Im Laufe der Jahre haben Kunststoffdesigner und -ingenieure zu einfachen, aber leistungsstarken Designoptionen übergegangen. Einzigartig ist das Living Scharnier-Feature. In diesem Dokument möchten wir die wichtigsten Erkenntnisse und Designüberlegungen hervorheben, damit Sie ein lebendes Scharnier einwandfrei implementieren können. Und die Effizienz drastisch verbessern.

In unserem täglichen Leben sehen wir lebende Scharniere vor allem in Konsumgütern wie Flaschenverschlüssen, kompakten Schminkbehältern, Pfefferminzdosen und elektronischen Gehäusen, um nur einige zu nennen. Aber warum brauchen wir sie? Um dies zu rechtfertigen, haben wir die folgenden Gründe.

• Niedrige Herstellungskosten
• Minimaler Verschleiß
• Längere Lebensdauer — langlebig und stabil
• Reduziert Ihre Montagezeit und Ihren Aufwand
• Praktisch zu verwenden

Living Hinge für Spritzguss

Im Laufe der Zeit haben die Ingenieure das Design von Living Scharnier erheblich optimiert. Im Folgenden wird ein grundlegendes Design anhand der wichtigsten Faktoren hervorgehoben.

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Abbildung 1 Die Grundgeometrie eines spritzgegossenen beweglichen Scharniers (Alle Abmessungen sind in mm angegeben) [/caption]

Grundlegende Konstruktionsgeometrie für Living Hinge

Drei wichtige Konstruktionsdetails sorgen für den Erfolg von Living Hinge:

• Die Dicke des Scharniers (A): Die Dicke des Scharniers ist der kritischste Parameter. Sie bestimmt die zum Betrieb erforderliche Kraft und damit das Gefühl des Scharniers. Wenn die Dicke zu gering ist, fühlt sich das Scharnier zu weich an. Andererseits ist ein dickeres Scharnier sehr steif und verkürzt die Lebensdauer.
• Radius an der Außenseite des Scharniers (B): Wenn das Scharnier geschlossen ist, erzeugt es Spannung an der Außenseite und Kompression an der Innenseite des Scharniers. Daher reduziert eine lang gekrümmte Form an der Außenseite die Spannungskonzentration beim Öffnen und Schließen des Scharniers.
• Tiefe der flachen Aussparung (C): Die flache Aussparung im oberen Bereich ermöglicht das Zusammenpassen der beiden Komponenten, indem eine kleine Öffnung für das verformte Scharnier entsteht. Außerdem wird ein starkes Biegen des Scharniers vermieden.

Materialien für lebende Scharniere zum Spritzgießen

Das am häufigsten verwendete Material für das lebende Scharnier ist Polypropylen. Ein gutes Scharnier aus PP kann Millionen von Zyklen aushalten, ohne sich dauerhaft zu verformen. Abgesehen von PP ist Polyethylen weit verbreitet, da es ähnliche Eigenschaften wie Polypropylen hat.

Form für lebendiges Scharnier zum Spritzgießen

• Da die Dicke des Scharniers die Kraft bestimmt, die zur Betätigung des Scharniers erforderlich ist. In den meisten Fällen wird die Dicke nach der ersten Probe geändert, um das richtige Gefühl zu erzielen. Daher ist es immer ratsam, einen sicheren Stahlansatz zu wählen, d. h. eine minimale Dicke und eine maximale Einstichtiefe zu wählen. So kann später die Tiefe der Aussparung reduziert werden, um die Dicke des Scharniers zu erhöhen.
• Standort und Art des Tores spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Gestaltung eines gelungenen Wohnscharniers. Das Tor muss so positioniert werden, dass der geschmolzene Kunststoff senkrecht zu seiner Länge über das Scharnier fließt.
• Die wichtigste Regel beim Spritzgießen ist die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Dicke. Aber bei lebenden Scharnieren haben wir standardmäßig eine dünne Kunststoffschicht, die die beiden Teile verbindet. Dieser Vorgang kann aufgrund des zwischen ihnen entstehenden Differenzdrucks zu einer unvollständigen Füllung der Hohlräume führen. Eine der Methoden, dies zu vermeiden, besteht darin, an beiden Hohlräumen ein separates Tor vorzusehen.
• Bindenähte im Scharnierbereich müssen vermieden werden. Bei mehreren Anschlüssen muss daher darauf geachtet werden, dass Bindenähte an den Scharnieren vermieden werden.

Richtlinien für das Prototyping mit 3D-Druck

Ein lebendes Scharnier für Prototypenbau kann mit 3D-Drucktechnologien wie Fused Deposition Modelling (FDM), Material Jet Fusion (MJF) und Selective Laser Sintering (SLS) hergestellt werden. Im Allgemeinen sind 3D-gedruckte Teile anisotrop (d. h. die Teile werden Schicht für Schicht hergestellt. Daher sind die Festigkeit und die Zyklen, denen die Scharniere standhalten können, im Vergleich zu ihren spritzgegossenen Gegenstücken relativ gering. 3D-gedruckte Scharniere sind jedoch einfacher zu konstruieren und können je nach den Toleranzen des 3D-Druckers, den Sie verwenden möchten, mehrfach verändert und wiederholt werden, bis eine optimale Funktionalität erreicht ist.

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Abbildung 2 Abmessungen eines 3D-gedruckten lebenden FDM-Scharniers [/caption]

Scharniergeometrie

Im Allgemeinen reicht ein dünner Materialstreifen, der die beiden Scharnierteile verbindet, für ein lebendes Scharnier aus. Wenn das Scharnier jedoch mehrmals geöffnet und geschlossen werden muss, ohne zu brechen, kann die folgende Geometrie implementiert werden.

Bauteilgeometrie

Da die Teile anisotrop sind, wird empfohlen, sie so auszurichten, dass die Länge des Scharniers parallel zur Z-Achse der Bauplattform verläuft. Dadurch wird der Querschnitt (Breite des Scharniers) Schicht für Schicht aufgebaut, wie unter Abbildung 3.

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Abbildung 3 Richtige Ausrichtung des Bauteils [/caption] [caption id="attachment_31222" align="aligncenter“ width="263"]

Abbildung 4 Falsche Ausrichtung des Bauteils [/caption]

Materialauswahl

Das empfohlene Material für den Druck von Teilen mit beweglichen Scharnieren ist unten aufgeführt.

Technologie

Material

FDM

Nylon oder TPU

SLS

Nylon 12 oder 11

MJF

Polyamid 12

Abschließende Gedanken

Wir hoffen auf unser Engagement, das umweltfreundlichste Unternehmen weltweit zu werden und unsere Partner dabei zu unterstützen, von der Produktentwicklung bis zur Markteinführung das nachhaltigste Unternehmen zu sein.

Wir hoffen, dieses Whitepaper/Blog hat Ihnen einige Anregungen gegeben, wie Sie mit viel Selbstvertrauen ein richtiges, lebendiges Scharnier entwerfen können. Vor allem sind wir immer für Sie da, um Ihnen bei der Gestaltung und Entwicklung Ihres Produkts in allen Phasen zu helfen. Bitte zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren.

Quelle: Fiktiv, Kunststoffe heute, MIT Living Scharnierdesign, Konstruktion der Maschine, Herstellung von Hubs

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