Voith Anyagok
Szálkompozit gyártási technológiával szemben támasztott követelmények Dr.-Ing. Lars Herbeck Braunschweig, 2009-09-30 Előadás, 2007-08-xx
Mely kérdéseket szeretném megvitatni az előadásom során 1. Hogyan látja a Voith gépgyártó a szálkompozitokat? Milyen fejleményeket tapasztalhatunk? 3. Hogyan juthatunk el a gyártástól a gyártásig? 4. Melyek a termelés fontos befolyásoló tényezői? 5. Melyek a jövő kihívásai? 2
A különböző anyagok relatív jelentősége az emberiség számára 2007-es termelés millió tonnában Acél
8 Forrás: Åström: Polymer Composites gyártása, Chapman & Hall, London 1997 3
Autógyártás: Anyaghasználat a BMW 7-es sorozatban A fémek százalékos eloszlása
69% műanyag 19% kerámia üveg,
2% Forrás: Rudolf Stauber, BMW 4
A kompozitok erőteljes növekedése számos új alkalmazásban ütők 50 sport/szabadidő: Autók 2 milliárd 40 offshore 30 vonat elülső 6 20 faktor 250 CAGR + 11,2% CNG tartályhenger CAGR + 11,7% 10 C-szálas C-szálas gépjármű PC alváz autó 2009-es golfklub nagy A380 CFRP teniszütővel: 50/kg, sport 35/kg; Rostok aránya a költségekben: 14% Források: Toray, piaci jelentés A szénszálas ipar 5
A szálkompozit anyagok gépgyártásban történő alkalmazásának motívumai Az alkatrészek tömegének és tehetetlenségének csökkentése Állítható merevség és ezáltal javított csillapítási tulajdonságok Javított mechanikai tulajdonságok Fáradási szilárdság, korrózióállóság Alacsony vagy adaptált hőtágulás Magas tervezési szabadság és a funkcionális integráció lehetősége Célkitűzések A gépek és rendszerek hatékonyságának és teljesítményének növelése szálas kompozit anyagok használatával ( Energiatakarékosság, költségcsökkentés, ingatlanjavítás) 6
A szálkompozit anyagok kihívásai A CFRP áttörésének legnagyobb akadályai a gépiparban jelenleg - az anyagköltségek - a folyamatköltségek -, valamint a túlzott gyártási idők.
A Voith már működik bizonyos szálkompozit-fülkékben. VP Rolls VP lapátok VT-AIR VT-Schaku VS VI Kompozit tekercsek és burkolatok papírgépekhez Szén- és aramid kompozitokból készült orrlapátok CFRP kompozitok Propellerek Hajóhajtások A vonat homlokzata üvegszálas kompozitokból Tengelyek és turbinák Rotorlapátok az Ocean Energy Engineering Services CeBeNetwork Hörmann 8 számára
Alkalmazási példa CFRP hengerek CFRP hengerek papírgépekhez,
90 CFRP tekercs modern papírgépekben. Tekercsszélesség: 16m átmérőig:
Alkalmazási példa CFRP hengerek A CFRP hengerek előnyei: Alacsonyabb rezgések Csökkentett görgősúly Csekély vagy egyáltalán nincs csúszás a papír és a felület között Jobb kezelhetőség és megnövekedett websebesség Csökkentve a teher és a keretezés kompetenciáit Meglévő üzem (2007 óta) a legmodernebb szénszálas hengerek gyártásával a papírgyártó szektorban Kb. 100 t C-rostos folyamatok pa Rendszerszállító 100% -os termelési mélységgel Fejlesztési know-how Megalapozott folyamat és bevált ellátási lánc Saját komplex számítási program
Szálas kompozit gyártási technológiák Pultrusion tekercselési technológia/FP automatikus szalagfektetés/FP szálprés Süllyesztési terv szabadsága Kézi laminálás Prepreg, Infusion RTM Az automatizálás fokozata 11
Mennyibe kerülhet a könnyűszerkezetes építés Elviselhető többletköltségek 1 kg-os súlycsökkentés esetén (nagyságrendek) További költségek Mennyiség/kg Év Tér 5000 10 0 Nagy repülőgép 500 10 2 Gépjármű 5 10 4-10 6 12
A szálas kompozit gyártástechnológia kihívása Ma a jövő Kép forrása: DLR-FA Kép forrása: CTC GmbH Az egységek száma 1-1000 komponensről/évről> 100 000 komponens/évre és rendszerre emelkedik. A feldolgozási költségek 90% -kal csökkennek a feldolgozott kilogrammonként 13.
Példák szálkompozit megközelítésekre az autó gyártásában Hibrid oldalkeret megerősítés: BMW Hydrogen 7, tető íj: BMW M6 hibrid B oszlop (CFRP acél): Benteler-SGL tető: BMW M6, M3 monocoque, MonoCell: VW 1 literes autó, McLaren s MP4 -12C. Hibrid B oszlop (CFRP acél): Forrás: Benteler-SGL CFK-val megerősített oldalkeret, Forrás: BMW McLaren s MP4-12C, MonoCell, Forrás: McLaren 14
Megfelelő gépjármű-célfolyamat specifikációja Automatizált RTM technológia Nyersanyag M1: Előformázás Az RTM nyers rész előállítása M2: Konszolidáció M3: Demolding innovációs terület Textil félkész termékek vágása Formázás, fóliázás, vágás, rögzítés Transzfer előforma Gyanta keverés, csatlakozások, RTM befecskendezés Innovációs terület kikeményítése, hűtése Nyersdarab átvitele Nyomtatvány kitöltése, tisztítás d. Formavizsgálat (NDI), nyers rész felszabadítása, B1 forma felszabadítása: Mech. Megmunkálás, fúrás, marás, fűrészelés, őrlés,; Ragasztás, csavarozás, illesztés, befejezés és szükség esetén jóváhagyás B2: Felületfeldolgozás, bevonás, festés, Q1: Vizsgálat és jóváhagyás, minőségbiztosítás, roncsolásmentes vizsgálatok/tesztek, termék jóváhagyása, műszaki fejlesztés, 16. alkatrész
Termelési költségek (/ kg) alakulása nagyobb termelési mennyiségeknél (általános példa) Mennyiség: Súly: 10 k 9kg 60/kg 100 k 9kg 37% Egyéb (beleértve a K + F-t, az általános költségeket, az épületeket, a gépeket) Személyzet 45% 18% 20/kg 28% 21 % 52% Anyag 10 k 100 k Feltételezések anyaga: C-rost: 17,00/kg gyanta: üvegszál: 2,50/kg 6,70/kg 17
A nagyobb alkatrészek gyártási költségeinek (/ kg) alakulása (általános példa) Súly: 2kg 9kg 40/kg 34% 36% 20/kg 28% 21% Egyéb (beleértve a K + F-t, az általános költségeket, az épületeket, a gépeket) k 100 k Feltételezések anyaga: szénszál: 17,00/kg gyanta: 6,70/kg üvegszál: 2,50/kg 18
Összefoglaló: A szálas kompozit gyártástechnológia kihívásai Lean gyártás Az anyagáramláshoz optimalizált folyamatok minimalizálják a tárolást hulladék nélkül Ciklus-vezérelt gyártás 100 000 alkatrész/év Ciklussebesség = 3,5 perc Rövid hozzáadott értékű láncok Közbenső félkész termékek elkerülése (közvetlenül az alkatrésztől az alkatrészig) Szálkompozit kompatibilis konstrukció B. monokokk 20