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Physik » Thermodynamik & Statistische Physik » Wärmeleitung
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Universität/Hochschule Wärmeleitung
Einstein9494
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2019-08-22


Hallo liebe Forummitglieder,

für meine Bachelorarbeit möchte ich evaluieren ob man für wenige Schüsse eine Kunststoffspritzgießform verwenden kann, das ganze sollte relativ vereinfacht werden. Da mit 200 °C der Kunststoff in die Form eingespritzt wird, ist es fast klar, dass die Kunststoffform aufschmilzt. Ich würde gerne wissen wie tief die Kunststoffform aufschmilzt (Die Kunststoffform kann dabei immer als Festkörper betrachtet werden, auch wenn er seine Schmelztemperatur erreicht hat).
Hier die gegebenen Daten, falls welche fehlen muss ich die ergänzen bzw. annehmen:
- T_schmelze = 200 °C
- V_schmelze = 4 cm³
- Wärmeleitfähigkeit_Schmelze = 0,20 W/(mK)
- Wärmeleitfähigkeit_Kunststoffform = 0,08 W/(mK)
- T_Kunststoffform_vor_dem_Spritzgießprozess = 35 °C
- Schmelztemperatur der Kunststoffform = 60 °C
- A_der_Kavität = 1336 mm²

Die Tiefe soll über die Formel:
fed-Code einblenden

Dann Umgestellt nach der Dicke d:
fed-Code einblenden

Ich habe nur keine Ahnung wie ich nun den Wärmestrom berechne bzw. annehme. Für Hilfe währe ich sehr Dankbar.
Schonmal besten Dank im Voraus.

Hendrik






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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2019-08-22


Salut & bienvenu sur la planète de la mathématique,

da Dich nur die Dicke der geschmolzenen Kunststoffschicht interessiert,

2019-08-22 08:26 - Einstein9494 im Themenstart schreibt:
...
Ich habe nur keine Ahnung wie ich nun den Wärmestrom berechne bzw. annehme.
...fragt sich, warum die Zeitabhängigkeit dQ/dt des Wärmestroms von Belang sei.Ein Ansatz wäre stattdessen, sich vorzustellen, daß der heiße Flüssigkunststoff und die zuerst kalte Form eine Art Mischkalorimeter bilden, bei der die Endtemperatur gleich der Schmelztemperatur  des Formmaterials sein soll, wenn der Einfüllvorgang beendet ist und die Wärme sich gleichmäßig verteilt hat. Dann ist die durchschnittliche Dicke der aufgeschmolzenen Innenfläche der Form durch den Teil der Wärme gegeben, der übrigbleibt, wenn die Form auf ihre Schmelztemperatur aufgeheizt wurde, so daß das, was von ihr näher am Flüssigkunststoff ist, den Phasenübergang ins gleichfalls Flüssige vornimmt.

Es kann natürlich sein, daß die gesamte Wärmekapazität der Form so mickrig ist, daß alles schmilzt, aber diese Grenzen der Gültigkeit meiner Überlegung auszuloten, ist Deine Aufgabe. Und natürlich gilt der Ansatz mit gleichmäßiger Schichtdicke auch nur für eine homogene Hohlkugel als Form, aber das weißt Du sicher selber auch.



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Einstein9494
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Dabei seit: 09.07.2019
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2019-08-23


Erstmals vielen Dank für deine schnelle Antwort jacha2,

leider habe ich von Mischkalorimeter keine Ahnung, es wäre super wenn du mir dazu noch einen kleinen Denkanstoß bzw. Gleichung geben könntest.
Das die Gültigkeit nur für eine Hohlkugel gegeben ist, ist vollkommen ausreichend.
Angaben die ich bei dem Post vergessen habe sind unter anderem die Dauer des Spritzgießprozesses (100 Sekunden) und die Temperatur die das Spritzteil nach dem entformen hat (58 °C).

Beste Grüße
Hendrik



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, eingetragen 2019-08-23


Salut,
solange ich keine Wärmeleitungsgleichung ...
2019-08-23 07:25 - Einstein9494 in Beitrag No. 2 schreibt:
Erstmals vielen Dank für deine schnelle Antwort jacha2,
...in 3D mit Hol's-der-Teufel-Randbedingungen numerisch mit 106 Gitterpunkten lösen oder mit einem dieser Editoren herumfrickeln und mir selber Variablennamen ausdenken muß...
2019-08-23 07:25 - Einstein9494 in Beitrag No. 2 schreibt: ...
Angaben die ich bei dem Post vergessen habe sind unter anderem die Dauer des Spritzgießprozesses (100 Sekunden) und die Temperatur die das Spritzteil nach dem entformen hat (58 °C)....
...ist die Idee, daß die Wärmemenge Q vom Gußteil auf die Form über geht(wohin auch sonst?) und wir uns die Bescherung hinterher angucken, weswegen Zeitabhängigkeiten erstmal zweitrangig sind. Leider hast Du nur diese elend langen Indizes, aber naja
fed-Code einblenden
Adieu


 



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Einstein9494
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2019-08-26 08:12


Hallo jacha2,

erstmal wieder ein riesen Dankschön für deine schnelle Antwort, als zweites Entschuldigung wegen den langen Indizes.
Wie man merkt sind meine stärken nicht in dem Themengebiet der Thermodynamik, die Grundlagen deiner Antwort habe ich verstanden.
Ich beschreibe zum einen den Wärmestrom in dem sich abkühlenden Gußteil und zum anderem in der sich erwärmenden Form, trotzdem habe ich keine Idee wie ich die einzelnen Wärmeströme berechnen soll.

Woher und wieso man dieses mit der letzten Formel annehmen kann ist mir nicht klar geworden.
Für eine weitere Antwort von dir wäre ich sehr Dankbar.

Beste Grüße



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.5, eingetragen 2019-08-26 20:46


Salut,

keine Ursache,
2019-08-26 08:12 - Einstein9494 in Beitrag No. 4 schreibt: ...
erstmal wieder ein riesen Dankschön für deine schnelle Antwort, ...
...das ist Forenzweck
2019-08-26 08:12 - Einstein9494 in Beitrag No. 4 schreibt: ...Ich beschreibe zum einen den Wärmestrom in dem sich abkühlenden Gußteil und zum anderem in der sich erwärmenden Form, ...
Genaugenommen betrachten wir mit meiner Betrachtung nicht den Wärmestrom
fed-Code einblenden
sondern dessen Integral
fed-Code einblenden
und scheren uns nicht um Temperaturgradienten, was zwar inkorrekt ist, zumal wir keine k-Zahlen zur Verfügung haben, die Einspritzdauer dies aber dennoch bei den gegebenen Abmessungen zwecks Schätzung erlaubt.
2019-08-26 08:12 - Einstein9494 in Beitrag No. 4 schreibt: ...
trotzdem habe ich keine Idee wie ich die einzelnen Wärmeströme berechnen soll.
Die kalorischen Gleichungen lauten
a) für die Wärmemenge QT, die Materie der Masse m auskühlt oder erwärmt:
fed-Code einblenden
wobei cp die spez. Wärme der Substanz ist (die Du Dir bitteschön für beide Materialien verschaffst und ohne die auch Deine Wärmeleitungsgleichung nicht berechenbar wäre, sowie

b) für die latente Schmelz-/Erstarrungs-Wärme QL:
fed-Code einblenden
wobei cL die spezifische Schmelz- bzw. Erstarrungswärme ist (die Du Dir sowohl für das Schmelzgut als auch für das Formmaterial beschaffen mußt.

Und dann setzt Du die beiden Wärmemengen, die ich Dir im vorigen Post bezeichnet habe, aus den  Teilwärmen passend mit diesen beiden Gleichungen und den richtigen Variablenwerten und -einheiten  so, wie von mir verbal beschrieben, zusammen und einander gleich, um die Größe d zu bestimmen.
2019-08-26 08:12 - Einstein9494 in Beitrag No. 4 schreibt: ...Woher und wieso man dieses mit der letzten Formel annehmen kann ist mir nicht klar geworden.
Für eine weitere Antwort von dir wäre ich sehr Dankbar.
F ist die Formoberfläche, V das Spritzgußformvolumen und aus der Masse m der Form und deren Dichte solltest Du es berechnen können - Du hast diese Aufgabe immerhin als auf universitärem Niveau stehend klassifiziert.
Adieu




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Einstein9494
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.6, vom Themenstarter, eingetragen 2019-08-27 10:52


Hallo jacha2,

nochmals wirklich vielen Dank, ich kann dir nicht oft genug für deine Arbeit danken.

fed-Code einblenden

Der Hersteller gibt an, dass die cp Werte (1,5 J/(g*K) für die Schmelze sowie für das feste Spritzgießteil gilt, somit ergibt sich: (die Erstarrungswärme soll nicht berücksichtigt werden)

fed-Code einblenden

T1 ist meine Anfangstemperatur der Schmelze und T3 entspricht meiner Entformungstemperatur, richtig?

Anschließend wird dann mit deiner nächsten Formel:

fed-Code einblenden

Die Wärmemenge Q wurde ja bereits in der ersten Gleichung ermittelt
fed-Code einblenden
Ist es hier richtig das die Masse der Form genommen wird?
T4 wäre die Temperatur vor beginn des Prozesses und T5 dann die Temperatur nach dem Entformen.

Wie sieht denn dann die Formel hinter fed-Code einblenden
mein Ansatz wäre:
fed-Code einblenden
mit T6 = Schmelztemperatur der Form.
Anschließend wird nach mForm umgestellt und dann wie von dir bereits erwähnt das Volumen berechnet und dann hierrüber die dicke d ermittelt.

Über eine positive Antwort wäre ich dir sehr dankbar.
Beste Grüße
Hendrik



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jacha2
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.7, eingetragen 2019-08-27 20:31


Salut,

in der smiley-Auswahl ...
2019-08-27 10:52 - Einstein9494 in Beitrag No. 6 schreibt: ...nochmals wirklich vielen Dank, ich kann dir nicht oft genug für deine Arbeit danken.
...fehlt ein vor Verlegenheit dunkeloranges, deswegen das blinkende.
Ich hätte allerdings auch so geantwortet.
Die Wärmemenge, die das Gußteil (Indexzusatz G) abgibt, ist, wenn ich Deine Darstellung mit identischen spez.Wärmen verstanden habe, richtig
fed-Code einblenden
und muß von der Form (Indexzusatz F) aufgenommen werden
fed-Code einblenden
Letzteres ist die einzige Unbekannte, nach der demnach aufgelöst und in die Gleichung für die geschmolzene Schichtdicke eingesetzt werden kann.

Du mußt auf konsistente Temperaturdifferenzbildung achten. Die Ungenauigkeit, die wir begehen, besteht darin, daß wir eine homogene Erwärmung der Form bis an die Schmelzgrenze unterstellen und eine homogene Abkühlung des Gußteils auf 2° unter die Formschmelztemp.

Eine verschwindende Schmelzwärme der Form würde eine andere Herangehensweise erfordern, weil damit keine Gleichgewichts-Kalorik mehr vorliegt, die davon ausgeht, daß sich vor weiterer Temperatursteigerung über den Formschmelzpunkt die gesamte Form erst verflüssigt.

Betrachte deshalb diesen Ansatz als ein "Was-wäre-wenn"-Vorabszenario.

Adieu
 



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haribo
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.8, eingetragen 2019-08-27 21:48


einstein, wenn 8mm schmelztiefe der form herauskämen, was würdest du dann mit dieser angabe machen?

wird sich dann nicht das spritzgut mit der form verbinden, also unbrauchbar werden?
frag ich mich
haribo



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hgseib
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.9, eingetragen 2019-08-27 23:17


Meinen Beitrag bitte nicht beachten!
Dient nur der Allgemeinbildung ;-)

Ich habe 7 Jahre lang Spritzgiesswerkzeige aller Art konstruiert, bei Telenorma in Urberach. Das Werk gibt es nicht mehr, China machte das billiger ...


a) da wird nie irgend etwas berechnet.
b) Kunststoffe sind künstliche Stoffe (chemisch hergestellt: Cracken), die haben keine Aggregatzustände. Folglich schmilzt da auch nichts. Kunststoffe werden erwärmt, bis sie teigig sind (je nach Art 70 .. 200°). Werden sie weiter erwärmt, dann verbrennen sie! Zumindestens ist der Kunststoff dann thermisch geschädigt und somit unbrauchbar.
c) Die teigige Kunststoffmasse ist ein Nichtnewtonsches Fluid.
d) Die Temperatur wird so schnell an das Metallwerkzeug abgegeben (das Werkzeug selbst aus Kunststoff zu machen ist wohl eine Schnappsidee?), das immer die Gefahr besteht, das die Masse die in den Hohlraum reingepresst wird 'einfriert'. An den Wänden wird die Kunststoffmasse schnell fest. Dadurch verringert sich der Kanaldurchschnitt, durch den noch Masse gepresst werden kann. Irgendwann ist der Kanal eingefrohren und mit keinem noch so hohen Druck (normal bis zu 1000 bar) kann noch Material in die Form gepresst werden.

Ist der Pressdruck zu gross, dann wird das Teil zu gross. Umgekehrt können die Wände einfallen (Sichtbare Dellen an den Aussenwänden. Sieht man bei billigen Produkten).
Ist die Temperatur zu gross, dann leidet die Festigkeit. Umgekehrt besteht die Gefahr des einfrierens.
Ist die Kühlung zu wenig, dann dauert es zu lange, bis das Teil unbeschädigt entnommen werden kann. Umgekehrt besteht die Gefahr des einfrierens.

Es gibt Computerprogramme, die via FEM den Füllvorgang simulieren. Diese unterstützen den Teilekonstrukteur, beim optimieren der Form.

mfg

p.s.

Spritzgiesswerkzeug: Kuststoffe. Das Werkzeug wird wärend des Spritzvorgangs gekühlt (Kühlkanäle), die Form zieht sich zusammen und schrumpft auf das Werkzeugunterteil auf, von dem es ausgestossen wird.

Spritzgusswerkzeug: Metalle wie z.B. Zinnzink (die werden dann in der Tat im flüssigen Zustand reingeschossen). Das Werkzeug wird wärend des Spritzvorgangs erwärmt, die Form dehnt sich aus und bleibt am Werkzeugoberteil hängen, von dem es Ausgestossen wird.

An den Teilen sieht man (aber nicht nur) runde Abdrücke, die stammen von den Ausstossern. Andere Markierungen stammen von Schiebern, Backen und Trennstellen.
Runde Abdrücke mit 'etwas' in der Mitte. Hier wurde mittels Heissskanaldüse die Masse reingepresst. Oder (Bastler kennen sowas) die Teile hängen an Stangen, über die das Material  reingepresst wurde. Das sind die Angusskanäle.

p.p.s.
Angusskanäle und Ausschussware können zerstückelt in kleinen Mengen wieder dem Fertigungsprozess zugeführt werden. Aber nicht zu viel !!! Keine Aggregatzustände == kein Einschmelzen == es ist kein Recycling von Kunststoffen möglich. Merkt ihr was?
Bei jedesmal teigig Erwärmen werden Makromoleküle der Kunststoffe gebrochen. Kunststoffe (Termoplaste) bestehen nur aus langen Fäden, die sich verhäddern. Zu viel zu kurze Makromoleküle == kein Zusammenhalt mehr.
Und so viel minderwertiges Füllmaterial für Gartenzwerke und Toilettensitze werden nicht gebraucht. So wird das Zeug verbrannt, in den Meeren verklappt oder als angeblich 'wertvolle' Rohstoffe den armen Ländern aufgedrängt. Sorry, das musste mal raus.


Bitte dazu keine Kommentare schreiben. Sollte das doch passieren, dann soll bitte ein Moderator das abtrennen und verschieben. Danke.


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Die Dinge sind, wie sie sind. Ich beschreibe nur meine Sichtweise.



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Folgende Antworten hat der Fragesteller vermutlich noch nicht gesehen.
Er/sie war noch nicht wieder auf dem Matheplaneten
haribo
Senior Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 25.10.2012
Mitteilungen: 2061
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.10, eingetragen 2019-08-29 17:57


thx hgseib,

mehrmals hintereinander grösser werdende mengen einspritzen, der art dosiert dass sie jeweils die davor gespritzten noch anschmelzen, nicht aber die form

könnte evtl gehen?
haribo



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