Hochleistungsfaserverbunde in der Großserie

Transkript

1 Hochleistungsfaserverbunde in der Großserie It works - let s do it Präzisions-Kunststofftechnik Precision Plastics Technology Formenbau Tool Making Entwicklung Development & Engineering Baugruppenmontage Subassemblies

2 Inhaltsverzeichnis 1. Vorstellung Fa. Oechsler 2. Megatrends als Innovationsmotor 3. Duroplast oder Thermoplast? 4. Ein Abriss der Organoblech-Historie Herstellung, Verarbeitung, Kombinationsverfahren, Demonstratoren & Serienanwendungen 5. Zusammenfassung und Ausblick 2

3 1 Wer ist Oechsler? 3

4 Daten & Fakten Standorte: OECHSLER AG Deutschland - Ansbach (Zentrale), Weißenburg OECHSLER Ceramics GmbH Deutschland - Küps OECHSLER Plastic Products (Taicang) Co., Ltd. China Suzhou OECHSLER Plastic Products Co., Ltd. OECHSLER Asia Holdings Private Limited Singapur OECHSLER Romania Rumänien OECHSLER S.A. de C.V., Querétaro Mexiko (im Aufbau) Geschäftszweck: Gründung: Umsatz 2011: Hauptkunden: Personal: Vorstand: Hersteller / Lieferant von Hightech Kunststoffprodukten 1864 von Matthias Oechsler ca. 226 Mio. (Vorjahr: ca. 158 Mio.) RIM, TRW, Hella, Bosch, adidas, 3M ca Mitarbeiter insgesamt (Stand: Sept. 2011) Christoph Faßhauer (COO), Dr. Claudius Kozlik (CEO), Michael Meyer (CFO), Dr. Marco Wacker (CTO) OECHSLER Firmenpräsentation 4

5 OECHSLER International OECHSLER AG, Deutschland Ansbach, Weißenburg, Küps OECHLSER China Taicang, Suzhou OECHSLER Mexico Querétaro OECHSLER Romania Lipova OECHSLER Asia Holdings Singapur OECHSLER Firmenpräsentation 5

6 Unternehmensprofil Entwicklung Konstruktion Technologien Verfahren Fertigung Montage Internationale Präsenz vom 1. Entwurf bis zum fertigen Gesamtkonzept Standard- und Sonderverfahren von technischen Teilen und komplexen Baugruppen in Osteuropa und Asien Formenbau Mehr-K-Technik Antriebstechnik Stanzgittertechnik Keramikspritzguss Inserttechnik IMD Deutschland Rumänien China OECHSLER bietet als One-stop-shop maßgeschneiderte Lösungen mit Kunststoff für Hightech Produkte verschiedenster Branchen. OECHSLER Firmenpräsentation 6

7 Beispielhafte Oechsler Produkte 7

8 Beispielhafte Oechsler Produkte 8

9 2 Megatrends als Innovationsmotor 9

10 Megatrends als Innovationsmotor Quelle: 10

11 MEGATREND Individualisierung Sportbereich Kommunikationsbereich Automobilbereich Individualisierung Vom Massenmarkt zum Mikromarkt 11

12 Einheiten/Modellvarianten Herausforderung: sinkende Investitionskosten durch sinkende Stückzahlen VW Käfer VW Golf II VW Jetta VW Golf I VW Golf Cabrio New Beetle Gesamtanzahl Varianten Seat Altea VW Golf V Audi TT VW Bora VW Touran Seat Ibiza Audi A3 VW Caddy Scoda Octavia Seat Leon Anzahl pro Modell Wachsende Anforderungen: Flexibilität in Anzahl und Modellvielfalt Kürzere Amortisationszeiten Geringere Investitionskosten Neue Materialien & Fertigungskonzepte Quelle: Dr. Goede Intelligenter Leichtbau, Fortschritte im Automobil-Leichtbau,

13 MEGATRENDS Quelle: 13

14 MEGATREND Mobilität & Ressourcenschonung Konventionelle Antriebe Hybride Antriebe Energieeffizienz & Ressourcenschonung Downsizing, Elektrifizierung Bionik & neue Mobilität Alternative Antriebe 14

15 Quelle:: Goede, M.: Intelligenter Leichtbau Mehr als die Summe der Einzellösungen 5. Fachtagung Fortschritte im Automobil Leichtbau, Wolfsburg, Gewichtsentwicklung VW Golf Produktionsjahr 15 Gewicht [%]

16 Quelle:: Goede, M.: Intelligenter Leichtbau Mehr als die Summe der Einzellösungen 5. Fachtagung Fortschritte im Automobil Leichtbau, Wolfsburg, Gewichtsentwicklung VW Golf Produktionsjahr 16 Gewicht [%] Gründe für Gewichtsanstieg

17 Werkstoff-Leichtbaupotential: Alternative Werkstoffe für Karosserieanbauteile Stahl Höherfeste Stähle Stahl-Leichtbautüren Außenhäute 0,75 mm dick Aluminium GFK CFK -10% -30% -9% Quelle: Dr. M. Sautter, Kunststoffkarosserie 2004, SKZ,

18 Werkstoff-Leichtbaupotential: Alternative Werkstoffe für die Karosseriestruktur Stahl Höherfeste Stähle + optimierte Struktur Höherfeste Aluminium austenitische GFK Stähle optimierte Struktur CFK -5% -15% -25% -10% -25% Quelle: Dr. M. Sautter, Kunststoffkarosserie 2004, SKZ,

19 3 Duroplast oder Thermoplast? 19

20 Leichtbau und Sicherheit vereinbar? 2000 Nick Heidfeld und Jean Alesi Crashed into each other on the Austrian Grand Prix Martin Brundle hit 1996 the wall in Melbourne. Car torn into 2 parts. Martin Brundle left the car with nearly no injury. 20

21 Aktuelle Leichtbau-Kleinserien-Strukturen: Mercedes McLaren SLR Mercedes McLaren SLR 1724 kg RTM Thermoset Part 500 units per year 21

22 Aktuelle Leichtbau-Kleinserien-Strukturen: Porsche Carrera GT Porsche Carrera GT 1380 kg Autoclave Thermoset Part 1500 units over lifetime 22

23 Zeit- und Kostenvergleich: Duroplast vs. Thermoplast-Faserverbund-Prozesse Thermoset Thermoplast Handlaminat Lay up Autoclave Autoklav RTM Deep Drawing Anlagenkosten Invest Cost niedrig low hoch high mittel middle middle Werkzeugkosten Tooling Cost niedrig low hoch high hoch high high Labour Lohnkosten Cost high hoch middle mittel mittel middle low Materialkosten Cost niedrig low hoch high niedrig low high Cycle Taktzeiten Time 3-24 hh 5 h 0,25 33 hh 0,05 h Stückzahl units p.a. p.a. < < 1000 < 3000 < < Arbeitshygiene Hygienic problematic problematisch middle mittel schwierig difficult unproblematic Quelle: Umdruck Vorlesung ETH Zürich Composite Technologien 23

24 Typische Zykluszeiten und Stückzahlen 3 Stunden x 10 x 10 x 10 x Minuten 3 Minuten 20 Sekunden 2 Sekunden Autoklavtechnik RIM-Technik (PU Schaum) Spritzgießen Tiefziehen Kaltumformen (Stahl, Aluminium) 500 Stück Stück Stück Stück 5 Mio. Stück Großserien / Automobilbau Quelle: Schaumform 24

25 Typische Zykluszeiten und Stückzahlen 3 Stunden x 10 x 10 x 10 x Minuten 3 Minuten 20 Sekunden 2 Sekunden Autoklavtechnik RIM-Technik (PU Schaum) Spritzgießen Tiefziehen Kaltumformen (Stahl, Aluminium) 500 Stück Stück Stück Stück 5 Mio. Stück Großserien / Automobilbau Thermoplaste Quelle: Schaumform 25

26 Crashverhalten Duroplast vs. Thermoplast 19kJ 500 mm Thermoset Epoxy and Carbon (vf 45%) Thermoplast PA6 and Glass (vf 45%) ~ 70J/g ~ 65J/g 26

27 Impactverhalten versch. Materialien spec. Energy Absorption Rate E spec. [kj/kg] Metals SMC/GMT GFRP Sources: K.-E. Schmid, Die Chancen der Kunststoffe als Karosseriewerkstoffe, Die Kunststoffkarosserie, SKZ, 2004 M. Nohr, Faserkunststoffverbunde, 8. NASY, Kaiserslautern,

28 4 Ein Schnellflug durch die Organoblech- Historie 28

29 Konsolidierung thermoplastischer Faserverbunde mittels Intervallheißpresse Intervall-Heißpresstechnik / Continuous compression moulding Schematische Darstellung / Process Diagramm Intervallpresse Intermittent press Bauteil Component Isolation Insulation Material-Lager Material supply Vorschub Feed Kühlzone Cooling Press-Zone Pressing Vorheiz-Zone Preheating Vorformen / Vorheizen Preforming / Preheating 29

30 Konsolidierung thermoplastischer Faserverbunde mittels Doppelbandpresse trockene Verstärkungslagen Heizzone Kühlzone Ablängen Folie Doppelbandpresse Plattenware 30

31 Verarbeitungslinie von thermoplastischen Faserverbunden Heizen (IR) Transport ins Werkzeug Formen und Kühlen Entformen und Entnahme Weiterverarbeitung (Beschnitt, Schweißen) 31

32 Organoblech Studie Querlenker 90er Thermogeformte Halbschale Vibrationsschweißung Angespritzte Lagerschalen Source: LKT, Uni-Erlangen 32

33 Organoblech Studie Erlanger Träger ab 2000 thermogeformtes U-Profil Angespritzte Rippen und Funktionselemente Source: LKT, Uni-Erlangen 33

34 Statische Biegung: Längs-Quer-Verrippung auf Basis PA6 34

35 Faserlängen - Eigenschaftsbeziehung Mechanical Performance (Impact, Crash) Material Costs Injection Moulding Short Fiber Non reinforced High Pressure Forming Low Pressure Forming Long Fiber Mats (GMT) UD-Layers Fabrics Quasi Design freedom Aspect Ratio l/d Stiffness 35

36 BMW M3 E46 Biegeträger Weight: 3,1 kg (Series ECE 7 kg Series CAN 8,2 kg) SOP: 2001 (Facelift) EOP: 2006 Weight: 3,2 kg (Series ECE 7 kg Series CAN 8,2 kg) Cars (Lifetime) Cars/ Assemblies per Year 120 Cars/ 240 Assemblies per Day Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 36

37 BMW M3 E46 Biegeträger Verbindungstechnik: HF-Schweißen Verriegelung Anpressfedern Topf Elektroden Träger Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 37

38 HF-Schweißungen: Mikroskopie PA6-GF PA6-GF Fügezone PA6-GF PA6-GF Standard Material schweißoptimiertes Material 38

39 BMW M3 E46 Biegeträger Nachteile: Verschnitt & keine Funktionsintegration Trägerschale E46 Crashbox E46 Verschnitt ca. 46 % Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 39

40 BMW M3 E9x Biegeträger Weight: 5 kg (Series ECE 7,2 kg Series CAN 9 kg) Cars (Lifetime) 200 Cars/ 400 Assemblies per Day Form-/Compression-/Cant- Assembly Weight: 4,2 kg (Series ECE 7,4 kg Series CAN 11 kg) SOP: 2007 EOP: 2013 Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 40

41 BMW M3 E9x Biegeträger - Zusammenbau Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 41

42 Crashelement BMW M3 E9x: Prozess Schema Heating (IR) Transportation Bending Bending Bending Vorteile: - deutlich reduzierter Verschnitt durch Schachtelung Entkontur-Zuschnitt - geringer Energieeintrag - geringer Kraftbedarf - Vollautomatisierbar Nachteil: - auf einfache Geometrien beschränkt Post Processing (Welding) 42

43 Kombination Umformen und Fließpressen Mechanical Performance (Impact, Crash) Material Costs Short Fiber Non reinforced High Pressure Forming Long Fiber Low Pressure Forming Mats (GMT) UD-Layers Fabrics Quasi Aspect Ratio l/d 44

44 BMW M3 E9x Biegeträger Weight: 5 kg (Series ECE 7,2 kg Series CAN 9 kg) 200 Cars/ 400 Assemblies per Day Form-/Compression-/Cant- Assembly Weight: 4,2 kg (Series ECE 7,4 kg Series CAN 11 kg) SOP: 2007 EOP: 2013 Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 45

45 Niederdruck- mit partiellem Hochdruckformen Heating (IR) Transportation Forming & Cooling Deforming Post Processing (Cutting) flowable Composite Woven Fabric formed Ribs 46

46 BMW M3 E92 Rücksitzlehne Weight 60%: 3,4 kg (3er: 7,3 kg) Sandwich-Form-/ Compression Moulding Assembly 90 Cars per Day SOP: 2007 EOP: 2013 Weight 40%: 2,6 kg (3er: 5,2 kg) Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 48

47 Leichtbauunterboden Porsche Carrera/Boxter GMT LWRT Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 51

48 Kombination Umformen und Spritzguß Mechanical Performance (Impact, Crash) Material Costs Injection Moulding Short Fiber Non reinforced Long Fiber Low Pressure Forming Mats (GMT) UD-Layers Fabrics Quasi Aspect Ratio l/d 52

49 InMouldForming Studie Lenksäulenanbindung Source: LKT, Uni-Erlangen 53

50 InMouldForming Studie: Prozessablauf Source: LKT, Uni-Erlangen 54

51 FIT-Hybrid Studie Q5-Rücksitzbank Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 56

52 FIT-Hybrid Studie Q5-Rücksitzbank : Aufbau Source: NMF, Fürth 57

53 FIT-Hybrid Studie Q5-Rücksitzbank : Aufbau Source: NMF, Fürth 58

54 FIT-Hybrid Studie Q5-Rücksitzbank : Fertigungsanlage Source: NMF, Fürth 59

55 FIT-Hybrid Studie Q5-Rücksitzbank : Prozessablauf IR-Strahler 2 Extern (TR, FIT1, FIT2) IR-Strahler 1 Integriert (DL) Schließeinheit Werkzeug Gasinjektionsanlage (GIT) Aggregat 1: Strangablage Source: NMF, Fürth 60

56 FIT-Hybrid-Lehne Source: NMF, Fürth 62

57 InMouldForming Studie: Biegeträger A4 AUDI Querträger SpriForm Querträger Rippen in PA 6 GF 60, Spritzguß Organoblech PA 6, 47% endlos glasfaserverstärkt m AUDI-Querträger-ECE 2,4 kg - 20 % m SpriForm-Querträger < 2,0 kg Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 63

58 InMould-Forming Biegeträger Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf 64

59 Handy/Smartphoneentwicklung Displaygröße Bauteilkomplexität Eigensteifigkeit Dicke 66

60 Eingefärbte Organobleche 67

61 Verformte eingefärbte Organobleche 68

62 Verfahrensablauf Handy Schale 69

63 Batteriedeckel BB 9900 Batteriefachdeckel des Blackberry Bold 9900 Carbon-Look mit Glasfasergewebe keine Störung der Antenne hohe Steifigkeit bei einer Wandstärke von nur 0.55 mm Integration mehrerer Antennen möglich 70

64 Batteriedeckel BB RIM Bold 9900 Akkudeckel: ca. 1,2 Mio./Monat 71

65 4 Zusammenfassung & Ausblick 72

66 Zusammenfassung Leichtbau mittels Faserverbunde ist möglich und in Serie Für Großserienanwendungen bieten sich vorwiegend thermoplastische Systeme an, sog. Organobleche Organobleche wurden bereits seit den 90er Jahren intensiv untersucht Die großserientaugliche Verarbeitung von Organoblechen wurde bereits ausgiebig über Demonstratoren UND Serienanwendungen (Automotive & Non Automotive) unter Beweis gestellt. Schluß mit probieren einfach mal machen It works let s do it. 73

67 Ausblick Tablet PC Deckel Demonstrator 25 % geringere Wanddicke möglich 20 % geringeres Gewicht AR-Sitzung TOP 7 Technologie Roadmap 74

68 Ausblick Funktionsintegration Elektronik 75

69 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Bei Fragen: bitte fragen. OECHSLER AG Matthias-Oechsler-Strasse Ansbach Germany Telefon Phone: Fax: info@oechsler.com Ansprechpartner Contact: Dr. Marco Wacker Standorte Locations: Deutschland Germany: Ansbach Weißenburg Küps V.R.China P.R.China: Taicang Suzhou Rumänien Romania: Lipova Mexiko Mexico: Querétaro 76