PRÄSENTATION HSR UND IWK

Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig Institutsleiter / Fachbereich Spritzgiessen & PUR Rapperswil, 19. März 2013

Abteilung Maschinentechnik | Innovation

Inhaltsverzeichnis

HSR Aus- und Weiterbildung angewandte F&E

Institut IWK Fachbereich Spritzgiessen & PUR Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau Fachbereich Compoundierung & Extrusion Dienstleistungen

Möglichkeiten der Zusammenarbeit

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HSR Standorte

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HSR Campus

HSR Labore u. Büros

Eichwies

geplantes Studenten-Wohnheim

HSR Aus- und Weiterbildung

7 Bachelor-Studiengänge

1 Master-Studiengang

1371 Studierende

(Stand 2011)

Elektrotechnik 185

Erneuerbare Energien und Umwelttechnik

186

Informatik 268 Maschinentechnik |

Innovation 263

Bauingenieurwesen 122

Landschaftsarchitektur 171

Raumplanung 102

Master of Science in Engineering

68

6

Bachelorstudium Maschinentechnik | Innovation

7

1. Sem. 2. Sem. 3. Sem. 4. Sem. 5. Sem. 6. Sem.

HS 2010 HS 2011 HS 2012

Juni 2012: Zweitägige Exkursion mit kunststoffinteressierten Studenten

1. bis 4. Semester: Grundlagen Maschinenbau Produktentwicklung u. Innovation Fertigungsverfahren Werkstoffkunde Festigkeitslehre Naturwissenschaften

FS 2012 Sept. 2013

Vertiefung Kunststofftechnik (12 SWS)

Kunststoffverarbeitung 1 für alle Studenten (4 SWS)

Inhaltsverzeichnis

HSR Aus- und Weiterbildung angewandte F&E

Institut IWK Fachbereich Spritzgiessen & PUR Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau Fachbereich Compoundierung & Extrusion Dienstleistungen

Möglichkeiten der Zusammenarbeit

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IWK-Leitung

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Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig Institutsleiter Fachbereich Spritzgiessen & PUR

Prof. Dr. sc. techn. Markus Henne stv. Institutsleiter Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau

Prof. Daniel Schwendemann Institutspartner Fachbereich Compoundierung & Extrusion

IWK Team

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IWK Portrait

Zahlen zum IWK Gründung 2005 20 Mitarbeiter (Absolventen, Industriefachleute)

Aufgaben des IWK Ausbildung: Bachelor Maschinentechnik|Innovation; Bachelor Energie- und

Umwelttechnik, Master of Science in Engineering Forschung & Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette Dienstleistung in Form von Prüfungen und Tests sowie Simulationen

Kernkompetenzen des IWK Spritzgiessen; Faserverbundtechnik und Leichtbau; Compoundierung und

Extrusion, PUR-Verarbeitung Produktentwicklung, Werkstoffmechanik, Werkzeug- und Prozesstechnik

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IWK Leistungen

Fachbereiche Übergreifende Leistungen

Spritzgiessen & PUR Prof. Frank Ehrig

Faserverbundtechnik & Leichtbau Prof. Markus Henne

Compoundierung & Extrusion Prof. Daniel Schwendemann

Dienstleistungen & Beratung

Aus- und Weiterbildung

Kompetenzen: • Produktentwicklung • Bauteilauslegung • Strukturanalyse • Simulation • Werkzeugtechnik • Prozesstechnik • Werkzeugmuster-

ung

Kompetenzen: • Produktentwicklung • Bauteilauslegung • Strukturanalyse • Simulation • Verbindungstechnik • Werkzeugtechnik • Prozesstechnik

Kompetenzen: • Materialentwicklung

und - modifizierung • Compoundierung • Produktentwicklung • Werkzeugauslegung • Werkzeugtechnik • Prozesstechnik

Leistungen: • Werkstoffprüfung • Werkstoff-

charakterisierung • Stoffdaten-

Ermittlung • Bauteilprüfung • Schadensanalyse • Beratung

Bachelor / Master: • Bachelor

Maschinentechnik | Innovation

• Bachelor Erneuerbare Energien und Umwelttechnik

• Master of Science in Engineering

Forschungsgebiete: • Folienhinterspritzen • Phys. Schäumen • PUR-Überflutung • Integration von

Elektronik • Funktionsintegration • Prozesssimulation • Werkstoffmechanik

Forschungsgebiete: • Leichtbau • Mischbauweise • Sandwichbauweise • RTM-Prozess • Organoblech-

Spritzguss • Sensortechnologie • Prozesssimulation

Forschungsgebiete: • Materialentwicklung • Biopolymere /

Biowerkstoffe • Mehrschicht-

Blasfolienextrusion • Recycling

Weiterbildung: • Fachseminare • Kurse • Rapperswiler

Kunststoff-Forum

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Materialentwicklung Produkt-entwicklung

Werkzeug- und Prozesstechnik

Prototypen / Nullserien Bauteilprüfung Recycling

Fachbereich Spritzgiessen & PUR

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• Rheologische und mechanische Kennwertermittlung

• Verarbeitung modifizierter Werkstoffe

• Verarbeitung von Biopolymeren • …

• Pflichtenhefterstellung • Konzeptentwicklung • Materialauswahl/-substitution • Rheologisch-thermische

Auslegung mit CADMOULD u. Moldex 3D

• Festigkeitsberechnung mit Marc-Mentat und Ansys

• …

• Werkzeugbemusterung • Seriennahe Umsetzung neuer

Technologien

• Werkstofftrennung • Werkstoffrückführung • Entsorgung • …

• Variothermtemperierung, • dynamische Temperierung, • CO2-Kühlung, • Integriertes Stanzen • Integriertes Vorformen • Metall- und Kunststofffolien-

hinterspritzen • Physikalisches Schäumen • Integration von Elektronik

• Schadens- und Gefügeanalysen • Mechanische Prüfungen, • Optische Prüfungen • Klimawechseltest, • Salzsprühnebeltest

Infrastruktur Spritzgiessen & PUR

Spritzgiessmaschinen Arburg 2K 200t KrausMaffei 100t Engel 80t Battenfeld 60t Arburg vertikal 20t

Sonderverfahren OPTIFOAM-System für TSG Hochdruck-PUR-Anlage

Peripherie Div. Werkzeuge

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Projektbeispiele Spritzgiessen (1)

Hinterspritzen von Metallfolien

Zielsetzung

Haftvermittlung Metall und Kunststoffe

Bestimmung der maximalen Umformgrade der Metallfolie

Werkzeugtechnik Umformen und Spritzgiessen

Partner

Diverse

Finanzierung Direktfinanzierte Projekte KTI-Projekt

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Projektbeispiele Spritzgiessen (2)

Solarbag - High Tech und Mode

Zielsetzung

Entwicklung einer funktionalen, wie modischen Tasche

Kombination von Stickerei mit miniaturisierten Solarzellen

Aufladung eines Handys und die Innenbeleuchtung der Tasche

Kapselung der Solarzellen

Partner

Forster Rohner AG, St. Gallen IES und MNT, NTB Buchs

Finanzierung KTI-Projekt

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Projektbeispiele Spritzgiessen (3)

Smart Plastics – Integration von Elektronik in Kunststoffbauteile

Zielsetzung

Steigerung der Funktionalität der Kunststoffbauteile

Integration von Beleuchtung, RFID, Schalter, etc.

Hohe Gestaltungsfreiheit, robustes und schlankes Design, wasserdicht, kostengünstig

Reduzierung von Nachfolgeprozesse

Partner

ICOM, HSR

Finanzierung: Industrieprojekte

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Projektbeispiele Spritzgiessen (4)

Individualisierung durch digitale 3D-Drucktechnik

Zielsetzung

Verbesserte Teilepräzision für verbesserte Puzzlebarkeit

Zuverlässige und schnelle Bildverarbeitung

Digitale Drucktechnik auf gewölbten Oberflächen

Partner

Ravensburger Spieleverlag

Finanzierung Firmenprojekt

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Projektbeispiele Spritzgiessen (5)

PUR-Überfluten für anspruchsvolle Oberflächen

Zielsetzung

Geschlossene Oberfläche ohne Freiräume

Taktile Tasten trotz geschlossener Oberfläche mit Feedbackfunktion

Hohe Designfreiheit (Buchstaben, Linien, Matt/glänzend, Beleuchtung,…)

Ebenes oder 3D-Kontur

Partner

Abatek International AG, Isotherm AG

Finanzierung KTI-Projekt

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Prozessablauf:

Projektbeispiele Spritzgiessen (5)

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Projektbeispiele Spritzgiessen (7)

Qualitätsoptimierung durch lokale Wanddickenänderungen

Zielsetzung

Minimierung von Verzug und Zykluszeit durch optimale Wanddickenverteilung

Entwicklung eines Optimierungsalgorithmus zur vollautomatischen Wanddickenanpassung

Partner

Doktorarbeit M. Studer

Finanzierung Intern, KTI-Gesuch in Vorbereitung

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Materialentwicklung Produkt-entwicklung

Werkzeug- und Prozesstechnik

Prototypen / Nullserien Bauteilprüfung Recycling

Fachbereich Faserverbundtechnik & Leichtbau

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• Verarbeitung von hochreaktiven Injektionsharzen (Epoxide, PU ,etc.)

• Schlagzähigkeits-modifizierte Composites

• Pflichtenheft / Konzepte • Materialauswahl / -substitution • Multimateriallösungen inkl.

Verbindungstechnik • Integration von Form- und

Funktionselementen • Festigkeitsberechnung mit

Marc-Mentat und Ansys ACP • Gestaltungsrichtlinien

• Werkzeugbemusterung • Seriennahe Umsetzung neuer

Technologien • Resin Transfer Moulding RTM • RTM Metallkerntechnologie für

Hohlbauteile • Prepreg-Autoklavtechnik • Fliesspressen SMC, BMC, GMT

• Werkstofftrennung • Werkstoffrückführung • Entsorgung

• Reduktion der Zykluszeit (insbes. RTM)

• Selbstreinigender 2K-Injektionskopf

• Membranventile für die Mehrpunktinjektion

• Prozesssimulation mit myRTM und SLIP

• Mechanische Prüfungen • Klimawechseltest • Korrosionstests

Resin Transfer Moulding RTM

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Harz Härter

Moulding

Injektion

Vernetzen / Aushärten

Oberwerkzeug

Unterwerkzeug

Nachbearbeiten Schleifen / Polieren Lackieren

Entformen

Tempern

Aufheizen

Zuschneiden Faser- Halbzeug

Lagen

Auflegen

Abfall

Zusammenstellung

Preformen

Besäumen

Oberwerkzeug

Unterwerkzeug Niederhalter

Trockene Preforms

Infrastruktur Faserverbundtechnik

Resin Transfer Moulding CNC Schneidtisch für Gewebe

und Gelege Industrie-Nähmaschine Membranformpresse mit

Heizschublade Prüfpresse 200to geregelt mit

Heizplatten (Auch geeignet für Fliesspressprozesse, z.B. SMC, BMC oder GMT)

1K / 2K Injektionsanlage

RTM Peripherie Permeabilitätsmessgerät Viskosimeter / Rheologie

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Infrastruktur Faserverbundtechnik

Prepreg-Autoklav Verfahren Gefrierschrank für Prepregs Maroso Autoklav (Tmax=250°C,

Dimension: 1’000 x 2’000mm)

Schlagzähigkeitsprüfung Fallturm für Compression After

Impact (CAI) Experimente

Peripherie Handpresse Laminierplatte Diverse Temperiergeräte

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Projektbeispiele Faserverbundtechnik (1)

RTM Simulation Porsche

Zielsetzung

Ermittlung der optimalen Injektionsstrategie

Überprüfung der Robustheit der Prozessführung

Abschätzen der Injektionszeit

Partner

3A Composites, Altenrhein Porsche AG

Finanzierung Direktfinanziert Volumen: 5 – 10 kCHF

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top

botto

m

Projektbeispiele Faserverbundtechnik (5)

Schlagzähe Faserverbundwerkstoffe

Zielsetzung

Steigerung der Schlagzähigkeit von Faserverbund-werkstoffen durch thermoplastische Additive

Ermittlung der Schadensfläche (Delaminationen) und der Restdruckfestigkeit CAI

Umsetzung an einem Demonstrator (Paneel)

Partner

EMS Chemie AG Eurocopter Deutschland Bombardier Aerospace, Irland

Finanzierung KTI-Projekt Volumen: 1’300 kCHF

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Projektbeispiele Faserverbundtechnik (6)

Metallersatz Luftleitblech

Zielsetzung

Strukturoptimierung mit numerischen und experimentellen Methoden

Entwicklung der Fertigungstechnik inkl. Werkzeugauslegung

Fertigung von Prototypenbauteilen Mechanische Prüfung (Spinning Test)

Partner

Rolls-Royce plc., Derby (UK) FACC, Österreich

Finanzierung EU FP7 Volumen: 950 k€

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Projektbeispiele Faserverbundtechnik (8)

Metallersatz Automobil

Zielsetzung

Gewichtsreduktion von metallischen Bauteilen durch Faserverbund-Kunststoffe

Anwendung der Organoblech-Spritzgusstechnologie

Prozess- und Werkzeugentwicklung für grosse Stückzahlen (> 100’000 Stk./a)

Partner

NA

Finanzierung KTI Projekt Volumen: 870 kCHF

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Symbolbilder

Projektbeispiele Faserverbundtechnik (9)

Verstärkung von Spritzgiessbauteilen mit CF-Bändern

Zielsetzung

Verstärkung von hochbelasteten Spritzgussbauteilen mit unidirektionalen GF / CF Bändchen

Entwicklung einer geeigneten Preformtechnologie für die Konfektionierung der Bändchen, sowie deren Positionierung im Spritzgusswerkzeug

Umsetzung und mechanische Prüfung am Beispiel von mehreren Demonstratorbauteilen

Partner

EMS Chemie AG

Finanzierung KTI Projekt Volumen: 660 kCHF

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Materialentwicklung Produkt-entwicklung

Werkzeug- und Prozesstechnik

Prototypen / Nullserien Bauteilprüfung Recycling

Fachbereich Compoundierung & Extrusion

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• Rezeptur-Entwicklung • Modifizierung von Kunststoffen

mit Additiven, Füllstoffen etc. • Compoundierung • Granulierung und Verpackung • Ermittlung der Rheologische

Kennwerte

• Konzeptentwicklung und Auslegung von Extrusionsbauteilen

• Materialauswahl • Entwicklung des

Fertigungsprozesses • Auslegung und Konstruktion

von Extrusionswerkzeugen

• Werkzeugbemusterung • Prozessoptimierung • Extrusion von Musterprofilen für

die Material- und Bauteilprüfung • Extrusion von Mustermengen

für die Weiterverarbeitung, z.B. Profile, Folien, etc.

• Wiederaufbereitung von Recycling-Werkstoffen

• Wiederverwertung von Kunststoffabfällen aus der Produktion (z.B. Angüsse beim Spritzgiessen, Ausschuss-bauteile)

• Einsatz von Recyclingmaterial als Füllstoff

• Compoundierung • Profil-Extrusion • Rohr-Extrusion • 5-Schicht Blasfolien-Extrusion • Schweissen von Kunststoffen

• Ermittlung der mechanischen Kennwerte, wie E-Modul, Kerbschlagzähigkeit, Shore-Härte etc.

• Thermische Prüfungen • Optische Prüfungen • Qualitätskontrolle

Infrastruktur Compoundierung & Extrusion

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Compounder Coperion ZSK26 Gleichläufige Doppelschnecke (ᴓ26mm) Verfahrenslänge 44L/D Modularer, flexibler Verfahrensteilaufbau und Schneckenkonfiguration Seitenbeschickung und Seitenentgasung Gravimetrische Dosierung und volumetrische Flüssigkeitsdosierung

Infrastruktur Compoundierung & Extrusion

Extruder Brabender Plasticcorder 2000 Einschnecke und gegenläufige

Doppelschnecke 6 Heizzonen 20-400°C Drezahlbereich 0 – 115 min-1

Peripherie Granulattrockner Abzug Druckstrahlkabine WIWOX® DP 12 BB Verschiedene Extrusionswerkzeuge

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Infrastruktur Compoundierung & Extrusion

5-Schicht Blasfolien-Extrusionsanlage Collin Verfahrensteil 3 Extruder 25L/D (ᴓ30mm) 2 Extruder 30L/D (ᴓ30mm) 3-Zone Schnecke und Barriereschnecke Maximaler Ausstoss pro Extruder: 15kg/h

Gravimetrische Dosierung Stapeldüse Modular aufgebaut Maximaler Durchsatz: 45kg/h Düsendurchmesser 60mm

Blasturm Maximale Folienablegebreite 400mm Wendestangensystem

Foliendicken: 40-80ɥm

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Projektbeispiele Compoundierung & Extrusion (1)

Stoffliches Recycling von Multimaterial-bauteilen

Zielsetzung

Wiederverwertung von Mehrkomponenten-Spritzgussabfällen

Aufbereitung und Modifizierung im Compounder, Regranulierung

Kennwertermittlung und Datenblatterstellung

Partner

KRL, Lenzburg

Finanzierung KTI Innovationsscheck Volumen: 8 kCHF

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Projektbeispiele Compoundierung & Extrusion (2)

Entwicklung eines flexiblen Isolierglas-abstandhalters im Extrusionsprozess

Zielsetzung

Materialrecherche und -entwicklung Profildesign und Prozesstechnik Funktions- und Qualititätskontrolle

Partner

Prowerb AG, St. Gallen mobil Werke AG, Berneck Glas Trösch Holding AG, Bützberg

Finanzierung KTI Projekt, Volumen: 320 kCHF

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Projektbeispiele Compoundierung & Extrusion (3)

Verfahrensoptimierung Compoundier-prozess

Zielsetzung

Prozessanalyse Optimierung der Anlagenkonfiguration Funktionstests

Partner

diverse

Finanzierung Direktfinanzierte Projekte KTI-Projekt

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Dienstleistungen

Werkstoffprüfung

Material-Charakterisierung

Stoffdatenermittlung

Bauteilprüfung

Schadensanalyse

Beratung

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Infrastruktur Werkstoff- und Bauteilprüfung

Thermische Prüfungen Klimaprüfschrank, -40…180°C, bis 98% r.F. Salzsprühnebel- u. Kondenswasserprüfgerät Härteofen

Mikroskopie / Schadensanalyse Einbettmaschine, Nassschleif- und

Poliergeräte, Ätzeinrichtung Mikrotom für Dünnschnittpräparate Auflichtmikroskop bis 1'500x Stereomikroskop bis 31x Digital-Mikroskop Keyence VHX-600 bis 200x Rasterelektronenmikroskop (REM) bis10'000x

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Kunden / Partner

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Zusammenarbeit mit dem IWK

Öffentlich geförderte F&E-Projekte KTI-Projekte (Bund) (Dauer 1-3 Jahre) KTI-Innovationsschecks (Dauer 1-2 Monate) EU-Projekte (Dauer 1-3 Jahre) Stiftungen (nach Vereinbarung)

Industrieprojekte Bilateral oder mit mehreren Partnern (nach Vereinbarung)

Studienarbeiten Semester-, Bachelor-, Masterarbeiten (Dauer 1 Semester)

z.B. Machbarkeitsstudie

Dienstleistungen & Beratung

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JUGENDLICHE FÜR TECHNIK BEGEISTERN

Seit Juni 2012

Von der Idee zum fertigen Produkt

Das HSRlab kombiniert Technik/Naturwissenschaft mit den Aufgaben in einem Unternehmen

Rollentausch: Schülerinnen und Schüler werden Mitarbeiter eines Unternehmens

Gemeinsam in fünf Teams die Arbeitsabläufe in einem Unternehmen simulieren

Gemeinsam ein Produkt entwickeln und produzieren: «Von der Idee zum fertigen Produkt».

Technik, Wissenschaft und unternehmerische Aufgaben erleben und ausführen.

Verschiedene technische Berufe kennen lernen und erfahren, wie interessant und herausfordernd ein technischer Beruf sein kann.

Konzept basiert auf dem Baylab Plastics der Bayer AG: 12.000 Schüler in 5 Jahren

Konzept des HSRlabs

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!