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Präzisions-Kunststofftechnik | Precision Plastics Technology
Formenbau | Tool Making
Entwicklung | Development & Engineering
Baugruppenmontage | Subassemblies
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Hochleistungsfaserverbunde in der Großserie It works - let‘s do it
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Inhaltsverzeichnis
1. Vorstellung Fa. Oechsler
2. Megatrends als Innovationsmotor
3. Duroplast oder Thermoplast?
4. Ein Abriss der Organoblech-Historie
Herstellung, Verarbeitung, Kombinationsverfahren, Demonstratoren & Serienanwendungen
5. Zusammenfassung und Ausblick
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Wer ist Oechsler?
1
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Daten & Fakten
OECHSLER AG ���� Deutschland - Ansbach (Zentrale), Weißenburg
OECHSLER Ceramics GmbH ���� Deutschland - Küps
OECHSLER Plastic Products (Taicang) Co., Ltd. ���� ChinaSuzhou OECHSLER Plastic Products Co., Ltd.
OECHSLER Asia Holdings Private Limited ���� Singapur
OECHSLER Romania ���� Rumänien
OECHSLER S.A. de C.V., Querétaro ���� Mexiko (im Aufbau)
Hersteller / Lieferant von Hightech Kunststoffprodukten
1864 von Matthias Oechsler
ca. € 226 Mio. (Vorjahr: ca. € 158 Mio.)
RIM, TRW, Hella, Bosch, adidas, 3M
ca. 2.500 Mitarbeiter insgesamt (Stand: Sept. 2011)
Christoph Faßhauer (COO), Dr. Claudius Kozlik (CEO),Michael Meyer (CFO), Dr. Marco Wacker (CTO)
Geschäftszweck:
Gründung:
Umsatz 2011:
Hauptkunden:
Personal:
Vorstand:
Standorte:
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OECHSLER International
OECHSLER RomaniaLipova
OECHSLER AG, DeutschlandAnsbach, Weißenburg, Küps
OECHLSER ChinaTaicang, Suzhou
OECHSLER Asia HoldingsSingapur
OECHSLER Mexico Querétaro
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Unternehmensprofil
EntwicklungKonstruktionvom 1. Entwurf bis zum fertigen Gesamtkonzept
TechnologienVerfahrenStandard- und Sonderverfahren
Fertigung Montagevon technischen Teilen und komplexen Baugruppen
InternationalePräsenzin Osteuropa und Asien
OECHSLER bietet als One-stop-shop maßgeschneiderte Lösungen mit Kunststoff für Hightech Produkte verschiedenste r Branchen.
Deutschland
Rumänien
China
� Formenbau� Mehr-K-Technik� Antriebstechnik� Stanzgittertechnik� Keramikspritzguss� Inserttechnik� IMD …
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Beispielhafte Oechsler Produkte
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Beispielhafte Oechsler Produkte
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Megatrends als Innovationsmotor
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Megatrends als Innovationsmotor
Quelle:
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MEGATREND „Individualisierung“In
divi
dual
isie
rung
Sportbereich
Automobilbereich
Kommunikationsbereich
„Vom Massenmarkt zum Mikromarkt“„Vom Massenmarkt zum Mikromarkt“„Vom Massenmarkt zum Mikromarkt“
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�Flexibilität in Anzahl und Modellvielfalt�Kürzere Amortisationszeiten�Geringere Investitionskosten�Neue Materialien & �Fertigungskonzepte
Anzahl pro Modell
Herausforderung: sinkende Investitionskosten durch sinkende Stückzahlen
Quelle: Dr. Goede „Intelligenter Leichtbau“, Fortschritte im Automobil-Leichtbau, 2004
Wachsende Anforderungen:
Ein
heite
n/M
odel
lvar
iant
enGesamtanzahlVarianten
1950 1974 1985 2004
VW Käfer VW Golf I VW Golf Cabrio
VW Jetta
VW Golf II
New Beetle
Seat Altea
VW Bora
Audi A3
Scoda OctaviaSeat Leon
VW Caddy
VW Touran
VW Golf V Audi TT
Seat Ibiza
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MEGATRENDS
Quelle:
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MEGATREND „Mobilität & Ressourcenschonung“E
nerg
ieef
fizie
nz &
Res
sour
cens
chon
ung
Bionik & neue Mobilität
Hybride Antriebe
Alternative Antriebe
Konventionelle Antriebe
Downsizing, Elektrifizierung
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Gewichtsentwicklung VW Golf
Que
lle::
Goe
de, M
.: In
telli
gent
er L
eich
tbau
–M
ehr
als
die
Sum
me
der
Ein
zellö
sung
en 5
. Fac
htag
ung
For
tsch
ritte
im A
utom
obil
Leic
htba
u, W
olfs
burg
, 200
4
Produktionsjahr
Gew
icht
[%]
100
110
120
130
140
150
1984 1992 1997 2003 2008
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Gewichtsentwicklung VW Golf
Que
lle::
Goe
de, M
.: In
telli
gent
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eich
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–M
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als
die
Sum
me
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obil
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burg
, 200
4
Produktionsjahr
Gew
icht
[%]
100
110
120
130
140
150
1984 1992 1997 2003 2008
Gründe für Gewichtsanstieg
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Werkstoff-Leichtbaupotential:Alternative Werkstoffe für Karosserieanbauteile
Stahl Höherfeste StähleStahl-LeichtbautürenAußenhäute 0,75 mm dick
Aluminium CFKGFK
-10%
-30%
-9%
Quelle: Dr. M. Sautter, Kunststoffkarosserie 2004, SKZ, 2004
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Werkstoff-Leichtbaupotential: Alternative Werkstoffe für die Karosseriestruktur
Stahl Höherfeste Stähle+ optimierte Struktur
Höherfeste austenitischeStähle
optimierte Struktur
Aluminium CFKGFK
-5%-15%
-10%
-25%
-25%
Quelle: Dr. M. Sautter, Kunststoffkarosserie 2004, SKZ, 2004
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Duroplast oder Thermoplast?
3
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Leichtbau und Sicherheit vereinbar?
Martin Brundle hit 1996 the wall in Melbourne. Car torn into 2 parts. Martin Brundle left the car with nearly noinjury.
2000 Nick Heidfeld und Jean Alesi Crashed into each other on theAustrian Grand Prix
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Aktuelle Leichtbau-Kleinserien-Strukturen: Mercedes McLaren SLR
Mercedes McLaren SLR
RTM Thermoset Part500 units per year
1724 kg
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Porsche Carrera GT
Autoclave Thermoset Part
1500 units over lifetime
1380 kg
Aktuelle Leichtbau-Kleinserien-Strukturen: Porsche Carrera GT
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Zeit- und Kostenvergleich:Duroplast vs. Thermoplast-Faserverbund-Prozesse
Quelle: Umdruck Vorlesung ETH Zürich “Composite Technologien”
Thermoplast
Handlaminat Autoklav RTM Deep Drawing
Anlagenkosten niedrig hoch mittel middle
Werkzeugkosten niedrig hoch hoch high
Lohnkosten hoch mittel mittel low
Materialkosten niedrig hoch niedrig high
Taktzeiten 3-24 h 5 h 0,25 – 3 h 0,05 h
Stückzahl p.a. < 1000 < 3000 < 50.000 500 – 500.000
Arbeitshygiene problematisch mittel schwierig unproblematic
Thermoset
Hand Lay up Autoclave RTM
Invest Cost low high middle
Tooling Cost low high high
Labour Cost high middle middle
Material Cost low high low
Cycle Time 3-24 h 5 h 0,25 – 3 h
units p.a. < 1000 < 3000 < 50.000
Hygienic problematic middle difficult
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Typische Zykluszeiten und Stückzahlen
2 Sekunden
20 Sekunden
3 Minuten
30 Minuten3 Stunden
x 10 x 10 x 10 x 10
RIM-Technik (PU Schaum)
Autoklav-technik
Spritzgießen
Tiefziehen
Kaltumformen (Stahl,
Aluminium)
500 Stück 5.000 Stück 50.000 Stück 500.000 Stück 5 Mio. Stück
Quelle: Schaumform
Großserien / Automobilbau
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Typische Zykluszeiten und Stückzahlen
2 Sekunden
20 Sekunden
3 Minuten
30 Minuten3 Stunden
x 10 x 10 x 10 x 10
RIM-Technik (PU Schaum)
Autoklav-technik
Spritzgießen
Tiefziehen
Kaltumformen (Stahl,
Aluminium)
500 Stück 5.000 Stück 50.000 Stück 500.000 Stück 5 Mio. Stück
Quelle: Schaumform
→ Thermoplaste
Großserien / Automobilbau
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Crashverhalten Duroplast vs. Thermoplast
ThermoplastPA6 and Glass (vf 45%)
ThermosetEpoxy and Carbon (vf 45%)
500
mm
Impact @ 19kJ
~ 70J/g ~ 65J/g
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Impactverhalten versch. Materialiensp
ec. E
nerg
y A
bsor
ptio
n R
ate
Esp
ec.[k
J/kg
]
0
20
40
60
80
Metals
Sources: K.-E. Schmid, „Die Chancen der Kunststoffe als Karosseriewerkstoffe“, Die Kunststoffkarosserie, SKZ, 2004M. Nohr, Faserkunststoffverbunde, 8. NASY, Kaiserslautern, 2002
SMC/GMT
GFRP
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Ein Schnellflug durch die Organoblech -Historie
4
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Konsolidierung thermoplastischer Faserverbunde mitt els Intervallheißpresse
Schematische Darstellung / Process Diagramm
BauteilComponent
Material-LagerMaterial supply
Vorformen / VorheizenPreforming / Preheating
IntervallpresseIntermittent press
VorschubFeed
IsolationInsulation
Press-ZonePressing
KühlzoneCooling
Vorheiz-ZonePreheating
Intervall-Heißpresstechnik / Continuous compression moulding
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Konsolidierung thermoplastischer Faserverbunde mitt els Doppelbandpresse
Doppelbandpresse
Heizzone KühlzoneAblängen
Plattenware
Folie
trockene Verstärkungslagen
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Verarbeitungslinie von thermoplastischen Faserverbu nden
Heizen (IR)Transport insWerkzeug
FormenundKühlen
Entformenund Entnahme
Weiter-verarbeitung(Beschnitt, Schweißen)
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Organoblech Studie Querlenker – 90er
Source: LKT, Uni-Erlangen
Thermogeformte Halbschale Vibrationsschweißung
Angespritzte Lagerschalen
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Organoblech Studie „Erlanger Träger“ – ab 2000
Source: LKT, Uni-Erlangen
thermogeformtes U-Profil
Angespritzte Rippen und Funktionselemente
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Statische Biegung:Längs-Quer-Verrippung auf Basis PA6
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Faserlängen - EigenschaftsbeziehungM
echa
nica
l Per
form
ance
(Im
pact
, Cra
sh)
Mat
eria
l Cos
ts
0 10 100 1000 10000 Quasi ∞Aspect Ratio l/d
Non reinforcedShort Fiber
Long FiberFabrics
UD-Layers
Mats (GMT)
Injection Moulding
High Pressure FormingLow Pressure Forming
Stiffness
Design freedom
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BMW M3 E46 Biegeträger - 2001
SOP: 2001 (Facelift)EOP: 2006SOP: 2001 (Facelift)EOP: 2006
Weight: 3,1 kg(Series ECE 7 kgSeries CAN 8,2 kg)
Weight: 3,1 kg(Series ECE 7 kgSeries CAN 8,2 kg)
Weight: 3,2 kg(Series ECE 7 kgSeries CAN 8,2 kg)
Weight: 3,2 kg(Series ECE 7 kgSeries CAN 8,2 kg)
70.000 Cars (Lifetime)25.000 Cars/ 50.000 Assemblies per Year120 Cars/ 240 Assemblies per Day
70.000 Cars (Lifetime)25.000 Cars/ 50.000 Assemblies per Year120 Cars/ 240 Assemblies per Day
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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BMW M3 E46 Biegeträger – Verbindungstechnik: HF-Schweißen
Verriegelung
ElektrodenTopf
Träger
Anpressfedern
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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HF-Schweißungen: Mikroskopie
PA6-GF
PA6-GF
Standard Material
PA6-GF
PA6-GF
„schweißoptimiertes“Material
Fügezone
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BMW M3 E46 Biegeträger - 2001
Crashbox E46
Ver
schn
itt c
a. 4
6 %
Trägerschale E46
Nachteile: Verschnitt & keine FunktionsintegrationNachteile: Verschnitt & keine Funktionsintegration
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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BMW M3 E9x Biegeträger - 2007
SOP: 2007EOP: 2013SOP: 2007EOP: 2013
Weight: 5 kg(Series ECE 7,2 kgSeries CAN 9 kg)
Weight: 5 kg(Series ECE 7,2 kgSeries CAN 9 kg)
Weight: 4,2 kg(Series ECE 7,4 kgSeries CAN 11 kg)
Weight: 4,2 kg(Series ECE 7,4 kgSeries CAN 11 kg)
Form-/Compression-/Cant-AssemblyForm-/Compression-/Cant-Assembly
105.000 Cars (Lifetime)200 Cars/ 400 Assemblies per Day 105.000 Cars (Lifetime)200 Cars/ 400 Assemblies per Day
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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BMW M3 E9x Biegeträger - Zusammenbau
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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Crashelement BMW M3 E9x: Prozess Schema
PostProcessing(Welding)
BendingHeating (IR) Transportation Bending Bending
Entkontur-ZuschnittEntkontur-Zuschnitt
Vorteile: - deutlich reduzierter Verschnitt durch Schachtelung- geringer Energieeintrag- geringer Kraftbedarf- Vollautomatisierbar
Nachteil:- auf einfache Geometrien beschränkt
Vorteile: - deutlich reduzierter Verschnitt durch Schachtelung- geringer Energieeintrag- geringer Kraftbedarf- Vollautomatisierbar
Nachteil:- auf einfache Geometrien beschränkt
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Kombination Umformen und FließpressenM
echa
nica
l Per
form
ance
(Im
pact
, Cra
sh)
Mat
eria
l Cos
ts
0 10 100 1000 10000 Quasi ∞Aspect Ratio l/d
Non reinforcedShort Fiber
Long FiberFabrics
UD-Layers
Mats (GMT)
High Pressure Forming
Low Pressure Forming
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BMW M3 E9x Biegeträger - 2007
SOP: 2007EOP: 2013SOP: 2007EOP: 2013
Weight: 5 kg(Series ECE 7,2 kgSeries CAN 9 kg)
Weight: 5 kg(Series ECE 7,2 kgSeries CAN 9 kg)
200 Cars/ 400 Assemblies per Day 200 Cars/ 400 Assemblies per Day
Weight: 4,2 kg(Series ECE 7,4 kgSeries CAN 11 kg)
Weight: 4,2 kg(Series ECE 7,4 kgSeries CAN 11 kg)
Form-/Compression-/Cant-AssemblyForm-/Compression-/Cant-Assembly
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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Niederdruck- mit partiellem Hochdruckformen
Heating (IR)Forming
&Cooling
WovenFabric
„flowable“Composite
Transportation Post
Processing(Cutting)
Deforming
formed Ribs
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BMW M3 E92 Rücksitzlehne - 2007
SOP: 2007 EOP: 2013SOP: 2007 EOP: 2013
Weight 40%: 2,6 kg(3er: 5,2 kg)Weight 40%: 2,6 kg(3er: 5,2 kg)
Weight 60%: 3,4 kg(3er: 7,3 kg)Weight 60%: 3,4 kg(3er: 7,3 kg)
Sandwich-Form-/Compression MouldingAssembly
Sandwich-Form-/Compression MouldingAssembly
90 Cars per Day90 Cars per Day
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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Leichtbauunterboden Porsche – Carrera/Boxter
LWRT
GMT
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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Copyright protection ISO 1601617.10.2012
Kombination Umformen und SpritzgußM
echa
nica
l Per
form
ance
(Im
pact
, Cra
sh)
Mat
eria
l Cos
ts
0 10 100 1000 10000 Quasi ∞Aspect Ratio l/d
Non reinforcedShort Fiber
Long FiberFabrics
UD-Layers
Mats (GMT)
Injection Moulding
Low Pressure Forming
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Copyright protection ISO 1601617.10.2012
InMouldForming Studie „Lenksäulenanbindung“
Source: LKT, Uni-Erlangen
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Copyright protection ISO 1601617.10.2012
InMouldForming Studie: Prozessablauf
Source: LKT, Uni-Erlangen
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Copyright protection ISO 1601617.10.2012
FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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Copyright protection ISO 1601617.10.2012
FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Aufbau
Source: NMF, Fürth
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Copyright protection ISO 1601617.10.2012
FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Aufbau
Source: NMF, Fürth
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Copyright protection ISO 1601617.10.2012
FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Fertigungsanlage
Source: NMF, Fürth
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FIT-Hybrid Studie „Q5-Rücksitzbank“: Prozessablauf
Aggregat 1:
Strangablage
IR-Strahler 1
Integriert (DL)Gasinjektionsanlage (GIT)
Schließeinheit
IR-Strahler 2
Extern (TR, FIT1, FIT2)
Werkzeug
Source: NMF, Fürth
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FIT-Hybrid-Lehne
Source: NMF, Fürth
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InMouldForming Studie: Biegeträger A4
AUDI Querträger SpriForm Querträger
mAUDI-Querträger-ECE ≈ 2,4 kg mSpriForm-Querträger < 2,0 kg
Organoblech PA 6, 47% endlos glasfaserverstärktRippen in PA 6 GF 60,
Spritzguß
- 20 %
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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InMould-Forming „Biegeträger“
Source: Jacob Plastics, Wilhelmsdorf
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Handy/Smartphoneentwicklung D
ispl
aygr
öße
Dicke
Bauteilkom
plexität
Eigensteifigkeit
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Eingefärbte Organobleche
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Verformte eingefärbte Organobleche
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Verfahrensablauf Handy Schale
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Batteriedeckel BB 9900
� Carbon-Look mit Glasfasergewebe � keine Störung der Antenne
� hohe Steifigkeit bei einer Wandstärke von nur 0.55 mm
� Integration mehrerer Antennen möglich
Batteriefachdeckel des Blackberry Bold 9900
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Batteriedeckel BB 9900 - 2011
RIM Bold 9900Akkudeckel: ca. 1,2 Mio./Monat
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Zusammenfassung & Ausblick
4
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Zusammenfassung
� Leichtbau mittels Faserverbunde ist möglich und in Serie
�Für Großserienanwendungen bieten sich vorwiegend thermoplastische Systeme an, sog. Organobleche
�Organobleche wurden bereits seit den 90er Jahren intensivuntersucht
�Die großserientaugliche Verarbeitung von Organoblechenwurde bereits ausgiebig über Demonstratoren UNDSerienanwendungen (Automotive & Non Automotive) unter Beweis gestellt.
�Schluß mit probieren – einfach mal machen� It works – let‘s do it.
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Ausblick – Tablet PC Deckel Demonstrator
22.05.2012 AR-Sitzung | TOP 7 Technologie Roadmap
25 % geringere Wanddicke möglich20 % geringeres Gewicht
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Ausblick – Funktionsintegration Elektronik
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