Belastungsarmes mediendichtes Einhausen mechatronischer Baugruppen mittels Schaumspritzguss

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Granting Institution
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Issue Date
2024
Authors
Ott, Constantin
Editor
Abstract

Das großserientaugliche, belastungsarme Einhausen von mechatronischen Baugruppen stellt eine große Herausforderung dar. Diese muss gelöst werden, um die steigende Nachfrage befriedigen zu können, die aus der zunehmenden Automatisierung resultiert. Es ergeben sich immer neue Einsatzfelder, welche die Baugruppen mit immer neuen Anforderungsprofilen hinsichtlich Schutz gegen äußere Einflüsse konfrontieren. In dieser Arbeit wurde ein Modell zu Beschreibung und Optimierung der im herkömmlichen Spritzguss auftretenden mechanischen Belastungen aufgebaut und validiert, dass es ermöglicht aufgrund von Materialkennwerten, Prozessgrößen und Simulationsdaten die Belastungen vorherzusagen. Außerdem ermöglicht das Modell die Auftrennung der einzelnen Kräfte in Druckkräfte und Schubkräfte (Impuls- und Scherkräfte) Darüber hinaus wurde mit dem Thermoplast-Schaumspritzguss ein neuer Lösungsansatz zur deutlichen Reduzierung der Druck- und Schubbelastungen auf elektronische Bauelemente gefunden und neben der Belastungsreduktion hinsichtlich seiner Dichtheit und Verbundqualität analysiert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass bei der Einhausung mit Spritzgussverfahren neben den fließbedingten Belastungen auch schwindungsinduzierte Belastungen auftreten, die zu einer Schädigung der Baugruppe führen können. Diese Belastungen lassen sich durch eine Lokalisierung der Schwindung in Kombination mit dem Thermoplast-Schaumspritzguss jedoch sehr gut kompensieren. Insgesamt konnte also eine Verfahrensroute aufgezeigt werden, die es ermöglicht simultan die Anforderungen der Großserientauglichkeit, der Belastungsreduktion und der Mediendichtheit zu erfüllen.

Abstract

The large-scale, low-load housing of mechatronic assemblies represents a major challenge. This must be solved in order to satisfy the growing demand resulting from increasing automation. There are always new fields of application, which confront the assemblies with ever new requirement profiles regarding protection against external influences. In this work, a model for describing and optimizing the mechanical stresses occurring in conventional injection molding was developed and validated, which makes it possible to predict the stresses on the basis of material characteristics, process variables and simulation data. The model also allows the individual forces to be separated into compressive forces and shear forces (impulse and shear forces). In addition, thermoplastic foam injection molding was found to be a new approach for significantly reducing compressive and shear loads on electronic elements and, in addition to reducing the load, was analyzed in terms of its leakproofness and composite quality. Furthermore, it was shown that, in addition to flow-induced loads, shrinkage-induced loads also occur during encapsulation with injection molding, which can lead to damage to the assembly. However, these loads can be compensated very well by localizing the shrinkage in combination with thermoplastic foam injection molding. Overall, therefore, a process route has been demonstrated which makes it possible to simultaneously meet the requirements of suitability for large-scale production, load reduction and media tightness.

DOI
URN
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