'Ecoklav' - der ökonomische Autoklav

Abstract

Die Anschaffung eines konventionellen Autoklaven zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundstoffen ist in der Regel mit einem beträchtlichen finanziellen Aufwand verbunden und insbesondere für Klein- und Mittelunternehmen aus Budgetgründen oft nicht möglich. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, diesen Unternehmen die Möglichkeit zu bieten, mit Hilfe eines wesentlich günstigeren Autoklaven, dem "Ecoklaven" dennoch hochwertige (Klein-)Teile aus Verbundwerkstoffen herzustellen. Meine Aufgabe bestand also darin, einen Autoklaven zu konstruieren, der den Anforderungen von kleinen Unternehmen, die nicht unbedingt Teile für die Luftfahrtindustrie oder die Formel 1 produzieren wollen, gerecht wird. Da diese Firmen auch das Potential beziehungsweise den Funktionsumfang der derzeitig am Markt erhältlichen Autoklaven nicht ausschöpfen würden, kann hier durch gezielte Kosteneinsparungen ein Produkt mit einem guten Kosten/Nutzen-Faktor generiert werden. Als Beispiel: Man benötigt nicht notwendigerweise einen Druck von 10 bar und eine Temperatur von 250 °C um hochfeste Teile herzustellen. In manchen Fällen würden auch 2 bar und 150 °C völlig ausreichen. Legt man den Druckbehälter für nur 4 - 6 bar und 150 - 200 °C aus, bringt dies ein extremes Einsparungspotenzial mit sich. Das Hauptaugenmerk der Firmen liegt auf den Anschaffungskosten. Diese sollen so gering wie möglich gehalten werden, damit das Unternehmen möglichst schnell den Break-Even-Point für das Produkt erreicht. Durch eine Vielzahl an unterschiedlichen Längen des Druckbehälters kann der "Ecoklav" an die Bedürfnisse des Unternehmens angepasst werden, einzig der nutzbare Durchmesser ist auf 50 cm beschränkt, da eine Überschreitung dieses Wertes überproportionale Zusatzkosten verursachen würde. Durch den maximalen Druck von 6 bar können hochfeste Bauteile mit einer geringen Anzahl an Lufteinschlüssen produziert werden. Mit einer maximalen Zyklustemperatur von 200 °C können auch Hochtemperaturmatrixsysteme verarbeitet werden. Die Regelung erfolgt über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die aufgrund der niedrigen Anschaffungskosten und der hohen Variabilität sehr gut mit den Anforderungen an den -Ecoklaven- korreliert. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine lizenzabhängige Software benötigt wird. Da Energieeffizienz heutzutage eine bedeutende Rolle spielt, verfügt der "Ecoklav" über eine entsprechend moderne Innen- wie auch Außendämmung. Damit werden die Wärmeemissionen und Wärmekonvektionen so gering wie möglich gehalten. Der Kompressor sowie die Vakuumpumpe entsprechen den heute üblichen Industriestandards und können bei Bedarf durch ein Produkt mit gleicher Leistung ersetzt werden.

For most small and medium companies, the purchase of a conventional autoclave to produce quality parts made of composite materials would be an excessive burden on the budget. Therefore, it is not possible to buy such a machine. The aim of this project is to provide these companies with a substantially cheaper autoclave, the "Ecoklave" to enable them to build parts made of composite materials. My task was to construct an autoclave which complies with the requirements and specifications of small and medium companies that do not necessarily produce parts with the requirements of the aerospace or the Formula 1 industry. Such an "Ecoklave" can provide companies, which do not need the full potential of the autoclaves which are currently available on the market, with a product that can be manufactured with a very good cost-benefit factor. For example, you do not need 10 bar pressure and a temperature of 250 °C to manufacture parts for the average customer. Often a pressure of 2 bar and a temperature of 150 °C is enough. Designing a pressure vessel with a configuration of 4 - 6 bar and 150 - 200 °C brings a significant potential for cost savings. The focus of companies is primarily on the acquisition costs. Keeping them as low as possible helps them to reach the break-even point and bring the business into the net income area as fast as possible. Through a variety of different lengths of the pressure vessel, the -Ecoklav- can be adapted to the needs of the individual companies. Only the diameter is limited to 50 cm because this would cause significant additional costs. At a maximum pressure of 6 bar high-strength components with a minimum number of air pockets can be produced. With a maximum cycle temperature of 200 °C, high temperature matrix systems can be used. The plant is controlled by a programmable logic controller (PLC) the acquisition costs of which are competitive and which offers great flexibility. Therefore, the PLC corresponds very well with the goal of the "Ecoklave". Another advantage is that the PLC does not depend on licensed software for changing settings or programming. Today energy efficiency is becoming more and more important. In line with this development, the "Ecoklav" is equipped with a sufficiently dimensioned insulation to keep the heat emissions and the heat convections as low as possible. The compressor and the vacuum pump meet today's recognized industry standards and can always be replaced by a product with an identical level of performance.