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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. - PowerPoint PPT Presentation
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Kunststoffe im
Fahrzeugbau
AllgemeinVerarbeitu
ng
Recycling
Vergleich mit
MetallenHerstellu
ngSchäu
me
Hauptgruppen
Merkmale
Halbzeuge
Verarbeitung
Faserverstärkte Kunststoffe
Aufbau
Grundle-gendes
Gießen
Additive
Anwendungen im
Fahrzeugbau
Elastomere
Duroplaste
Thermoplaste
MindmapSchweiße
n
Polymerisation
Polyaddition
Polykondensation
KunststoffherstellungQuelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
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)
Anwendungen
Schäume
Entstehen von Gasblasen beim Urformen Weicher Kern, geschlossene Oberfläche Vorrangig bei Duroplasten / TPE‘s
Quelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
Additive
Additive sind zusätzliche Bestandteile zur besonderen Eigenschaftsveränderung
z.B. Farbe, Weichmacher, Treibmittel, Faserverstärkung
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
ThermoplasteQuelle: 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
Duroplaste / DuromereQuelle: 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
ElastomereQuelle: Buch: Werkstofftechnik Maschinenbau (Europa Lehrmittel)
Vergleich mit Metallen
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
Quelle: Internet: LINK
Recycling
Verwertung von Kunststoffabfällen LINK
Recyclingquote bei Altautos ca. 75%, davon sind nur 1% Kunststoffe - Rest Metalle
Grund: aufwendige Logistik (Sammeln, Transportieren, Verteilen)
Grundlegendes
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
Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
Spritzgießprozess: Einziehen des Granulates über die Drehbewegung der Schnecke > Plastifizieren des Kunststoffs durch Heizbänder und Reibung > Fördern der 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
Gießen
BILDSpezialverfahr
en
Schaumstoffverarbeitung
Quelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
Spritzgießen - Bild
Sandwich-SpritzgießenBeim 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 (Reaction Injection Molding – RIM) entwickelt. Die wichtigste Klasse der Reaktionskunststoffe sind die Polyurethane (PUR), aber auch Elastomere und Duromere können über dieses Verfahren verarbeitet werden.
SpezialverfahrenQuelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
Ein wichtiges Verfahren in der Fahrzeugindustrie ist das Spritzgießen von Integralschäumen
Thermoplastischer SchaumspritzgussBeim (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.
SchaumstoffverarbeitungQuelle: 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 plastifiziert im Bereich der Fügezone. Es findet also ein Verschweißen durch innere Reibung statt.
SchweißenQuelle: Buch: Martin Bonnet - Kunststoffe in der Ingenieuranwendung
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)
Verarbeitung
Harzinjektionsverfahren
Wickelverfahren
Pultrusionsverfahren
Heißpressen
Film
CFK-Valley
Harzinjektionsverfahren (RTM)
meist flächige Bauteile Trennmittel zwischen Pressform und Matte Matte einlegen schließen des Werkzeuges Evakuieren der Luft Harzinjektion bei gleichzeitiger Entlüftung Aushärten unter Druck und Temperatur Achtung: „fiber washing“ wenig überschüssiger Harz Geringe Investitionskosten für mittelgroße und große Fertigung geringe Taktzeiten
Bild
Quelle: Internet: LINK
Harzinjektionsverfahren (RTM) - Bild
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
Heißpressen von SMC, BMC und Prepregs
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
Wickelverfahren
Bild
Quelle: Internet: LINK
Wickelverfahren - Bild
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)
Pultrusionsverfahren
Bild 1
Bild 2
Quelle: Internet: LINK
Pultrusionsverfahren – Bild 1
Pultrusionsverfahren – Bild 2
Halbzeuge
- 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 Harzvorimprägnierte Matten
BMC: Bulk-Moulding-Compound: SauerkrautartigeMasse mit Fasern
Prepreg: Vorimprägnierte Fasermatten : endlose Fasernmit Harz
GMT: Glasmattenverstärkte ThermoplasteLFT: Langfaserverstärkte Thermoplaste
Quelle: Internet: LINK
Aufbau
Kurze und lange Fasern eingebettet in einer Kunststoff (Matrix).
Fasermaterial: Kohlenstofffaser, Glasfaser, Aramidfaser (Kevlar)
Matrix: Duroplaste, Thermoplaste
Quelle: Internet: LINK