Spritzgießen von Faserverbundbauteilen

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1 Spritzgießen von Faserverbundbauteilen Dr. Ing. S. Widmayer KraussMaffei Technologies GmbH VDI Bodensee Faserverbundwerkstoffe; Markdorf 4 Leichtbau Thermoplatischer Faserverbund Viele Wege Ein Ziel Langfaserverstärkung Schäumen Endlosfaserverstärkung Konstruktiver Leichtbau 1

2 6 Agenda Langfaserverstärkung Injection Molding Compounder (IMC) CellForm Leichtbaupotential durch Schäumen FiberForm Kombination aus Thermoformen und Spritzgießen Konstruktiver Leichtbau FiberForm der nächsten Generation 7 Kombination von Spritzgießen und Thermoformen Prozesskettenverkürzung Zweistufenverfahren Handling Handling Trocknung Compoundierung Granulieren Spritzgießen Bauteil 2

3 10 Kombination von Spritzgießen und Thermoformen Prozesskettenverkürzung Einstufenverfahren Handling Handling Trocknung Compoundierung Granulieren Spritzgießen Bauteil Entfall und Zusammenfassen von Arbeitsschritten Handling Auf- und Verarbeitung Bauteil 14 Kontinuierlich und diskontinuierlich Two in One IMC Injection Moulding Compounder Verfahrenstechnik Schmelze- Zwischenspeicher Wiege-, Dosier- und Fördereinrichtungen Anfahrventil mit Ausschleusbehälter Umfüllventil Doppelschneckenextruder MX- oder CX- Schließeinheit Shot-Pot-Einspritzaggregat 14 3

4 17 Eine unschlagbare Kombination von Eigenschaften IMC Injection Moulding Compounder Kernvorteile 1. Geringere Materialkosten 0,30 /kg-1,00 /kg 1. Weniger Prozessschritte Keine Halbzeugstufe Spezialitäten für geringe Tonnagen 2. Bessere Materialqualität IMC IMC 3. Absolute Flexibilität 2. Längere Fasern Bessere Homogenität Geringere Massetemperatur 3. Faserverstärkung Blends Füllstoffe 43 Agenda Langfaserverstärkung Injection Molding Compounder (IMC) CellForm Leichtbaupotential durch Schäumen FiberForm Kombination aus Thermoformen und Spritzgießen Konstruktiver Leichtbau FiberForm der nächsten Generation 4

5 Seite 44 Grundsätzliche Bedingungen beim Schäumen Physikalisches und chemisches Schäumen homogene Schaumstruktur Treibmittel Kunststoff molekulare Verteilung 1-Phasen- Lösung 2-Phasen- Gemisch Maschinen-Verschlußdüse Schneckenlage-Regelung (Aktiver Staudruck) Druckabfall Einmischen und Druck halten Hohe Einspritzgeschwindigkeit (Speicher erf.) Seite 46 Die Vorteile des Schäumens in der Übersicht CellForm Geringer Werkzeuginnendruck Niedrigere Schmelze-/ Werkzeugtemperatur Geringer Spritzdruck Geringere Schließkraft Material/ Gewichtsersparnis CellForm Geringere Materialviskosität Geringere Einfallstellen/ Gratbildung Kein oder nur geringer Nachdruck Hohe Einspritzgeschwindigkeit Kühlzeitreduzierung Dimensionsstabilität Zykluszeitreduktion Aufschäumen 46 5

6 Seite 59 CellForm IMC Entwicklungsmaschine der University of Toronto Seite 65 Agenda Langfaserverstärkung Injection Molding Compounder (IMC) CellForm Leichtbaupotential durch Schäumen FiberForm Kombination aus Thermoformen und Spritzgießen Konstruktiver Leichtbau FiberForm der nächsten Generation 6

7 66 Faserverbundwerkstoffe bieten ein breites Spektrum Faserlänge vs. Teileeigenschaften Unidirektional Teilekomplexität Mechanische Eigenschaften Teilekosten Spritzgießen Nicht verstärkt Kurzfaser Langfaser Pressen Direkt-Faser Matte Gewebe Quasi Faserlänge im Bauteil Seite 67 Thermoplastische Strukturbauteile mit Funktionsintegration FiberForm Kombination von Spritzgießen und Thermoformen Bauteilkomplexität hoch niedrig Spritzgießen Thermoformen von Textilien Kombination beider Verfahren führt zu: hohe Festigkeiten & Steifigkeiten große Designfreiheit hohe Funktionsintegration hohe Prozessintegration hohe Reproduzierbarkeit kurze Zykluszeiten gering hoch Erreichbare Steifigkeit, Festigkeit, Energieabsorptionsvermögen 7

8 Seite 68 Endlosfaserverstärkter Thermoplaste bieten viele Möglichkeiten Organobleche Aufbau Thermoplastischer FVK-Halbzeuge Flächiges Halbzeug (Platte) ist vollständig imprägniert und konsolidiert Verstärkung ist ein Gewebe, Gelege oder unidirektionales Gewebe (UD-Tape) Verschiedene thermoplastische Matrixsysteme und Fasern möglich (Glas, Carbon, Aramid oder eine Mischform) Anwendungsorientierte Auslegung möglich (Faserorientierung, Lagenaufbau) 69 Kombination von Spritzgießen und Thermoformen Prozesskettenverkürzung Herkömmlicher Prozess Handling Heizfeld Handling Handling Zuschnitt Handling Thermoformen Spritzgießen Handling Ablage Entfall und Zusammenfassen von Arbeitsschritten Handling Heizfeld Handling Um- und Urformung Handling Ablage FiberForm Technologie 8

9 70 Hochfeste Leichtbauteile im 1-Stufen-Prozess FiberForm Prozessbeschreibung Halbzeug aufnehmen Halbzeug vorwärmen Übergabe in Spritzgießwerkzeug Artikelentnahme Prozess - ablauf Hinterspritzen Thermoformen 94 Fertigungssysteme für thermoplastische Faserverbunde Industrialisierte, kostengünstige Fertigungsverfahren Robuster und kontrollierbarer Produktionsprozess Neue kostengünstige Fertigungstechnologie Vollautomatisierter Prozess Lastfallgerechte Bauteilauslegung Hohe Funktionsintegration Werkzeugfallende Bauteile 9

10 98 Agenda Langfaserverstärkung Injection Molding Compounder (IMC) CellForm Leichtbaupotential durch Schäumen FiberForm Kombination aus Thermoformen und Spritzgießen Konstruktiver Leichtbau FiberForm der nächsten Generation 99 Kombination von Spritzgießen und Thermoformen Endlosfaserverstärkte Thermoplaste Organobleche Thermoplastische Organobleche bieten die Chance, werkstofflichen und konstruktiven Leichtbau in wirtschaftlichem Rahmen zu betreiben Werkstofflicher Leichtbau z.b. Konstruktiver Leichtbau 10

11 100 Hohlkörper Composite Partnerschaft zum Erfolg 109 Hohlkörper Composite Weiterentwicklungen zum Stand der Technik Inline Lochformung Umsäumung Lokale Verstärkung Verstärkungsrippen Gasinjektion Rechteckiger Zuschnitt Stoff- und Formschluss Innovative Aufheizung Umsäumung Hohlkörper-Struktur Inline Lochformung inkl. Haltefunktion 11

12 110 FiberForm Messeanlage K Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Weiterhin gerne Ihr Ansprechpartner: Dr.-Ing. Stephan Widmayer Technologieentwicklung Faserverbund Krauss Maffei Technologies GmbH Krauss-Maffei-Strasse München Germany Tel.: Fax: stephan.widmayer@kraussmaffei.com