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Leseprobe_10905

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Kunststoffanwendungen in der Fahrzeugtechnik<br />

LE 1 Kunststoffanwendungen in der Fahrzeugtechnik<br />

Die Forderung nach Einsparung von Kraftstoff und somit die Verringerung von Emissionen wird dem<br />

verstärkten Einsatz der Kunststoffe in der Fahrzeugtechnik, mit der Forderung nach neuen Konzepten<br />

des Leichtbaus sowie Antriebstechnik, ein weiteres Wachstum verschaffen. Derzeit sind je nach Fahrzeug<br />

________________ Gewichtsanteil Kunststoff in Fahrzeugen verbaut.<br />

Quelle: BMW group<br />

■■Notizen<br />

3


Kunststoffanwendungen in der Fahrzeugtechnik<br />

LE 2 Anwendungsbeispiele von Kunststoffen in der Fahrzeugtechnik<br />

Polypropylen-Ethylen/ Propylen-Terpolymer (PP/EPDM)<br />

Stossfänger, Zierleisten/Seitenverkleidungen, Spoiler<br />

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)<br />

Konsolen, Ablagen, Motorradverkleidungen, Motorradkotflügel<br />

Polycarbonat (PC)<br />

Leuchten, Streuscheiben,__________________ , Verkleidungsscheiben<br />

Polypropylen/ Polyamid (PP/PA)<br />

Verkleidungsteile z. B. Radhaus, Unterboden<br />

Polyurethan (PUR)<br />

Sitze, _______________________ , Lenkrad, Motorradsitzbänke<br />

Polyamid/glasfaserverstärkt (PA-GF)<br />

Funktionsteile des Motors<br />

Polypropylen/ Polyamid (PP/PA)<br />

Verkleidungsteile z. B. Radhaus, Unterboden<br />

Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK)<br />

Heckklappe, Motorhaube, div. Anbauteile<br />

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK)<br />

Heckklappen, Motorhauben, Verkleidungsteile, Gastanks,<br />

__________________________________________________<br />

■■Notizen<br />

4


Kunststoffanwendungen in der Fahrzeugtechnik<br />

LE 3 Vorteile von Kunststoffen in der<br />

Fahrzeugtechnik<br />

■■Notizen<br />

■ ■ Bauteiloptimierung durch Integration von Baugruppen<br />

sowie fast grenzenlose Gestaltungsmöglichkeit<br />

■ ■ beständig gegen ___________________________<br />

■ ■ niedrige Verarbeitungstemperatur<br />

■ ■ niedrige Leitfähigkeit/Isolatoren<br />

■ ■ geringeres _________________ gegenüber Metallen<br />

■ ■ wiederverwertbar (Recycling)<br />

■ ■ passive Sicherheit<br />

LE 4 Passive Sicherheit<br />

■■Notizen<br />

Durch den gezielten Einsatz von Kunststoffen kann die passive<br />

Sicherheit in Kraftfahrzeugen _______________ werden.<br />

Beispiel: Fahrerairbag aus Polyamidgewebe<br />

5


Alternative Antriebe / Leichtbau<br />

LE 5 Alternative Antriebe / Leichtbau<br />

Bei der Herstellung moderner Fahrzeuge hat die Einsparung von ______________________________<br />

eine hohe Priorität. Bei Verbrennungsmotoren werden mit 100 kg weniger Gewicht bis zu 0,5 Liter<br />

___________________________ auf 100 km eingespart.<br />

Bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb müssen die hohen Gewichte der Batterien kompensiert werden.<br />

Mit jedem Kilogramm Gewichtseinsparung lässt sich die _____________________________ erhöhen.<br />

Als Materialien für den Leichtbau haben sich neben Aluminium und hochfesten Stählen auch die<br />

Faserverbundkunststoffe etabliert. Bei der Herstellung von ___________________________ kommen<br />

ebenfalls Faserverbundkunststoffe zum Einsatz.<br />

Ein sehr hohes Leichtbaupotenzial bieten hier_______________________________________________ .<br />

Die Abbildung zeigt die Aufteilung<br />

der unterschiedlichen Antriebskonzepte<br />

und macht deutlich, dass der<br />

Anteil der Kunststoffe insbesondere<br />

im Bereich der Elektromobilität<br />

zukünftig sehr stark wachsen wird.<br />

Quelle: Kraftfahr Bundesamt<br />

Leichtbau am Beispiel BMW i3 mit Elektroantrieb.<br />

Die Fahrgastzelle ist aus<br />

kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK).<br />

Bild: BMW i3 Concept Quelle: BMW group<br />

■■Notizen<br />

6


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 6 Kunststoff<br />

■■<br />

Notizen<br />

Kunststoffe werden aus natürlichen Rohstoffen hergestellt.<br />

Dies sind z. B. Zellulose, Kohle, Erdöl oder Erdgas.<br />

Der wichtigste Rohstoff ist ______________ .<br />

Die Produktion von Kunststoffen und die Verarbeitung zu<br />

Produkten ist eine sehr effiziente Nutzung von Erdöl.<br />

Kunststoffprodukte sind theoretisch endlos ______________<br />

und besitzen einen sehr hohen Brennwert, der nahezu die<br />

gesamte Herstellungsenergie beinhaltet.<br />

Durch die Anwendung von Kunststoffen lassen sich außerdem<br />

Gewichtsreduktionen realisieren, wodurch wiederum<br />

__________ eingespart wird. Ein Beispiel ist der Automobilbau,<br />

wo immer mehr Bauteile aus Metall durch Kunststoffe<br />

ersetzt werden.<br />

In der Entwicklung der Verpackungen für Lebensmittel stecken<br />

ingenieurtechnische Leistungen, die für den Verbraucher<br />

nicht sichtbar sind. Die Verpackungstüten z. B. von<br />

Chips oder Süßigkeiten bestehen aus mehreren Folien und<br />

Schichten, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen, wie z.<br />

B.: Sperrschichteigenschaften, wie Schutz vor Feuchtigkeit,<br />

hygienischen Schutz, Lichtschutzbarriere, UV-Schutz oder<br />

Sauerstoffdurchlässigkeiten, Bedruckbarkeit etc. realisieren.<br />

Hinzu kommen noch<br />

mechanische Aufgaben wie<br />

z. B. wiederverschließbare<br />

Folien.<br />

Technische Kunststoffe für den chemischen Anlagenbau<br />

sowie auch physiologisch unbedenkliche Kunststoffe wie<br />

z. B. Polyvinylidenfluorid = PVDF sind mittlerweile in der<br />

Pharma-, Lebensmittel- und Halbleiterindustrie zu finden.<br />

Hochleistungs-Kunststoffe für die Herstellung von Medizingeräten<br />

Schläuche, Dichtungen und Zubehör für medizintechnische<br />

Geräte, insbesondere Verbrauchsmaterialien<br />

wie z. B. Einwegspritzen, Katheter, Implantate etc. gehören<br />

mittlerweile zu Standardausstattungen in den Kliniken.<br />

Weiterhin können noch viele Beispiele von Kunststoff-Produkten<br />

aufgezeigt werden.<br />

7


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 7 Kunststofferzeugung durch Destillation von Rohöl<br />

Das Rohöl wird bei der Destillation erhitzt, hierbei bilden sich in der Destillationsanlage die verschiedenen<br />

_________________. Die für die Kunststofferzeugung wichtigste Fraktion ist Rohbenzin<br />

(Naphta). Es wird in einem thermischen Spaltprozess (Cracken), in Ethylen (Ethen), Propylen (Propen),<br />

Butylen (Buten) und anderen _______________________________ "gebrochen" und umgebaut.<br />

Aus Ethylen können dann in nachfolgenden Reaktionsprozessen weitere Ausgangsstoffe z. B. Styrol<br />

oder Vinylchlorid gewonnen werden.<br />

Mit den Syntheseverfahren Polymerisation,<br />

Polykondensation oder Polyaddition kann die<br />

eigentliche Herstellung des Kunststoffes<br />

durchgeführt werden.<br />

LE 8 Monomere und Polymere<br />

■■<br />

Notizen<br />

Die Moleküle aus denen Kunststoffe hergestellt werden,<br />

heißen _________________ (Ausgangsstoffe, kleine Moleküle).<br />

Aus den Monomeren entstehen durch einen<br />

chemischen Prozess Makromoleküle, die sogenannten<br />

________________ . Der Prozess, in dem aus Monomeren<br />

Polymere werden, also die Kunststoffherstellung, heißt Polymerisation<br />

(„zum Polymer machen“).<br />

8


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 9 Monomer<br />

■■<br />

Notizen<br />

Ungesättigte Verbindung<br />

am Beispiel von "Ethylen"<br />

Summenformel:___________<br />

LE 10 Polymer<br />

■■<br />

Notizen<br />

Aktiviertes Ethylen kann weitere Atome oder Moleküle binden.<br />

Ersetzt man das Wasserstoffatom [H] Atom mit einem<br />

Chloratom [Cl] so wird daraus ein Polyvinylchlorid (PVC)<br />

9


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 11 Faden- oder Kettenmolekül<br />

■■Notizen<br />

Die entstehende Polymere werden aufgrund ihre Form auch<br />

als Faden- oder Kettenmoleküle bezeichnet.<br />

Kunststoffe bestehen aus sogenannten Makromolekülen.<br />

Es handelt sich dabei um sehr große Molekülketten, welche<br />

wieder aus mind._____________ Einzelmolekülen<br />

bestehen. Sind die Einzelmoleküle in einer Linie aneinandergereiht,<br />

wie z. B. beim Polyethylen, nennt man die<br />

Makromoleküle _________________ oder Kettenmoleküle<br />

bzw. lineare Makromoleküle. Jedoch können sie auch<br />

_____________________________ besitzen oder untereinander<br />

verbunden sein. Außerdem kann es Unterschiede in<br />

ihrer ______________________ Anordnung geben.<br />

Teilkristalline Struktur<br />

Kettenstruktur<br />

Beispiel:<br />

Außenhaut der Tür<br />

10


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 12 Einteilung der Kunststoffe<br />

■■Notizen<br />

11


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 13 Thermoplaste<br />

■■Notizen<br />

Kunststoffe die durch Wärmeeinwirkung verformbar sind,<br />

heißen ___________________________ . Durch diese Eigenschaft<br />

der Thermoplaste ist eine nahezu grenzenlose<br />

Formgebung möglich.<br />

Thermoplaste sind durch Wärmeeinwirkung schmelzbar.<br />

Charakteristisch für Thermoplaste ist, dass die zwischenmolekularen<br />

Kräfte bei Wärmeentzug wieder<br />

__________________werden, d. h. die Thermoplaste<br />

werden durch Abkühlen wieder _________________.<br />

Da die Polymerketten bei Thermoplasten nicht miteinander<br />

vernetzt sind, können sie bei Wärmeeinwirkung ungehindert<br />

ihren Abstand vergrößern, bis hin zur Schmelze.<br />

Da die Schmelzbarkeit ein Charakteristikum der Thermoplaste<br />

ist, stellt die Schweißbarkeit ebenfalls ein charakteristisches<br />

Merkmal der Thermoplaste dar<br />

LE 14 Amorphe Thermoplaste<br />

■■<br />

Notizen<br />

Die unregelmäßige Anordnung (amorphe Struktur) der<br />

Makromoleküle im Werkstoff nennt man<br />

_______________________________.<br />

12


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 15 Teilkristalline Thermoplaste<br />

■■<br />

Notizen<br />

Hier ist die Anordnung der Makromoleküle im Werkstoff<br />

teilweise (geordnet) __________________ und teilweise ungeordnet<br />

(armorph).<br />

amorph<br />

kristallin<br />

LE 16 Thermoplastische Elastomere<br />

■■Notizen<br />

Thermoplastische Elastomere _____ verbinden die positiven<br />

Eigenschaften von Thermoplasten und Elastomeren.<br />

Sie sind:<br />

■■Bei Raumtemperatur elastisch<br />

■■Schmelzbar<br />

wieder verwertbar und rezyklierbar<br />

Die Elastizität von TPE wird durch sog. physikalische<br />

Vernetzungspunkte erreicht.<br />

Die Polymerketten sind __________<br />

wie bei Elastomeren chemisch<br />

miteinander vernetzt.<br />

Hierdurch sind TPE schmelzbar.<br />

13


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 17 Elastomere<br />

■■<br />

Notizen<br />

Leichte Vernetzung<br />

Querverbindungen zwischen den Fadenmolekülen durch<br />

chemische Bindungen<br />

___________________<br />

Raumnetzmolekül<br />

Auswirkung:<br />

Behinderung der Molekülbewegung<br />

LE 18 Duroplaste<br />

■■<br />

Notizen<br />

Starke Vernetzung<br />

_____________________<br />

Raumnetzmolekül<br />

Auswirkung der chemischen Verbindung: Sehr starke Behinderung<br />

der Molekülbeweglichkeit, je nach Vernetzungsgrad<br />

praktisch ___________________ durch Wärmezufuhr mehr<br />

möglich. Duroplaste sind also nach der Vernetzung dauerhaft<br />

in ihrer Form fixiert.<br />

14


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 19 Bindungskräfte<br />

■■<br />

Notizen<br />

Die Kräfte, die die Moleküle zusammenhalten, sind<br />

_____________ als die chemischen Bindungskräfte, die<br />

innerhalb der Moleküle wirksam sind.<br />

chemische, innenmolekulare Bindungskräfte<br />

physikalische, zwischenmolekulare Bindungskräfte<br />

LE 20 Zwischenmolekulare Kräfte<br />

■■<br />

Notizen<br />

Die zwischenmolekularen Kräfte ändern sich, wenn sich der<br />

Abstand der Fadenmoleküle zueinander verändert.<br />

Kleiner Abstand große/kleine zwischenmolekulare<br />

Kräfte.<br />

Der Molekülabstand und damit die Werkstofffestigkeit lässt<br />

sich durch____________ beeinflussen. Deshalb heißen diese<br />

Kunststoffe ______________________________.<br />

15


Grundlagen der Kunststoffe<br />

LE 21 Der Werkstoff ABS<br />

■■Notizen<br />

Die Abkürzung ABS steht für: Acrylnitril-Butadien-Styrol<br />

ABS ist ein amorpher Thermoplast, der aus den<br />

_______________________ Acrylnitril, Butadien und Styrol<br />

besteht. Die Anteile der jeweiligen Komponenten sind je<br />

nach ABS-Typ unterschiedlich.<br />

LE 22 Erkennen von ABS<br />

■■Notizen<br />

Das Erkennen von ABS gelingt durch folgende Eigenschaften:<br />

■ ■<br />

■ ■<br />

■ ■<br />

______________________<br />

Oberfläche nicht ritzbar<br />

dumpfer Klang beim fallen<br />

Die Flamme ist nicht selbstlöschend, gelb, flackernd und<br />

rußt stark.<br />

LE 23 Eigenschaften von ABS<br />

■■Notizen<br />

Wichtige Eigenschaften:<br />

■ ■<br />

■ ■<br />

■ ■<br />

■ ■<br />

■ ■<br />

hohe Oberflächenhärte (kratzfest)<br />

gute Schlagfestigkeit<br />

________________________________<br />

gut lackierbar<br />

________________________________<br />

Aufgrund der oben genannten Eigenschaften besteht der<br />

Großteil der Motorradverkleidungen aus ABS.<br />

16

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