- Kunststoffe als Leichtbauwerkstoffe -

- Kunststoffe als Leichtbauwerkstoffe - Dr.-Ing. Marcus Schuck 1 15.07.2011, Tagungszentrum Onoldia und Orangerie, Ansbach 1 Jacob Plastics GmbH Bergstraße 31-35 91489 Wilhelmsdorf Deutschland / Germany Tel.: +49 (0)9104 / 8270-492 Fax: +49 (0)9104 / 8270-455 m.schuck@jacobplastics.com www.jacobplastics.com

Die Unternehmensgruppe Standorte Wilhelmsdorf (D); 12.000 m 2 Obermichelbach (D); 6.500 m 2 Nizná (Slowakei); 2.200 m 2

Umsatz [Mio. ] Mitarbeiter Die Unternehmensgruppe Umsatz / Mitarbeiter

Jacob Plastics Group Fragen an den Leichtbau Warum Leichtbau? / aktueller Stand? Warum Kunststoff? Wo gibt es das? / Warum nicht in meinem Auto? Welche aktuellen Lösungen gibt es damit mein Auto das auch hat?

Motivation für Leichtbau Masse des Fahrzeugs m F beeinflusst Kraftbedarf zur Bewegung Quelle: IKA Aachen, RWTH Aachen

Motivation für Leichtbau Gewichtsreduzierung geringere Emissionen Umweltschutz geringerer Verbrauch Kosten höhere Nutzlast E-Mobilität Dynamik Fahrspaß

Motivation für Leichtbau Energieeinsatz bei einer Laufleistung von 200.000 km Quelle: Antrag, CFK-Großserie

Leichtbau? - 125 Jahre Automobilentwicklung Benz Patent Motorwagen Nummer 1 S-Klasse Baureihe 221 Gewicht: 265 kg Gewicht: 2.075 kg Verbrauch: 10 Liter / 100 km Verbrauch: 10 Liter / 100 km Quelle: Mercedes S500 4Matic BlueEfficiency

Gewicht [%] Quelle:: Goede, M.: Intelligenter Leichtbau Mehr als die Summe der Einzellösungen 5. Fachtagung Fortschritte im Automobil Leichtbau, Wolfsburg, 2004 Gewicht (VW Golf II V) 150 Gründe für Gewichtsanstieg 140 130 120 110 100 Produktionsjahr 1984 1992 1997 2003 2008

Jacob Plastics Group Faserverstärkung kohlenstofffaserverstärktes Harz-Laminat Bambusstab

Aluminium E-Modul [N/mm²] Polyamid Glasfaser Kohlenstofffaser Stahl Polyamid + Glasfaser Polyamid + Kohlenstofffaser Dichte [g/cm³] Kunststoffe vs. Metall Vergleichswerte 250000 8 200000 6 150000 4 100000 50000 2 0 Werkstoff 0

Jacob Plastics Group Glasfaser Festigkeit Glasfaser: Festigkeit Kohlenstofffaser: Festigkeit Stahl: 70.000 N/mm² 200.000 N/mm² 210.000 N/mm²

Jacob Plastics Group Weben Bindungsarten von Verstärkungsfaser-Geweben links: Leinwandbindung mitte: Köperbindung rechts: Atlasbindung (Satinbindung)

Jacob Plastics Group Duroplaste

Jacob Plastics Group Thermoplaste

E-Modul/Dichte Aluminium Stahl Polyamid + Glasfaser Polyamid + Kohlenstofffaser Preis [EUR/kg] Kunststoffe vs. Metall Vergleichswerte 100000 25 75000 20 15 50000 10 25000 5 0 Werkstoff 0

Einsatz von Kunststoffen im Flugzeug Rumpfelemente Rumpfelement mit Aussschnitten Quelle: Boeing Rumpfspitze in der Wickeleinrichtung

Einsatz von Kunststoffen im Flugzeug Quelle: Boeing

Einsatz von Kunststoffen im Automobil Super Sport Car / Formel 1 Nick Heidfeld, Jean Alesi, unverletzt Team: Totalausfall Martin Brundle, 1996, unverletzt, Auto: Totalschaden

bezahlbarer Leichtbau Produkt (Bauteil)??? Verarbeitung - Maschine - Werkzeuge - Prozesse

Jacob Plastics Group Laminieren

Jacob Plastics Group Duroplaste

Leichtbau mit Duroplasten Porsche Carrera GT 1380 kg Autoklavverfahren 1500 Stück / Laufzeit kleine Stückzahlen und exklusive Fahrzeuge bedingt durch Verarbeitungstechnik Quelle: Porsche

Leichtbau mit Duroplasten Porsche Carrera GT 1380 kg Autoklavverfahren Keine Prozesstechnologien für 1500 Stück / Laufzeit Großserienproduktion kleine Stückzahlen und exklusive Fahrzeuge bedingt durch Verarbeitungstechnik Quelle: Porsche

Jacob Plastics Group Thermoplaste

Jacob Plastics Group Faserverstärkter Kunststoff (FVK) - Halbzeug Gewebe Thermoplast FVK-Halbzeug

Bewertung typischer Verarbeitungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe Duroplast Thermoplast Handlaminat Autoklav RTM Tiefziehen Anlagenkosten niedrig hoch mittel mittel Werkzeugkosten niedrig hoch hoch hoch Lohnkosten hoch mittel mittel niedrig Materialkosten niedrig hoch niedrig hoch Taktzeiten 3-24 h 5 h 0,25 3 h 0,05 h Stückzahl p.a. < 1000 < 3000 < 50.000 500 500.000 Arbeitshygiene problematisch mittel schwierig unproblematisch Quelle: Umdruck Vorlesung ETH Zürich Composite Technologien

Bauteilkomplexität technische Rahmenbedingungen Erweiterung der Einzelprozessgrenzen hoch Spritzguss neue Verfahren Thermoformen von Organoblechen niedrig gering Steifigkeit, Festigkeit hoch

Projektkonsortium SpriForm Verarbeitung, Prozessentwicklung (Projektführer) Halbzeugentwicklung Demonstrator Rohstoffhersteller, Simulation Werkzeug, Prozessentwicklung Prozessentwicklung

SpriForm Prozess Erwärmen Transport Formen Spritzgießen Auswerfen Standardspritz gießmaschine Spritzgießmaterial für Funktionsintegration Organoblech Aufheizen geheiztes Organoblech SpriForm Werkzeug Umformprozess

SpriForm Messehighlight 2010 in Düsseldorf

Ausgangssituation Stahl im Automobil / BMW M3 Rücksitzlehne Stahl, 12,5 kg Stoßfängerträger (hinten) Stahl, 11 kg Stoßfängerträger (vorne) Stahl, 9 kg

Leichtbau durch thermoplastische FVKs Rücksitzlehne BMW M3 55% Gewichtseinsparung 3,4 kg (Stahl 7,3 kg) 52% Gewichtseinsparung 6 kg (12,5 kg Stahl) 50% Gewichtseinsparung 2,6 kg (Stahl 5,2 kg)

Leichtbau durch thermoplastische FVKs Stoßfängerträger (hinten) / BMW M3 71% Gewichtseinsparung: FVK: 3,2 kg Stoßfängerträger (hinten) Stahl, 11 kg

neue Wege zur großserientauglichen Herstellung von Leichtbaustrukturen durch integrative Fertigungsverfahren: SpriForm, FIT-Hybrid, CAMISMA verkürzt, robuste Prozesskette durch Prozessintegration großserientauglich durch kurze Zykluszeiten Kosten- und Energieeinsparung Funktionsintegration hohe Designfreiheit hohes Leichtbaupotenzial durch Kombination von Material- und Strukturleichtbau Rezyklierbarkeit (Verwendung thermoplastischer Matrizes)

Jacob Plastics Group Ausblick

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit