Aufrufe
vor 1 Monat

DER KONSTRUKTEUR 5/2020

  • Text
  • Wirkungsgrad
  • Einsatz
  • Anwender
  • Cobots
  • Anforderungen
  • Hohen
  • Robotik
  • Anwendungen
  • Konstrukteur
  • Roboter
DER KONSTRUKTEUR 5/2020

WERKSTOFF- &

WERKSTOFF- & VERBINDUNGSTECHNIK WÄRME, DIE VERBINDET PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Flugzeuge und Automobile sollen leichter werden, um Kraftstoff zu sparen, für die Fahrgäste müssen sie jedoch genauso sicher bleiben. Rotorblätter von Windenergieanlagen dürfen nicht zu schwer, müssen aber gleichzeitig extrem belastbar sein. Infrarot-Wärme kann helfen, diese widersprüchlichen Anforderungen zu erfüllen. Und zwar indem sie bei der Herstellung faserverstärkter Kunststoffe für Effizienz und einen bestmöglichen Verbund sorgt. Der Einsatz von CAE kann dies noch weiter optimieren. Faserverstärkte Kunststoffe sind moderne Verbundwerkstoffe. Sie bestehen aus Kunststoffen wie Polyphenylsulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK) oder Epoxidharzen (EP), in die Carbon- oder Glas-Fasern eingebettet wurden. Die Fasern machen das Bauteil fest und steif, die Kunststoffmatrix kann die auftretende Energie absorbieren. Viele hoch belastete Bauteile im Auto, wie Lenkrohre, die hohen Torsionskräften ausgesetzt sind, oder auch Elemente für den Seitenaufprallschutz werden aus diesen Kompositen hergestellt. Ein weiteres typisches Einsatzgebiet sind die riesigen Rotorblätter von Windenergieanlagen. Bei der Herstellung solcher modernen Bauteile kommen Infrarot-Systeme zum Einsatz, weil sie die Materialien schnell und homogen erwärmen und so die Prozesszeiten verkürzen können. Es gibt verschiedene Komposite, je nach ihrem späteren Einsatz. Kurzfaserverstärkte Duroplaste für große Karosserieteile, langfaserverstärkte Thermoplaste für hoch belastete Strukturbauteile oder gewebte Rovings für Windflügel, allen gemeinsam ist, dass sie möglichst kosteneffizient hergestellt werden sollen. Autorin: Dr. Marie-Luise Bopp, Projektmanager Marketing, Heraeus Noblelight GmbH, Kleinostheim Bei der Fertigung von Komposit-Materialien werden verschiedene Wärmeprozesse benötigt, etwa zum Aushärten der duroplastischen Kunststoffe. Thermoplasten werden erwärmt, um sie zu verschweißen, zu formen oder umzuformen. Faservolumengehalt und Faserorientierung haben einen erheblichen Einfluss auf die Wärmeleitung, daher ist die präzise und homogene Erwärmung von Komposit- Materialien grundsätzlich nicht trivial. Sie ist eine Grundvoraussetzung dafür, dass die Schichten optimal verdichtet werden können und so Strukturen mit hoher Integrität bilden. SCHNELL UND HOMOGEN HEIZEN Bisher führt man die erforderlichen Wärmeprozesse häufig mit konventionellen Heißluftöfen durch. Infrarot-Wärmetechnologie bietet dagegen einige Vorteile. Infrarot-Strahler zeigen Reaktionszeiten innerhalb von Sekunden, das macht Wärme regelbar und hilft, Energie richtig zu dosieren. Wenn die Wärmequelle nur dann angeschaltet sein muss, wenn sie gebraucht wird, spart man Energie. Infrarot-Systeme sind relativ kompakte Wärmeeinheiten, die große Werkteile am Band erwärmen, ohne dass ein großvolumiger Ofen für das komplette Teil benötigt wird. Infrarot-Strahlung kann EINE HOMOGENE ERWÄRMUNG DER KOMPOSIT-MATERIALIEN IST EINE VORAUSSETZUNG DAFÜR, DASS DIE SCHICHTEN STRUKTUREN MIT HOHER INTEGRITÄT BILDEN KÖNNEN genau an Produkt und Prozess angepasst werden. CAE kann mit modernen Simulations-Methoden zusätzlich helfen, große Flächen homogen zu erwärmen, indem beispielsweise die Energieverteilung auf der Fläche optimiert wird. EINSATZBEISPIEL FORSCHUNG So hat Heraeus Noblelight für ein Projekt des National Composites Centre (NCC) in Bristol, einer weltweit führenden Instanz für Verbundwerkstoffe, nicht nur Infrarot-Systeme geliefert, sondern auch 12 DER KONSTRUKTEUR 2020/05 www.derkonstrukteur.de

TARTLER KUNDENSPEZIFISCHE DOSIER- UND MISCHANLAGEN FÜR FOLGENDE APPLIKATIONEN CAE STATT VERSUCH UND IRRTUM Durch den Einsatz von CAE-Werkzeugen können Wärmeprozesse, die üblicherweise im Labor zeit- und kostenaufwendig untersucht werden, schnell und effizient simuliert und optimiert werden. Mithilfe der CAE-Simulation werden präzise Informationen zu Temperaturverteilung in Substraten, Bauteilen bzw. Rückwirkungen auf Umgebungseinflüsse berechnet. Weiterhin können die Luftführung oder ein möglicher Druckabfall innerhalb verschiedener Anlagenkammern in Abhängigkeit der verwendeten Lüfter und Temperatur- Gradienten berechnet und visualisiert werden. Auf diese Weise werden bereits am Rechner Designänderungen der Anlagen geprüft und Optimierungsmaßnahmen evaluiert. Darüber hinaus lassen sich die Ursachen für Qualitätsschwankungen oder die Möglichkeiten zur Optimierung kritischer Produktionsschritte im Hinblick auf Energieeffizienz und Prozessqualität erkennen und das Potenzial für Energieeinsparungen aufdecken. GIESSEN RTM KLEBEN SPRÜHEN Simulationen angestellt, um die genaue Positionierung von Infrarotmodulen beim Auflegen von Pre-Preg-Material zu bestimmen. Und zwar beauftragte das NCC Heraeus Noblelight im Rahmen eines Projekts damit, eine optimale Wärmezufuhr für die herzustellenden Verbundwerkstoffe zu entwickeln. Die Experten von Heraeus nutzten dafür CAE-Simulationen, Ray Tracing und Computational Fluid. Es wurden Reflexionsmessungen durchgeführt, um die Materialeigenschaften des Komposits zu ermitteln, ein Drahtgittermodell erstellt und mit Ray Tracing die Bestrahlung simuliert. So konnte für den Zielbereich ein Konzept entwickelt werden, das die geforderte Homogenität bei einem Minimum an verwendeten Strahlern gewährleistet. Nach den CAE-Arbeiten bei Heraeus wurde im NCC ein Infrarotsystem mit schnell reagierenden, mittelwelligen Infrarot-Strahlern installiert. Dieses besteht aus sechs separaten Zonen, von denen jede PID-gesteuert ist und deren Oberflächentemperatur mit einem Pyrometer gemessen wird. Das IR-System wird derzeit im NCC eingesetzt, Richard Entwistle, der Projektleiter, erklärt: „Wir waren beeindruckt von der Arbeit von Heraeus, sowohl in Bezug auf ihre CAE-Expertise als auch auf die Qualität der gelieferten Strahler.“ SCHÄUMEN VAKUUM INFUSION PULTRUSION FASER WICKELN Bilder: Heraeus Noblelight www.heraeus-noblelight.com/infrared Die Erwärmung von Kompositen wird im hauseigenen Anwendungszentrum bei Heraeus Noblelight getestet Anwendungs-Videos finden Sie auf unserem YouTube Kanal https://yt.vu/+tartler TARTLER GMBH Kundenspezifische Dosier- u. Mischanlagen für Polyurethan, Silikon und Expoxidharze www.tartler.com

AUSGABE