Unternehmen, die sich im selben Markt bewegen, haben oft ähnliche Ideen für neue Produkte und Materialien. Leider erlauben die engen Budgets meist keine größeren Forschungsarbeiten. Warum also nicht für die grundlegenden Erkenntnisse kooperieren?

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Die innovative Partnerschaft
Markus Zwick, FGK
6. Clusterkonferenz, 20. August 2013
Höhr-Grenzhausen
„Best Practice“
- Beispiele erfolgreicher Forschungskooperationen -
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Die innovative Partnerschaft
Markus Zwick, FGK
ERFOLG
Ist abhängig von
Entscheidungen Risiken Äußere Einflüsse

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Die innovative Partnerschaft
Markus Zwick, FGK
Kooperation = Bündelung von Kompetenzen
Erweiterung der Fähigkeiten
Reduzierung der Teilrisiken
Erfolgsaussichten erhöhen durch Kooperation
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Markus Zwick, FGK
„Entwicklung eines keramischen Schweißschuhs zum
Schweißen von PFA* im Extrusionsschweißverfahren“
Teilaufgabe des Projektes:
„Aufbau Kompetenzverbund Keramik-Simulation im Innovationscluster
Metall-Keramik-Kunststoff am Beispiel eines Pilotbauteils“
*Perfluoralkoxy-Polymere

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Markus Zwick, FGK
Heißluftgebläse
Zerkleinerung
Aufschmelzkammer
Mundstück
Verfahrensprinzip
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Markus Zwick, FGK
Zielsetzung
Entwicklung eines keramischen Schweißschuhs zum Schweißen von
PFA im Extrusionsschweißverfahren…
…unter Einsatz von Finite Element Simulationsmethoden!
Randbedingungen:
- Einsatztemperatur >450°C
- Korrosive Atmosphäre (HF-Dämpfe)
- Verträglichkeit zum Extrudat
- Hohe Schweißnaht-Güte
- Ausreichende Thermoschockstabilität
- Systemkompatibilität

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Markus Zwick, FGK
Herangehensweise:
1. Erfassung der Randbedingungen
- Mechanisch
- Thermisch
- Chemisch (nicht FEM relevant)
2. Auswahl potentieller Werkstoffe
3. Vorevaluierung an Hand von Kurzzeittests
4. Aufbau FEM-Modell, Ermittlung der relevanten Kennwerte
5. Berechnung der jeweiligen Systeme und Bedingungen
6. Abgleich mit dem Experiment
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Randbedingungen:
- Einsatztemperatur >450°C
- Korrosive Atmosphäre (HF-Dämpfe)
Werkstoffkompetenz
40% HF-Auslagerung
Düsenstahl
SiSiC
Quelle: Brevier Technische Keramik

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Markus Zwick, FGK
Werkstoffkompetenz
Quelle: Hersteller Angaben
Sehr gut
Sehr gut
gut
gut
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Markus Zwick, FGK
CAD-Modell FEM-Modell
Vernetzung und Definition von
Einflüssen
Berechnungskompetenz

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Markus Zwick, FGK
Simulation der Prozesseinflüsse
Anwendungskompetenz
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Markus Zwick, FGK
SiSiC 3Y-TZP
- Hohe Temperaturgradienten durch geringe WLF beim 3Y-TZP
- Hohe Oberflächentemperaturen durch hohe WLF beim SiSiC
--> Aufschmelzen der zu fügenden Bauteile im Bereich der
Kontaktflächen
Temperaturverteilung
Berechnungskompetenz

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Markus Zwick, FGK
Berechnungskompetenz
3Y-TZP
Temperaturverteilung Spannungsverteilung
Spannungsmaximum
204 MPa
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Anwendungskompetenz
Schweißversuche mit PP
Erkenntnisse:
-Kanten zu scharfkantig
-Oberflächenrauhigkeit zu hoch
-Temperaturverteilung sehr gut
-Nahtqualität gut
-Anpressdruck gut
-Handling gut
Änderungen:
-Kanten abrunden (Einlaufbereich)
-Oberflächen polieren

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Markus Zwick, FGK
Optimierungsschritt 3Y-TZP
Reduzierung der Spannungsspitze um 33%
Spannungsverteilung FEM-Modell
Konstruktionskompetenz
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Markus Zwick, FGK
ERFOLG…… durch Kooperation!
- Entwicklung eines keramischen Schweißschuhs
- Geeignet für alle gängigen Thermoplast-
Werkstoffe (PP, PE, PVC, PFA…)
- Systemkompatibel
- Sehr gutes Handling
- Hohe Qualität der Schweißnaht

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Markus Zwick, FGK
Deponieabdichtung mit PE-Folie
Folienschweißschuh
- Kein Verschleiß des Schweißschuhs
- Konstante Nahtqualität
- Höhere Sicherheit der Deponie-Systeme
Erfolg durch Konsequenzen
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Markus Zwick, FGK
Erfolg durch Stetigkeit
Entwicklungsprojekt aus 2005
Kupferkeil nach Schweißung
von PVC-Dichtungsbahnen

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Die innovative Partnerschaft
Markus Zwick, FGK
Erfolg durch Stetigkeit
SiSiC- Heizkeil
-Korrosionsstabil
-Schnelleres Aufheizverhalten
-Schnelleres Regelverhalten
gleichmäßigere und höhere
Nahtqualität
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Markus Zwick, FGK
ERFOLG
Ist abhängig von
Entscheidungen Risiken Äußere Einflüsse

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Die innovative Partnerschaft
Markus Zwick, FGK
Erfolgsaussichten erhöhen durch Kooperation
Ihre Kompetenzen im Innovationscluster
Keramik Metall und Engineering
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Die innovative Partnerschaft
Markus Zwick, FGK
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Projektpartner:
Finanzierung:

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Markus Zwick, FGK
Ihr Ansprechpartner:
Kompetenzen:
- Anwendungstechnik Keramik
- Keramik gerechte Konstruktion
- Werkstoff- und Verfahrensentwicklung
- Prüftechnik
- Prozessoptimierung
Forschungsinstitut für Anorganische
Werkstoffe –Glas / Keramik- GmbH
Dr.-Ing. Markus Zwick
Heinrich-Meister-Str. 2
56203 Höhr-Grenzhausen
Markus.Zwick@fgk-keramik.de
Tel. 02624-186 15