Faserverbunde in Großserie - FILL · 2013. 4. 29. · Duroplast vs....

Präzisions-Kunststofftechnik | Precision Plastics Technology

Formenbau | Tool Making

Entwicklung | Development & Engineering

Baugruppenmontage | Subassemblies

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Copyright protection ISO 1601617.10.2012

Hochleistungsfaserverbunde in der Großserie It works - let‘s do it

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Inhaltsverzeichnis

1. Vorstellung Fa. Oechsler

2. Megatrends als Innovationsmotor

3. Duroplast oder Thermoplast?

4. Ein Abriss der Organoblech-Historie

Herstellung, Verarbeitung, Kombinationsverfahren, Demonstratoren & Serienanwendungen

5. Zusammenfassung und Ausblick

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Wer ist Oechsler?

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Copyright protection ISO 16016OECHSLER Firmenpräsentation17.10.2012

Daten & Fakten

OECHSLER AG �� Deutschland - Ansbach (Zentrale), Weißenburg

OECHSLER Ceramics GmbH �� Deutschland - Küps

OECHSLER Plastic Products (Taicang) Co., Ltd. �� ChinaSuzhou OECHSLER Plastic Products Co., Ltd.

OECHSLER Asia Holdings Private Limited �� Singapur

OECHSLER Romania �� Rumänien

OECHSLER S.A. de C.V., Querétaro �� Mexiko (im Aufbau)

Hersteller / Lieferant von Hightech Kunststoffprodukten

1864 von Matthias Oechsler

ca. € 226 Mio. (Vorjahr: ca. € 158 Mio.)

RIM, TRW, Hella, Bosch, adidas, 3M

ca. 2.500 Mitarbeiter insgesamt (Stand: Sept. 2011)

Christoph Faßhauer (COO), Dr. Claudius Kozlik (CEO),Michael Meyer (CFO), Dr. Marco Wacker (CTO)

Geschäftszweck:

Gründung:

Umsatz 2011:

Hauptkunden:

Personal:

Vorstand:

Standorte:

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OECHSLER International

OECHSLER RomaniaLipova

OECHSLER AG, DeutschlandAnsbach, Weißenburg, Küps

OECHLSER ChinaTaicang, Suzhou

OECHSLER Asia HoldingsSingapur

OECHSLER Mexico Querétaro

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Unternehmensprofil

EntwicklungKonstruktionvom 1. Entwurf bis zum fertigen Gesamtkonzept

TechnologienVerfahrenStandard- und Sonderverfahren

Fertigung Montagevon technischen Teilen und komplexen Baugruppen

InternationalePräsenzin Osteuropa und Asien

OECHSLER bietet als One-stop-shop maßgeschneiderte Lösungen mit Kunststoff für Hightech Produkte verschiedenste r Branchen.

Deutschland

Rumänien

China

� Formenbau� Mehr-K-Technik� Antriebstechnik� Stanzgittertechnik� Keramikspritzguss� Inserttechnik� IMD …

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Beispielhafte Oechsler Produkte

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Beispielhafte Oechsler Produkte

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Megatrends als Innovationsmotor

2

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Megatrends als Innovationsmotor

Quelle:

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MEGATREND „Individualisierung“In

divi

dual

isie

rung

Sportbereich

Automobilbereich

Kommunikationsbereich

„Vom Massenmarkt zum Mikromarkt“„Vom Massenmarkt zum Mikromarkt“„Vom Massenmarkt zum Mikromarkt“

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�Flexibilität in Anzahl und Modellvielfalt�Kürzere Amortisationszeiten�Geringere Investitionskosten�Neue Materialien & �Fertigungskonzepte

Anzahl pro Modell

Herausforderung: sinkende Investitionskosten durch sinkende Stückzahlen

Quelle: Dr. Goede „Intelligenter Leichtbau“, Fortschritte im Automobil-Leichtbau, 2004

Wachsende Anforderungen:

Ein

heite

n/M

odel

lvar

iant

enGesamtanzahlVarianten

1950 1974 1985 2004

VW Käfer VW Golf I VW Golf Cabrio

VW Jetta

VW Golf II

New Beetle

Seat Altea

VW Bora

Audi A3

Scoda OctaviaSeat Leon

VW Caddy

VW Touran

VW Golf V Audi TT

Seat Ibiza

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MEGATRENDS

Quelle:

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MEGATREND „Mobilität & Ressourcenschonung“E

nerg

ieef

fizie

nz &

Res

sour

cens

chon

ung

Bionik & neue Mobilität

Hybride Antriebe

Alternative Antriebe

Konventionelle Antriebe

Downsizing, Elektrifizierung

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Gewichtsentwicklung VW Golf

Que

lle::

Goe

de, M

.: In

telli

gent

er L

eich

tbau

–M

ehr

als

die

Sum

me

der

Ein

zellö

sung

en 5

. Fac

htag

ung

For

tsch

ritte

im A

utom

obil

Leic

htba

u, W

olfs

burg

, 200

4

Produktionsjahr

Gew

icht

[%]

100

110

120

130

140

150

1984 1992 1997 2003 2008

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Gewichtsentwicklung VW Golf

Que

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Goe

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Produktionsjahr

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110

120

130

140

150

1984 1992 1997 2003 2008

Gründe für Gewichtsanstieg

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Werkstoff-Leichtbaupotential:Alternative Werkstoffe für Karosserieanbauteile

Stahl Höherfeste StähleStahl-LeichtbautürenAußenhäute 0,75 mm dick

Aluminium CFKGFK

-10%

-30%

-9%

Quelle: Dr. M. Sautter, Kunststoffkarosserie 2004, SKZ, 2004

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Werkstoff-Leichtbaupotential: Alternative Werkstoffe für die Karosseriestruktur

Stahl Höherfeste Stähle+ optimierte Struktur

Höherfeste austenitischeStähle

optimierte Struktur

Aluminium CFKGFK

-5%-15%

-10%

-25%

-25%

Quelle: Dr. M. Sautter, Kunststoffkarosserie 2004, SKZ, 2004

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Duroplast oder Thermoplast?

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Leichtbau und Sicherheit vereinbar?

Martin Brundle hit 1996 the wall in Melbourne. Car torn into 2 parts. Martin Brundle left the car with nearly noinjury.

2000 Nick Heidfeld und Jean Alesi Crashed into each other on theAustrian Grand Prix

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Aktuelle Leichtbau-Kleinserien-Strukturen: Mercedes McLaren SLR

Mercedes McLaren SLR

RTM Thermoset Part500 units per year

1724 kg

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Porsche Carrera GT

Autoclave Thermoset Part

1500 units over lifetime

1380 kg

Aktuelle Leichtbau-Kleinserien-Strukturen: Porsche Carrera GT

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Zeit- und Kostenvergleich:Duroplast vs. Thermoplast-Faserverbund-Prozesse

Quelle: Umdruck Vorlesung ETH Zürich “Composite Technologien”

Thermoplast

Handlaminat Autoklav RTM Deep Drawing

Anlagenkosten niedrig hoch mittel middle

Werkzeugkosten niedrig hoch hoch high

Lohnkosten hoch mittel mittel low

Materialkosten niedrig hoch niedrig high

Taktzeiten 3-24 h 5 h 0,25 – 3 h 0,05 h

Stückzahl p.a. < 1000 < 3000 < 50.000 500 – 500.000

Arbeitshygiene problematisch mittel schwierig unproblematic

Thermoset

Hand Lay up Autoclave RTM

Invest Cost low high middle

Tooling Cost low high high

Labour Cost high middle middle

Material Cost low high low

Cycle Time 3-24 h 5 h 0,25 – 3 h

units p.a. < 1000 < 3000 < 50.000

Hygienic problematic middle difficult

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Typische Zykluszeiten und Stückzahlen

2 Sekunden

20 Sekunden

3 Minuten

30 Minuten3 Stunden

x 10 x 10 x 10 x 10

RIM-Technik (PU Schaum)

Autoklav-technik

Spritzgießen

Tiefziehen

Kaltumformen (Stahl,

Aluminium)

500 Stück 5.000 Stück 50.000 Stück 500.000 Stück 5 Mio. Stück

Quelle: Schaumform

Großserien / Automobilbau

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Typische Zykluszeiten und Stückzahlen

2 Sekunden

20 Sekunden

3 Minuten

30 Minuten3 Stunden

x 10 x 10 x 10 x 10

RIM-Technik (PU Schaum)

Autoklav-technik

Spritzgießen

Tiefziehen

Kaltumformen (Stahl,

Aluminium)

500 Stück 5.000 Stück 50.000 Stück 500.000 Stück 5 Mio. Stück

Quelle: Schaumform

→ Thermoplaste

Großserien / Automobilbau

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Crashverhalten Duroplast vs. Thermoplast

ThermoplastPA6 and Glass (vf 45%)

ThermosetEpoxy and Carbon (vf 45%)

500

mm

Impact @ 19kJ

~ 70J/g ~ 65J/g

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Impactverhalten versch. Materialiensp

ec. E

nerg

y A

bsor

ptio

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ate

Esp

ec.[k

J/kg

]

0

20

40

60

80

Metals

Sources: K.-E. Schmid, „Die Chancen der Kunststoffe als Karosseriewerkstoffe“, Die Kunststoffkarosserie, SKZ, 2004M. Nohr, Faserkunststoffverbunde, 8. NASY, Kaiserslautern, 2002

SMC/GMT

GFRP

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Ein Schnellflug durch die Organoblech -Historie

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Konsolidierung thermoplastischer Faserverbunde mitt els Intervallheißpresse

Schematische Darstellung / Process Diagramm

BauteilComponent

Material-LagerMaterial supply

Vorformen / VorheizenPreforming / Preheating

IntervallpresseIntermittent press

VorschubFeed

IsolationInsulation

Press-ZonePressing

KühlzoneCooling

Vorheiz-ZonePreheating

Intervall-Heißpresstechnik / Continuous compression moulding

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Konsolidierung thermoplastischer Faserverbunde mitt els Doppelbandpresse

Doppelbandpresse

Heizzone KühlzoneAblängen

Plattenware

Folie

trockene Verstärkungslagen

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Verarbeitungslinie von thermoplastischen Faserverbu nden

Heizen (IR)Transport insWerkzeug

FormenundKühlen

Entformenund Entnahme

Weiter-verarbeitung(Beschnitt, Schweißen)

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Organoblech Studie Querlenker – 90er

Source: LKT, Uni-Erlangen

Thermogeformte Halbschale Vibrationsschweißung

Angespritzte Lagerschalen

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Organoblech Studie „Erlanger Träger“ – ab 2000


thermogeformtes U-Profil

Angespritzte Rippen und Funktionselemente

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Statische Biegung:Längs-Quer-Verrippung auf Basis PA6

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Faserlängen - EigenschaftsbeziehungM

echa

nica

l Per

form

ance

(Im

pact

, Cra

sh)

Mat

eria

l Cos

ts

0 10 100 1000 10000 Quasi ∞Aspect Ratio l/d

Non reinforcedShort Fiber

Long FiberFabrics

UD-Layers

Mats (GMT)

Injection Moulding

High Pressure FormingLow Pressure Forming

Stiffness

Design freedom

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BMW M3 E46 Biegeträger - 2001

SOP: 2001 (Facelift)EOP: 2006SOP: 2001 (Facelift)EOP: 2006

Weight: 3,1 kg(Series ECE 7 kgSeries CAN 8,2 kg)




70.000 Cars (Lifetime)25.000 Cars/ 50.000 Assemblies per Year120 Cars/ 240 Assemblies per Day

70.000 Cars (Lifetime)25.000 Cars/ 50.000 Assemblies per Year120 Cars/ 240 Assemblies per Day

Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf

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BMW M3 E46 Biegeträger – Verbindungstechnik: HF-Schweißen

Verriegelung

ElektrodenTopf

Träger

Anpressfedern


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HF-Schweißungen: Mikroskopie

PA6-GF

PA6-GF

Standard Material

PA6-GF

PA6-GF

„schweißoptimiertes“Material

Fügezone

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BMW M3 E46 Biegeträger - 2001

Crashbox E46

Ver

schn

itt c

a. 4

6 %

Trägerschale E46

Nachteile: Verschnitt & keine FunktionsintegrationNachteile: Verschnitt & keine Funktionsintegration


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BMW M3 E9x Biegeträger - 2007

SOP: 2007EOP: 2013SOP: 2007EOP: 2013

Weight: 5 kg(Series ECE 7,2 kgSeries CAN 9 kg)


Weight: 4,2 kg(Series ECE 7,4 kgSeries CAN 11 kg)


Form-/Compression-/Cant-AssemblyForm-/Compression-/Cant-Assembly

105.000 Cars (Lifetime)200 Cars/ 400 Assemblies per Day 105.000 Cars (Lifetime)200 Cars/ 400 Assemblies per Day


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BMW M3 E9x Biegeträger - Zusammenbau


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Crashelement BMW M3 E9x: Prozess Schema

PostProcessing(Welding)

BendingHeating (IR) Transportation Bending Bending

Entkontur-ZuschnittEntkontur-Zuschnitt

Vorteile: - deutlich reduzierter Verschnitt durch Schachtelung- geringer Energieeintrag- geringer Kraftbedarf- Vollautomatisierbar

Nachteil:- auf einfache Geometrien beschränkt

Vorteile: - deutlich reduzierter Verschnitt durch Schachtelung- geringer Energieeintrag- geringer Kraftbedarf- Vollautomatisierbar

Nachteil:- auf einfache Geometrien beschränkt

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Kombination Umformen und FließpressenM

echa

nica

l Per

form

ance

(Im

pact

, Cra

sh)

Mat

eria

l Cos

ts



Long FiberFabrics

UD-Layers

Mats (GMT)

High Pressure Forming

Low Pressure Forming

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BMW M3 E9x Biegeträger - 2007

SOP: 2007EOP: 2013SOP: 2007EOP: 2013



200 Cars/ 400 Assemblies per Day 200 Cars/ 400 Assemblies per Day



Form-/Compression-/Cant-AssemblyForm-/Compression-/Cant-Assembly


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Niederdruck- mit partiellem Hochdruckformen

Heating (IR)Forming

&Cooling

WovenFabric

„flowable“Composite

Transportation Post

Processing(Cutting)

Deforming

formed Ribs

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BMW M3 E92 Rücksitzlehne - 2007

SOP: 2007 EOP: 2013SOP: 2007 EOP: 2013

Weight 40%: 2,6 kg(3er: 5,2 kg)Weight 40%: 2,6 kg(3er: 5,2 kg)

Weight 60%: 3,4 kg(3er: 7,3 kg)Weight 60%: 3,4 kg(3er: 7,3 kg)

Sandwich-Form-/Compression MouldingAssembly

Sandwich-Form-/Compression MouldingAssembly

90 Cars per Day90 Cars per Day


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Leichtbauunterboden Porsche – Carrera/Boxter

LWRT

GMT


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Kombination Umformen und SpritzgußM

echa

nica

l Per

form

ance

(Im

pact

, Cra

sh)

Mat

eria

l Cos

ts



Long FiberFabrics

UD-Layers

Mats (GMT)

Injection Moulding

Low Pressure Forming

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InMouldForming Studie „Lenksäulenanbindung“


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InMouldForming Studie: Prozessablauf


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FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“


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FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Aufbau

Source: NMF, Fürth

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FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Aufbau

Source: NMF, Fürth

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FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Fertigungsanlage

Source: NMF, Fürth

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FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Prozessablauf

Aggregat 1:

Strangablage

IR-Strahler 1

Integriert (DL)Gasinjektionsanlage (GIT)

Schließeinheit

IR-Strahler 2

Extern (TR, FIT1, FIT2)

Werkzeug

Source: NMF, Fürth

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FIT-Hybrid-Lehne

Source: NMF, Fürth

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InMouldForming Studie: Biegeträger A4

AUDI Querträger SpriForm Querträger

mAUDI-Querträger-ECE ≈ 2,4 kg mSpriForm-Querträger < 2,0 kg

Organoblech PA 6, 47% endlos glasfaserverstärktRippen in PA 6 GF 60,

Spritzguß

- 20 %


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InMould-Forming „Biegeträger“


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Handy/Smartphoneentwicklung D

ispl

aygr

öße

Dicke

Bauteilkom

plexität

Eigensteifigkeit

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Eingefärbte Organobleche

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Verformte eingefärbte Organobleche

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Verfahrensablauf Handy Schale

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Batteriedeckel BB 9900

� Carbon-Look mit Glasfasergewebe � keine Störung der Antenne

� hohe Steifigkeit bei einer Wandstärke von nur 0.55 mm

� Integration mehrerer Antennen möglich

Batteriefachdeckel des Blackberry Bold 9900

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Batteriedeckel BB 9900 - 2011

RIM Bold 9900Akkudeckel: ca. 1,2 Mio./Monat

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Zusammenfassung & Ausblick

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Zusammenfassung

� Leichtbau mittels Faserverbunde ist möglich und in Serie

�Für Großserienanwendungen bieten sich vorwiegend thermoplastische Systeme an, sog. Organobleche

�Organobleche wurden bereits seit den 90er Jahren intensivuntersucht

�Die großserientaugliche Verarbeitung von Organoblechenwurde bereits ausgiebig über Demonstratoren UNDSerienanwendungen (Automotive & Non Automotive) unter Beweis gestellt.

�Schluß mit probieren – einfach mal machen� It works – let‘s do it.

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Ausblick – Tablet PC Deckel Demonstrator

22.05.2012 AR-Sitzung | TOP 7 Technologie Roadmap

25 % geringere Wanddicke möglich20 % geringeres Gewicht

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Ausblick – Funktionsintegration Elektronik

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