Hogyan? – A profi szénszálerősítéses polimert gyártó gép

A gépgyártó cégeket is vonzza a szénszál erősítéses polimerek kivételes könnyűsége.  Az infrastruktúra átállása viszont nem olyan egyszerű: az alábbiakban az egyik textilgyártó cég fejti ki, hogyan valósították meg az átállást szénszál erősítéses műanyag alkatrészekre, illetve megosztják kezdeti tapasztalataikat is, amiket ezzel az anyaggal értek el.

Ha kompozitról esik szó, sokszor a Franconia-ban elhelyezkedő, naila-i Liba Maschinenfabrik GmbH kerül előtérbe, mivel rengeteg tapasztalattal rendelkeznek, melyek mások számára is felhasználhatók. A cég félkész textil termékeket előállító rendszereket gyárt (üveg és szénszál erősítéses anyagok, például a a szélerőgépek  rotor pengéi, vagy konkrét szálerősítések). A legfontosabb téma manapság az autóipar, – magyarázza a tulajdonos és egyben ügyvezető igazgató, Karlheinz Liebrandt. „2012 lesz az az év, amikor az autóipari termelési alkalmazásokban is meg fog jelenni az első szénszál erősítéses polimer, és a BMW az új L-Car-ral fogja képviselni ezt az új irányzatot.”

Ez az első áttörés, mivel már régóta szerették volna, ha más iparágak is elkezdik használni ezt az anyagot, ami tökéletesen illik a mai, modern koncepcióba, vagyis abba, hogy redukáljuk az egyes elemek tömegét, és így könnyebb szerkezeteket kell alakítunk ki. Ha ez megtörténik, akkor ez már nem csak egy vízió lesz, hanem a jövő mérnökeinek a valósága. A Liba már régóta használja saját gépeiben alkatrészként a szénszál erősítéses műanyagokat, ami tökéletesen ellenáll mindenféle termikus és mechanikai feszültségnek. „Az egyik legfontosabb alkatrészünk, a kötőanyag tartály készült ebből az anyagból (CFRPs).” -mondta Liebrandt.

Szénszálerősítéses műanyagok használata

LIBA Maschinenfabrik GmbHEzek a polimerből készül rudak akár 6 m hosszúságúak is lehetnek, összetett keresztmetszeti geometriával, amin több mint 8000 kötőanyag bejuttatására szolgáló tű helyezkedik el.  Ahhoz hogy biztosan elvárt precizitású textil jöjjön le a gyártósorról, mindig állandó hosszúnak kell maradniuk a rudaknak (minimális tűréssel), még ha a hőmérséklet folyamatosan változik is. Eddig pultrúzióval készült alumínium-magnézium profilokat használtak, aminek a hossza a hőmérséklet függvényében változott. „Amióta szénszál erősítéses polimert használunk, alig változik a rudak hossza, gyakorlatilag semmi problémával sem találkozunk.” -nyilatkozta Karlheinz Liebrandt.

Az átálláshoz azonban mindenképp szükséges végiggondolni pár dolgot. Például a tervező mérnököktől teljesen új szemléletmódot igényel, ha szénszál erősítéses műanyagból terveznek alkatrészt. Ez az anyag eltérő módon viselkedik az alumíniumhoz képest, aminek minden irányban ugyanakkora a mechanikai szilárdsága. A szénszál erősítéses polimerrel ellentétben – melyet anizotrópnak neveznek az irányfüggő tulajdonságai miatt -, változtatható a mechanikai szilárdsága attól függően, hogy hogyan használjuk a polimer szálakat a különböző irányokban. Például, ha a szálat 45°-ban fektetjük a hosszirányhoz képest, akkor nagyon nagy torziós merevséget érünk el.

LIBA gép

Liebrandt a szénszál erősítéses polimerek gyártására szolgáló gépek forgalmazójaként ennél sokkal jobban is ismeri az anyag gyártásában felmerülő bonyolultabb kérdésekre a válaszokat, hiszen már 10 éve “küzd” gyártásukkal, ami sok “vérrel, verítékkel, könnyel és rengeteg pénzzel” járt együtt. „Ez egy elég hosszú, drága és kínszenvedéses folyamat, rengeteg visszaeséssel, mert amikor én elkezdtem foglalkozni ezzel 10  éve, akkor a piacon még nem volt semmi használható szakvélemény ami segített volna, és a saját tapasztalataimra sem támaszkodhattam teljesen ahhoz, hogy konkrét terveket építsek ki.” – emlékszik vissza.

A hosszmarógép is “megküzd” a 8 méteres alkatrészekkel

A gyártást mindeddig hagyományos szerszámgépekkel valósították meg, ami egyébként alumíniumot és acélt képes marni. 2011 augusztus végén vette át a cég az első olyan szerszámgépet, ami alkalmas szénszálerősített anyagok marására. Ezt a gépet az EiMa MAschinennbau GmbH-tól vették meg. Karlheinz Liebrandt szerint, ez a hosszmarógép jelentette az egyetlen megoldást, mivel hosszas utánjárás árán bebizonyosodott, hogy ez volt az egyetlen olyan gép, ami képes volt a nagyon hosszú és keskeny, szénszálerősített polimerből készült szerszámtárat kezelni. Az új gép képes akár 8 méteres alkatrészeket is marni.

Szénszálerősítéses polimer

Az új Alpha C gyártóközpontot új szerszámtárral és egy speciális maróval szerelték fel. A szerszámtárat a WNT Deutschland GmbH, a marót a Karnasch Professional Tools GmbH gyártotta. A hagyományos marógéphez képest, ez kétszeres orsósebességgel üzemel (1 800 fordulat/perc) és az előtolás marásnál 20 m/perc. „A termelékenységünk már így 40%-kal javult – nyilatkozza a cégigazgató. „Biztos vagyok benne, hogyha felújítjuk az egész infrastruktúrát, ennél jobb eredményt fogunk kapni.” Hosszútávon a gépektől kétszeres termelékenységet várnak, elsősorban a szénszál erősítéses polimerek előállítási költségeinek csökkenése miatt.  Liebrandt-ot idézve: “Még azt is el tudom képzelni, hogy rendeléseket veszünk fel külsős cégektől, akiknek szénszál erősítéses műanyagot állítunk elő, ha bármikor is olyan helyzetbe kerülnénk, hogy már nem tudjuk saját cégen belül kihasználni a gépek teljes kapacitását.”

Fiatal mérnökök is helyet kaphatnak?

Hogy mi is Liebrandt tanácsa kezdő felhasználóknak, akik acél és alumínium helyett inkább szénszál erősítéses polimert szeretnének marni? Azt tanácsolja, hogy vegyenek fel a cégek fiatal mérnököket, akik már valószínűleg tanultak az egyetemen arról, hogyan kell fejleszteni és gyártani szénszálas alkatrészeket. Tehát tudni fogják azt is hogy, nem lehet a szénszálerősített polimerből készült alkatrészbe menetet vágni, csak ha fémbetétet használunk. „A cégeknél a mérnököknek ezentúl nagy felelősséget kell vállalniuk a gyártásnál és abban, hogy a munkatársakat megfelelő szinten kiképezzék.”

Egy példát felhozva a jelenlegi működéssel kapcsolatban:  a CFRP por nagyon jól vezeti az elektromosságot. Ha ez a por belekerül elektromos érintkezőkbe, rövidzárlatot okoz. Tehát szinte kötelező szinten el kell szigetelni ezt a területet és leginkább az elektromos eszközöket ez ellen az ultrafinom szemcséjű szén por ellen, különösen a Liba gépeket, ha azokon megmunkálás száraz üzemmódban történik. „Nagyon jó elszívó berendezések és megfelelő szűrők szükségesek.” – mondja Liebrandt. „Régebben hűtő kenőanyagokkal kellett dolgoznunk, de az rengeteg gondot okozott, mert nehéz volt tisztán tartani a gépet.”

A  METAV 2012 kiállításon minden “mit?” és “hogyan?” kérdésre válaszokat találhattak a VDMA Fórumokon keresztül: “Composite Technology” és “Composite World Arena”.

Még az olyanoknak is mit Liebrandt és csapata, sok mindent kell még tanulnia a szénszál erősítéses polimerek gyártásáról.  Pont ezért vett részt a cég is a VDMA Fórumon, a “Composite Technology“-n. “Ebben a technológiában, ahogy láthatják, minden nagyon gyorsan változik.” A fórumot azon felül hogy egy lehetőségnek tartja potenciális ügyfelek megismerésére és  együttműködési kapcsolat kialakítására,  mindenképp célszerű részt venni rajta, mert senki sem nevezheti magát mesternek ebben a szakmában, nagyon szerteágazó a technológia. Liebrandt szerint a METAV 2012 is egy másik lehetőség volt  információszerzésre, ahol a VDW-nek köszönhetően (Német Szerszámgépgyártók Egyesülete) került megszervezésre a “Composite World Arena” rendezvény.

További információ

A LIBA Maschinenfabrik GmbH honlapja

-

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!