Faserverbundwerkstoffe mit Cellulosefaserverstärkung für Automobilanwendungen

Autoren: Katrin Ganß, Thomas Reußmann, Renate Lützkendorf

Einleitung

Naturfasern wie Flachs, Hanf oder auch Kenaf werden seit mehr als 30 Jahren in der Automobilindustrie zur Herstellung naturfaserverstärkter Kunststoffe (NFK) bspw. für Türverkleidungen, Instrumententafelträger oder Kofferraumauskleidungen eingesetzt. Mittlerweile haben sich diese Materialien unter anderem aufgrund ihrer hervorragenden Performance wie:

  • hohe mechanische Kennwerte,
  • gute Dämpfungseigenschaften und
  • der geringen Faser- bzw. Verbunddichte

fest etabliert [1]. Insbesondere die geringe Verbunddichte (bei gepressten Bauteilen mit PP-Matrix bis zu 0,6 g/cm³ möglich [2]) macht NFK vor allem im Hinblick auf ihr Leichtbaupotential sehr interessant [3].Trotz der überaus positiven Eigenschaften, welche den breiten Einsatz dieser Verbunde in der Industrie erst ermöglichten, gibt es auch Defizite [1, 4]:

  • Emissionen (Fogging, Geruch), welche durch die chemische Zusammensetzung (insbesondere Pektine, Wachse, Lignin) hervorgerufen werden
  • Niedrige Schlagzähigkeit (problematisch bei crashbeanspruchten Bauteilen)
  • Natürliche Qualitätsschwankungen (Feinheit, Festigkeit, Faserlänge, Schäbenanteil)
  • Lokal begrenzte Verfügbarkeit und Preisschwankungen

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Composite-Bearbeitung mit KSS

CFK-Werkstück in der Nassbearbeitung

Composite-Materialien wie carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften wichtiger Werkstoff für viele Branchen, jedoch schwer zu bearbeiten. Bohrungen und Zerspanungsoperationen erfolgen hier klassischerweise trocken – die Werkstücke bereiten den Verantwortlichen jedoch nicht selten durch mindere Qualität und zu hohem Ausschuss Kopfzerbrechen. Der Schmierstoffhersteller Rhenus Lub schlägt in Sachen CFK einen problem- und zukunftsorientierten Weg ein: die Zerspanung mit speziell entwickelten Kühlschmierstoffen. Weiterlesen

Risikomanagement als wesentliche Grundlage des sicheren Betriebs von Anlagen und Maschinen

Autoren: Johannes Single M.Sc., Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmidt, Prof. Dr.-Ing. Jens Denecke

Ein Risikomanagement wird betrieben, um Entscheidungen basierend auf der aktuellen Risikosituation zu treffen. Es trägt dazu bei, unternehmerische oder organisatorische Ziele wie beispielsweise Erfolg, Image, Liquidität und Existenz zukünftig zu sichern.Unter dem Begriff Risikomanagement versteht man eine Führungsaufgabe, um Risiken innerhalb Organisationen zu steuern. Hierzu werden Maßnahmen zur Identifikation, Analyse, Bewertung und Kontrolle von Risiken angewandt. Weiterhin gilt es, die firmen- und organisationspolitische Ausrichtung und übergeordneten Ziele und Strategien zu berücksichtigen. Weiterlesen

Umweltschonend und effizient – Plasma ersetzt Lösemittel und Aufrauprozesse

Autor: Inès A. Melamies, Fachjournalistin, Bad Honnef

Moderne Nutzfahrzeugaufbauten werden heute in ihrer Struktur vollständig verklebt, um eine höhere Eigenfestigkeit und eine bessere Beständigkeit der Verbindungen bei geringeren Produktionskosten sicherzustellen. Auch resultiert diese Fügemethode in einer höheren Nutzlast sowie in einer Gewichtsreduzierung der Aufbauten, aus der wiederum eine Kraftstoffeinsparung und eine damit einhergehende Verminderung den CO2 Ausstoß über die gesamte Lebensdauer eines LKWs folgt. Die an das Strukturkleben gestellten Anforderungen sind hoch und nur mit einer zuverlässigen Vorbehandlung zu erfüllen.

Von den diversen Methoden für die Reinigung und Aktivierung von Materialoberflächen ist der Einsatz von umwelt- und gesundheitsgefährdenden Nass-Chemikalien weit verbreitet. Dass es aber auch umweltfreundlich und darüber hinaus weit effizienter geht, zeigt das Beispiel des Kühlfahrzeugeherstellers Schmitz Cargobull.

Bild 1: Moderne Kühlkofferaufbauten werden heute strukturell verklebt. Bei Europas führendem Hersteller wird bei der Vorbehandlung der Sandwichpaneele vor ihrer Verklebung auf organische Lösemittel schon seit vielen Jahren verzichtet.
Foto: Schmitz Cargobull AG

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Aktuelle Herausforderungen der Fügetechnik im Leichtbau

Autoren: Dr. Wolf Georgi, Dr. Jonny Kaars, Reza Kaboli, Prof. Peter Mayr

Einleitung

Abbildung 1: Maximal übertragbare Kräfte einer Einpunkt-Clinchverbindung zwischen Metall und Kunststoff in Abhängigkeit der Restfeuchte des Kunststofffügepartners zum Fügezeitpunkt

Die Fügetechnik ist nach DIN 8580 ein Teil der Fertigungsverfahren und hat die Aufgabe, Lösungen für das Verbinden verschiedenster Werkstoffe bereitzustellen. Die Palette der Fügeverfahren wird dabei ständig weiterentwickelt und an neue Werkstoffsituationen angepasst. Der aktuelle Trend zum Leichtbau stellt dabei auch große Herausforderungen an die Fügetechnik. So sind auf der einen Seite thermische Fügeverfahren zu nennen, die für hoch- und höchstfeste Stähle geeignet sein müssen oder an das Fügen von Leichtmetallen angepasst werden müssen. Auf der anderen Seite stehen mechanische Fügeverfahren, welche es ermöglichen metallische Werkstoffe, natürliche Werkstoffe oder auch Kunststoffe nicht nur mit sich selbst sondern auch untereinander zu verbinden. Die Auswahl, welches Fügeverfahren für die jeweilige Fügeaufgabe in der eigenen Produktion zu verwenden ist, stellt dabei eine große Herausforderung an die Produzenten dar. Die Professur Schweißtechnik an der Technischen Universität Chemnitz beschäftigt sich unter anderem mit Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bei Fügeaufgaben im Leichtbau. Im vorliegenden Artikel wird ein kleiner Einblick in verschiedene Projektschwerpunkte der Professur gegeben. Hierbei werden auch Themen angesprochen, die den Fügeprozess im Vorfeld und übergeordnet betrachten. Weiterführende Informationen sind unter https://www.tu-chemnitz.de/mb/SchweiTech/ zu finden. Weiterlesen

Thermomanagement durch Kunststoff – Wärmeleitfähige Kunststoffe clever eingesetzt

Abbildung 1: Entwicklungsschema
„Wärmeleitfähige Kunststoffe“

Autoren: Thies Falko Pithan, Dipl.-Ing. Michael Tesch

Kunststoffe sind klassische Isolatoren, die sowohl für thermische als auch für elektrische Abschirmungen genutzt werden. Durch die vielseitigen Möglichkeiten der Additivierung eines Kunststoffs können jedoch sowohl Wärmeleitfähigkeiten wie auch elektrische Isolationseigenschaften in einem Material vereint werden. Es stellt sich die berechtigte Frage, warum durch aufwändige Material­modifizierung ein Isolationsmaterial zum Wärmeleiter umgewandelt werden sollte?

Für die Substitution von herkömmlichen Kühlkörpermaterialien durch wärmeleitfähige Kunststoffe sprechen neben den Additiverungsmöglichkeiten vielfältige Gründe: wirtschaftliche Fertigung, Leichtbau, neue Baugruppenkonzepte, hohe Gestaltungsfreiheit und/oder Funktionsintegration. Durch die Substitution von wärmeleitfähigen, oftmals metallischen Materialien können vor allem Anwendungen profitieren, die bislang mit Kühlkörpern zum Beispiel aus Aluminium hergestellt wurden. Weiterlesen

Gefahrstofflagerung: Technik und Bedienkomfort arbeiten Hand in Hand für die Sicherheit

Türfeststellanlage

Die Technik ist da, um den Menschen in seiner Arbeit zu unterstützen. Oberste Prämisse dabei sollte stets eine optimale Funktion sein. Dazu gehört bei der Weiterentwicklung von Sicherheitsschränken auch, schon bei der Produktgestaltung die späteren Arbeitsabläufe zu berücksichtigen. Denn selbst die fortschrittlichste Technik kann sich beim Anwender kaum durchsetzen, wenn sie nicht einfach und intuitiv zu bedienen ist. In der Gefahrstofflagerung ist dieser Aspekt besonders wichtig, denn falsche Handhabung erhöht das Unfallrisiko.

Um Risiken zu minimieren ist es wichtig ein gutes Sicherheitskonzept zu haben und den tatsächlichen Gefahrstoffbedarf zu kennen: Wer nutzt welche Stoffe in welcher Menge? Wie oft am Tag werden die Stoffe benötigt und bei welchen Arbeits- oder Produktionsschritten? Sicherheitsschränke sind eine intelligente technische Lösung zur Lagerung von Gefahrstoffen direkt am Arbeitsplatz. Dadurch sind weite Wege in einen separaten Lagerraum überflüssig und jeder Mitarbeiter hat seine täglich benötigten Materialien in Griffnähe. Für eine bestmögliche Integration in bestehende Arbeitsabläufe sollten Sicherheitsschränke für den Anwender und sein Aufgabengebiet passend konfiguriert werden. Weiterlesen

Faszinierend wie Magie: „Bauteilvermessung mit Licht“

Prüfzelle

Die berührungslose Vermessung von Bauteilen erfolgt mit dem OCT System 50-mal schneller als mit konventionellen Vision-Systemen und genauer als ein Mikrometer. In unserer OCT-Anlage werden in einem Messvorgang Schichtdicken, Abmessungen, Volumen, die Parallelität oder die Planarität von Ebenen exakt vermessen.

Anlage zur Vermessung thermisch umgeformten Bauteilen

Eine Prüfanlage zur Vermessung der Geometrie von thermisch umgeformten Bauteilen (z.B. Prüfanlage für Kaffeekapseln) besteht aus zwei OCT-Kameras mit integrierten ASP Arrays. Die Kameras erfassen das Volumen im exakt definierten Zwischenraum. Der DUAL-Messkopf ist auf einer stabilen Plattform montiert und sitzt auf einem Koordinatensystem mit einer Schrittauflösung von 100 nm. Weiterlesen

Digitale Transformation erfordert Materialwende

Nanocarbon-Elektrode für Energiespeicher
Quelle: Fraunhofer IPA, Rainer Bez

Wir werden im Zuge der sogenannten vierten Industriellen Revolution im Rahmen von Industrie 4.0 eine Wende aller Produktionsfaktoren benötigen, wenn wir Nachfrage und Angebot zukünftig nachhaltig in Einklang bringen wollen. Neben der Energiewende muss insbesondere in den Bereichen Material, Personal, Finanzen und bei den dispositiven Faktoren eine Wende vollzogen werden. Die Energiewende setzt ja heute schon auf regenerative Energie und Energieeffizienz statt fossiler Energieträger. Viel wichtiger als die Energiewende wird aber voraussichtlich die Materialwende sein. Die Frage: Wie schaffen wir es, Recycling-Kreisläufe zu schließen? Alles verwendete Material muss künftig in einen technischen oder einen biologischen Kreislauf überführt werden, wie der Verfahrenstechniker und Erfinder des Cradle-to-Cradle-Prinzips Michael Braungart das seit Jahren fordert. Weiterlesen

Mit der innovativen Bewegungssteuerung A3200 von Aerotech wird hochpräzises Laser-Mikrobohren optimiert

Abbildung 1. Laserbohrer mit Aerotech Nmark AGV-HPO „Open-Frame“-Galvanometerscanner

Die häufigsten Verfahren zur Erzeugung von Microvias (Sack- oder versteckte Bohrungen mit einem Durchmesser ≤150 µm) sind neben mechanischen Bohrungen Laserbohrungen. Sie werden hauptsächlich bei feineren Öffnungen, wie z. B. Silikonwafern, Keramikstrukturen und Safirsubstraten eingesetzt. Eine entscheidende Rolle für den Erfolg von Laserbohrsystemen spielen dabei Bewegungssteuerungen. Denn höchstmögliche Verarbeitungskapazität und bestmögliche Ergebnisse sind nur mit einer möglichst hohen Stabilität zu erreichen. So lassen sich Resonanzen oder Vibrationen vermeiden und eine möglichst hohe Öffnungskonsistenz erzielen. Es reicht eben nicht aus, nur die Achsen zu „tunen“. Weiterlesen