Zuschnitt von technischen Textilien mittels Plasma · Professur für Fügetechnik und Montage Zuschnitt von technischen Textilien mittels Plasma Dr.-Ing. K. Machova Folie 3 01 Projekt

Professur für Fügetechnik und Montage

Zuschnitt von technischen Textilien mittels Plasma

Dr.-Ing. Katerina Machova


• Einleitung

− Indirektes Verfahren

− Einstellparameter - Einfluss auf Schnittqualität

• Direktes Plasmaschneiden von Kunststoffen

• Brenngasanalyse

• Staubanalyse

• Zusätzliche Untersuchungen - Kohlenstoffgewebe

• Zusammenfassung

Zuschnitt von technischen Textilien mittels Plasma Dr.-Ing. K. Machova

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01 Projekt EFFEKT

Betriebswirtschaftliche Betrachtungen

QualitätssicherungQualitätssicherung

Bauteil-auslegung

Bauteil-auslegung

Zuschnitt-generierungZuschnitt-

generierungLagen-

zuschnittLagen-

zuschnittPreform-aufbau

Preform-aufbau

Konsolidieren durch

Heißpressen

Konsolidieren durch

Heißpressen


Legende

1 Kühlmedium

2 Plasmagas

3 Kathode

4 Düsenkappe

5 Düse

6 Schneideinrichtung

7 Werkstück

8 Schnittfläche

9 Plasmaflamme

10 Zündgerät

11 Stromquelle


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Plasmabrenner – indirektes Verfahren


Standard - Düse Düse mit Wolframstift

Plasmabrenner – indirektes Verfahren Entwicklung der Düse


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Plasma

Laser


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Plasmabrenner – indirektes Verfahren Vergleichsschnitt Twintex PP/GF



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Plasmabrenner – indirektes Verfahren Vergleichsschnitt Abstandsgewirk aus 100% Glas

Plasma Laser



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Einstellparameter

Gasmischung:Ar 12 l/minH2 0,3 l/minN2 11,5 l/min

Gasmischung:Ar 15,0 l/minH2 1,8 l/minN2 11,5 l/min



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Einstellparameter

H2 Anteil

Trennbarkeit

Schwärzung

Strömung


Plasmabrenner – Standzeit der Düse

Oberfläche nach ca. 5 Stunden Einsatz; ca. 300 Zündungen


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Zusammenfassung des 1. Abschnitts

• Nicht konsolidierter Stoff aus GF/PP: bis 7 Schichten gleichzeitig trennbar

• Geschwindigkeit bis zu 10 m/min

• Gute Schnittqualität

Zukunftsaussicht

• Schneiden von konsolidierten Teilen

• Schneidenuntersuchungen an verschiedenen Materialien

• Schneiden von Kohlenstoffgewebe

• Emissionsmessung (Partikel, Gase)


Anode

Lichtbogen

Kathode

Konsolidierter Kunststoff


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Plasmaschneiden – direktes VerfahrenPrinzip



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Plasmaschneiden – direktes Verfahren

Aufbau der außenliegenden Anode



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Plasmaschneiden – direktes VerfahrenStrahlverhalten



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Plasmaschneiden – direktes VerfahrenSchnittergebnisse

direktes Verfahren (1) und indirektes Verfahren (2)

1

2

direktes Verfahren



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GasanalyseQuadrupolmassenspektrometer

Pos. 1

Pos. 2


0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

30000000

35000000

40000000

45000000

50000000

H2, D N, CH2 O, CH4, NH2 0H, NH3 H2O Argon N2, CO O2 Ar, C3H4 CO2, C3H8

Umgebung Pos. 1 Pos. 2

Gemessene Gase


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GasuntersuchungQuadrupolmassenspektrometer

Pos. 1

Pos. 2



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Staubanalyse



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Staubanalyse

Material: Twintex Gewebe Köper 2/2-BindungGF-Gehalt [Vol.- %] 35 %PP-Gehalt [Vol.- %] 65 %

EDX-Analyse (energiedispersive Röntgenspektroskopie)



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Staubanalyse

C O Mg AL Si



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Staubanalyse

C O Mg AL Si


Folie 22Zuschnitt von technischen Textilien mittels Plasma Dr.-Ing. K. Machova

Staubanalyse

C O Mg AL Si



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Zuschnitt von Kohlenstoffgewebe

• Kohlenstoff besitzt keinen Schmelzpunkt

• Trennung erfolgt durch vollständige Verbrennung und Plasmaströmung

• Hoher Wärmeeintrag

• Hohe Emission von elektrisch leitenden Partikel, kleiner als 10 μm

• Gefährdung von Bedienpersonal und elektronischen Geräten

• Schutzmaßnahmen erforderlich



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ZusammenfassungINDIREKTES PLASMASTRAHLSCHNEIDEN

• Sehr geeignet für Glasfaser, halogenfreie Polymere, Abstandstextilien

• Ungeeignet für Stoffe ohne Schmelzpunkt - Kohlenstoff

• Kostengünstig

• Geringer Aufwand zur Arbeitssicherheit erforderlich (Vgl. Laser)

DIREKTES VERFAHREN

• Schneiden von konsolidierten Teilen möglich, aber mit geringerer Schnittqualität

EMISSIONEN

• Thermische Reaktion von PP und Glas verursacht keine schädlichen Gasen

• Partikel bestehen aus 80 % Glasschmelze, keine Nanopartikel



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• Kohlenstoff ist ein wichtiger Werkstoff

• Einzigartige Eigenschaften:

− Hohe Zugfestigkeit

− E-Modul bis zu 395 GPa

− Hohe Brüchigkeit

− Hohe elektrisch und thermisch Leitfähigkeit

− …

• Schwierige Bearbeitung bzw. Konfektionierung von Rowings

- Probleme mit elektrisch aufgeladenem Staub



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Trägerplatte

Einkapselung in PVC Folie mit Wasserdichtem Reißverschluss

Brenner

C/PA Gewebe



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Konsolidierte Folie C/PAGewebe C



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Zuschnitt von KohlenstoffgewebeStaubpartikel

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