Energieeffizienz durch die und bei der Kunststoffverarbeitung. - Faserverbundwerkstoffe - Dr. Erich Hacker Ilmenau,

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Frauke Lorenz
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1 Energieeffizienz durch die und bei der Kunststoffverarbeitung - Faserverbundwerkstoffe - Dr. Erich Hacker Ilmenau,

2 Verbundwerkstoffe: Am Anfang war ein Gärtner. Joseph Monier

3 Was sind faserverstärkte Kunststoffe? Kurzfaserverstärkte Kunststoffe Faserlänge: < 5 mm Langfaserverstärkte Kunststoffe Faserlänge: < 50 mm Endlosfaserverstärkte Kunststoffe Faserlänge: > 50 mm

4 Was sind faserverstärkte Kunststoffe? Faser sehr gute mechanische Eigenschaften in Faserrichtung Matrix geringe mechanische Eigenschaften richtungsunabhängig Faserverbundwerkstoff gute mechanische Eigenschaften richtungsabhängig

5 Warum faserverstärkte Kunststoffe? Paradoxon der Verbundwerkstoffe Ein Verbundwerkstoff kann als Ganzes Spannungen aufnehmen, die die schwächere Komponente zerbrechen würde, während von der stärkeren Komponente im Verbund ein höherer Anteil seiner theoretischen Festigkeit übernommen werden kann, als wenn sie alleine belastet würde (G. Slayter)

6 Fasermaterialien Werkstoff Zugfestigkeit R m [GPa] Elastizitätsmodul E [GPa] Dichte ρ [g/cm 3 ] Reißlänge [km] Spezifischer Elastizitätsmodul [km] Stahl 2,8 210 ~ 7, Aluminium 2,8 70 ~ 2, Kohlenstofffaser 2,3 6, ,75 2, * Glasfaser 3,5 4, ~ 2, Aramidfaser * 2,9 3, , Dyneemafaser (PE) * 2,6 3, , Flachsfaser 0,4 0,85 bis 45 ~ 1, bis Ramiefaser 0,6 1,05 bis 30 ~ 1, bis * anisotrop

Eigenschaften von FVW 120 spezifische Festigkeit [km] 100 80 60 40 20 0 GFK NVK Ti Al Thermoplaste St AFK CFK-HT Steifigkeit ist definiert durch 0

7 Eigenschaften von FVW 120 spezifische Festigkeit [km] GFK NVK Ti Al Thermoplaste St AFK CFK-HT Steifigkeit ist definiert durch 0 (unidirektional) 0 /90 (bidirektional) 0 /±45 /90 (quasi isotrop) CFK-HM spezifische Steifigkeit [km]

8 genschaften von CFK 800% 700% 600% Stahl Aluminium CFK 500% 400% 300% 200% 100%

vollständig aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff 125 Mio.

9 rreiter für CFK-Verbundwerkstoffe: ugzeuge Boing 787 Dreamliner 50% aus Faserverbundwerkstoffen f: vollständig aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff 125 Mio. USD arkeit: von 30/40 erhöht auf 70/80 Jahre nhülle steifer: größere Fenster

10 wendungen Boing 787 Dreamliner

11 wendungen Airbus A 380

12 Anzahl der Passagiere: Rumpf: vollständig aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen Strukturgewicht: 52% Verbundwerkstoffe, 20% Al-Li, 14% Titan, 7% Stahl Flügel: Kohlefaserverbundwerkstoffe reduzieren Gewicht um 5Tonnen bei größerer Steifigkeit und höherem Auftrieb Triebwerke: 2% sparsamer als B 787 und 25% effizienter als B 777 Betriebskosten: 20% weniger als Konkurrenzprodukte Treibstoffverbrauch: 3 l pro Passagier auf 100 km Neue Lichttechnik größer und komfortabler als der Dreamliner r Durchbruch soll mit dem A 350 XWB kommen e Antwort auf den Dreamliner - der Weg zu einem uen Flugzeug :

13 350 XWB neue Fertigungstechnologien

serverbundwerkstoffe erschließen weitere wendungsbereiche chienenfahrzeuge lasfaserverstärkter Beton ohlefaserverstärkte Brückenelemente FK-Pionierbrücken

14 serverbundwerkstoffe erschließen weitere wendungsbereiche chienenfahrzeuge lasfaserverstärkter Beton ohlefaserverstärkte Brückenelemente FK-Pionierbrücken 21,6 m, 4,4 t FK-Teile für Ölplattformen FK/CFK-Rotorblätter für Windkraftanlagen aschinenbau oboterarme chsen für Positioniersysteme.es gibt noch viele neue

15 wendungen - Schienenfahrzeugbau Motivation: Leichtbau Designfreiheit Kosteneffizienz Besondere Anforderungen bestehen im Bereich des Brandschutzes (BS 6853, EN 45545): Phenolharze als intrinsisch flammen-hemmende Kunststoffe als Matrixmaterial

16 wendungen - Windkraftanlagen r als die Hälfte der weltweiten EPuktion wird heute für Rotorblätter endet!!! Flügelfertigung bei SINOI Nordhausen Rotorblätter: GF(MAG)-EP mit CF-Holmen,

17 wendungen - Maschinenbau Laserstrahlführungssystem mit gewickelten Strahlführungsrohren aus CFK [Krempel] Positioniersystem von JAT Zahnriemenachse aus CFK Barren für Textilmaschinen [LIBA/Schmuhl] Hochsteife und thermostabile CFK-Träger an einer optischen 3D-Präzisions- Messmaschine [Breuckmann]

18 hlefaser-verbundwerkstoffe im Automobilbau: mmen sie in Serie? rasses Spannungsfeld: unsch, das Leichtbaupotenzial über die bisher eingesetzten eichtmetalle und GFK hinaus zu erhöhen vs. Kosten für den CFK insatz ohstoffpreise und arbeitszeitintensive Technologien erschweren erienfertigung ur Zeit nur als Karosserie- und Innerverkleidungselementen in uxuswagen elten bei Serien von einigen 1000 Fahrzeugen/a rend geht in Volumenanwendungen BMW ist führend

19 ue Dimension im Automobilleichtbau

20 trumententafel des neuen BMW 7er

21 K-Dach des aktuellen BMW M3, ausgeführt im chdruck-injektionsverfahren RTM esin Transfer Moulding)

Nähtechnik hneiden eines genähten forms aus vorkompaktiertem legehalbzeug

22 llig veränderte Fertigungtechnologien: nähen, flechten, stricken.backe, backe Auto rstellung einer CFK-Linearachse unter Einsatz der Nähtechnik hneiden eines genähten forms aus vorkompaktiertem legehalbzeug Einlegen der Tailored Reinforcements in das mit Montageeinsätzen versehene LCM-Werkzeug

hergestellt werden, speichern Erdgas oder Wasserstoff für alternative

23 serverbundwerkstoffe erschließen sich im utomobil auch den Bereich der Aggregate Leichte CFK-Druckbehälter, die im Wickelverfahren mit Polyamid hergestellt werden, speichern Erdgas oder Wasserstoff für alternative Kfz-Antriebe (Foto: Comat GmbH) eramik-faserverbundwerkstoffe für remsscheiben C-SiC Foto: Porsche)

24 rspektiven für Faserverbundwerkstoffe Der Leichtbau (nicht nur, aber auch mit FVW) gewinnt aus ökonomischen, ökologischen und funktionalen Gründen immer mehr an Bedeutung Nachhaltigkeit, Energie- und Ressourcenschonung Leichtbau mit FVW als Grundlage für neue Technologien z. B. Elektromobilität, erneuerbare Energien

25 ielen Dank r Ihre Aufmerksamkeit!

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