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Kunststoffe im Fahrzeugbau

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Kunststoffe im Fahrzeugbau

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Presentation Transcript

  1. Mindmap Anwendungen im Fahrzeugbau Vergleich mit Metallen Schweißen Schäume Grundle- gendes Herstellung Gießen Allgemein Kunststoffe im Fahrzeugbau Verarbeitung Additive Merkmale Hauptgruppen Faserverstärkte Kunststoffe Elastomere Thermoplaste Aufbau Verarbeitung Duroplaste Recycling Halbzeuge

  2. Kunststoffherstellung Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel) • Polymerisation • Polyaddition • Polykondensation

  3. Anwendungen • Bis auf das Chassis/Stahlkonstruktion ist fast alles beim Kfz aus Kunststoff! • z.B. Sitze, Armaturen, Teile der Außenverkleidung, Inneneinrichtung, Leitungsisolierung… • Besonders wichtig im Fahrzeugbau: • Harze/Lacke/Kleber (Duroplaste) • Verbundwerkstoffe (GfK, CfK) • Schäume (Duroplaste, Thermoplaste)

  4. Schäume Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel) • Entstehen von Gasblasen beim Urformen • Weicher Kern, geschlossene Oberfläche • Vorrangig bei Duroplasten / TPE‘s

  5. Additive Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel) • Additive sind zusätzliche Bestandteile zur besonderen Eigenschaftsveränderung z.B. Farbe, Weichmacher, Treibmittel, Faserverstärkung

  6. Thermoplaste Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel) • Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich unter dem Einfluss von Wärme plastisch verformen lassen. • Organische Molekülketten • Anordnung amorph oder teilkristallin • Thermoplastisch urformbar

  7. Duroplaste / Duromere Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel) • Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. • räumlich engmaschig vernetzte Molekülketten • Zersetzung beim Erwärmen • Hohe Zugfestigkeit, spröde • Aus 2 Komponenten, eine Komponente bildet die Basis, die andere bildet die Zwischenglieder

  8. Elastomere Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel) • weitmaschig vernetzte Molekülketten, jedoch etwas flexibler, da wenige Vernetzungsstellen • Vernetzung und Verhalten beim Erwärmen wie Duroplaste • Hoher E-Modul • Aus 2 Komponenten

  9. Vergleich mit Metallen Quelle: Internet: LINK Vorteile gegenüber Metall • geringe Dichte, gute Geräusch- und Schwingungsdämpfung • elektrische Isolation oder einstellbare Leitfähigkeit • gute chemische Beständigkeit, hohe Designfreiheit • hochproduktive Massenfertigungsverfahren • Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen • sehr gute Korrosionsbeständigkeit, thermische Isolation • anwendungsspezifische Modifikationen möglich Einschränkungen im Vergleich zu Metall • relativ geringe Wärmebeständigkeit, größere Wärmedehnung • niedrigere mechanische Kennwerte, schlechteres Zeitstandverhalten

  10. Recycling • Verwertung von Kunststoffabfällen  LINK • Recyclingquote bei Altautos ca. 75%, davon sind nur 1% Kunststoffe - Rest Metalle • Grund: aufwendige Logistik (Sammeln, Transportieren, Verteilen)

  11. Grundlegendes Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung Grundlegend muss vor der Verarbeitung in einem Formgebenden Verfahren, der Rohkunststoff zu einer verarbeitbaren Kunststoffmasse aufbereitet werden, dabei wird nach den vom Verarbeiter gewünschten Rezepturen gearbeitet. • Thermoplasten: Herstellung eines leicht zu verarbeitenden Granulates • Duromeren und Elastomeren: Aufbereitung der meist flüssigen Reaktionsstoffe

  12. Gießen Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung • Spritzgießprozess: Einziehen des Granulates über die Drehbewegung der Schnecke > Plastifizierendes Kunststoffs durch Heizbänder und Reibung > Fördernder Formasse zur Düse > Dosieren der Einspritzmenge vor der Schneckenspitze (wird axial zurückgedrückt) > Einspritzprozess, durch axiales verschieben der Schnecke zur Düse. Am häufigsten eingesetzte Verarbeitungsverfahren: durch hohe Stückzahlen bei gleichbleibender Qualität, kaum Nachbearbeitung und geringen Werkzeugverschleiß Spezialverfahren BILD Schaumstoffverarbeitung

  13. Spritzgießen - Bild

  14. Spezialverfahren Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung • Sandwich-Spritzgießen Beim Sandwich-Spritzgießen wird in eine äußere Hautkomponente ein umschlossener Kern eingebracht. Die Hautkomponente kann bei einem Sandwich-Aufbau aus einem anderen, zum Material des Kerns kompatiblen Material bestehen oder aus einem gleichen Werkstoff. • Mehrkomponenten-Spritzgießen Beim Mehrkomponenten-Spritzgießen wird ein Formteil aus mehreren Komponenten oder Farben auf einer Maschine hergestellt • Reaktionsspritzgießen Für die Herstellung von Bauteilen aus Reaktionskunststoffen wurde das Reaktionsspritzgießen (ReactionInjectionMolding – RIM) entwickelt. Die wichtigste Klasse der Reaktionskunststoffe sind die Polyurethane (PUR), aber auch Elastomere und Duromere können über dieses Verfahren verarbeitet werden.

  15. Schaumstoffverarbeitung Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung Ein wichtiges Verfahren in der Fahrzeugindustrieist das Spritzgießen von Integralschäumen • Thermoplastischer Schaumspritzguss Beim (TSG) werden treibmittelhaltige Thermoplaste verarbeitet. Durch die so im Werkzeug aufschäumenden Thermoplaste können große Spritzgussteile mit geringer Dichte hergestellt werden, die zumeist aus einer ungeschäumten glatten Oberfläche und einem mehr oder weniger stark geschäumten Kern bestehen.

  16. Schweißen Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung • (nur bei Thermoplastischen Kunststoffen möglich!) • Hochfrequenzschweißen(Türverkleidung, Polsterung) Im elektrischen Wechselfeld werden die Dipole polarer Kunststoffe gezwungen, mit der Frequenz des Wechselfeldes zu schwingen. Die dadurch erzeugte innere Reibung sorgt für ein Aufschmelzen der Kunststoffe • Ultraschallschweißen (teilweise Stoßfänger, Verkleidungsteile im Innenraum) Ein Schallwandler erzeugt mechanische Schwingungen. Durch die hohe mechanische Dämpfung der Kunststoffe entsteht Wärme und der Kunststoff plastifiziertim Bereich der Fügezone. Es findet also ein Verschweißen durch innere Reibung statt.

  17. Merkmale • Beanspruchungsrichtung ist von der Anordnung der Fasern abhängig • Unidirektional wenn die Fasern alle in eine Richtung zeigen. (Endlosfasern) • Bidirektional wenn sich die Fasern kreuzen (Gewebe, Gelege, Geflecht)

  18. Verarbeitung Heißpressen Harzinjektionsverfahren Pultrusionsverfahren Wickelverfahren CFK-Valley Film

  19. Harzinjektionsverfahren (RTM) Quelle: Internet: LINK • meist flächige Bauteile • Trennmittel zwischen Pressform und Matte • Matte einlegen • schließen des Werkzeuges • Evakuieren der Luft • Harzinjektionbei gleichzeitiger Entlüftung • Aushärten unter Druck und Temperatur • Achtung: „fiberwashing“ • wenig überschüssiger Harz • Geringe Investitionskosten • für mittelgroße und große Fertigung • geringe Taktzeiten Bild

  20. Harzinjektionsverfahren (RTM) - Bild

  21. Heißpressen von SMC, BMC und Prepregs Quelle: Internet: LINK • Bei diesem Verfahren sind die Fasern schon mit dem Harz vorimprägniert • Entweder als teigartige Matten (SMC, Prepregs) oder als teigartige Masse (BMC) • Trennmittel zwischen Werkzeugform und Werkstoff erforderlich • Großer Vorteil: Es könne Befestigungselemente in die Pressform eingelegt werden • Nach schließen der Pressform, Aushärtung unter Druck und Temperatur • Zykluszeiten von unter 30 sec. möglich

  22. Wickelverfahren Quelle: Internet: LINK • Harzgetränkte Endlosfasern werden um eine Holkörper gewickelt • Mit Mehrachsmaschinen auch komplizierte Formen möglich • Der benutzte Kern ist entweder wiederverwendbar oder geht verloren, indem er sich auflöst oder im Bauteil verbleibt Bild

  23. Wickelverfahren - Bild

  24. Pultrusionsverfahren Quelle: Internet: LINK • Endlosziehen von Profielen • Fäden werden mit Harz getränkt • In Form gebracht • Gehärtet (bei Duroplasten durch Erwärmung; bei Thermoplasten durch Abkühlen) • Vorschub durch Ziehwerkzeug • 3 m/min bei Duroplasten (durch Heiz- und Härtezeite) • 9 m/min bei Thermoplasten (weil nur abgekühlt werden muss) Bild 1 Bild 2

  25. Pultrusionsverfahren– Bild 1

  26. Pultrusionsverfahren – Bild 2

  27. Halbzeuge Quelle: Internet: LINK - Garne aufgewickelt auf Rollen (Endlosfasern)- Fasermatten ohne Matrix. Als Gewebe, Gelege und Gestrick- Fasermatten mit Matrix. Als Gewebe, Gelege und Gestrick SMC:Sheet-Moulding-Compound: mit Harz vorimprägnierte MattenBMC: Bulk-Moulding-Compound: Sauerkrautartige Masse mit FasernPrepreg: Vorimprägnierte Fasermatten : endlose Fasern mit HarzGMT: Glasmattenverstärkte ThermoplasteLFT: Langfaserverstärkte Thermoplaste

  28. Aufbau Quelle: Internet: LINK • Kurze und lange Fasern eingebettet in einer Kunststoff (Matrix). • Fasermaterial: Kohlenstofffaser, Glasfaser, Aramidfaser (Kevlar) • Matrix: Duroplaste, Thermoplaste

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