Aufgabenstellung/Herausforderung

Die Abteilung Forschung & Entwicklung begleitet seit Jahren unsere Kunden in Projekten – beginnend von der ersten Produktidee, über die Beschaffung von Prototypen sowie Serienwerkzeugen, der passenden Auswahl von Material und Verfahren bis hin zur Serienfertigung ihrer Produkte.

Auch die Optimierung von bestehenden Produkten analysieren wir gerne für Sie und bieten auch die Übernahmen von bestehenden Fertigungswerkzeugen an (siehe Relocate2Mitras Prozess).

Einer solchen Aufgaben haben wir uns gestellt und die Möglichkeiten untersucht, eine gepresste Hartgewebe(HGW)-Platte durch ein werkzeugfallendes SMC-Bauteil zu substituieren.

Die Anforderungen an das Bauteil waren:

-        Senkung der Bauteilkosten

-        Realisierung von Zugfestigkeiten im Bereich von 8 bis 10 kN

-        Fehlerfreie Oberfläche, da Teilentladungenströme im Anwendungsfall des Bauteils vorherrschen

Lösungsansätze:

Im engen Kontakt mit dem Kunden konnten weitere Bauteilanforderung und Rahmenbedingungen für eine Serienfertigung abgestimmt werden, wie bspw.:

-        Stückzahl p.a.

-        Farbe

-        mechanische Anforderungen (Biegefestigkeiten, Schlagzähigkeiten)

-        elektrische Anforderungen

Auf Basis der besprochenen Anforderung kristallisierte sich schnell heraus, dass die Umsetzung nur in der Technologie Heißpressen realisiert werden kann. Materialspezifisch sollte ein SMC mit einem GF-Gehalt von 38% zum Einsatz kommen.

Für die Serienfertigung sind Investition in ein Zweifach-Werkzeug getätigt worden. Nach Herstellung des Werkzeuges und der daran anschließenden Musterung konnten ersten mechanische Festigkeitsprüfungen durchgeführt werden. Dabei wurden im ersten Versuch eine Zugfestigkeit von 5 kN gemessen.

In der Analyse, mit Hilfe von Veraschungen und weiteren Parametervarianten im Prozess, wurden Optimierungen definiert, welche eine Verbesserung der Zugfestigkeit bringen sollten. Dazu zählten:

-        Erhöhung des GF-Gehaltes

-        Implementierung von zusätzlichen Verstärkungsfasern bzw. Alternativfasern

-        zusätzliche Entlüftungen im Werkzeuge schaffen

-        Änderung der Trennebene an den Durchbrüchen

Das Rohmaterial wurde auf Basis dieser Anforderungen angepasst. Durch die enge Kommunikation mit dem Rohmateriallieferanten konnte eine effiziente Korrekturschleife realisiert werden. Bei den erneut gepressten Muster wurden die Zugfestigkeiten geprüft.

Unterschiedliche Materialien und Prozessparametern ergeben ein breites Spektrum an Zugfestigkeiten zwischen 4,5 bis 15,8 kN bei einer Prüfgeschwindigkeit von 8 mm/min.

Durch den Einsatz von Carbonfaser(CF)-SMC können Zugfestigkeit von über 15 kN erzielt werden. Damit sollte aufgezeigt werden, welche Festigkeit, unabhängig vom Einsatzort, durch ein gepresstes SMC-Bauteil realisiert werden kann. Da der Artikel im elektrischen Umfeld zum Einsatz kommt, ist die Umsetzung in CF-SMC nicht zielführend.

Ergebnis

Nach Auswertung der Analyseergebnisse fiel die Entscheidung auf eine Materialkombination aus unidirektionalem SMC und einem hochgefüllten SMC mit hoher Festigkeit.

Die Materialien zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

-        Außerordentlich hohe mechanische Festigkeiten

-        Hohe Wärmebeständigkeiten

-        Hohe Isolationswerte

Und spezifischen Merkmale:

-        Zähelastizität

-        Hohe Bruchdehnung

-        Hohe Chemikalienbeständigkeit

Durch die Substitution der Hartgewebe-Platten durch SMC konnten werkzeugfallende Bauteile realisiert werden. Hierbei werden aufwändige nachgelagerte Fräsprozess vermieden, die Durchlaufzeiten der in Produktion und Beschaffung deutlich reduziert und gleichzeitig die geforderten Zugfestigkeiten sichergestellt. Diese Effekte resultierten in deutlich niedrigeren Bauteilkosten. Die Werkzeuginvestition haben sich innerhalb von 2 Jahren amortisiert.

Der Kunde schätzte in diesem Projekt unser KnowHow bei Materialauswahl und Werkzeugauslegung/-spezifikation sowie die enge Kommunikation. Eine intensive Projektbetreuung durch uns sorgte stets für Kosten, Termin und Ressourcen-Transparenz beim Kunden.

Kontaktieren Sie uns gerne bei Fragen zur Technologie, Material und Herstellungsverfahren. Wir beraten Sie gerne bei Ihren Produkten und finden mit Ihnen gemeinsam Material- und Produktlösungen, entsprechend ihrer Anwendungsgebiete und Anforderungen.