WerkstoffWerkstoff----und Fließmodelle fürund Fließmodelle ... · GLIEDERUNG Ford Motor Company...

WerkstoffWerkstoffWerkstoffWerkstoff---- und Fließmodelle fürund Fließmodelle fürund Fließmodelle fürund Fließmodelle fürnaturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustriepraktischen Einsatz in der Automobilindustriepraktischen Einsatz in der Automobilindustriepraktischen Einsatz in der Automobilindustrie

Vortragsveranstaltung „Einsatz von biobasierten Werkstoffen im Automobilbereich“ 2013Berlin, 14.11.2013

Thomas BaranowskiMarkus FranzenMaira Magnani

GLIEDERUNG

� Ford Motor Company und der Einsatz nachhaltiger Werkstoffe

� Bedeutung der Crash-Berechnung in der Produktentwicklung

� Vorstellung der Projektpartner

� Vorstellung des Gesamtprojekts

� Vorstellung untersuchter Naturfasermaterialien

2 14.11.2013 © Ford Motor Company, All Rights Reserved

„DNA“ DER FORD MOTOR COMPANY

� 1915 (Model T): Einsatz von Weizenkleber, Soja-Wolle und Soja-Kunststoff

� 1932-1933: Henry Ford investiert 1,25 Millionen Dollar zu Forschungszwecken in den Soja-Anbau

� 1940: Soja-Kunststoff Kofferraumdeckel

“We are going further by committing to use resources responsibly, because efficient operations yield benefits economically, socially and environmentally. Indeed, going forward, the companies that are sustainable will continue to make products that people want and value, and they will do it using fewer resources and less time.”

- Alan Mullaly, President and Chief Executive Officer FMC (June 2013)

14.11.20133 © Ford Motor Company, All Rights Reserved

FORD PRODUKTNACHHALTIGKEITSINDIKATOR

Ford ist erster Automobilhersteller weltweit mit einem Produktnachhaltigkeitsindikator:

� Überprüfung jedes Entwicklungsschrittes auf seinen Umwelt-, Gesellschafts- und wirtschaftlichen Einfluss

Zu den Zielen des Reports zählen z.B.:

� Reduzierung der globalen Erderwärmung durch verminderten CO2-Ausstoß

� Verringerung der Luftverschmutzung

� Verwendung nachhaltiger, recyclebarerMaterialien

� Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen

� Sicherheit für Insassen und Fußgänger

� Reduzierung von Anschaffungs- und Unterhaltskosten


EINSATZ NACHHALTIGER MATERIALIEN IN FORD-MODELLEN

recycelte Materialienerneuerbare Materialien

Allgemeine Fakten:

� Nutzung von ca. 25.000 Tonnen recyceltem Material im Fahrzeugaußenbereich

� mehr als 8 Millionen Fahrzeuge mit Sitzschaum aus Sojaöl im Verkehr

� mehr als 300 Bauteile in Ford-Fahrzeugen bestehen aus natürlichen Werkstoffen


Motorinnenraum (z.B. Batterieträger, Lüfterabdeckhaube,

Motorlüfter,Abdeckungen,..)

Scheinwerfer-einfassung

Frontschürze

Radkastengehäuse

Unterbodensysteme Dämmmaterialien SitzgewebeTeppichböden

Dachverkleidung

Dichtungen

Ablagefächer (mit Weizenstroh)

Sitzschaum

gepresste Naturfaserbauteile (mit Kenaf- bzw. Kokosfasern)

CRASHANFORDERUNGEN IN EUROPA UND USA*


*Source: Safety Companion 2013 ; carhs.training gmbh

SeitenaufprallFMVSS 201, 205, 206, 214, 301, (305)ECE-R 11, 95EG 96/27EU NCAP, US NCAP

HeckaufprallFMVSS 202, 207, 223, 224, 301, 581, (301, 305)ECE-R 17, 25, 32, 42

DacheindrückungFMVSS 216

Stoß-fängerFMVSS 581ECE-R 42

KopfstützenFMVSS 202ECE-R 17, 25EG 78/932GTR7EU NCAP

GurteFMVSS 208, 209, 210, 213ECE-R 14, 16EG 76/115, 77/541, 96/79, 96/27Lenkrad

FMVSS 203, 204ECE-R 12EG 74/297

InnenraumFMVSS 201, 202, 203, 204, 205, 207, 213, 225ECE-R 12, 16, 17, 21, 44EU NCAP

InstrumententafelFMVSS 201ECE-R 21, 32, 33EG 74/60

ÜberschlagFMVSS 201, 208, 216, 216a, 301ECE-R 21, 44.04; US NCAP

Fußgänger-schutzEG/78/2009; EG/631/2009GTR 9; ECE R128; EU NCAP

SitzeFMVSS 201, 207ECE-R 16, 17, 21, 44EG 74/60, 74/408

FrontaufprallFMVSS 203, 204, 205, 208, 209, 210, 212, 301, (305)ECE-R 12, 14, 16, 33, 94EU NCAP, US NCAP

SeitenfensterFMVSS 226

HERAUSFORDERUNGEN BEI DER PRODUKTENTWICKLUNG


Aufbau Varianten

pro Plattform

Motoren/ Getriebe Varianten

pro Plattform

- Diesel, Benzin, Gas, …- Sauger, Turbo, …- .., 3, 4, .. Zylinder- Mild/Voll Hybrid, PHEV- Batterie/Brennstoffzelle

Elektroantrieb- Automatik

DC, CVT, Wandler- Schaltgetriebe

5/6/7 Gang

Märkte

- Kundenanforderungen- Gesetzliche Anforderungen- …

Produktions-

Stätten

- Lieferanten- Materialverfügbarkeit- Materialzusammensetzung- Technische Möglichkeiten

*Quelle: Pressemitteilung Ford 28.11.2011

SICHERHEITSRELEVANTE KUNSTSTOFFE IM AUTOMOBIL


• Insassenschutz

• Fußgängerschutz

• Kraftstoff Systemintegration

• Schutz bei geringen Geschwindigkeiten

PP PC

ABS

PPTPA12

PA /ABS

ASA

PA6 T

PA6.6

PA66 T

PA66

PE

POM PP+Elast

PBT

PC/PBT

PC/ABS

PP LGF

PP GF

PA GF

PA6 GF

PA66 GF

PBT GF

PP NF

PPA GF

PPE+PA GF

PPS GF SMA GF

UP GF

� Titel: Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie

� Ziel: Entwicklung von Materialmodellen für Crash-Simulation von naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien und Erstellung der jeweiligen Materialkarten für den Serieneinsatz in der Automobilindustrie

� Gefördert: Deutsches Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)

� Laufzeit: 01/07/2011 – 30/06/2014

� 11 Projektpartner aus Industrie und Forschung

PROJEKTÜBERSICHT

14.11.2013 © Ford Motor Company, All Rights Reserved9

PROJEKTPARTNER

� Ford Research and Advanced Engineering Europe(M. Magnani, M. Franzen, T. Baranowski)

� International Automotive Components (IAC)(F. Schumann)

� LyondellBasell(F. Weber)

� Kunststoffwerk Voerde Hueck & Schade GmbH & Co. KG (B. Rüther, S. Lux)

� Simcon kunststofftechnische Software GmbH (P. Filz, K. Webelhaus)

� M-Base Engineering + Software GmbH (E. Baur)

� University of Wisconsin-Madison, Polymer Engineering Center (PEC) (Prof. T. Osswald)

� Hochschule Hannover, Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe(Prof. H.-J. Enders, M. Neudecker)

� Hochschule Bremen (Prof. J. Müssig, K. Albrecht)

� Universität Clausthal, Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik Prof. Ziegmann, L. Steuernagel, A. El Sabbagh, A. Ramzy)

� Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (Prof. M. Rehahn, S. Mönnich)


SCHEMATISCHE PROJEKTDARSTELLUNG

Mechanische Eigenschaften

des Compounds

Rheologische Eigenschaften des Polymers

Rheologische, therm. und

mech. TestsMF-

GenYld+CrachFEMMaterialmodell

Bauteil-simulation

(Crash)

Bauteiltests(Crash)

Mech. Charakterisierung von Fasern

Compoundherstellung im Labormaßstab (PP + NF)

Probekörperherstellung

Compoundherstellung im Industriemaßstab

Mikro-mechanisches Orientierungsmodell

SG-Simulation(Faserorientierungen)

Mikroskopische Untersuchungen


Bauteilherstellung im Industriemaßstab

UNTERSUCHTE COMPOUNDVARIANTEN

Nr Matrix Faser Fasergehalt

(%)

1 PP Sisal 30

2 PP Hanf 303 PP1 Zelluloseregenerat (0,5mm) 104 PP2 Zelluloseregenerat (0,5mm) 105 PP1 Zelluloseregenerat (1,5mm) 106 PP2 Zelluloseregenerat (1,5mm) 107 PP1 Zelluloseregenerat (0,5mm) 308 PP2 Zelluloseregenerat (0,5mm) 309 PP1 Zelluloseregenerat (1,5mm) 30

10 PP2 Zelluloseregenerat (1,5mm) 3011 (Center Point) PP1+PP2 Zelluloseregenerat (1,0mm) 20

12 PP1 Hanf Pellets 3013 PP1 Flachs Pellets 3014 PP1 Sisal 3015 PP1 Weizenstroh 3016 PP1 Kenaf Pellets 3017 PP1 Holzfasern 3018 PP1 Zelluloseregenerat 30


ZUSAMMENFASSUNG

� Ford strebt eine Führungsrolle bei der Umsetzung von nachwachsenden und recycelten Materialien an

� Derzeitige Anforderungen im Automobil (z.B. Crashanforderungen) ermöglichen in vielen Bereichen noch nicht den umfangreichen Einsatz von Naturfaser-Verbundwerkstoffen

� Die Entwicklung von Simulations- und Materialmodellen im dargestellten Projekt leistet einen notwendigen Beitrag zum künftigen Einsatz von Naturfaser-Verbundwerkstoffen im Automobil


Danke für die Aufmerksamkeit!


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