Voith materiály
Požiadavky na technológiu výroby vláknových kompozitov Dr.-Ing. Lars Herbeck Braunschweig, prezentácia 30. 9. 2009, 2007-08-xx
Ktorým otázkam sa chcem venovať na svojej prednáške 1. Ako vidí výrobca strojov Voith vláknové kompozity 2. Aký vývoj môžeme vidieť? 3. Ako sa dostaneme z výroby do výroby? 4. Aké sú dôležité ovplyvňujúce faktory vo výrobe? 5. Aké sú výzvy do budúcnosti? 2
Relatívny význam rôznych materiálov pre ľudstvo Výroba 2007 v miliónoch ton ocele
8 Zdroj: Åström: Manufacturing of Polymer Composites, Chapman & Hall, London 1997 3
Automobilová technika: Využitie materiálov v BMW radu 7 Percentuálna distribúcia kovov
69% plasty 19% keramické sklo,
2% Zdroj: Rudolf Stauber, BMW 4
Silný rast kompozitov v mnohých nových aplikáciách Dopyt po vlákne C v 1 000 ton priemyslu 1 80 dnes letecký a obranný priemysel 70 1 600 objemov trhu CFRP štruktúr 2009 2 Šport/voľný čas 60 Priemysel: 5 miliárd golfových hriadeľov 1% podiel uhlíkových vlákien letecký priemysel/obrana: tenis 3 miliardy rakety 50 šport/voľný čas: autá 2 miliardy 40 na mori 30 front-end vlaku 6 20 faktor 250 CAGR + 11,2% valce na CNG CAGR + 11,7% 10 C-vlákna C-vlákna vyžadujú automobil PC podvozok automobil 2009 Golfový klub s veľkou tenisovou raketou A380 CFRP Použitie vo vozidle A350 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 1 vrátane infraštruktúry, vetra, automobilového priemyslu a offshore 2 Predpoklady pre hodnotenie trhu: priemysel s vláknami: 30/kg, letecká doprava: 50/kg, šport 35/kg; Podiel vlákien na nákladoch: 14% Zdroje: Toray, správa o trhu Priemysel uhlíkových vlákien 5
Motívy pre použitie vláknových kompozitov v strojárstve Zníženie hmotnosti a zotrvačnosti komponentov Nastaviteľná tuhosť a tým zlepšené tlmiace vlastnosti Zlepšené mechanické vlastnosti Únavová pevnosť, odolnosť proti korózii Nízka alebo prispôsobená tepelná rozťažnosť Veľká voľnosť v dizajne a možnosť funkčnej integrácie Ciele Zvyšovanie efektívnosti a výkonu strojov a systémov pomocou vláknových kompozitov ( Úspora energie, zníženie nákladov, zlepšenie majetku) 6
Výzvy vláknitých kompozitných materiálov Najväčšími prekážkami prieniku CFRP v strojárstve sú v súčasnosti - náklady na materiál - náklady na proces - ako aj nadmerné výrobné časy Poskytovanie automatizovaných výrobných postupov, aby bolo možné vyrábať komponenty z vláknových kompozitov vo veľkom množstve za prijateľné ceny Recyklácia 7
Voith je už aktívny v určitých výklenkoch s vláknovými kompozitmi VP Rolls VP lekárske čepele VT-AIR VT-Schaku VS VI Kompozitné kotúče a krytiny pre papierenské stroje Lekárske čepele vyrobené z uhlíkových a aramidových kompozitov CFRP kompozity Vrtule Pohon lodí Predná časť vlaku vyrobená zo sklenených vláknitých kompozitov Hriadele a turbíny Rotorové listy pre oceánske energetické inžinierske služby CeBeNetwork Hörmann 8
Príklad použitia CFRP valce CFRP valce pre papierenské stroje,
90 CFRP kotúčov v moderných papierenských strojoch Šírka role: do priemeru 16 m:
Príklad použitia CFRP valčeky Výhody CFRP valcov: Nižšie vibrácie Znížená hmotnosť valca Malý alebo žiadny sklz medzi papierom a povrchom Lepšia manipulácia a vyššia rýchlosť pásu Zníženie zaťaženia ložísk a orámovanie Kompetencie Existujúci závod (od roku 2007) s najmodernejším výrobným závodom na valčeky z uhlíkových vlákien v sektore papierenských strojov Cca 100 t C-vláknové procesy pa Dodávateľ systému so 100% hĺbkou výroby Know-how pre vývoj Zavedený proces a zavedený dodávateľský reťazec Vlastný komplexný výpočtový program 10
Technológie výroby vláknových kompozitov Pultrusion Technológia navíjania/FP Automatické kladenie pásky/FP vláknitý lis Potopenie voľnosť dizajnu Ručné laminovanie Prepreg, Infusion RTM Zvyšujúci sa stupeň automatizácie 11
Čo môže stáť ľahká konštrukcia Prípustné ďalšie náklady na zníženie hmotnosti o 1 kg (rádovo) Dodatočné náklady Množstvo// kg Rok Priestor 5 000 10 0 Veľké lietadlo 500 10 2 Automobil 5 10 4-10 6 12
Výzva technológie výroby vláknových kompozitov Dnes budúcnosť Zdroj snímok: DLR-FA Zdroj snímok: CTC GmbH Počet jednotiek stúpa z 1-1000 komponentov/rok na> 100 000 komponentov/rok a systém. Náklady na proces klesajú o 90% na kg spracovaného materiálu Pokles materiálu o 50% na kg spracovaného materiálu 13
Príklady prístupov z vláknových kompozitov v konštrukcii automobilu Hybridné vystuženie bočného rámu: BMW Hydrogen 7, strešný luk: BMW M6 Hybridný B stĺpik (oceľ CFRP): strecha Benteler-SGL: BMW M6, M3 monocoque, MonoCell: jednolitrový automobil VW, McLaren s MP4 -12 ° C. Hybridný stĺpik B (oceľ CFRP): Zdroj: Bočný rám vystužený Benteler-SGL CFK, Zdroj: BMW McLaren s MP4-12C, MonoCell, Zdroj: McLaren 14
Špecifikácia vhodného cieľového procesu pre automobily Automatizovaná technológia RTM Surovina M1: Predformovanie Výroba surovej časti RTM M2: Konsolidácia M3: Demolácia Inovačná oblasť Rezanie textilných polotovarov Formovanie, zakrytie, orezávanie, fixácia Transferový predlisok Miešanie živíc, spoje, vstrekovanie RTM Vytvrdzovanie inovačnej oblasti Transferový formulár Transferový formulár Demontáž blanku, čistenie d. Kontrola formy (NDI), schválenie nespracovanej časti, schválenie formulára B1: Mechanické spracovanie, vŕtanie, frézovanie, pílenie, brúsenie; Lepenie, skrutkovanie, spájanie, konečná úprava a v prípade potreby schválenie B2: Spracovanie povrchu, povrchová úprava, lakovanie, Q1: Skúška a schválenie, zabezpečenie kvality, nedeštruktívne kontroly/skúšky, schválenie výrobku, technický vývoj, komponent 16
Vývoj výrobných nákladov (/ kg) pre väčšie výrobné množstvá (všeobecný príklad) Množstvo: Hmotnosť: 10 k 9 kg 60/kg 100 k 9 kg 37% Ostatné (vrátane výskumu a vývoja, režijných nákladov, budov, strojov) Personál 45% 18% 20/kg 28% 21 % 52% Materiál 10 k 100 k Predpoklady Materiál: C-vlákno: 17,00/kg živica: sklenené vlákno: 2,50/kg 6,70/kg 17
Vývoj výrobných nákladov (/ kg) pre väčšie komponenty (všeobecný príklad) Hmotnosť: 2 kg 9 kg 40/kg 34% 36% 20/kg 28% 21% Ostatné (vrátane výskumu a vývoja, réžie, budov, strojov) Personálny materiál 30% 52% 100 k 100 k Predpoklady materiál: uhlíkové vlákno: 17,00/kg živica: 6,70/kg sklenené vlákno: 2,50/kg 18
Zhrnutie: Výzvy technológie výroby vláknových kompozitov Štíhla výroba Procesy optimalizované pre tok materiálu minimalizované skladovanie žiadny odpad Cyklicky riadená výroba 100 000 dielov/rok Cyklus = 3,5 minúty Krátke reťazce s pridanou hodnotou Vyvarovanie sa medziproduktov medzi polotovarmi (z rovingu priamo do komponentu) Konštrukčné metódy kompatibilné s vláknovým kompozitom Vysoko integrované montážne celky napr. B. Monokok 20