Ausgabe - 01-02 - Produktion

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16 · Konstruktion Werkstoffe · Produktion · 10. Januar 2013 · Nr. 1-2 Technische Keramik Verzehnfachte Lebensdauer von Leistungsmodulen Produktion Nr. 1-2, 2013 Eine niedrige Biegebruchfestigkeit und eine daraus resultierende geringe Temperaturwechselbeständigkeit begrenzten bisher die Lebensdauer von keramischen Substraten. Die Curamik Electronics entwickelt eine Alternative. Eschenbach (ba). Das neue Keramiksubstrat der Curamik Electronics wird mit Siliziumnitrid (Si3N4) hergestellt. Die Anforderungen an die Automotive-Branche in Bezug auf die Entwicklung von Hybrid- und Elektroautos sowie den Bereich um die regenerativen Energien steigen stetig an. Um zukünftig neben herkömmlichen Lösungen bestehen zu können, ist eine hohe Zuverlässigkeit der neuen Anwendungen unabdingbar. Erreicht wird diese unter anderem durch Komponenten wie keramische Substrate auf Basis von Siliziumnitrid mit einer um das Zehnfache verlängerten Lebensdauer. Dies lässt sich anhand der Anzahl von Wiederholungen thermischer Zyklen, also dem Wechsel von kalter auf warme Umgebungstemperatur und umgekehrt, messen. Denn diese setzen das Substrat mechanischem Stress aus. „Bei unseren bisher durchgeführten passiven Sequenzen von -55 °C bis 150 °C zeigen sie eine verlängerte Lebensdauer von Die curamik electronics GmbH fertigt Keramiksubstrate nun auch mit Siliziumnitrid mittels DCB-und AMB-Verfahren nach individuellen Kundenwünschen. mehr als dem Faktor 10 gegenüber heute verwendeten Substraten im Automotivebereich wie zum Beispiel Al2O3 und AlN. Daraus lässt sich die höhere Lebensdauer auch für die späteren Module ableiten“, berichtet Manfred Götz, Product Marketing Manager bei curamik. Diese ist überall dort notwendig, wo mit Halbleitern gearbeitet wird, die hohe Sperrschichttemperaturen aufweisen. Die von curamik verwendete Si3N4 Keramik liegt mit einer Wärmeleitfähigkeit von 90 W/mK über dem Marktdurchschnitt. Auch die Biegebruchfestigkeit der neuen Keramiksubstrate mit Siliziumnitrid ist im Vergleich zu Al2O3 und AlN höher. Der Risswachstumswert von Si3N4 schlägt sogar den zirkondotierter Kerami- Bild: curamic electronics GmbH ken: Er liegt bei 6,5 bis 7 MPa/√m bei einer thermischen Leitfähigkeit von 90 W/mK. Dank der sehr guten mechanischen Werte kann die Keramik auch dünner angewandt werden, was einen zusätzlichen Vorteil in Bezug auf den Wärmewiderstand hat. Außerdem wird dadurch die Leistungsdichte erhöht und die Systemkosten gesenkt. „Bei Si3N4 handelt es sich um eine für DCB- und AMB-Verfahren neue Keramik mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und hoher thermischer Leitfähigkeit, die die Zuverlässigkeit um ein Vielfaches erhöht“, so Götz. www.curamik.com Effizienz-Navi Preis Material Energie Service Handhabung Zeit Lebensdauer ✔ Kosten senken mit Produktion Aluminium Leichte Lösung für schwere Aufgaben Produktion Nr. 1-2, 2013 Die Trimet Aluminium AG entwickelt in Zusammenarbeit mit Kunden und internationalen Hochschulen innovative Werkstoffe aus Leichtmetall. Essen (ba). In ihrem Industrielabor hat Trimet zwei Legierungen entwickelt, die den steigenden Materialanforderungen der Automobilindustrie Rechnung tragen und gleichzeitig die Energieeffizienz verbessern. Mit der neu entwickelten, eisenarmen Legierung können Bauteile hohen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten. Gemeinsam mit einem langjährigen Kunden hat Trimet die Wärmeleitfähigkeit des Legierungstyps entscheidend erhöht und die Bruchdehnungswerte erheblich verbessert. Die neue Aluminiumlegierung eignet sich für Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse und andere Gussteile, die bei dünnen Wandstärken besonders starken Belastungen ausgesetzt sind. „Die hohen Leistungsdichten optimierter Verbrennungsmotoren belasten die verwendeten Materialien erheblich. Unsere neue Legierung ermöglicht nun weitere Verbesserungen in diesem Bereich“, sagt Dr. Hubert Koch, Leiter der Trimet Forschung und Entwicklung. Eine weitere Werkstoffinnovation stellt das Unternehmen für einen breiten Anwendungsbereich vor. Trimet hat eine Gusslegierung Leichtmetallanwendungen – Mit der Forschung im eigenen Labor verkürzt Trimet Innovationswege. Bild: Trimet weiterentwickelt, die bei mehr als 80 % der im Druckgussverfahren hergestellten Aluminiumbauteile zum Einsatz kommt. Die neue Legierung hat eine bessere Energieund Ressourceneffizienz und kommt mit weniger Varianten als bisher für das gleiche Leistungsspektrum aus. Trimet bietet Anwendern nun eine verlässliche Erfahrungsbasis, um die Legierungszusammensetzung entsprechend den bauteilspezifischen Anforderungen festlegen zu können. Den Praxistest hat die Legierung bereits bestanden. Das von Trimet produzierte Kurbelgehäuse-Unterteil für den Sechs-Zylinder-Motor eines BMW-Motorrads belegte den dritten Platz beim diesjährigen Aluminium-Druckguss-Wettbewerb. www.trimet.de Effizienz-Navi Preis Material ✔ Energie ✔ Service Handhabung Zeit Lebensdauer ✔ Kosten senken mit Produktion Composites Formteile aus Faserverbundkunststoff Produktion Nr. 1-2, 2013 Der Werkzeug-, Maschinen- und Anlagenbauer BBG GmbH & Co. KG besitzt umfassendes Knowhow für die Serienfertigung von Bauteilen aus Faserkunststoff. Mindelheim (ba). Zu den Neuheiten, die der Anbieter von Werkzeugen und Formenträgersystemen für das Veredeln von Glas mit Polyurethan, anbietet, zählt das Modell BFT-P V6 zur Verarbeitung von CFK-Bauteilen im Automobilbau. Groß ist das Interesse der Branche auch an Formenträgersystemen des Typs BFT-R für die Fertigung von Composite-Bauteilen im CSM (Compound Spray Moulding)-Verfahren und LFI (Long Fibre Injection)-Verfahren. Mit ihnen lassen sich leichte und stabile Bauteile fertigen, die problemlos kaschiert oder lackiert werden können und die sowohl im Fahrzeuginneren als auch bei der Karosserie eingesetzt werden. Nachgefragt werden die Anlagen auch von der Luftfahrtindustrie. Der letzte Auftrag betrifft die Fertigung von Toilettenwänden in Flugzeugen. Er umfasst eine Vier-Säu- Die Vier-Säulen-Presse BFT-U hat BBG speziell für das Fertigen großflächiger Formteile aus Faserkunststoffverbund entwickelt. Bild: BBG GmbH & Co. KG len-Presse BFT-U, die BBG speziell für das Herstellen großflächiger Formteile aus Faserkunststoffverbund entwickelt hat, die dazu gehörenden Presswerkzeuge und ein Werkzeugwechselsystem. Gefertigt werden auf ihnen Lavatorysheets als Sandwich-Bauteile mit zwei Prepreg-Deckschichten und einer zwischenliegenden Papierwabe (paper honey comb, PHC). www.lanxess.de Composites Beständig gegen Meersalz Produktion Nr. 1-2, 2013 Forscher des Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben eine Alternative zu den Titanrohren in Meerwasserentsalzungsanlagen entwickelt. Bremen (ba). In Meerwasserentsalzungsanlagen wird Meerwasser auf Rohre gesprüht, durch die heißes Gas oder Wasser strömt. Reines Wasser verdampft, zurück bleibt die salzige Ablauge. Der Dampf wiederum lässt sich auffangen und abkühlen. Dieses Verfahren stellt vielfältige Ansprüche an das Rohrmaterial: Es muss Wärme übertragen und robust sein gegen Korrosion und Belagsbildung. Damit das Wasser gut verdampfen kann, muss sich das Rohrmaterial zudem gut durch das Meerwasser benetzen lassen. Die Hersteller verwenden daher nur Titan und hochlegierte Stähle. Diese Materialien sind jedoch sehr teuer. Forscher des Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM entwickeln nun eine Alternative zu den Titanrohren: Rohre aus Polymerkompositen. Das Besondere: Die Polymerkomposite sind zwar ein Kunststoff, Entsalzungsanlagen sind im Kommen, denn Trinkwasser wird knapp. Das Fraunhofer IFAM entwickelt eine Alternative zu teuren Titanrohren. Bild: IFAM aber sie übertragen dennoch Wärme. Ein weiterer Vorteil: Sie lassen sich als Endlosware herstellen und sind entsprechend kostengünstig. Doch wie haben es die Forscher geschafft, das Polymer wärmeleitfähig zu machen? „Wir haben Metallpartikel in das Material eingefügt, genauer gesagt geben wir bis zu 50 Volumenprozent Kupfermikrofasern hinzu. Die Verarbeitungseigenschaften des Komposits ändern sich dadurch nicht, es lässt sich weiterhin wie ein Polymer verarbeiten“, sagt Arne Haberkorn vom IFAM. Die Wissenschaftler wollen nun die Wärmeleitfähigkeit des Materials optimieren. Dazu bauen sie die Rohre in eine Pilot-Meerwasserent- salzungsanlage ein: Hier testen sie ihre Wärmeleitfähigkeit, überprüfen, wie viel Belag sich durch Mikroorganismen auf den Rohren bildet und wie stark der Werkstoff in der salzigen Umgebung korrodiert. Anhand dieser Ergebnisse optimieren sie die Kompositeigenschaften. Den Verdampfungsprozess haben die Forscher so eingestellt, dass er bei einer Temperatur von 70 Grad Celsius abläuft – durch die Rohre strömt also 70 Grad heißes Gas. Das bietet einige Vorteile: Es bildet sich weniger Belag auf den Rohren, das Material korrodiert nicht so schnell und der Druckunterschied zwischen Innen- und Außenseite des Rohres wird nicht so groß. www.fraunhofer.de
10. Januar 2013 · Nr. 1-2 · Produktion · Werkstoffe Konstruktion · 17 Internet Online-Datenbank durchleuchtet Kunststoff-Produktion weltweit Summen der auf Anlagen-Ebene in Polyglobe enthaltenen Daten Bild: Polyglobe Produktion Nr. 1-2, 2013 Zur Verbesserung von Transparenz und Planungssicherheit im Kunststoffeinkauf hat der Branchendienst Kunststoff Information (KI) jetzt eine neue Online-Datenbank vorgestellt. Bad Homburg (ba). Der Branchendienst Kunststoff Information stellt mit ‚Polyglobe‘ eine Online- Datenbank zur Verfügung, die weltweite Angaben zu Kunststoffproduzenten, deren Anlagen und Kapazitäten, Force Majeures, Wartungen, Drosselungen und Ausbau- oder Stilllegungs-Plänen enthält. Für nahezu alle Kunststoffsorten sowie deren wichtigste Vorprodukte werden rund 3 800 Anlagen an fast 1 000 Standorten in 75 Ländern präsentiert. Auswertungen sind auf einfache Weise nach Produkten, Regionen oder Unternehmen möglich. Auf Produzentenebene werden Joint-Ventures und Konzernverbunde sowie der Integrationsgrad jedes Herstellers dargestellt. Fünf-Jahres-Forecasts geben einen Ausblick auf zukünftige Angebotsstrukturen. Die Datenbank wird tagesaktuell gepflegt und stellt so dem Nutzer zu jedem gewünschten Zeitpunkt zuverlässige Informationen bereit. Polyglobe richtet sich vor allem an Kunststoffverarbeiter mit strate- gisch ausgerichtetem Rohstoffeinkauf, denen die bislang erhältlichen Produkte anderer Anbieter zu kostspielig oder zu wenig an ihren Bedürfnissen orientiert sind. Polyglobe ist in Deutsch und Englisch nutzbar und wird für nur 1 480 Euro jährlich angeboten. www.Polyglobe.net Effizienz-Navi Preis Material Energie Service ✔ Handhabung Zeit Lebensdauer Kosten senken mit Produktion Thermoplastische Kunststoffe Kunststoff macht mobiler Produktion Nr. 1-2, 2013 Die Grafe Advanced Polymers GmbH ist Spezialist in der Modifizierung thermoplastischer Kunststoffe. Sie entwickelt Masterbatches, Compounds und Pigment-Pulvermischungen. Das Low-Emission-PP-Compound von Grafe Advanced Polymers sorgt für ein verbessertes Klima im Fahrzeuginnenraum. Bild: Grafe Advanced Polymers Blankenhain (ba). Bei einem Kunden von Grafe kollidierten die Eigenschaftsprofile herkömmlicher Luftkanalmaterialien mit den gestiegenen Anforderungen eines Neuproduktlaunches. Im Fahrzeuginnenraum müssen Emittenden mit jedem Produktlaunch deutlich reduziert werden. Das betrifft natürlich auch alle Kunststoffaggregate. Der bei dem Kunden bis dato eingesetzte PP-Werkstoff in luftführenden Komponenten überschritt deutlich die neu definierten Grenzwerte für Emissionen im Fahrzeuginnenraum. Um den Anforderungen an ein verbessertes Klima im Fahrzeuginnenraum gerecht zu werden, entwickelte Grafe in mehreren Entwicklungsstufen in Zusammenarbeit mit einem großen deutschen OEM ein Low- Emission-PP-Compound. Mit diesem schuf Grafe eine geruchsarme PP-Innenraumtype. In mehreren Tests konnte die Wärmealterungsstabilität gemäß VW 44045 nachgewiesen werden. Die prozessoptimierte Rezeptur generiert zusätzlich Optimierungspotenziale für Verarbeitbarkeit, Zykluszeit und Ausstoß. Unter Zuhilfenahme geeigneter selbst entwickelter Additivpakete und dem Einsatz speziell ausgewählter Rußtypen entspricht das Grafe- Compound den spezifischen Anforderungen: wärmealterungsstabil, emissionsarm, geruchsneutral und prozesssicher. Die bisher eingesetzten PP- Werkstoffe für luftführende Komponenten konnten die neu definierten Grenzwerte für Emissionen im Fahrzeuginnenraum nicht mehr erreichen. In dem neu entwickelten Low-Emission-PP-Compound wurde den umfangreichen OEM-Anforderungen sowie den höchsten Ansprüchen eines modernen Serienprozesses hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit entsprochen. Mehrere Tests mit dem Extrusionsblasform-PP von Grafe haben gezeigt, dass sich der Werkstoff nach Verarbeitung geruchsneutral verhält. Die prozessoptimierte Rezeptur des PP- Compound ermöglicht eine bessere und schonendere Verarbeitbarkeit. Darüber hinaus können Ausstöße und die Zykluszeiten verbessert werden. Daher stellt sich der auch der Verarbeitungsprozess kosteneffizienter dar. Neben dem Low-Emission-PP- Compound entwickelt Grafe weitere innovative Produkte für den Automobilbau. Exemplarisch dafür steht das HP-Masterbatch-Composite: Dieses bietet signifikanten faserverstärkten Strukturbauteilen im Inter-, Exterieur und Powertrain höchste Performance für Langzeitwärmestabilität, Designfreiheit und Faserpolymeranbindung. Hierbei waren Forderungen hinsichtlich effizienter Zugabedosierung von unter 3 % zu realisieren. Selbst Höchsttemperaturlasten im Motorraum können den mit dem Grafe-HPMC stabilisierten Strukturbauteilen keine relevanten Schäden zufügen. www.grafe.com ultraharter Schneidstoffe ■ Präzisions-Zerspanwerkzeuge höch ster Qualität aus Diamant und CBN. ■ Einzigartiges Sortiment an Standard werkzeugen sofort lieferbar. ■ Riesige Auswahl an Diamant-, CVD- und CBN- Sorten sowie neuer Schneiden-, „Chip-Breaker“- und Spangeometrien. ■ Sandwich - Konstruktionen sparen enor me Kosten. Becker Diamantwerkzeuge GmbH Benzstraße 13 D-82178 Puchheim/München Tel. 0 89 / 89 02 28-0 www.beckerdiamant.de Dank des neuen PP-Werkstoff sinken die Emissionswerte im Fahrzeug. Bild: Grafe Advanced Polymers
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