Center for Lette og Elegante Aluminiumkonstruktioner med klæbeteknologi - CLEA

Transkript

1 Center for Lette og Elegante Aluminiumkonstruktioner med klæbeteknologi - CLEA Resultater og Konklusioner 1

2 Opbygning af et demonstrationseksempel, hvori der indgår alu-profiler, kraftoverførende limsamlinger, dynamiske belastninger og aggressivt kemisk miljø Teknologi der skal kunne anvendes bredt i dansk industri Kontakter knyttet på letmetal dagene i slutningen af 1990 erne Siden slutningen af 80 erne er Hardi s segment for liftsprøjter på m., ikke moderniseret nævneværdigt. Netop i dette segment er lav totalvægt, moderne teknologi, samt innovation afgørende for succes Opstart af CLEA 2

3 Følgende krav til marksprøjtebommen har været afgørende for Hardi s interesse og engagement i CLEA projektet: Stort stivhed/vægt forhold vha. specialdesignede, ekstruderede profiler med tynd godstykkelse Rummelighed i konstruktionen som kanal for luftunderstøtning til sprøjtevæsken Høj rengøringsvenlighed i forhold til konventionelle gitterbomskonstruktioner Sammenføjning v.h.a. lim så udmattelsesproblematikken med svejste aluminiumskonstruktioner undgås Innovativt og elegant design Krav til demonstrationsprojektet 3

4 Center for Lette og Elegante konstruktioner af Aluminium med klæbeteknologi - CLEA ( Vision: Mission: Målsætning: Et sikkert grundlag for design og klæbning af aluminium skal være tilgængeligt for alle virksomheder Bidrage til, at dansk industri fastholder og udbygger den eksisterende know how på design og konstruktion med aluminium og klæbeteknologi Demonstrere tekniske-, design- og kommercielle muligheder med klæbeteknologi Opbygge kompetence og videnberedskab som dækker centrale aspekter i relation til industriel anvendelse af klæbeteknologi Bidrage til, at industrien får adgang til veluddannet arbejdskraft igennem samarbejde med uddannelsessektoren Vision, Mission og Målsætning 4

5 Forskning og udvikling ALU-B7 Uddannelse Produktudvikling Bent Falk Design Info om projektet og partnerne kan findes på Tidsperiode 1. januar April 2002 Budget: Total kr, heraf kr. i tilskud fra Ministeriet for Videnskab, Teknologi og Udvikling Partnersammensætning 5

6 Kompendium om limede aluminiumskonstruktioner (32 sider) Anvisninger Gode eksempler Grundlæggende limteknologi Produktets æstetik L I M N I N G VEJLEDNING FOR DESIGNERE ALU-B7 CLEA Arkitektskolen i Aarhus Danmarks Designskole Limning for designere 6

7 Bonding Iteration Process Nøglekrav (Ufravigelige) Hovedkrav (Svært fravigelige) Støttekrav (Supplerende) Kompromis => optimal lim Et CLEA-produkt... Procedure for valg af lim 7

8 Der er gennemført 9 studenterprojekter med tilknytning til CLEA. Der er p.t. 3 studenterprojekter i gang Titel: Forbehandling af aluminium før limning Studerende: Line Solberg Niveau: Afgangsprojekt Diplom Kemi Afsluttet: Februar 2000 Titel: Anodiseringens betydning for styrken i et profil Studerende: Peter Hansen og Thyge Sørensen Niveau: Afgangsprojekt Diplom Maskin Afsluttet: Januar 2001 Titel: Limning af forbehandlede emner Studerende: Bjarke Rose Niveau: Afgangsprojekt Diplom Maskin Afsluttet: Marts 2001 Titel: Anodisering før limning Studerende: Tafida Jagonivic Niveau: 6. Semester Diplom Maskin Afsluttet: Januar 2002 Titel: Klæbning som samlingsmetode i bærende konstruktion Studerende: Preben Merrild Elkjær Niveau: Afgangsprojekt Diplom Maskin Afsluttet: December Titel: Sammenføjning af Aluprofil. Studerende: Anders Bertelsen, Jesper Jespersen, Bo Holst og Peter Schneider. Niveau: 2. Semester Diplom Maskin Afsluttet: Januar Titel: Improving the Adhesive Bonding Process for Aluminium Automotive Strutures Pretreated with Sulphuric Acid Anodising Studerende: Mikael Søgaard Niveau: Afgangsprojekt Diplom Maskin Afsluttet: Juni Titel: Injektion af lim. Studerende: Karen Jacobsen, Jesper B Petersen, Daniel Høpfner, Sune Skousen, Casper B Olling, Victor Borerwe og Claus Fuhrmann. Niveau: 2. Semester Diplom Maskin Afsluttet: December Titel: Lims opløselighedsparametre Studerende: Bente Christensen, Inge Jensen, Thorbjørn Andreasen og Annette Matthew Niveau: 6. Semester Diplom Kemi Forventes afsluttet: Juni 2002 Titel: Små grønne broer i Aluminium Studerende: Tafida Jagonivic Nivaeu: Afgangsprojekt Diplom Maskin Forventes afsluttet: Juni 2002 Titel: Analyse af generel limsamling Studerende: Anders Stougaard Bæk, Peter Pedersen og Rolf Genz Niveau: 9. Semester Maskin Afsluttet: Januar 2002 Titel: Analyse af generel limsamling II Studerende: Anders Stougaard Bæk, Peter Pedersen og Rolf Genz Niveau: Afgangsprojekt Civilingeniør Maskin Forventes afsluttet: Juni 2002 Videnspredning til undervisningssektoren 8

9 Udvikling af prøvningsmetoder til verificering af dynamisk belastede limsamlingers egenskaber, herunder karakterisering af nedbrydningsgrad som følge af ændringer i stivhed og hysterese Program med standard ydelser på Teknologisk Institut Stort ældningsforsøg er sat i gang. Forventes afsluttet februar 2003 E 0 = 98 N/my E n = 70 N/my E 0 = 52 N/my E n = 42 N/my Test af limsamlinger I 9

10 Test af lim og forbehandling af limflader - ældningsforsøg (produktion af limemner, ældning og udmattelsestest) Udmattelse af limemner 2 x 20 mm chromatiseret Al med 5 mm overlap. DP460 epoxylim Hz. Regressionslinie m = 13,6. 10 Lastvidde kn 1 0, Antal cykler 0 1E+07 1E+08 Test af limsamlinger II 10

11 FEM analyse af bomkonstruktion (limsamlinger og ALU-profiler) Skal-elementer til 3D konstruktioner Skive-elementer til 2D konstruktioner Umuligt at anvende Solid elementer til større 3D geometrier Bedste alternativ: 3D skal-elementer, hvor limfugen modelleres af bjælke-elementer mellem 2 skaller (Afgangsprojekt på AAU) Finite Element Analyse af bom og limsamlinger 11

12 Afdelingen for Materialeforskning Formål Ikke-destruktive undersøgelser af limede aluminiumsprofiler At finde teknikker, der kan detektere fejl i limning af aluminiumsprofiler. Undersøgte teknikker Ultralydscanning Termografi Røntgen NDT af limede aluminium konstruktioner I 12

13 Afdelingen for Materialeforskning Ultralydscanning af limede aluminiumsplader Scanning af et referenceemner, hvor der burde være 100% limning. De blå områder indikerer manglende limning. Billedet viser det reflekterede ekko fra interface mellem lim og bagplade. Efter at emnet blev skilt ad kunne det verificeres at der ikke var lim i de lyse område. Der er god overensstemmelse mellem de to billeder. Det lyse rektangel til venstre skyldes, at limen i dette område forblev på modparten til det viste emne. NDT af limede aluminium konstruktioner II 13

14 Afdelingen for Materialeforskning Konklusioner Ultralydscanning God detektérbarhed af manglende lim. Mulighed for automatisering af målingerne. Relativ tidskrævende. Vandstråleteknik eller nedsænkning i vand er nødvendig. Kompleks geometri kan umuliggøre målinger. Termografi Hurtig teknik Begrænset anvendelighed pga. refleksioner fra aluminiumsoverfladerne Røntgen Hurtig teknik Begrænset anvendelighed p.g.a. de relativt tynde limfuger NDT af limede aluminium konstruktioner IV 14

15 Alle profiler lægges op i fikstur => justering Afrensning 1. Limning (Hovedprofil, Indstik, Spander, Bundprofil og Bagplader) Hærdetid i fikstur 2. Limning (Topprofil) Hærdetid udenfor fikstur Produktion af markspøjtebom - Limproces 15

16 Limning kan foretages i almindeligt produktionsmiljø Udsugning og temperaturstyring sikrer gode arbejds- og hærdeforhold Sikkerhedsforanstaltninger: Brug af handsker Produktion af markspøjtebom - Limproces II 16

17 ALU-B7 Produktion af markspøjtebom - Transport og opbevaring 17

18 Udmattelsestest af 5,5 m marksprøjtebomssektion - Billeder af opstilling 18

19 Lodret Lodret + Torsion Udmattelsestest af 5,5 m marksprøjtebomssektion - Video 19

20 cykler lodret cykler vandret cykler lodret + torsion Ingen nævneværdige skader Statisk belastning, Lodret Nedbøjning [mm] / Punktlast [kn] Dynamisk belastning, Lodret Belastning [kn] 2, ,8 1,6 Punktlast kn 1,5 1 0,5 Lastvidde kn 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0, Nedbøjning ved punktlast mm 0, Antal cykler Udmattelsestest af 5,5 m marksprøjtebomssektion - Målekurver 20

21 Så mange limfuger som muligt i en arbejdsgang (fikseringsskruer)! Fremstillingstolerence på aluprofiler og andre komponenter! Afrensning i praksis! NDT test online! Fuldskalatests har vist, at vi har skabt et produkt som virker (sikkerhed) Udnyt klæbesamlingernes fordele, hvor det er muligt og glem denne teknologi i alle andre situationer Tænk i helheder (konstruktionsudformning, forbehandling, lim, limning, kvalitetskontrol, reparation, økonomi, arbejdsmiljø, etc.) Ved skift fra en konventionel sammenføjning (svejsning boltning etc.) til klæbeteknologi skal der som regel gennemføres en del konstruktionsændringer Anvend en lim der er ufølsom overfor anvendelsesmiljøet Brug aldrig en stivere lim end nødvendigt. Reducer spændings-koncentrationer og konstruer således, at peel spændinger minimeres eller undgås (rigtige viskosiet) Evaluering af klæbeteknologien - Erfaringer med fuldskalamodellen 21

22 Marksprøjtning udføres traditionelt med udstyr, som ser gammeldags ud. Uanset at disse marksprøjtebomme er overordentlig nøjagtige og effektive, har de et udseende, der forbindes med lavteknologi og hensynsløs, upræcis sprøjtning CLEA bommens enkle og glatte udformning uden synlig kompliceret konstruktion, giver et dynamisk, elegant og nutidigt udtryk, som også - i et vist omfang - står for højteknologi Bommens udtryk kan give associationer til den mest avancerede teknologi, som garanterer sprøjtning med gyldig hensyntagen til miljøet Det bløde, afrundede profiltværsnit (form) og den lyse aluminiumoverflade medvirker til at formen får et forholdsvis let udseende Designvurdering 22

23 Fremtidigt produkt? Innovativt design Flere funktioner i samme konstruktion (luftkanal, luftspaltehængsel etc.) Minimal værktøjsinvestering Mindre vægt (ca %) Simpel/kosteffektiv slutmontage Kostforøgelsen for CLEA bommen monteret som liftsprøjte på ca. 40% i forhold til en konventionel bom! Clea bommen kommercialiseres ikke nu, men anvendes p.t. til at føle markedet af Konklusion - Fremtidigt produkt? 23

24 Erfaringer med den praktiske anvendelse af limog klæbeteknologi Undersøgelse af langtidsegenskaber af anodiserede aluminiumoverflader Limning af Aluminium Konstruktion med klæbede samlinger på et sikkert grundlag. Udvikling af nyt koncept for marksprøjtebom Rapport - Fuldskala udmattelsestest af CLEAmarksprøjtebom Rapport - FEM analyse af langsgående limfuger i marksprøjtebom Procedurer for test af udmattelsesbelastede limsamlinger Overflader ved limning Artikler og rapporter 24

25 Der er i projektet udviklet mange metoder og meget erfaring som kan bruges til limning generelt (biler, cykler, lygtepæle etc.) Projektdeltagerne har vist, at der er innovation og teknisk mulighed for at lime en kompliceret aluminiumskonstruktion i dansk industri Deltagerne har haft stor glæde af den alsidighed i partnersammensætningen som er nødvendig for at håndtere limrelaterede problemer Fremtidige projekter - fortsat udvikling af lim kompetencer på Teknologisk Institut Projektvurdering 25

26 Teknologisk Institut anvender bl.a. følgende metoder til at verificere limsamlingers egenskaber Dynamisk Mekanisk Analyse Dimensionering af samlinger (håndberegninger og FEM) Standardafprøvning (mekanisk prøvning) Produktafprøvning (mekanisk prøvning) Langtidsafprøvning (evt. accelereret ældning) Karakterisering af polymermaterialer f.eks. med Dynamisk Mekanisk Analyse Kemiske analyser (nedbrydning, kemisk sammensætning, udhærdningsforløb etc.) Overfladeanalyse (karakterisering af overflader før limning, sporing af uønskede stoffer, måling af kontaktvinkler m.m.) Undersøgelse af limsamlinger i stereo- eller Elektronmikroskop (SEM) SEM - EDAX analyse Fyldstof - SiO 2 - (kvartsglas) Epoxy matrix Limning på et sikkert grundlag - Metoder til evaluering af klæbede konstruktioner

27 Spørgsmål kan rettes til: Teknologisk Institut, Center for Materialeprøvning Kongsvang Allé Århus C Att. Claus Erichsen Kudsk Tlf. dir.: claus.erichsen.kudsk@teknologisk.dk Kontakt 27