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

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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

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Aufbau

Kurze und lange Fasern eingebettet in einer Kunststoff (Matrix).

Fasermaterial: Kohlenstofffaser, Glasfaser, Aramidfaser (Kevlar)

Matrix: Duroplaste, Thermoplaste

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