fachverband Kunststoff- und Gummimaschinen im VDMA, PlasticsEurope Deutschland und die Fördervereinigung des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Indus­trie und Handwerk an der RWTH Aachen. Der Preis, bestehend aus einer

Nachbildung eines 1899 in Wetzlar von Hand gefertigten monokularen Leitz-Mikroskops, geht in diesem Jahr zum ersten Mal an eine Institution und nicht an eine Person. In seiner Laudatio hob der Rektor der RWTH Aachen, Professor Ernst Schmachtenberg, hervor, dass durch Investition in Forschung und Lehre auch wieder finanzielle Werte generiert werden, wenn aus der Forschung heraus Unternehmen gegründet werden. Seine Überzeugung: «Innovation ist erst dann Innovation, wenn man damit Geld verdienen kann.» www.ikv-aachen.de www.intra-aachen.de 4/2018

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Mit der Gründung einer eigenen Tochtergesellschaft in Kanada führt Ypsomed ihre Wachstumsstrategie konsequent fort und erschliesst einen weiteren gros­ sen Absatzmarkt für ihre Eigenprodukte, insbesondere für die hauseigene Insulinpumpe mylife YpsoPump. Kanada zählt rund 37 Mio. Einwohner. Von denen sind etwa 2,6 Mio. Diabetiker, rund 280 000 Typ 1 Diabetiker sowie gegen 600 000 Typ 2 Diabetiker auf Insulintherapie. Die mylife YpsoPump befindet sich derzeit bei

Health Canada in der Eingabe zur Marktzulassung. Ypsomed rechnet damit, dass die ersten Pumpeneinstellungen von Patienten bereits im Oktober erfolgen werden. Mit der Expansion nach Nordamerika nutzt Ypsomed die derzeitige Marktsituation. Etablierte Insulinpumpenhersteller haben sich aus dem Pumpengeschäft in Kanada und den USA zurückgezogen. «Der nordamerikanische Kontinent ist für uns der grösste Markt der Welt und wächst nach wie vor stark. Der Schritt nach

Kanada bringt für uns deshalb grosse Wachstumsmöglichkeiten. Auch können wir den nordamerikanischen Markt direkt kennenlernen und den Markteintritt in die USA in 2019 fundiert vorbereiten», erklärt Simon Michel, CEO Ypsomed, die Expansion nach Kanada. «Nur mit unserer eigenen Insulinpumpe haben wir die Flexibilität, schnell neue Märkte zu bedienen und deutlich höhere Margen zu erzielen», ergänzt Michel weiter. www.ypsomed.com

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Ypsomed expandiert nach Nordamerika

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Gurit setzt Wachstumskurs fort Gurit erzielte einen Nettoumsatz in Höhe von CHF 360,5 Mio. für das Geschäftsjahr 2017. Das starke Wachstum in den Geschäftsbereichen Tooling und Composite Components konnte die Auswirkungen der niedrigeren Installationsraten im Windmarkt, vor allem in Indien und China, und geringerer Bauprojekte im Mittleren Osten im Geschäftsjahr 2017 ausgleichen. Gurit erzielte einen Betriebsgewinn in Höhe von CHF 35,9 Mio. (10 % des Nettoumsatzes) und einen Nettogewinn in Höhe von CHF 24,9 Mio.

Der Geschäftsbereich Composite Materials erzielte sehr unterschiedliche Resultate in den verschiedenen Märkten. Insgesamt wurde ein Nettojahresumsatz in Höhe von CHF 246,4 Mio. erreicht. Dies entspricht einem Rückgang von 7,2 % im Vergleich zum Vorjahr (CHF 265,6 Mio.). Der Geschäftsbereich Composite Components konnte 2017 den Wachstumskurs fortsetzen. Basierend auf den neu gewonnenen Projekten, von denen einige bereits 2017 in Produktion gingen, steigerte der Ge-

schäftsbereich den Nettojahresumsatz um 28,3 % auf CHF 22,3 Mio. Der Geschäftsbereich Tooling konnte den Nettojahresumsatz um 33,1 % auf CHF 91,8 Mio. (2016: CHF 69,0 Mio.) steigern. Insgesamt geht Gurit derzeit davon aus, für das Geschäftsjahr 2018 ein Umsatzwachstum im niedrigen einstelligen Bereich und eine Profitabilität am oberen Ende des Zielkorridors von 8 bis 10 % Betriebsgewinnmarge zu erzielen.

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Mit Martina Schmidt hat die Vecoplan AG mit Sitz in Bad Marienberg im Westerwald eine neue Leitung des Geschäftsbereichs Recycling/ Waste. In dieser Position verantwortet sie sämtliche Aktivitäten in den Märkten Kunststoff-Recycling, Ersatzbrennstoffaufbereitung, Verwertung von Haus- und Gewerbeabfällen sowie Akten- und Datenträgervernichtung.

IN

Martina Schmidt

Martina Schmidt startete ihre berufliche Laufbahn bei Vecoplan bereits 1990 als Auszubildende zur Industriekauffrau. 2010 übernahm sie die Leitung des Vertriebs-Innendiensts, seit 2013 verantwortete die Betriebswirtin den Vertrieb des Geschäftsbereichs Recycling/ Waste. Mit der Funktion als Geschäftsbereichsleiterin gehört Martina Schmidt neben Dirk Müller

(Geschäftsbereich Wood/Biomass), Markus Claudy (Geschäftsbereich Service/Parts), Thomas Sturm (COO) und Michael Lambert (CFO) zu der erweiterten Unternehmensführung der Vecoplan AG. Schmidt ist die Nachfolgerin von Stefan Kaiser, der das Unternehmen verlassen hat.

www.vecoplan.de

N N KÜRZE – I I   –   E Z R Ü K KÜRZE – IN

n Mit der 25,1 % -Beteiligung der Heinze Kunststofftechnik GmbH & Co. KG, Herford, an der Krallmann Holding und Verwaltungs GmbH wird der Grundstein für die Zusammenarbeit in der Serienfertigung von hochkomplexen Kunststoffteilen gelegt. Die Krallmann Gruppe, spezialisiert auf Entwicklung und Präzisionswerkzeugbau, sieht den Ausbau der Fertigung von eigenen innovativen Produkten mit der Heinze Kunststofftechnik als ideale Ergänzung an. Im Dezember 2017 hatten die Privat­ investoren und Branchenkenner Dr. Andreas Stoltze (Automotive) und Nicolaus von Rintelen (Elektronik) die Krallmann Gruppe, Hiddenhausen, übernommen. www.heinze-gruppe.de n Die Bossard Gruppe steigt mit drei Partnern in den Zukunftsmarkt des 3D-Drucks ein. Kooperationspartner für den Schweizer Markt sind die

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Bild: Vecoplan

Vecoplan besetzt Geschäftsbereichsleitung neu

Industrieunternehmen Trumpf (Laser Metal Fusion), German RepRap (Fused Filament Fabrication) und Henkel (Stereolithographie). www.bossard.com n  Kiefel setzte Ende Februar mit dem Spatenstich in Freilassing den Startschuss für das neue Kiefel-Bildungszentrum. Ab Ende dieses Jahres finden dort auf 1500 m2 junge Menschen aus der Region, aber auch nationale und internationale Montage- und Servicemitarbeiter top-moderne Lehrund Schulungsbedingungen vor. www.kiefel.com n  Arburg hat in diesem Jahr für seine neue Grossmaschine, den hybriden Allrounder 1120 H, den iF Design Award gewonnen. Prämiert wurde die Maschine in der Disziplin «Produkt», Kategorie «Office & Industry». Der iF Design Award wird einmal im Jahr von der

weltweit ältesten unabhängigen Designinstitution, der iF International Forum Design GmbH in Hannover, vergeben. www.arburg.com n  Der Eigentümer der Treofan Holdings GmbH, die italienische M&C, hat den Verkauf des Treofan Amerika-Geschäftes an den kanadischen Etiketten-Hersteller CCL Industries bekanntgegeben. Die Übernahme wird voraussichtlich im zweiten Quartal 2018 abgeschlossen. Der Kaufpreis beträgt, einschliesslich der Übernahme von Aufwendungen für eine noch im Bau befindliche neue Produktionsanlage, rund 251 Mio. USD (etwa 205 Mio. EUR). www.treofan.com n  Seit 2014 produziert Wintec, ein Mitglied der Engel Gruppe, in China hochwertige Spritzgiessmaschinen für Standardanwendungen. Mit Verkaufsstart im Mai 2018 erweitert das Unternehmen mit

KÜRZE

Sitz in Changzhou, China, jetzt seinen Vertrieb auf die Märkte USA, Kanada, Mexiko und Brasilien. Verantwortlich für den Vertrieb und Service in Amerika ist Peter Auinger, der von Beginn weg den Vertrieb in China aufgebaut und die Marke in Asien etabliert hat. Die Leitung in China hat neu Michael Feltes, der von Schwertberg nach Changzhou wechselt. Er war vor der Zeit bei Engel sieben Jahre lang in führenden Positionen im Werkzeugbau in Shanghai, Suzhou und Wuxi tätig. www.engelglobal.com n  Die Netstal-Maschinen AG, ein Unternehmen der KraussMaffei Gruppe, hat mit der Rieckermann GmbH für sieben südostasiatische Länder eine vertriebliche Kooperation gestartet. Die Zusammenarbeit in der Region erfolgt unter der Federführung der Tochtergesellschaft von KraussMaffei mit Sitz in Thailand. www.netstal.com

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HB-Therm gewinnt Silber beim Prix SVC Bild: Manuel Lopez

Rund 1000 Gäste nahmen an der Preisverleihung des Prix SVC Ostschweiz 2018 in St. Gallen teil. Gold und Silber gehen an Unternehmen aus der Kunststoffbranche. Die Gewinnerin heisst Corvaglia Holding AG aus Eschlikon, den zweiten Platz belegt die HBTherm AG, St. Gallen. Der Swiss Venture Club (SVC) zeichnet mit dem Prix SVC Ostschweiz bereits zum achten Mal erfolgreiche KMU der Region aus. Aus einer Liste von rund 150 Unternehmen wählte eine 13-köpfige Expertenjury in einem mehrstufigen Verfahren die sechs potentiellen Preisträger aus. Am Schluss der Ausmarchung fiel der Entscheid der Jury knapp zu Gunsten der Corvaglia Holding AG vor der HB-Therm AG. Nach seinen Gefühlen unmittelbar nach der Preisverleihung gefragt, sagte CEO Reto Zürcher: «Natürlich hätte ich, als die Chancen am Ende 50:50 standen, gerne den Hauptpreis mit nach Hause genommen. Aber auch der Silberrang zeigt mir, HB-Therm und der gesamten Belegschaft, dass wir uns als Vorbildunternehmen und

Reto Zürcher während der Verleihung des Prix SVC Ostschweiz 2018.

Top-Firma der Region Ostschweiz auf einem richtig guten Weg befinden, den wir auch zukünftig weiter konsequent gehen wollen. Und schliesslich hat ja auch ein Unternehmen, das wie wir für die Kunststoffindustrie tätig ist, gewonnen. Das zeigt, wie wichtig diese Branche für die Wirtschaft der Ostschweiz ist.» Für Zürcher und die HB-ThermBelegschaft ist der Prix SVC Ost-

schweiz ein echter Motivationsschub und gleichzeitig auch eine Gelegenheit, das Unternehmen und die Produkte in der Region und darüber hinaus noch breiter bekannt zu machen. Des Weiteren sagt der Chef von HB-Therm: «Was wir wollen, ist zielstrebig und geradlinig zum ‹unkaputtbaren› und wartungsfreien Temperiergerät zu kommen. Das schaffen wir

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SKZ bietet Ausbildung in AM an In Zusammenarbeit mit dem DVS (Deutscher Verband für Schweis­ sen und verwandte Verfahren e.V.) hat das SKZ den Lehrgang «Fachkraft für Additive Fertigungsverfahren nach DVS» erarbeitet. Ab Juni 2018 bietet das SKZ diesen Lehrgang als erste Bildungseinrichtung in der Fachrichtung Kunststoffe in Deutschland an. Die Fachkraft für Additive Fertigungsverfahren (AM, Additive Manufacturing) nach DVS besitzt nach der Ausbildung ein systematisches Grund- und Anwenderwissen in der Technologie des Selektiven Laser Sinterns (SLS). Hierbei wird die komplette Prozesskette von der Konstruktion, der Datenübertragung in die Maschine, bis hin zur Parametrierung des Prozesses und anschliessendem Auspacken vermittelt. Qualität und Kosten der Erzeugnisse stehen dabei mit im Fokus. Der hohe praktische Anteil der Weiterbildung an der SLS-Anlage gewährleistet eine direkte Umsetzung der theoretisch vermittelten Inhalte in die Praxis. Das SKZ mit seinem Kompetenzzentrum «Center for Additive Production

– CAP» beschäftigt sich seit 2011 mit diesem innovativen Themengebiet. Durch den Aufbau eines modernen Technikums ist es möglich, den Teilnehmern auch andere Technologien der Additiven Fertigung – beispielsweise Fused Layer Modeling (FLM) oder Arburg Kunststoff Freiformen (AKF) – in der Praxis zu zeigen. Die zur Durchführung dieser Weiterbildung nach DVS notwendige Akkreditierung in Bezug auf die Ausbilder, Prüfer, Schulungsunterlagen und Hardware hat das SKZ im März erfolgreich durchlaufen. Die Ausbildung zur Fachkraft richtet sich an alle Facharbeiter, Meister, Techniker, aber auch Ingenieure aus dem Kunststoffsektor. Mit dieser neuartigen Ausbildung profitieren Unternehmen von unerlässlichen Kenntnissen für eine moderne Fertigung. Darüber hinaus bereichert auch der Praxislehrgang «Geprüfter Industrietechniker in der Fachrichtung Additive Fertigung» das umfangreiche Weiterbildungsangebot der SKZ-Akademie. www.skz.de/7900

Maplan eröffnet Werk in der Slowakei Der Maschinenbauer Maplan eröffnete im März ein Werk in der Slowakei. Seit 2015 läuft am Standort in Malacky bereits die Fertigung von Schaltschränken. Jetzt wird die Vorproduktion ausgeweitet und die Montage von Baugruppen gestartet. Auf dem 30 000 m² grossen Grundstück wurden eine 3500 m² grosse Montagehalle sowie ein 400 m² grosses Bürogebäude errichtet. 20 Mitarbeiter sind bereits in der Slowakei beschäftigt, auf über 50 Mitarbeiter soll aufgestockt werden. Maplan hat am Standort in Malacky insgesamt 4,5 Millionen Euro investiert. Diese Investitionen gehen aber nicht zulasten des Hauptsitzes in Österreich. Der Maschinenbauer investiert derzeit weltweit 23 Millionen Euro in neue Fertigungsstätten. Im September wurde eine erste Produktion in China eröffnet. «Wir wollen verstärkt in die eigene Metallverarbeitung investieren und hier gezielt Know-how aufbauen. Damit erhöhen wir

die Flexibilität und stärken unsere Unabhängigkeit. Maplan wird in der Slowakei auch den Refurbish-Bereich stärker forcieren, also die qualitätsgesicherte Instandsetzung von Maschinen zum Zweck der Wiederverwendung. Der Fertigungsprozess der gesamten Maschinen bleibt aber in Kottingbrunn, dort wurde die Produktion erfolgreich auf eine Taktfertigung umgestellt», sagt Maplan-Geschäftsführer Wolfgang Meyer. In der Slowakei nutzt der Maschinenbauer die Standortvorteile, wie gut ausgebildete Mitarbeiter, moderate Lohnkosten und flexible Arbeitszeitgesetze. «Wir können nur durch flexible Arbeitszeiten das Arbeitsvolumen rasch an die Auftragslage anpassen. Der Markt verändert sich rasend schnell, wir haben Auftragsschwankungen von plus 50 Prozent bis zu minus 30 bis 40 Prozent», erklärt Meyer. Maplan-Eigentümer sind Philippe und Ingrid Soulier. www.maplan.at

Einen Dreifach-Erfolg feierte in diesen Tagen die Arburg-Ausbildung: Nach dem gelungenen Abschluss der «Lernerorien­ tierten Qualitätstestierung in der Weiterbildung» mit dem LQW-Zertifikat im Januar bestand das Unternehmen im Februar 2018 die Prüfung nach «DIN ISO 29990 – Qualitätsmanagementsystem für Bildungsträger». Hinzu kommt das Gütesiegel «1A Ausgezeichneter Ausbildungsbetrieb», das bereits im Herbst 2017 erneut von der Industrie- und Han36

delskammer (IHK) Nordschwarzwald vergeben wurde. «Die drei Auszeichnungen sind ein grossartiger Erfolg für unsere Ausbildung, den noch kein anderes Unternehmen in Baden-Württemberg vorweisen kann», freut sich Renate Keinath, die als geschäftsführende Gesellschafterin das Personalund Sozialwesen verantwortet. «Sie unterstreichen den hohen Stellenwert, den die Ausbildung für uns schon immer hat.» Diese Dreifach-Auszeichnung ist ein starkes Signal für alle

Bild: Arburg

Arburg-Ausbildung dreifach ausgezeichnet

Stolz auf die dreifach ausgezeichnete Ausbildung: Die geschäftsführende Gesellschafterin Renate Keinath, Bereichsleiter Georg Anzer (l.) und Ausbildungsleiter Michael Vieth.

jungen Leute, die sich für eine solide und interessante Ausbildung mit Zukunft bei einem der grössten Ausbilder der Region interessieren. Für alle, die sich vor Ort umfassend zu den Ausbildungs- und Studienmöglichkeiten informieren und praxisnahe Einblicke erhalten möchten, bieten sich Infotage an, die vom 14. bis 16. Juni 2018 bei Arburg in Lossburg stattfinden.

www.arburg.com 4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

NEWs

Bild: Sumitomo (SHI) Demag

Neuer Produktionsexperte bei Sumitomo (SHI) Demag

Martin Fischer

Zum 1. März trat Martin Fischer in die Geschäftsleitung der Europazentrale von Sumitomo (SHI) Demag in Schwaig ein. Er leitet die neu geschaffenen Funktionsbereiche «Supply Chain Management» und «Production Excellence». Fischer bringt aus der Automobilindustrie langjährige Erfahrung in der Prozessoptimierung mit und soll die Produktionseffizienz bei Sumitomo (SHI)

Demag steigern. «Unser Ziel ist es, den Materialfluss zu unserer Inhouse-Fertigung nachhaltig sicherzustellen sowie die Produktionseffizienz durch neue Konzepte zu optimieren», so CEO Gerd Liebig zu den Gründen für die Neuorganisation. Fischer wird sich schwerpunktmässig um die Bearbeitung von Strategiefeldern in der Supply Chain wie die Optimierung der Material- und Informationsströme, die engere Verzahnung zwischen interner Fertigung und Zulieferern sowie die Implementierung von Industrie 4.0 kümmern. Darüber hinaus obliegt ihm in der Funktion «Production Excellence» die bereichsübergreifende Initiierung und Führung von Projekten, die die Performance und Flexibilität der Produktion verbessern werden. www.sumitomo-shi-demag.eu

KraussMaffei Gruppe 2017 erneut mit Rekordergebnis Die KraussMaffei Gruppe konnte den Umsatz 2017 im Vergleich zum letzten Jahr um 8 Prozent auf 1,37 Mrd. Euro steigern. Auch der Auftragseingang entwickelte sich solide mit einem Wachstum von 6 Prozent. Insbesondere die Nachfrage nach neuen Technologien und Serviceangeboten sowie kräftige Impulse aus China schaffen die Voraussetzungen für die anhaltend starke Entwicklung. «Wir sind sehr zufrieden mit unserer Entwicklung im vergangenen Jahr. Wir haben es geschafft, unser Rekordjahr 2016 sowohl im Umsatz als auch im Auftragseingang zu übertreffen. Dabei spielte unser verbesserter Zugang zum chinesischen Markt durch unseren Eigentümer ChemChina eine wichtige Rolle», sagt Dr. Frank Stieler, CEO der KraussMaffei Gruppe. «Insbesondere unsere Produkte in den Segmenten

der Spritzgiesstechnik sowie der Reaktionstechnik haben stark von der steigenden chinesischen Nachfrage profitiert. Wir werden unsere Baureihen vermehrt an die regionalen Bedürfnisse anpassen», so Stieler. Auch für die kommenden Jahre rechnet die Gruppe mit weiterem Wachstum, vor allem getrieben durch globale Megatrends wie Digitalisierung und Automatisierung. Um diesen steigenden Bedarf nach technischen Innovationen und Service-Angeboten auch künftig gut zu bedienen, wird die KraussMaffei Gruppe im laufenden Geschäftsjahr erheblich in ihren Maschinenpark sowie die IT-Infrastruktur und Software investieren. Geplant sind für 2018 Investitionen in Höhe von rund 67 Millionen Euro. Das entspricht einer Steigerung von 81 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. www.kraussmaffeigroup.com

Sumitomo (SHI) Demag schliesst mit Rekordergebnis ab Die Sumitomo (SHI) Demag Gruppe mit Produktionsstandorten in Schwaig, Wiehe und Ningbo hat ihren Umsatz und Auftragseingang im Geschäftsjahr 2017 erneut deutlich gesteigert. Vor allem die Markteinführung der neuen Generation der vollelektrischen Spritzgiessmaschine IntElect sowie die weiterhin positive Geschäftsentwicklung in den Branchen Verpackung und Medical liessen den Auftragseingang von 245,9 Mio. Euro in 2016 auf 297,2 Mio. Euro ansteigen. Parallel erreichte Sumitomo (SHI ) Demag eigenen Angaben gemäss die Marktführerschaft 4/2018

im Verpackungssegment, vor allem forciert durch Dünnwand­ anwendungen. Für CEO Gerd Liebig ein wichtiger Meilenstein: «Dieses gesunde Wachstum gibt unseren Kunden die Sicherheit, dass wir auch in Zukunft ein stabiler Partner mit klarer Investitionsstrategie sein werden. Konkret bedeutet dies, unser strategischer Fokus wird auf den Schlüsselmärkten Verpackung, Medizin und Automobil sowie der Weiterentwicklung vollelektrischer Maschinen liegen. So erweitern wir bis Anfang 2019 diese Produktreihe im mittleren Schliesskraftbereich. Trotz des allgemeinen Marktwachstums in

2017 haben wir unsere Marktanteile in Automotive und Medizintechnik um 10 % gesteigert, in unseren Kernsegmenten Verpackung und vollelektrische Maschinen sogar um 20 %.» Da die Zulieferbranche seit Oktober 2017 mit erheblichen Problemen in der Materialversorgung zu kämpfen hat, sind die aktuellen Prozesslaufzeiten wenig zufriedenstellend. «Unsere Fehlteilesituation ist schwierig, aber leider durchaus marktüblich», so Liebig. «Wir kämpfen täglich auf breiter Front, um unsere Maschinen pünktlich liefern zu können.» Vor allem ein stattliches Modernisierungspro-

gramm soll die Liefersituation entspannen. Im Laufe des Jahres 2018 wird in der Fertigung in Schwaig jede zweite Maschine modernisiert bzw. ersetzt sein. Am Standort Wiehe bereitet man derzeit eine neue Taktfertigung mit einer Jahreskapazität für 1000 vollelektrische Maschinen vor, die voraussichtlich zum Ende des Jahres anläuft. Bei Sumitomo (SHI) Demag erwartet man, dass beide Massnahmen zusammen die Produktionseffizienz um 30 % steigern werden.

www.sumitomo-shi-demag.eu 37

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Ver anstaltungen

MAI 2018 02./03.05.

Kurs: Qualitätsspritzgiessen mit Heisskanaltechnik Ort: Würzburg Veranstalter: SKZ – KFE GmbH Frankfurter Strasse 15–17, D-97082 Würzburg +49 931 4104-164 anmeldung@skz.de, www.skz.de/weiterbildung

03.05.

Fachkurs: Toleranzen von Kunststoffbauteilen Ort: Aarau Veranstalter: KATZ Schachenallee 29, CH-5000 Aarau +41 62 836 95 36 info@katz.ch, www.katz.ch

03.05.

Journée technologique / Technologietagung Ort: Freiburg Veranstalter: Swiss Plastics Cluster Passage du Cardinal 11, CH-1700 Fribourg +41 79 834 73 70 isabelle.carrel@hefr.ch www.swissplastics-cluster.ch

03./04.05.

Fachkurs: Aufbau und Eigenschaften der Kunststoffe 1 – Kunststofferfahrung mit allen 5 Sinnen Ort: Aarau Veranstalter: KATZ Schachenallee 29, CH-5000 Aarau +41 62 836 95 36 info@katz.ch, www.katz.ch

07.05.

Vorbereitungskurs zum Spritzgiessen S1 Ort: Aarau Veranstalter: KATZ Schachenallee 29, CH-5000 Aarau +41 62 836 95 36 info@katz.ch, www.katz.ch

07.05.

Kurs: Lean Management – 5S: Mehr als nur «Aufräumen» Ort: Würzburg Veranstalter: SKZ – KFE GmbH Frankfurter Strasse 15–17, D-97082 Würzburg +49 931 4104-164 anmeldung@skz.de, www.skz.de/weiterbildung

07.–11.05.

NPE2018 – The Plastics Show Ort: Orlando, Florida, USA Veranstalter: The Plastics Industry Trade Association +49 1 202 974 5200 attend@npe.org www.npe.org

08.05.

Seminar: Kunststoff-Metall-Hybridbauteile Ort: Villingen-Schwenningen Veranstalter: Kunststoff-Institut Südwest Hermann-Schwer-Strasse 3 D-78048 Villingen-Schwenningen +49 7721 99 780-0 bildung@kunststoff-institut.de www.kunststoff-institut.de

14.–18.05.

Spritzgiessen Grundlagen (S1) Ort: Aarau Veranstalter: KATZ Schachenallee 29, CH-5000 Aarau +41 62 836 95 36 info@katz.ch, www.katz.ch

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15./16.05.

Fachtagung: Polymerschäume Ort: Würzburg Veranstalter: SKZ – KFE GmbH Frankfurter Strasse 15–17, D-97082 Würzburg +49 931 4104-164 anmeldung@skz.de, www.skz.de/weiterbildung

17.05.

Fachtagung: Fokus Industrie 4.0 – Von Visionen zur Realität Ort: Brugg-Windisch Veranstalter: Hightech Zentrum Aargau Badenerstrasse 13, CH-5200 Brugg +41 56 560 50 50 info@hightechzentrum.ch www.hightechzentrum.ch

17.05.

22. Anwenderforum Additive Produktionstechnologie Ort: Stuttgart Veranstalter: Stuttgarter Produktionsakademie Nobelstrasse 12, D-70569 Stuttgart +49 711 970-1607 vera.wilmering@stuttgarter-produktionsakademie.de www.stuttgarter-produktionsakademie.de

17./18.05.

Fachkurs: Aufbau und Eigenschaften der Kunststoffe 2 – Variantenreicher Kunststoff Ort: Aarau Veranstalter: KATZ Schachenallee 29, CH-5000 Aarau +41 62 836 95 36 info@katz.ch, www.katz.ch

23.05.

Seminar: QM-Grundlagen für die Kunststoffverarbeitung Ort: Villingen-Schwenningen Veranstalter: Kunststoff-Institut Südwest Hermann-Schwer-Strasse 3 D-78048 Villingen-Schwenningen +49 7721 99 780-0 bildung@kunststoff-institut.de www.kunststoff-institut.de

29.05.

Seminar: Kunststoffspezifische Verbindungstechniken Ort: Villingen-Schwenningen Veranstalter: Kunststoff-Institut Südwest Hermann-Schwer-Strasse 3 D-78048 Villingen-Schwenningen +49 7721 99 780-0 bildung@kunststoff-institut.de www.kunststoff-institut.de

29.05– 01.06.

Plast 2018 Ort: Mailand, IT Veranstalter: Promaplast Srl Palazzo F/3, I-20090 Assago (MI) +39 2 822 83-71 info@plastonline.org, www.plastonline.org

4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

Messen

The Innovation Alliance

From an idea to its implementation 2656 exhibitors from 54 countries and 126 585 m2 have been confirmed three months before the event. Expectations are growing for The Innovation Alliance, the new trade fair, which will take place from 29 May to 1 June 2018 at Fiera Milano. The event will include, for the first time, five events linked by a common thread.

The five formats included in the Innova­ tion Alliance are: Plast, the international fair for the plastic and rubber industry; IPack IMA, the leading event for processing and packaging technologies; Meat-Tech, the event specialised in meat processing and packaging; Print4All, the new format dedicated to the commercial and industri­ al printing industry and Intralogistica Italia, the event that combines innovative solu­ tions and integrated systems for industrial handling, warehouse management, mate­ rial storage, and picking operations. The Innovation Alliance focuses on an inno­ vative cross-cutting supply chain, increasing­ ly oriented towards new integration per­ spectives, even thanks to the growing popularity of Industry 4.0. At the same time, it showcases leading industrial seg­ ments, which make Italy the world’s second manufacturer of industrial machinery.

Insight into highly innovative markets The Innovation Alliance will occupy 17 pa­ villions, essentially the entire area of the Fiera Milano exhibition district, represen­ ting the largest event ever dedicated to industrial machinery in Italy and one of the leading sector events in Europe. An insight into highly innovative markets, which to­ gether, in Italy, record a turnover of 23,7 billion euros and over 70 000 employees (the 2017 preliminary consolidated results are provided by Acimga, Amaplast, Anima, Argi, Ucima) and in most cases, they have an export level close to 70 %, thus offering an example of the great appreciation Italy’s industrial products have around the world. The specialised offering provided by the five events will be the focus of this exhibi­ tion project. However, there will also be opportunities for a cross-cutting reflection 4/2018

on new materials and technologies and Research & Development to enable com­ panies to continue to be competitive in today’s market. «Trade fairs aim at anticipating the market’s development – declares Lorenzo Caprio, President of Fiera Milano – that’s why we shared this project, which the organisers of all the involved events strongly believed in. This international appointment will provide interesting content and opportunities. The promotion of the single events and asso­ ciations involved, the work carried out by Fiera Milano and ICE (The Italian Trade Agency) have positioned The Innovation Alliance as one of the greatest events in Europe for industry players from all over the world.» The wide and cross-cutting offer makes this event special in Europe. An attractive feature, especially for international players, who will find interesting added value, which will allow them to know more about this industry in a system logic in which everything is connected. A whopping 1000 profiled top buyers from 51 countries will join the numerous inter­ national operators, thanks to the effort of the organisers and ICE. Top managers of major manufacturing companies will come to evaluate and buy the technology show­ cased at the trade fair.

Smart Industrial Machinery is moving towards 4.0

Innovation is not just bound to technologi­ cal progress, which is increasingly charac­ terised by mechatronics and advanced robotics, but also by the presence of pro­ fessionals trained to seize new opportuni­ ties and the focus on integration dynamics and possible synergies with other segments. Companies who aim at achieving and confirming their excellence and Italian companies who want to validate their lea­ dership on international markets are more oriented towards this «smart manufactu­ ring» approach. Therefore, the recent fiscal measures su­ per- and hyper-depreciation entered into force to allow Italy’s companies to keep up with this revolution. Particular attention is paid to training and the introduction of a 40 % tax credit up to 300 thousand euros to arrange refresher courses for emplo­ yees. The Innovation Alliance will act as the driving force for this ongoing recovery. Thanks to the numerous solutions that will be showcased and various events on this topic, The Innovation Alliance will be an opportunity to learn more about this change and evaluate whether and how to use 4.0 technologies especially within consolidated business processes. Circular economy, energy savings, and counterfeiting will be the hot topics. Therefore, the event will be especially addressed to highly qualified operators, who will have a key role in designing pro­ duction lines and choosing the technolo­ gies to be used.

At a time when industry is changing world­ wide – especially the industrial machinery sector, which is more and more involved in technological evolutions that can be summarise in the 4.0 technology – the industrial machinery sector is asked to make a qualitative leap to keep up with the market’s recovery.

Kontakt Promaplast srl Centro Direzionale Milanofiori I-20090 Assago MI +39 02 822 8371 info@plastonline.org www.plastonline.org

n 39

KUNSTSTOFF XTRA

Messen

Sindex 2018

Willkommen in der digitalen Zukunft Vom 28. bis 30. August geht in Bern die Sindex in die vierte Runde. In diesem Jahr steht die grösste Schweizer Messe für industrielle Automatisierung unter dem Motto «Willkommen in der digitalen Zukunft». Mit Bundesrat Johann Schneider-Ammann hat sich bereits hoher Besuch am Branchengipfel angekündigt.

Die Vorbereitungen für die massgebende Schweizer Messe für Technologie sind in vollem Gang. Am Schweizer Branchengipfel präsentieren die führenden Hersteller aus den Bereichen Automation, Elektrotechnik, Fluidtechnik sowie Robotik ihre Neuheiten. Dieses Jahr steht das Thema «Willkommen in der digitalen Zukunft» besonders im Fokus. Zum Start der Messe wird Wirtschaftsminister Johann Schneider-Ammann den Innovationspreis der diesjährigen Sindex vergeben.

Bei jeder Austragung sind die Sonderschauen der Sindex ein besonderer Publikumsmagnet. In diesem Jahr werden im Rahmen des Leitthemas «Willkommen in der digitalen Zukunft» folgende Technologien und Praxisbeispiele vorgeführt: Augmented und Virtual Reality in der Indus­ trie, ein Service-Robotik Beispiel in der Pflege und das Future Work Lab, welches vom Fraunhofer Institut exklusiv und erstmals in der Schweiz vorgestellt wird. Hierbei zeigen die Experten, wie digitalisierte Arbeitsplätze zukünftig in der Industrie

Wechsel in der Messeleitung An der Spitze der Sindex kam es per 1. April 2018 zu einem Wechsel: Der bisherige Messeleiter Douglas Krebs hat die Bernexpo Group verlassen und wird ad interim von Alain Caboussat abgelöst. Dieser arbeitet seit mehreren Jahren bei der Bernexpo und ist als Messeleiter der BaumaschinenMesse und der Suisse Public tätig, der grössten Fachmesse rund um den öffentlichen Sektor.

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Bild: Bernexpo

Spannende Sonderschauen und Impulsreferate

Die Themen Automation und Digitalisierung begleiten den Besucher durch die Sindex.

aussehen. Weiter wird zum ersten Mal die Sonderschau Ausbildung 4.0 durchgeführt. Hier versuchen sich die Besucher an Maschinen und Übungszellen, welche in der Automation als Schulungsinstrumente genutzt werden. Unter anderem sind die führenden Hersteller Bosch Rexroth, Siemens, SMC und Festo vor Ort. Innerhalb dieser Sonderschau findet erneut der Wettbewerb «Grand Prix Automatiker» statt, bei dem sich die Besten ihres Fachs messen. Das AutomatikerChampionat findet zum dritten Mal an der Sindex statt. Im Forum werden an allen drei Messetagen Impulsreferate zu verschiedenen Themen stattfinden. Die Fachbesucher erhalten dabei einen fundierten Einblick sowie Antworten zu den Themenschwerpunkten Unternehmen 2025, ICT der Zukunft sowie der Mensch im Zentrum.

Sindex auf einen Blick Name: Sindex, Schweizer Messe für industrielle Automatisierung Datum: Dienstag, 28. bis Donnerstag, 30. August 2018 Ort: Bernexpo-Gelände, Bern Öffnungszeiten: 9.00 bis 17.00 Uhr Patronat: swissT.net. GOP Kooperationspartner: Swissmem, Swissmechanic, Electrosuisse, ASUT Veranstalter: Bernexpo AG

Kontakt Bernexpo AG Mingerstrasse 6 CH-3014 Bern +41 31 340 11 11 info@bernexpo.ch www.bernexpo.ch

n 4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

Messen Rückblick

2. AM Expo erfolgreich zu Ende gegangen

Volles Haus sorgte für gute Stimmung 30 Prozent mehr Besucher, hochwertige Fachgespräche und eine grosse Vielfalt an präsentierten Anwendungsbeispielen: Das ist das Fazit, das René Ziswiler, Leiter Industriemessen, von der Anfang März durchgeführten 2. AM Expo in Luzern zieht.

Marianne Flury Nach der erfolgreichen Premiere im September 2016 waren die Erwartungen an die 2. AM Expo hoch. Entsprechend zufrieden zeigte sich René Ziswiler nach zwei intensiven Messetagen: «Wir konnten unsere Ziele allesamt übertreffen und die AM Expo zu dem Treffpunkt der additiven Fertigung entwickeln». Die Ausstellerzahl konnte auf 100 (2016: 70) erhöht werden und die Besucherzahl von 2200 entspricht einer Zunahme von rund 30 Prozent.

Entscheidungsträger waren vor Ort

Bilder: Marianne Flur y

Das grosse Interesse an der AM Expo ist für René Ziswiler nicht weiter erstaunlich: «Die Technologie der additiven Fertigung entwickelt sich rasant und Unternehmen möchten jetzt in die Technologie investieren. Mit der AM Expo bieten wir schweizweit die einzige Möglichkeit, sich kompakt

SGSolution AG: Martin Affolter präsentiert die Jet Fusion 3D-4200, den jüngsten Coup von HP.

4/2018

Arburg AG: Zeitweise war es schwierig, einen Blick auf den Freeformer zu erhaschen.

an einem Ort über neue Technologien und Materialien zu informieren.» Die Besucher lobten denn auch die Qualität der Aussteller und die Vielfalt der vor Ort präsentierten Anwendungsbeispiele. Auf der Messe informiert über die Materialien und allgemein über die Möglichkeiten und Grenzen der additiven Fertigung (AM Additive Manufacturing) hat sich beispielsweise Dr. Matthys Dolder, Chef der Dolder AG in Basel. «Für uns sind einerseits die Materialien interessant, andererseits stellt sich uns die Frage, ob wir künftig auch Materialien für den 3D-Druck und bei kleinen Serien additiv gefertigte Teile anbieten sollen. Die Messe hat uns geholfen, besser einzuschätzen, was 3D-Druck ist.» Für Wild & Küpfer ist das Thema additive Fertigung grundsätzlich interessant. Der Messebesuch von Tobias Wild jun. verfolgte aber auch einen ganz konkreten Zweck: «Wir sind am Überlegen, ob wir selber in diese Technologie investieren wollen. Dann könnten wir bei der Bauteilentwicklung anhand eines 3D-Modells mit dem

Kunden über Auslegung und Machbarkeit diskutieren.» Nach Kooperations- und Vernetzungsmöglichkeiten hat sich ITS Geschäftsführer Roger Roth auf der AM Expo umgesehen. Der gemeinnützige Verein, getragen von der Schaffhausener Industrie und cofinanziert von der öffentlichen Hand hat den Zweck der Technologievermittlung und Innovationsförderung. «Wir sind quasi der Zulieferer von Netzwerk, Experten und Wissen, also nicht der Wissensträger. Unsere Aufgabe ist es, Brücken zu bauen, gezielt Firmen mit anderen Firmen oder Hochschulen mit adaequaten Bedürfnissen und Projekten zusammenzubringen.

Zufriedene Aussteller Aber auch die Aussteller zeigten sich mit dem grossen Besucheraufkommen und dem Level der Expertengespräche sehr zufrieden. «Die Messe läuft sehr gut, es sind Fachleute hier und im Vergleich zur letzten Messe hat es wesentlich mehr Besucher. Die 41

KUNSTSTOFF XTRA

Messen Rückblick

Schweiz ist eines der absatzstärksten Länder für HP in ganz Europa. Wir präsentieren hier die Jet Fusion 3D 4200 von HP, die jüngst auf den Markt gekommen ist», informiert Martin Affolter, CEO von SGSolution, der Schweizer Vertretung von HP. Der nächste Schritt ist nun, dass HP mit einer Vollfarbmaschine auf den Markt kommt. «Mit der Farbmaschine wird wahrscheinlich stückzahlmäs­sig die Post noch mehr abgehen», freut sich Affolter. «Überrannt» von Besuchern wurde auch der Arburg-Stand, auf dem ein Freeformer ausgestellt war. «Vor eineinhalb Jahren mussten wir den Leuten noch erklären, was der Freeformer kann, heute kommen sie mit präzisen Fragen, z.B. nach den einsatzfähigen Materialien», erklärt Markus Stadelmann von der Arburg AG in Münsingen. Heute stehen dem Anwender insgesamt 11 Materialien (ohne Stützmaterialien) zur Verfügung – weitere werden folgen. Bekannt ist die Firma Rüfenacht AG in Rohrbach für die Herstellung von Fördertöpfen für ihre Wendelförderer. Seit ein paar Jahren stellt sie diese nun auch mittels Lasersintern (SLS) her. Inzwischen fertigt das Unternehmen auch Kunststoffteile nach Kundenwunsch. Welche Möglichkeiten sich durch das SLS-Verfahren bieten veranschaulichte Urs Leuenberger mit seiner Krawatte aus PA12. Der Eyecatcher wurde in zwei Teilen gedruckt und anschliessend zusammengesetzt.

Injex: Tobias Ammann (l.) und Oliver Schlatter wollen mit ihrem neuen Verfahren durchstarten.

Begonnen haben Tobias Ammann und Oliver Schlatter ihr Projekt vor zweieinhalb Jahren an der ETH Zürich. Mit dem Start­upUnternehmen Injex, das sie vor knapp einem Jahr gründeten, stellten die beiden ihre Geschäftsidee nun erstmals auf einer Messe vor. «Wir haben einen Prozess entwickelt, mit dem man einen Prototyp herstellen kann, der die Material­eigenschaften des Serienteils hat. Entsprechend lassen sich bereits im Prototypstadium aussagekräftige Tests durchführen», erklärt Ammann. «Unsere Dienstleistung ist, innerhalb von wenigen Tagen dem Kunden Spritz-

gussteile in Losgrössen von 1 bis 100 Stück zu liefern und dies in beliebigen Thermoplasten. Auch Kundenmaterial kann direkt verarbeitet werden. Zur Anwendung kommt ein Kombinationsverfahren zur Herstellung der Spritzgusswerkzeuge aus Metall und Kunststoff.» Mehr zu dem Prozess wollen die beiden Unternehmer nicht verraten. Mit den gehabten Messekontakten waren sie sehr zufrieden. Vor allem Entwicklungsingenieure zeigten gros­ses Interesse an den Teilen. Über den grossen Andrang am Messestand der Böhler-Uddeholm Schweiz AG freuten sich auch Gennaro Frontino und Giuseppe Scarnà. Noch mehr gefreut hätten sie sich allerdings, wenn auch Besucher aus der Westschweiz angereist wären. Mit den vorgestellten Metallpulvern zeigte der Stahlbauer, dass er gerade auch bei der additiven Fertigung von Kunststoffformen mit seinem spezifischen Know-how bei Werkzeugbauern und Kunststoffspritzgiessern punkten kann. Die 3. AM Expo findet bereits nächstes Jahr am 12. und 13. März 2019 wieder in Luzern statt.

Rüfenacht AG: Die Krawatte von Urs Leuenberger ist im SLS-Verfahren aus PA12 gefertigt.

42

Böhler-Uddeholm Schweiz AG: Giuseppe Scarnà (l.) und Gennaro Frontino präsentieren Metallpulver für die additive Fertigung.

Kontakt Messe Luzern AG Horwerstrasse 87 CH-6005 Luzern +41 41 318 37 00 rene.ziswiler@messeluzern.ch www.am-expo.ch

n 4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

Produkte

Maximale Integration auf minimaler Fläche

Vernetzte und flexibel automatisierte Produktion Plast 2018 sind alle Exponate auf

cherheitsspritzen auf einer e-victo-

dem Arburg-Messestand sowie

ry 170/80 Spritzgiessmaschine.

auf dem Partnerstand der Firma

Ein Engel viper 12 Linearroboter

Sverital über das Arburg Leitrech-

entnimmt die filigranen Polystyrol-

nersystem ALS vernetzt. Als wich-

Teile aus dem 16-fach-Werkzeug

tiger Baustein für Industrie 4.0 er-

und übergibt sie an das Verteiler-

möglicht ALS eine durchgängige

system. Um eine Chargenrückver-

Rückverfolgbarkeit von Aufträgen

folgung bis auf die Ebene einzel-

und Chargen. Maschinen lassen

Hochintegrierte, kompakte Ferti-

ner Kavitäten sicherzustellen, wer-

Vom 29. Mai bis 1. Juni präsentiert

sich über Schnittstellen, die auf

gungszellen minimieren den Anla-

den die Spritzgiessteile kavitäten-

Arburg auf der Plast 2018 in Mai-

dem

Kommunikationsprotokoll

genfootprint und steigern die Flä-

rein in Beutel verpackt. 16 Beutel

land u.a. das Arburg Leitrechner-

OPC UA basieren, einfach und

chenproduktivität. Im Reinraum

hängen dafür in einem Wagen, der

system ALS und zahlreiche Fea-

standardisiert vernetzen. Die Ar-

machen sich diese Aspekte beson-

direkt unter dem Rohrverteiler

tures für die vernetzte Kunststoff-

burg-Experten geben detailliert

ders bezahlt. Engel hat deshalb

Platz findet. Zur Qualitätskontrolle

teileproduktion.

Auskunft zur Anbindung dieses

seinen Rohrverteiler aus Edelstahl

können einzelne Schüsse ausge-

MES-Systems an ERP-Systeme.

für die kavitätenreine Ablage klei-

schleust werden.

Die

Besucher

können sich zu allen Aspekten der Digitalen Transformation ein Bild

ner Spritzgiessteile dahingehend

machen: zu Lösungsansätzen für

Arburg AG

weiterentwickelt, dass das Ablage-

Engel (Schweiz) AG

die Smart Factory, zu kombinierba-

Südstrasse 15

system vollständig in den verbrei-

Hungerbüelstrasse 17

ren Industrie-4.0-Bausteinen oder

CH-3110 Münsingen

terten Schiebeschutz der Spritz-

CH-8500 Frauenfeld

zur Individualisierung von Grossse-

+41 31 724 23 23

giessmaschine passt. Auf der Plast

+41 52 725 0755

rienteilen in Losgrösse 1 durch

switzerland@arburg.com

präsentiert Engel die neue, extrem

ech@engel.at

Kombination von Spritzgiessen

www.arburg.ch

kompakte Lösung mit der Herstel-

www.engelglobal.com

und additiver Fertigung. Auf der

Plast: Halle 22, Stand C81/D82

lung von Nadelhaltern für 1-ml-Si-

Plast: Halle 24, Stand B81/C82

CX 200: Brillante Sichtbauteile für die Konsumerelektronik Auf der NPE in Orlando, USA (7.

Stellfläche als längere Drei-Plat-

bis 11. Mai) unterstreicht Krauss­

ten-Modelle. Unter der Schliess-

Maffei seine Kompetenz als Sys-

einheit bietet sie Platz für Periphe-

temlieferant

riegeräte und alle Arten von Ent-

für

hochwertige

Spritzgiessmaschinen, Automation

nahmeeinrichtungen.

und intelligente Industrie 4.0-Lö-

der NPE entnimmt ein LRX 150

sungen aus einer Hand.

der neuen Generation die Bautei-

Beeindruckende Oberflächenef-

le. Im nächsten Schritt werden

fekte ohne zusätzliche Nachbear-

Bauteil und Anguss getrennt. Zu-

beitung entstehen beispielsweise

letzt erfolgt die Verbeutelung und

auf einer CX 200-750 mit der in-

Verpackung. Dank der platzsparen-

duktiven Werkzeugtemperierung

den Bauweise lässt sich das alles

in Zusammenarbeit mit dem Part-

innerhalb der Schutzeinhausung

ner Roctool (HD plastics). Die Ge-

realisieren und spart Zustellfläche.

Während

staltungsmöglichkeiten der Technologie sind immens – egal ob

einem 16-Fach-Werkzeug 16 un-

spielsweise das Antriebskonzept

Farbschattierungen, Hologramm-,

terschiedliche Oberflächen und

nach modernster Technik (IE3 Ty-

Krauss-Maffei (Schweiz) AG

Hochglanz- oder Matteffekte – al-

damit

eines

pen) sowie der energieeffiziente

Grundstrasse 3

les lässt sich im One-Shot-Verfah-

Kunststoffgehäuses für eine Spie-

BluePower Servoantrieb. Ein akti-

CH-6343 Rotkreuz

ren ohne zusätzliche Nachbearbei-

lekonsole. Die CX 200 punktet bei

ves Speichermanagement kom-

+41 41 799 71 80

tung wie eine Foliendekoration

dieser Anwendung als besonders

plettiert das Gesamtkonzept. Als

info-ch@kraussmaffei.com

oder Lackierung realisieren. Auf

wirtschaftliche und präzise 2-Plat-

2-Plattenmaschine benötigt die CX

www.kraussmaffei.com

der NPE produziert die CX 200 mit

tenmaschine. Dazu zählen bei-

Baureihe an sich schon weniger

NPE: Halle West, Stand W403

4/2018

Designvarianten

43

KUNSTSTOFF XTRA

Produkte

MultiTest-xt Prüfsystem für Zug und Druck

Nadelverschlusssysyteme präzise steuern

Die MutiTest-xt Prüfstände sind ei-

Moderne Produktionsanlagen set-

genständig programmierbare und

zen eine präzise Steuerung voraus.

leicht bedienbare Kraftmesssyste-

Deshalb investiert Günther Heiss-

me. Mit dem Touchscreen passt

kanaltechnik vorausschauend in

das System perfekt für die Quali-

innovative Steuer- und Regeltech-

tätssicherung oder in eine Produk-

nik. Die neueste Entwicklung der

tionsumgebung, wo genaue und

Frankenberger Heisskanalspezia-

wiederholbare Prüfungen durchge-

listen ist die Steuereinheit DPE für

führt werden. Eine Vielzahl von

bis zu 16-fachige Nadelverschluss-

Zug- und Druckmessungen in der

systeme. Sie kann durch die An-

greifen auffordert. So wird die

Kunststoffindustrie wie etwa die

steuerung von leistungsfähigen

Prozesssicherheit, gerade auch im

Bestimmung von Zugfestigkeit an

2-Phasen-Schrittmotoren einzeln

Hinblick auf mannlose Schichten,

Verbindungsnähten von Verpa-

alle Nadeln des Heisskanalsys-

verbessert. Die Signale der Enco-

tems vollautomatisch und absolut

der werden automatisch ausgele-

ckungen,

Widerstandserfassung

– Leichte Handhabung nach

von Pump-Sprayflaschen oder die

kurzer Einführung – ein Tasten-

präzise steuern. Alle Nadeln kön-

sen, was eine korrekte Nadelposi-

Druckfestigkeit von Kunststoffge-

druck startet den Test

nen bis auf 1/100 mm exakt jus-

tionierung ohne manuelles Ein-

häusen und Verpackungen können

– Grosse, leicht ablesbare

tiert werden. Ein weiterer Vorteil ist

greifen ermöglicht. Die Nadelver-

schnell, einfach und sicher durch-

Touch-Screen-Anzeige – zeigt

die Möglichkeit, Verschlussnadeln

schlusssteuerung funktioniert als

geführt werden.

Versuchs­ergebnisse und

auch aus unterschiedlichen Positi-

geschlossener Regelkreis. Die Ver-

Das ideale Kraftmesssystem für

Graphen deutlich an

onen gleichzeitig schliessen zu

drahtung der Motoren wird auf ein

können.

Minimum reduziert, sodass Ver-

«schlecht» Anzeige – warnt

Die DPE Steuereinheit ist mit einer

drahtungsfehler beim Anschlies­

den Bediener sofort.

eine Vielzahl von Untersuchungen an Produkten und Materialien. – Individuell programmierbare

– Farblich markierte «gut» oder

unterschiedlichen Anzahl an Kanä-

sen nahezu ausgeschlossen sind.

Bewegungsabläufe und

Für eine unverbindliche Beratung

len als DPE4, DPE8, DPE12 und

Alle

Ergebnisdarstellung

stehen die Brütsch/Rüegger-Spe-

DPE16 ab sofort lieferbar. Die von

über ein zentrales 7"-Touch-LCD-

zialisten gerne zur Verfügung.

der Steuereinheit angetriebenen

Display, das die aktuellen Verfahr-

Motoren sind mit Lagegebern (so-

positionen aller Motoren darstellt.

– Passwortgeschützter Zugang – identifiziert den Benutzer für die Rückführbarkeit

Brütsch/Rüegger Werkzeuge AG

genannten Encodern) ausgerüstet,

Gerätevarianten

verfügen

Heinrich Stutz-Strasse 20

um die Position der Verschlussna-

Günther Heisskanaltechnik GmbH

wichtigsten Prüfabläufen –

Postfach

deln kontrollieren zu können. Über

Sachsenberger Strasse 1

massgeschneiderte Icons

CH-8902 Urdorf

eine Verknüpfung zur Spritzguss-

D-35066 Frankenberg

+41 44 736 63 63

maschine kann im Falle einer Stö-

+49 6451 5008-0

keit der Prüfabläufe – mini-

mecmesin.messtechnik@brw.ch

rung ein Signal übermittelt wer-

info@guenther-heisskanal.de

miert Einrichtungszeit

www.brw.ch

den, das den Benutzer zum Ein-

www.guenther-heisskanal.de

– Schneller Zugang zu den 5

– Unbegrenzte Speichermöglich-

Neue Verteilerblöcke Z920/... zur flexibeln Temperierkreislauf-Gestaltung Durch kontinuierliche Weiterent-

tungen für eine höhere Arbeitssi-

pel/Kupplungskombinationen er-

wicklung des Produktportfolios

cherheit sowie eine betriebssiche-

folgen. Das System ist temperatur-

bietet der Lüdenscheider Normali-

re Produktion. Vor- und Rücklauf

beständig bis 200 °C und auf ei-

enspezialist Hasco Formen- und

können durch blau bzw. rot elo-

nen maximalen Betriebsdruck bis

Werkzeugbauern stetig neue Mög-

xierte Verteilerblöcke eindeutig

15 bar ausgelegt.

lichkeiten eines effizienteren Ar-

unterschieden werden.

beitens. Mit den neuen Verteiler-

Die direkt an der Spritzgiessma-

blöcken Z920/... ist die Gestaltung

schine montierbaren Verteilerblöcke Z920/... sind kompatibel zu

Hasco Hasenclever GmbH+Co KG

fach realisierbar.

bietet die Möglichkeit, kürzere

den Hasco Temperierelementen

Römerweg 4

Im Vordergrund des Neuproduktes

Schlauchleitungen zu nutzen. Das

und durch ein modulares Steck-

D-58513 Lüdenscheid

stehen klare Vorteile für den An-

spart in der Praxis Energie ein und

system individuell erweiterbar. Die

+49 2351 957-0

wender. Die zentrale Zu- bzw. Ab-

sorgt dank der sehr übersichtli-

Schlauchanschlüsse können über

pmast@hasco.com

führung über den Verteilerblock

chen Anordnung der Temperierlei-

Festverschraubungen oder Nip-

www.hasco.com

flexibler Temperierkreisläufe ein-

44

4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

Produkte

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Spielfreie Mini-Feinzentrierung Als Weltneuheit zeigt die Firma Agathon an der Siams 2018 in Moutier (17.–20. April) erstmalig

Sind Sie bereit für Ihren Karrieresprung?

die Agathon Mini-Feinzentrierung – 7980/1 für das spielfreie Zen­ trieren von Formeinsätzen in der Stammform von Spritzgusswerkzeugen oder für höchstpräzise Steckverbindungen im allgemeiIm Spritzgussformenbau werden

nen Maschinenbau.

wechselbare

in

Die mögliche Einbauvariante ohne

Stammformen eingesetzt. Dieses

Buchse ist sehr präzise, da kein

Werkzeugkonzept wird oft einge-

Fehler der Konzentrizität einer

setzt zum Variantenspritzen. D.h.

Führungsbuchse anfällt, Positio-

es werden aus der gleichen Teile-

niergenauigkeiten von <1µm sind

familie verschiedene, sich ähneln-

machbar.

Formeinsätze

de Spritzlinge, hergestellt. Vielfach wird in kleinen Losgrössen produ-

Agathon AG

ziert (just-in-time production), so

Gurzelenstrasse 1

dass die Formeinsätze oft auf der

CH-4512 Bellach

Spritzgiessmaschine gewechselt

+41 32 617 45 00

werden. Dadurch ist

normalien@agathon.ch

der An-

spruch, diese Einsätze rasch mög-

www.agathon.ch

lichst wechseln zu können.

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Gerätelinie XXL re eine ideale Lösung für die Anwender von grossen Werkzeugen, Pressen und Extrudern. Auf einen Blick – Grosse Durchflussmenge bis 800 l/min – Heizleistung bis 144 kW – Wassergeräte bis 95 °C – Ölgeräte bis 300 °C Wo Masse und Klasse aufeinandertreffen, ensteht eine neue Temperierlösung. Die neue Gerätelinie XXL von Regloplas arbeitet bei einer Heizleistung bis 144 kW

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mit einer Durchflussmenge von

Energiebedarfs bei Kombinati-

maximal 800 l/min im System-

on mit der ∆T Regelung von

kreis. Eine konstante Regelgenauigkeit und Produktqualität bleibt

Regloplas – Zuverlässig und langlebig.

garantiert. Diese Gerätelinie ist in den Versionen für Wasser bis

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95 °C sowie für Öl bis 300 °C er-

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nutzung und der Erweiterbarkeit

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45

KUNSTSTOFF XTRA

Produkte

Höchste Präzision im Reinraum Auf der NPE wird Netstal seine

regelmässigen Reinigungsvorgän-

medizintechnische Anwendungs-

ge. Mit flexiblen Ausrüstungsoptio-

kompetenz anhand einer vollelek-

nen kann die Elion auf die Applika-

trischen Elion 2800-870 in Rein-

tion individuell angepasst werden.

raumausführung demonstrieren.

Mit der Elion bietet Netstal die

Mit einem 128-fach Werkzeug von

ideale Spritzgiessmaschine für

Tanner werden bei 5,6 Sekunden

Medizintechnik-Anwendungen mit

Zykluszeit pro Stunde über 82 000

schnellen Zyklen und entspre-

Pipettenspitzen

gespritzt.

chend hoher jährlicher Ausbrin-

Schussgewicht

beträgt

Das 33,28

gungsmenge.

Gramm. Das Automationssystem mit Kavitätentrennung kommt von Zubler Handling. Bereits ohne

Kit können sie zusätzlich flexibel

galvanisch versiegelten Formplat-

Netstal-Maschinen AG

MED-Kit ist die Elion aufgrund der

für den Reinraum ausgerüstet wer-

ten, zusätzlichen Abdeckblechen

Tschachenstrasse 1

komplett geschlossenen Umlauf-

den. Bis zu ISO-Klasse 5 ist je nach

und geschlossenen Schleppketten

CH-8752 Näfels

schmierung

elektrischen

Ausstattungspaket möglich. Mit

wird die Partikelausbringung effek-

+41 55 618 61 11

Schliesseinheit eine der saubers-

Elementen wie der patentierten

tiv reduziert. Die medizinische

marketing@netstal.com

ten Maschinen im Markt. Mit zahl-

Netstal-Düsenabzugshaube «Clean

Speziallackierung und die Maschi-

www.netstal.com

reichen Optionen aus dem MED-

Purge», einer Laminarflowhaube,

nenerhöhung vereinfachen die

NPE: Halle Süd, Stand S16088

der

Besonders effiziente Carbonfaser für diverse Anwendungen Die SGL Group hat eine weltweit

Steifigkeit bei gleichzeitig hoher

den Wissenstransfer innerhalb der

neue Carbonfaser zur Ergänzung

Festigkeit die hohen mechani-

SGL Group, der durch Aktivitäten in

ihres Materialportfolios entwickelt

schen Anforderungen der genann-

verschiedenen Industrien ermög-

und in die Serienproduktion über-

ten Anwendungen erfüllt.

licht wird. Daher bietet die neue

führt. Die neue Faser mit der Be-

Der hohe E-Modul auf Basis einer

Faser wesentliche Effizienzvorteile

zeichnung Sigrafil C T50-4.8/280

50 k-Faser (50 000 Einzelfilamen-

bei der Verarbeitung und trägt so-

zeichnet sich durch einen hohen

te) ist gemäss eigenen Angaben

mit insgesamt zur Erweiterung des

E-Modul aus und ist damit beson-

am Markt einzigartig. Bislang er-

Einsatzspektrums von Carbonfaser-

ders für Anwendungen zum Bei-

reichten lediglich Fasern mit nied-

deln, einem bislang noch nicht

spiel in der Luftfahrt geeignet.

rigeren Filamentanzahlen (z. B.

besetzten Eigenschaftsfeld – und

Aber auch Druckbehälter, An-

12 k oder 24 k) diese hohen me-

damit im Prinzip als «Advanced

SGL Carbon SE

triebswellen, Profile und faserver-

chanischen Eigenschaften (4800

Modulus» zu bezeichnen. Entwi-

Söhnleinstrasse 8

stärkte Pressmassen (Sheet Moul-

MPa, 280 GPa). Damit ist die neue

ckelt wurde sie auf Basis der er-

D-65201 Wiesbaden

ding Compounds, SMC) sind wei-

Carbonfaser zwischen den Faser-

folgreich in automobilen Serien-

+49 611 6029-0

tere mögliche Einsatzgebiete, da

klassen Standard Modulus und

projekten eingesetzten 50 k-Faser

cpc@sglgroup.com

die Faser aufgrund ihrer hohen

Intermediate Modulus anzusie-

und ist somit ein gutes Beispiel für

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46

Verbundwerkstoffen bei.

4/2018

KUNSTSTOFF XTRA

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HB-THERM AG gewinnt Silber beim Prix SVC Dass wir unter den sechs Nominierten für den Prix SVC Ostschweiz waren, macht uns sehr stolz. Wir freuen uns, dass wir von der hochkarätigen Jury mit unserer Erfolgsgeschichte in die nähere Auswahl genommen wurden. Denn was wir in den letzten Jahren erreicht haben, ist ausserordentlich: Ein motiviertes Team bestehend aus 130 Mitarbeitern schafft es zum grössten europäischen Temperiergerätehersteller und produziert dabei ausschliesslich in St. Gallen. Die grosse Anerkennung gilt aber nicht nur uns. Alle Nominierten stehen für die wirtschaftliche Kraft der gesamten Region. Dafür möchten wir uns recht herzlich beim SVC bedanken. hb-therm.com

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