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Professur für Fügetechnik und Montage
Zuschnitt von technischen Textilien mittels Plasma
Dr.-Ing. Katerina Machova
Professur für Fügetechnik und Montage
• 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
Folie 2
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Folie 3
01 Projekt EFFEKT
Betriebswirtschaftliche Betrachtungen
QualitätssicherungQualitätssicherung
Bauteil-auslegung
Bauteil-auslegung
Zuschnitt-generierungZuschnitt-
generierungLagen-
zuschnittLagen-
zuschnittPreform-aufbau
Preform-aufbau
Konsolidieren durch
Heißpressen
Konsolidieren durch
Heißpressen
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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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Folie 4
Plasmabrenner – indirektes Verfahren
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Standard - Düse Düse mit Wolframstift
Plasmabrenner – indirektes Verfahren Entwicklung der Düse
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Plasma
Laser
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Folie 6
Plasmabrenner – indirektes Verfahren Vergleichsschnitt Twintex PP/GF
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Folie 7
Plasmabrenner – indirektes Verfahren Vergleichsschnitt Abstandsgewirk aus 100% Glas
Plasma Laser
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Folie 8
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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Folie 9
Einstellparameter
H2 Anteil
Trennbarkeit
Schwärzung
Strömung
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Plasmabrenner – Standzeit der Düse
Oberfläche nach ca. 5 Stunden Einsatz; ca. 300 Zündungen
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Folie 11
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)
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Anode
Lichtbogen
Kathode
Konsolidierter Kunststoff
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Plasmaschneiden – direktes VerfahrenPrinzip
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Folie 13
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
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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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Folie 18
Staubanalyse
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Folie 19
Staubanalyse
Material: Twintex Gewebe Köper 2/2-BindungGF-Gehalt [Vol.- %] 35 %PP-Gehalt [Vol.- %] 65 %
EDX-Analyse (energiedispersive Röntgenspektroskopie)
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Folie 20
Staubanalyse
C O Mg AL Si
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Folie 21
Staubanalyse
C O Mg AL Si
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Folie 22Zuschnitt von technischen Textilien mittels Plasma Dr.-Ing. K. Machova
Staubanalyse
C O Mg AL Si
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Folie 23
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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Folie 24
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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Zuschnitt von Kohlenstoffgewebe
• 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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Folie 27
Zuschnitt von Kohlenstoffgewebe
Trägerplatte
Einkapselung in PVC Folie mit Wasserdichtem Reißverschluss
Brenner
C/PA Gewebe
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Folie 28
Zuschnitt von Kohlenstoffgewebe
Konsolidierte Folie C/PAGewebe C
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Folie 29
Zuschnitt von KohlenstoffgewebeStaubpartikel