Afslutningsrapport

Transkript

1 Afslutningsrapport Projekttitel: Udvikling af tryklufttanke i termoplast Navn på tilskudsmodtager: HBN Teknik A/S Sagsnummer: TS Dato: 16. september 2014 Side 1 (13)

2 1. Projektperiode Projektstart: Projektafslutning: Projektberetning Indledning HBN-Teknik besluttede i år 2011 at investere i et anlæg til fremstilling af lufttanke til bremsesystemer på trailers til lastbiler. HBN-Teknik havde op til købet af anlægget fulgt udviklingen i firmaet Comat, som oprindeligt startede udviklingen af anlægget til fremstilling af tryklufttanke i glasfiberforstærket termoplast. Da finanskrisen indtraf i 2009 kunne Comat ikke længere finansiere udviklingen af anlægget og gik derfor konkurs. I forbindelse med konkursen slog HBN-Teknik til og købte produktionsanlægget. Færdigudvikling / optimering af produktionsanlægget fortsatte dermed i HBN-Teknik regi og er i dag tæt på at være færdig. Produkt og produktionsanlæg er unikt da termoplast ikke normalt anvendes som matrix-materiale til imprægnering af glasfiber. Processen er baseret på kendte ekstruderingsprocesser hvortil der er udviklet metoder til imprægnering af glasfiber med termoplast, hvilket giver rør betydelig bedre styrke. Test viser, at lufttankene holder til tryk langt over det regulativerne foreskriver. Produktprogrammet består i dag af tre diametre 276, 310 og 396 [mm] med volumener fra 30 til 120 liter. Hele produktprogrammet er godkendt af et bemyndiget organ, TÜV, og salg af tankene startes op i slutningen september 2014, efter IAA messen 2014, og projektet afsluttes hermed. Hvorfor lufttank af plast Lufttanke fremstillet i glasfiberforstærket termoplast skal gerne over tid erstatte lufttanke fremstillet af hhv. stål og aluminium. At anvende glasfiberforstærket plast i stedet for gængse materialer som stål og aluminium har flere fordele, som f.eks. reduktion af vægt, ingen korrosion. Ved at erstatte en ståltank med en af plast/glasfiber, kan vægten reduceres med op til ca. 50 %. Endnu en fordel ved lufttanke af plast er korrosionsbestandigheden. Tanke af stål skal i dag kontrolleres hvert 5 år for indvendig korrosion. Er tæringerne i ståltanken for store skal den skiftes ud med en ny. En ulempe ved denne indvendige korrosion, er de partikler der Side 2 (13)

3 uundgåeligt vil frigøres over tid, og som kan medføre tilstopning i luftsystemet. Den type problemer vil ikke kunne forekomme med en plasttank. Endnu en fordel ved plasttankene, er en afledt effekt af vægtreduktionen. Vi er endnu ikke der, hvor tankene selv finder på plads på anvendelsesstedet, der skal en montør til. Montørerne vil i fremtiden skulle håndtere væsentligt færre kilo for hver tank der monteres. Så vægtbesparelsen har også en positiv indflydelse rent ergonomisk. Det er alt sammen et meget positivt billede af plasttanken. Naturligvis er der også ulemper. Placering af plasttanke skal ikke være på de mest udsatte steder, altså steder hvor de kan trykkes, påkøres, ramme kantsten eller lignende. EU har ved årsskiftet 2014/2015 indført en ny norm for emissioner fra lastbiler. De skærpede krav til udledninger fra lastbilerne har medført, at vægten på motorerne er steget. Øget vægt af selve bilen medfører mindre last pr. bil hvilket ikke er en god forretning. Lastbilsindustrien er derfor ude efter produkter, der er med til at mindske den samlede vægt af bil og trailer, hvilket plasttanken kan bidrage positivt til. Der er derfor meget stor interesse for dette produkt. At anvende plasttanke frem for ståltanke byder på mange fordele, og fordele som industrien efterspørger. Design lufttank af plast Plasttanken består af to caps og et rør, ikke umiddelbart et kompliceret produkt. Men meget knowhow ligger i, at få alle faktorer ved fremstilling af røret til at spille sammen. Røret er en tre-lagskonstruktion bestående af en innerliner, et aksiallag og endelig et radiallag, hvor alle tre lag skal hænge sammen Side 3 (13)

4 Innerlineren er et helt almindeligt ekstruderet plastrør. Innerlineren tjener to formål, et som bærelag for forstærkningsfibrene og to, at gøre røret lufttæt. Efter inner-lineren kommer det aksiale forstærkningslag. Dette lag er påført inner-lineren i den aksiale retning. Det er vigtigt, at der er god mekanisk hæftning mellem lagene, hvilket opnås ved en kompliceret behandling af de to overflader der skal sammenføjes. Det aksiale lag giver det færdige rør styrke i længderetningen, hvilket gør, at tanken kun forlænges meget lidt under tryk. Det sidste lag i røret er det radiale forstærkningslag. Det radiale forstærkningslag er viklet rundt om røret og skal forhindre, at røret virker som en ballon når tanken er under tryk. På samme måde, som med det aksiale forstærkningslag, gør det radiale lag, at røret stort set ikke udvides når tanken er sat under tryk. Også ved det radiale er det vigtigt, at der er mekanisk hæftning mellem lagene. Cappen der sættes i hver ende er fremstillet ved en almindelig sprøjtestøbeproces. For at forbedre sikkerheden ved produktet, er der i cappen indstøbt et net, som holder sammen på de partikler, der evt. måtte frigøres ved en eksplosion af tanken. Produktionsprocessen Produktionen af tankene sker ved to parallelle processer, en sprøjtestøbeproces af caps, en ekstruderingsproces af rør og endeligt en svejseproces. Ekstrudering af rør Sprøjtestøbning af Caps MV Svejsning tanke FV Ekstudering af rør Inner lineren ekstruderes, hvilket vil sige, at plastgranulat smeltes i en ekstruder og trykkes ud gennem et forgivende værktøj, som er krydshovedet. Krydshoved Ekstruder Side 4 (13)

5 Ud af krydshovedet kommer den smeltede inner-liner, som trækkes ind gennem kalibreringen i vakuumtanken hvor røret får sin endelige facon. Vakuumtank og kalibrering Smeltet plast ekstruderes ud af krydshovedet Den smeltede innerliner suges med vakuum ud mod væggen i kalibreringen. Samtidig med at den smeltede plast suges ud køles plasten af således, at den bliver formstabil. Efter fremstilling af innerlineren fortsætter røret kontinuerligt frem til næste procestrin, som er at påføre aksialforstærkningen. Afhængigt af rørets diameter påføres røret et nøje afmålt antal glasfibre. Glasfiberen fordeles ligeligt på et antal imprægneringsdyser, hvor glasfibrene imprægneres med den smeltede plast, hvorefter glasfibrene og innerlineren føjes sammen. Efter det aksiale forstærkningslag er påført røret ser det ud som vist på billedet herunder. Sidste led i fremstilling af røret er at lægge det radiale forstærkningslag på. Det er den mest komplicerede delproces i fremstilling Side 5 (13)

6 af røret, da den smeltede plast skal overføres fra en stationær ekstruder til en roterende del samtidig med, at den smeltede plast holdes på plads inde i materialefordelersystemet. Processen i vikleren er, at det ekstruderede plast føres ind i materialefordeleren hvorefter materialet fordeles til fire roterende imprægnerings dyser. Vikleren snurrer rundt og vikler dermed den imprægnerede glasfiber rundt om røret og dermed er røret færdigt. Efter vikleren afkøles røret og kortes af på mål afhængigt af hvor stort volumen tanken skal have. Når rørene er kortet af stables de på paller. Sidste procestrin ved fremstilling af rørene er, at de skal konditioneres for at opnå den rette sejhed/styrke inden de svejses sammen med en cap i hver ende. Konditionering er en tvangsmætning af nylon-materialet med vand, da nylon naturligt optager 3-6 % fugt fra omgivelserne. Ved at udsætte rørene for høj fugt- % ved høj temperatur kan denne proces speedes meget op og dermed opnås den ønskede tilstand i materialet inden det færdige produkt sendes på markedet. Efter konditioneringen sættes rørene på lager til de skal bruges. Hele produktionsprocessen for rørproduktionen er fuldautomatisk. Til linjen vil der være tilknyttet tre personer pr. skift. Sprøjtestøbning af cap Den anden part af tanken er de caps, der sættes i hver ende af tanken. Cappen sprøjtestøbes ved en almindelig sprøjtestøbeproces. Til det formål er der investeret i foreløbigt en sprøjtestøbemaskine samt støbeværktøjer til de forskellige varianter der skal laves. Cappen støbes i en fuldautomatisk celle, hvor nettet først præformes og derefter overføres til sprøjtestøbemaskinen, hvor en robot tager det præformede net og sætter det på plads i formen i sprøjtemaskinen. Side 6 (13)

7 Sprøjtestøbemaskine Præformn ingscelle Efter støbning palleteres cappen af robotten. Paller med færdige caps køres på mellemvarelager til de skal bruges i produktion af færdige tanke. Denne produktion er designet til at køre fuldautomatisk. Der vil kun være manuelle processer i forbindelse med påfyldning af råvarer og udskiftning af værktøjer når der omstilles fra en diameter til en anden. Rotationssvejsning af tank Svejsning af tanken er sidste procestrin i fremstilling af tanken. I denne proces rotationssvejses en cap i hver ende af røret. Dette sker i en fuldautomatisk celle bestående af to svejsemaskiner, to robotter, et udsorteringsbord til caps og endelig en maskine til trykprøvning af samtlige tanke. Der rotationssvejses en cap på røret i hver ende. En rotationssvejs- Side 7 (13)

8 ning er det samme som friktionssvejsning. Når to overflader stryges mod hinanden opstår der varme som følge af den friktion, der opstår mellem overfladerne. Varmen medfører i dette tilfælde, at plasten smelter og på den måde at sammenføje de to emner. Processen har både sine fordele, men også sine ulemper. Svejseprocessen er hurtig, kræver ingen tilsatsmaterialer og giver stor styrke. Men ulemperne er, at svejseprocessen er meget sensitiv og ganske svær at styre. HBN-Teknik har arbejdet og arbejder stadig på at optimere designet af svejseprofiler og tolerancer på delkomponenter for at bringe svejseprocessen mere i balance end den er i dag. Efter svejsning testes alle tankene. I opstartsfasen kontrolleres tankene 100 % i et testprogram der kaldes safe launch. I safe launch programmet trykprøves samtlige tanke hvorefter de kontrolleres for eventuelle partikler inde i tanken og lækager i svejsningen. Robotterne i cellen håndterer hhv. rør, caps og færdige tanke mellem de forskellige maskinenheder i cellen. Fra det øjeblik de enkelte halvfabrikata placeres i bufferne i cellen røres emnerne ikke af nogen operatør, før der kommer en færdig tank ud i den anden ende, det vil sige, når tanken er trykprøvet og godkendt. Montage Den sidste proces inden tankene er klar til forsendelse er montage af holdere på tankene, så de kan monteres på trailerens chassis. Dette er i dag en helt igennem manuel proces. Efter montage stables tankene på paller og er klar til forsendelse. Personale Personalet har haft en learning curve. Som beskrevet oven for består anlægget af rigtig mange individuelle maskindele, der skal fungere perfekt samtidig. Bare en del på linjen som går ned under drift og hele rørlinjen bryder ned og så er det, at starte forfra. At anlægget er så kompliceret at starte op og køre med betyder, at Side 8 (13)

9 folk skal have en betydelig oplæring inden de er kørende på egen hånd. For at køre med linjen, skal der minimum 3 personer til og for, at køre effektivt med rørlinjen skal den køre døgnets 24 timer. Også svejsecellen skal bemandes. Svejsecellen kommer til at køre fuldautomatisk og skal kun overvåges. Den person, som skal overvåge cellen, skal samtidig sørge for, at der hele tiden er halvfabrikata i bufferen. Denne celle skal også overvåges 24 timer i døgnet eller når den er i drift. Testcenter HBN-Teknik arbejder hele tiden på at optimere sine produkter mht. sikkerhed, materialeforbrug, produktperformance osv. HBN-Teknik har derfor udvidet sit eget testlaboratorium til også at omfatte test af luftanke. For AirFlex testes lufttankene specifikt for styrken i tankene og tæthed. Styrketest af tankene kaldes også for burst pressure test. Ved denne test øges trykket i tanken indtil den eksploderer. HBN-Teknik har etableret faciliteter til denne test, som vist på billedet herunder. Af hensyn til sikkerheden er det den vigtigste test. Tankene skal som minimum kunne holde til 3 X driftstrykket. Burst pressure testen skal gennemføres dagligt for, at sikre, at produktionsprocessen er i balance. Der testes minimum fem tanke dagligt. Burst pressure testen er en af de vigtige tests der gennemføres. Denne test viser ultimativt, hvor gode svejsningerne af tanken er, hvor godt røret er og endelig hvor godt de to caps er støbt. Burst pressure testen har været og er fortsat et meget vigtigt element i den viden og erfaring HBN-Teknik har opbygget og fortsat Side 9 (13)

10 arbejder på, at blive klogere på ifm. de plastteknologiske og mekaniske egenskaber og begrænsninger ved plasttanken. En anden test der gøres dagligt, er lækage test. De fem tanke der burst testes, kontrolleres forinden for lækager. En tredje test der med mellemrum er, er en hammertest. Denne test skal imitere f.eks. stenslag. Det beregnes i hvilken position loddet skal placeres, for at ramme tanken med en defineret energi. På denne måde identificeres det hvilken påvirkning forskellige typer af stenslag har på tanken, er det små sten med høj fart/lav fart, store sten med høj fart/lav fart osv. Ekstern test Nok har HBN-Teknik etableret egne testfaciliteter. Det betyder dog ikke, at der ikke også benyttes eksterne samarbejdspartnere. HBN- Teknik har således i samarbejde med laboratoriet Delta i Sønderborg gennemført en ganske krævende og længerevarende test af tankens kapabilitet når den udsættes for kulde/varme-påvirkninger over en længere periode. Testen er en livstidstest, hvor belastningsfrekvens accelereres op til det antal belastningscykler tanken forventes at blive udsat for gennem tankens levetid. Til denne accelererede test byggede Delta et klimakammer op, således at en tank kan varmes op til C hhv. køles ned til C, mens tanken hele tiden blevet udsat for trykbelastninger mellem 0-12 bar. Antallet af hhv. temperatur- og tryk-cykler svarer til en levetid på 10 år. Efter endt test hos Delta blev tanke igen testet til burst pressure, hvilket for denne tank er 37,5 bar. Dette tryk holdt tanken til, og på opfordring af TÜV Rheinland blev tanken bragt til det ultimative burst pressure, og ved denne test gik tanken i stykker ved 52 bar, langt over hvad den skal kunne holde til. Også det organ TÜV - der skal godkende tankene har testet tankene på laboratorier de samarbejder med. TÜV For, at HBN-Teknik kan sælge lufttankene, er det et krav fra moderselskabet og industrien, at tankene er testet og godkendt af et bemyndiget organ, i dette tilfælde TÜV Rheinland. TÜV-Rheinland definerer, i kraft af sin bemyndigelse, hvilke europæiske regulativer og standarder, der er relevante i forhold til et givent produkt og i dette tilfælde - lufttanke. Side 10 (13)

11 TÜV-Rheinland har med den baggrund opstillet et testprogram, en Prüfplan, som skal gennemføres og dokumenteres for, at TÜV- Rheinland kan give sin godkendelse af produktet. De test TÜV Rheinland gennemfører i testfasen er vist i skemaet herunder (inden for røde firkant). I dag har alle tanke i produktprogrammet for Air-Flex været gennem testprogrammet og er godkendt af TÜV-Rheinland hvilket betyder, at HBN-teknik kan producere og levere lufttanke. Side 11 (13)

12 HBN-Teknik optimerer stadig på produkterne og er derfor stadig i dialog med TÜV-Rheinland om godkendelse af de ændringer/justeringer der laves på tankene. Men ændringer/justeringer på tankene medfører ikke, at det store test/godkendelsesprogram sættes i gang for hver lille justering af produktet. HBN-Teknik må gerne producere og sælge tanke, så længe ændringer ikke introduceres til markedet før TÜV-Rheinland har godkendt ændringerne. BWP-godkendelse Den sidste instans, som skal godkende lufttanken er vores tyske ejere, BPW. BPW er tilfreds med lufttankene, men har forbehold over for stabiliteten i produktet / produktionsprocessen. Det er derfor et krav til HBN-Teknik, at vi i opstartsfasen producerer tanke under skærpet overvågning. Der er således indført et safe launch program. Det betyder, at der i en periode, indtil stabilitet i produktionsprocessen er påvist, testes 100 %. Alle tanke testes for partikler inde i tanke, lækager og trykprøvning ved godkendelsestrykket (1,5 X P n ). Tidsplan fremadrettet: Forventningen er, at HBN-Teknik kan levere godkendte tanke til markedet ultimo september Markedsføring: Interessen for produktet er betydelig. HBN-Teknik har derfor været tilbageholdende med kraftig markedsføring af produkterne. Ikke desto mindre er flere europæiske producenter af lastbiler så småt begyndt en testfase af lufttankene. Interessen for lufttankene er stor, men som følge af en testfase hos de enkelte lastbilsproducenter, forventer HBN-Teknik ikke at 2014 bliver året, hvor vi rammer kapacitetsgrænsen for, hvad produktionslinjen kan præstere. Forventningen er, at der i 2015 skal leveres ca tanke og at det antal vil stige kraftigt i de kommende år. Konklusion AirFlex projektet er med denne afsluttende rapport bragt til ende. Det har været en lang og til tider meget udfordrende rejse for HBN- Teknik. Siden anlægget er blevet opstillet hos HBN-Teknik er der udviklet meget på anlægget. Det har været en lang og ikke altid nem rejse. I dag er denne rejse næsten bragt til ende, og HBN-Teknik har i dag et anlæg, som er meget bedre stand end det der blev købt i sin tid. Også hvad personalet angår, har det været en rejse, som har budt på udfordringer. Personalet tilknyttet projektet har i store træk selv været nødt til, at tilegne sig de kompetencer, der skal til for at køre med produktionslinjen. Side 12 (13)

13 I dag er de kompetencer til stede og kvaliteten af de rør, der produceres af HBN-Teknik i dag, er bestemt på højde med det Comat lavede, hvis ikke den er bedre. Tankene der produceres i dag af HBN-Teknik er godkendt af TÜV og må sælges på markedet. 4. Underskrift og dato Underskrift og dato: Kim Villadsen Kvartalsrapporter inkl. bilag fremsendes til Trafikstyrelsen på forsog@trafikstyrelsen.dk Side 13 (13)