Kunststoffverarbeitung - Bildungsportal Sachsen
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Mehrkomponenten M hk t Kunststoffverarbeitung Vorlesung g 10 Hybridbauweisen Dipl.-Ing. Marcel Meyer Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 Einführung und Organisatorisches Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 2 Einführung und Organisatorisches Zeitplan – Vorlesung (Donnerstag, 9:15 – 10:45 Uhr, Raum 2/W034) Änderungen vorbehalten!!! • • • • • Grundlagen endlosfaserverstärkte Bauteile im Spritzguss Organoblechverarbeitung Prozessbedingungen und -ablauf ablauf Maschinen- und Anlagentechnik Verbindung Metall-Kunststoff Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 3 Einführung und Organisatorisches Zeitplan – Übung (Freitag, gerade Woche, 9:15 – 10:45 Uhr, Raum 2/W034, Halle MTC oder Halle S) Änderungen vorbehalten!!! Prozessgestaltung und -auslegung für konkrete Bauteilkonzepte unter Nutzung N endlosfaserverstärkter dl f ä k thermoplastischer h l i h Halbzeuge H lb im Spritzguss Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 4 Einleitung Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 5 Gliederung Motivation: Leichtbau im globalen Wettbewerb Fertigungsverfahren: Duroplastische und Thermoplastische FKV Thermoplastische Halbzeuge Herstellungsprozess zu thermoplastischen Halbzeugen Verarbeitungsprozess und zugehörige Anlagentechnik Anwendungsbeispiele Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 6 Motivation: Leichtbau im globalen Wettbewerb Probleme Steigende Energie‐ und Rohstoffpreise Klimawandel durch Treibhauseffekt/ Erderwärmung Masseneffizienz Energieeinsparung Energieeinsparung CO2‐Reduktion Forderungen Zusammenhänge Emech= f(m, g, v,…) Lösungsansätze Materialleichtbau Strukturleichtbau Systemleichtbau Integrative Leichtbautechnologien Integrative Leichtbautechnologien Kosten! Kosten! Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 7 Verfahrensgegenüberstellung Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 8 Fertigungsverfahren: Duroplastische FKV hoher Anteil manueller Arbeiten im Fertigungsprozess für Hochleistungs-FKV-Bauteile -> hohe Fertigungskosten und Qualitätsmängel das größte Einsparpotential bietet der Preforming-Prozess Ablösung häufig manueller Fertigungsabläufe durch Automatisierung wirtschaftliche Fertigungsverfahren für kleine bis mittlere Stückzahlen Halbzeuge Zuschnitt Lagenaufbau RTM Endbearbeitung 20% 5% Fasern + Gewebe/ Gelege Herstellung 25% 50% Kostenanteile für die Prozessschritte bei der Bauteilfertigung (Quelle: VW, SGL) Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 9 Fertigungsverfahren: Thermoplastische FKV Kurze Zykluszeit vollständige Automatisierbarkeit wirtschaftliche Fertigungsverfahren für mittlere bis große Stückzahlen Zuschnitt (Lagenaufbau) Thermoformen Quelle: Handbuch Verbundwerkstoffe Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 10 Gegenüberstellung von FKV-Fertigungsverfahren Quelle: Volkswagen AG – Konzernforschung Werkstoffe und Fertigungsverfahren Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 11 Zielsetzung thermoplastischer FKV-Fertigungsverfahren Zielsetzung der Faserverbundtechnologien mit thermoplastischer Matrix: Entwicklung automatisierbarer, kostengünstiger Herstellungsprozesse kurze Zykluszeiten g von p preisgünstigen, g g , endlosfaserverstärkten,, thermoplastischen p Verwendung Halbzeugen Forderungen: Reduzierung der Bauteilmasse bei kostenneutralen oder niedrigeren Fertigungskosten Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 12 Thermoplastische Halbzeuge Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 13 Thermoplastische Halbzeuge – Übersicht/Einteilung Quelle: Wilde, D.: Thermoplaste mit gestrickten Verstärkungsstrukturen; Dissertation an der TU Clausthal, 2003 Grundlagen und weiterführende Darstellung in den Vorlesungsreihen „Textile Verstärkungsstrukturen Hochleistungsbauteile Verstärkungsstrukturen“ und „Textilverstärkte Textilverstärkte Hochleistungsbauteile“ Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 14 Thermoplastische Halbzeuge Gelege: undirektional Gewebe: Köperbdg. Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll bidirektional Leinwandbdg. 15.12.2016 quasiisoptrop Atlasbdg. 15 Thermoplastische Halbzeuge – Hersteller/Lieferanten Tepex (Bond Laminates / Lanxess) vollimprägniertes Gewebe (Plattenform) Matrixsysteme: PP, PA, TPU, PPS,… Faserverstärkung: Glas, Kohle, Aramid Quelle: Q Tepex Prod duktbroschüre 2011 Fasergehalt: 35-70 vol% Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 16 Thermoplastische Halbzeuge – Hersteller/Lieferanten Plytron (Elekon) vollimprägniertes UD-Band Matrixsysteme: PP Faserverstärkung: Glas Quelle: Eleko on AG Fasergehalt: 35 vol% Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 17 Thermoplastische Halbzeuge – Hersteller/Lieferanten Ce-Preg (Cetex) vorimprägnierte Rovings (UD-Band) Matrixsysteme: PP, PE, PA Faserverstärkung: Glas, Kohle, Aramid, Keramik, Basalt Quelle: Ce-Preg Th Q hemoplastisches Prrepreg Broschüre 2 2011 Fasergehalt: 50-70 m% Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 18 Thermoplastische Halbzeuge – Hersteller/Lieferanten Twintex (Owens Corning) Hybridgewebe: PP-/ Glasfilamente Fasergehalt: 35 vol% Quelle: www.fiberglassindustries.com, 2012 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 19 Thermoplastische Halbzeuge – Hersteller/Lieferanten Celstran CFT (Ticona) vollimprägniertes UD-Band Matrixsysteme: PP, PA, PEEK, POM,… Faserverstärkung: Glas, Kohle, Aramid, Stahl Fasergehalt: ca. 40 vol% Quelle: Ticona Produktbroschüre: Celstran 2012 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 20 Thermoplastische Halbzeuge Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 21 Herstellung thermoplastischer Halbzeuge Quelle: Diss. Henninger „Beitrag zur Entwicklung neuartiger Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen aus kontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten“ Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 22 Halbzeugherstellung: Doppelbandpresse Kontinuierliche Herstellung von Plattenmaterial aus Einzelschichten (voll- und semikonsolidiertes Schichtmaterial möglich) zur Herstellung von UD UD-Folien Folien und Organoblechen (1) Zuführung des Materials (Fasern und Matrix -> z.B. als Folie), (2) Vorwärmen, (3) Konsolidieren Konsolidieren, (4) Kühlen Kühlen,(5) (5) Konfektionieren Faser- und Matrixzuführung Konfektionierung Quelle: Thermofix-Broschüre, Schilling-Knobel GmbH 2012 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 23 Halbzeugherstellung : Filmstacking Paket aus Thermoplastfolien und trockenem Verstärkungshalbzeug (UD, Gewebe) Erwärmung der Thermoplastfolie über die Schmelztemperatur p für g guten Verbund sein)) ((Schlichte der Fasern und Folie sollten kompatibel geeignet für Kleinserien nachgeschalteter Prozess: Pressen des Pakets unter Druck (und Vakuum) zu Halbzeugen Anpassen des Laminataufbaus an spezielle Anforderungen möglich Materialvielfalt -> > maßgeschneiderte Eigenschaften Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 24 Halbzeugherstellung : Pulverimprägnierung Herstellung der Prepregs über einen Pulverstreuprozess (1) Granulat- und Faserzuführung, (2) Aufschmelzen, (3) Imprägnieren unter Druck, (4) Abkühlen, (5) Konfektionierung Faser- und Matrixzuführung Quelle: Firmenbroschüre, Maschinenfabrik Herbert Meyer GmbH 2012 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 25 Halbzeugherstellung : Imprägnierrad hochwertige Schmelzeimprägnierung von Faserrovings mit beachtlicher Imprägniergeschwindigkeit Verfahren beruht auf dem Prinzip der homogenen Matrixpenetration bei der Durchflutung zweier permeabler Medien, die aufeinander liegen das aufgespreizte Faserbündel wird über ein seitlich eingefasstes Sintermetallrad mit erheblich niedrigerer Permeabilität als das Faserbündel gezogen, durch das von gefördert wird konstante Fließfront in radialer Richtung g innen die Matrix g Quelle: Lutz, A.; Friedrich, K.: Das Imprägnierradverfahren Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 26 Halbzeugherstellung : Schmelzeimprägnierung chemisch oder mechanisch gebundene Faserhalbzeuge werden mit Polymerschmelze getränkt Schmelzezuführung über Breitschlitzdüse aus dem Extruder Imprägnieren/Konsolidieren erfolgt in der nachgeschalteten Doppelbandpresse Quelle: Handbuch Verbundwerkstoffe Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 27 Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 28 Herstellungsprozess: Tapelegen Herstellung Halbzeugen oder Bauteilen Ablegen einzelner Tapes mit Legekopf und Konsolidierungsrolle Jede Faserlage wird aus Einzelbahnen aufgebaut große Flexibilität belastungsoptimierte und ondulationsfreie Faserausrichtung erzielbare i lb F Faservolumengehalte l h lt über 60% hoher Delaminationswiderstand vollautomatisierbarer Prozess Prozessparameter: Druck, Temperatur, Legegeschwindigkeit Quelle: Herstellung von belastungsoptimierten UD-endlosfaserverstärkten Thermoplast-Bauteilen (Fraunhofer IPT) Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 29 Herstellungsprozess FKV: Wickelverfahren Ablegen einzelner Tapes, Rovings, Bänder etc. auf einem Wickelkern Aufheizung g mittels Brenner,, Infrarotheizung, g, Laser,, Mikrowellen (ggf. Kern beheizt) belastungoptimiertes Ablegen der Fasern (begrenzter Faserwinkelbereich) abfallfreie Fertigung ebene Flächen schlecht herstellbar automatisierbarer Prozess Prozessparameter: Temperatur, Wickelgeschwindigkeit Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 30 Herstellungsprozess FKV: Pressen flächige Bauteile ohne Hinterschnitte Endformgebung des Bauteils durch Werkzeug Herstellung der guter Oberflächenqualität Konsolidierung und Imprägnierung Beschnitt, Beschnitt Einbringung von Durchbrüchen Prozessparameter: Werkzeug-Temperatur, Pressdruck, Haltezeit Quelle: Textile Werkstoffe für den Leichtbau Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 31 Spritzguss – Verarbeitungsprozess FKV: integriert (one-shot) Halbzeugverarbeitung Spritzgießen Herstellung der Preform Umformen + Konsolidieren Funktionselemente Rippen, Dome Randabschluss Bauteilversteifung … Spritzguss Umsetzung in einem Verarbeitungszyklus im geschlossenen Werkzeug Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 32 Anlagentechnik: Vertikalmaschine Verkettung der Einzelprozesse Pressen und Spritzgießen Unterscheidung nach Hubbewegung der Schließeinheit: horizontal oder vertikal Horizontalmaschine Vertikalmaschine Quelle: http://www.maplan.at/de/produkte/horizontmasch.php Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll Quelle: http://www.maplan.at/de/produkte/verttop.php 15.12.2016 33 Spritzguss – Verarbeitungsprozess FKV: mehrstufig Halbzeugverarbeitung Spritzgießen Herstellung der Preform Umformen + Konsolidieren Funktionselemente Rippen, Dome Randabschluss Bauteilversteifung … Spritzguss Umsetzung in Prozessstufen Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 34 Anlagentechnik: komplexe Fertigungszelle Fertigungsanlage für textilverstärkte, thermoplastische Hybridstrukturen auf Basis der Spritzgießtechnologie Plastifiziereinheit 2 2, 150 cm³ Schussvolumen Plastifiziereinheit 1, 800 cm³ Schussvolumen Vorwärmstation (IR-Strahler/Heißluft) Schließeinheit 2, 400 t Schließkraft Schließeinheit 1, Presse, 100 t Schließkraft Rundtakteinheit Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 35 Verarbeitungsprozess Prozesskette zur Bauteilherstellung Schneidstation Lege- und Fixierstation Halbzeug (Organoblech) Handlingsysteme Vorwärmmodul Presswerkzeug Spritzgusswerkzeug Demonstratorbauteil Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 36 Problemfelder Verarbeitungsprozess / Prozesskette Zuschnitt AbfallRecycling Aufheizen Spritzgießen Handling Umformen Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 37 Verarbeitungsprozess: Problemfeld „Zuschnitt“ Zuschnittverfahren Bearbeitungsdauer Werkzeug-Standzeit (Verschleiß) Wasserstrahldüse Zerstörung der Faser Wasserstrahlschneiden Abfallminimierung / mechanische Trennen Zuschnittoptimierung (Säge Scherschneiden) (Säge, Abfall-Recycling Laserstrahlschneiden Zuschnitt-Werkzeug Quelle: Dr. A. Bergner, Vorlesung „Faserverbundkonstruktion – Kapitel 2 Textile Halbzeuge/Hybridwerkstoffe“ Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 38 Verarbeitungsprozess: Problemfeld „Aufheizen“ Aufheizkonzept Kontaktheizung Aufheizdauer Flamme Material-Degeneration IR-Heizung Halbzeug-Formstabilität Laserschnall Feuchtigkeit Umluftofen Quelle: Dr. Dr A. A Bergner, Bergner Vorlesung „Faserverbundkonstruktion Faserverbundkonstruktion – Kapitel 2 Textile Halbzeuge/Hybridwerkstoffe Halbzeuge/Hybridwerkstoffe“ Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 39 Verarbeitungsprozess: Problemfeld „Handling“ Arten von Greifgütern: festes Material poröses Material Bi Biegeschlafes hl f M Material t i l Aufgewärmtes/klebriges Material Sauggreifer Einlegeprozess Gefriergreifer Klettgreifer Klemmgreifer Greifgut Abkühlung Positionierung / Fixierung Anhaftung Aufnehmen / Ablegen Manipulatoren Vakuumgreifer Ultraschallgreifer Nadelreifer Bauteilentnahme Entformung aus der Kavität Auswerferposition und -gemoetrie gemoetrie Abtrennen des Anguss Werkzeug-Freiraum Abstreifer Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 40 Verarbeitungsprozess: Problemfeld „Umformen“ Einflüsse bei der Drapierung Druckverteilung im Werkzeug Scherung: Haftungsproblematik Werkzeug-Temperierung Pressspaltgeometrie Werkzeugauslegung Streckung: „Umformung“ Abbildung der Geometrie Faltenbildung: Werkzeugbeschichtung Elastische Faserdehnung: Niederhalter/Fixierung Einbringung von Fasergleiten: Funktionselementen Lagenverschiebung Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll Gleiten: 15.12.2016 41 Verarbeitungsprozess: Problemfeld „Umformen“ Definition: Drapierung ist die Formänderung von zweidimensionalen Textilien durch Einwirkung von äußeren Kräften oder Scherkräften bei Anpassung an eine vorgegebene dreidimensionale Geometrie (Werkzeugform). Einflüsse bei der Drapierung Scherung: „Trellis Effekt“ – Durch Scherung werden die Winkel zwischen den Faserrichtungen verändert. Gewebe, Geflechte, Gelege Streckung: Faserkrümmung (Ondulation) ändert sich unter Zugbeanspruchung Gewebe, (Kettengewirke) lokale Schubbeanspruchung Gewebe, Gelege Faltenbildung: Elastische Faserdehnung: g Faserelastizität (trifft auf Verstärkungsfasern nicht zu) Fasergleiten: Verschiebung gegeneinander(Schlupf) Gewebe, Geflechte, Gelege Gleiten: Gleiten von Faserlagen bzw bzw. Filamenten zueinander Gelege, Gelege alle 3D Strukturen Quelle: Dr. A. Bergner, Vorlesung „Faserverbundkonstruktion – Kapitel 2 Textile Halbzeuge/Hybridwerkstoffe“ Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 42 Verarbeitungsprozess: Problemfeld „Spritzgießen“ Formfüllung (Angusspunkt) Einbringung von Inserts Korrelation Einspritzpunkt – Einlegerposition Generierung von Funktionselementen Anbindung Spritzgießmaterial an Einleger Werkzeugauslegung „Spritzgießen“ Werkzeug-Temperierung Faserausrichtung Werkzeugbeschichtung Niederhalter Schieber (Generierung von Funktionselementen) Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 43 Verarbeitungsprozess: Problemfeld „Beschnitt/Abfall“ Beschnitt im/außerhalb Werkzeug Schneidprinzip außerhalb: Wasser-/Laserstrahlbeschnitt Schneidprinzip innerhalb: Stanzrahmen Standzeit der Schneidwerkzeuge: Beschichtung der Schneidwerkzeuge Abfallentfernung -> Beschnittminimierung Recycling -> Spritzguss Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 44 Anwendungsbeispiele: Lenkstockhalter Tepex dynalite (PA-GF) Organoblech (vier Lagen Köpergewebe), PA6-Matrix, gespritzte Rippen (PA6 GF30) Hergestellt im In-Mould-Forming (IMF) Ablauf: Übergabe (von Linearroboter zu Knickarmroboter), Aufheizen (mittels IR), Vorformen, Umformen (durch Schließen des Spritzgießwerkzeuges), Hinterspritzen und Beschneiden (mit CO2-Laser) Laser) Quelle: Kunststoffe 3/2011: Leichtbauteile mit Thermoplast-Matrix Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll Quelle: Siebenwurst-Newsletter 1/2011 15.12.2016 45 Anwendungsbeispiele Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 46 Anwendungsbeispiele: Seitenaufprallschutz Abfallfreie Fertigung PA-GF, 47 vol% 20% Masseeinsparung Nacharbeitungsfrei FiberForm-Fertigungszelle zum Umspritzen von Organoblechen mit Linearhandling Quelle: Kunststoffe 3/2011: Leichtbauteile mit Thermoplast-Matrix Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 47 Anwendungsbeispiele: Seitenaufprallschutz Herstellung „One Shot“-Verfahren Vertikale Spritzgussmaschine Linearhandling mit Greifsystem für Bauteilzuführung und -entnahme IR-Heizstation Quelle: Kunststoffe 3/2011: Leichtbauteile mit Thermoplast-Matrix Quelle: KraussMaffei 2012 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 48 Anwendungsbeispiele: Stoßfängerträger GF-PA6 -> Tepex Dynalite, Gewebe Thermoformen mit Spritzguss Masse: 4,0kg Masseeinsparung: 7kg (63%) Quelle: Komplexe Bauteile aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen großserientauglich herstellen, Bond Laminates 2010 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 49 Anwendungsbeispiele: Sitzschale weltweit erste Autositzschale eines Serienfahrzeugs in dieser Bauweise Kombination zwei verschiedener PA-Typen im Verbund Masseeinsparung: 45 Prozent Inmould Inmould-Verfahren: Verfahren: Organoblech wird im Spritzgießwerkzeug umgeformt, fixiert und überspritzt Quelle: VDI-Konferenz: Sitzschale des Opel p Astra OPC - Erstes Serienbauteil mit endlosfaser-verstärktem Composite aus Ultramid Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 50 Anwendungsbeispiele: Pedal 50 % Gewichtseinsparung durch den kombinierten Einsatz von Organoblech und Spritzguss I Inmould-Verfahren ld V f h Masse: 355g hohe Sicherheitsanforderungen Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 51 Anwendungsbeispiele: Helme Militärhelm AF-PA -> Tepex Anti-ballistic Kajakhelme aus CF-AF-TPU Quelle: Bond Laminates, 2012 Quelle: Prijon-Website, 2012 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 52 Anwendungsbeispiele: Sportschuh Hybrid-Sohle in CfK/TPU mit angespritzten Stollen Masse: 200g Spieler spürt keinen Stollendruck (Ergonomie) Quelle: Komplexe Bauteile aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen großserientauglich herstellen, Bond Laminates 2010 Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 53 Anwendungsbeispiel: Trittbrett Faser textile 2D-Strukturen Gelege Thermoplast Thermoplastische FKV-Halbzeuge Gewebe Glas PP Kohlenstoff unidirektional Leinwand PA Aramid PPS Basalt … bidirektional … Köper UD-Tapes, Organobleche quasiisotrop Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll Atlas 15.12.2016 54 Anwendungsbeispiel: Trittbrett Bauteil 3D umgeformtes Organoblech 3D-umgeformtes Tepex® dynalite PA6 + GF 4 mm Dicke Gewebe mit Köperbindung Im Spritzguss angeformte Verstärkungsstruktur PA6 + 30% Kurzglasfasern Im Spritzguss aufgebrachte Weichkomponente TPE (PA optimiert) Quelle: www.setra.de Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 55 Anwendungsbeispiel: Trittbrett Spritzgießsimulation als Hilfsmittel zur Bauteilentwicklung und Werkzeugkonstruktion Bindenähte Füllverhalten Einspritzdruck p Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 56 Anwendungsbeispiel: Trittbrett Fertigung Formgebung Erwärmung Spritzgießen 1 Spritzgießen 2 Vereinzelung Zuschnitt Ablegen Textiles Halbzeug Textilverstärktes Bauteil Handling Organoblech Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 57 Anwendungsbeispiel: Trittbrett Anlagentechnik Werkzeugseite 2 Wendeplatte Werkzeugseite 1 Spritzgusswerkzeuge Handling Heizstation Halbzeugbereitstellung MehrkomponentenWendeplattenmaschine KM200/700/520 CZ WEN Ablage Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 58 Anwendungsbeispiel: Trittbrett Fertigung ( (Video) ) Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 59 Ausblick Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 60 Ausblick: Übung Termin: 16.12.2016 Verarbeitungsprozesse Detailbetrachtung Bauteilentwicklung/-konzipierung Werkzeugtechnische Anforderungen Gruppenarbeit Schneidstation Lege- und Fixierstation Halbzeug (Organoblech) Handlingsysteme Vorwärmmodul Presswerkzeug Spritzgusswerkzeug Demonstratorbauteil Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. L. Kroll 15.12.2016 61
