Effizient zu anspruchsvollen Composite-Prozessen in Serie

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Anhand von Beispielen aus der Automobilindustrie zeigt Engel auf der JEC World, wie sich Composite-Bauteilen in sehr hohen Stückzahlen herstellen lassen.

Zu sehen sind auf der Messe in Paris, die vom 12. bis 14. März stattfindet, Lösungen für die Verarbeitung von Organoblechen und UD-Tapes, für die die In-situ-Polymerisation und HP-RTM sowie für das Fließpressen mit SMC.

Im Organomelt-Verfahren des österreichischen Unternehmens werden thermoplastische Faserverbund-Halbzeuge wie Organobleche und UD-Tapes umgeformt und funktionalisiert. Es lassen sich beispielsweise Versteifungsrippen oder Montageelemente unmittelbar nach dem Umformen mit einem Thermoplast aus der Werkstoffgruppe des Matrixmaterials anspritzen. Dies ermöglicht nicht nur einen sehr effizienten und vollständig automatisierten Fertigungsprozess, sondern leistet darüber hinaus einen Beitrag zur Circular Economy.

„Der konsequent thermoplastische Ansatz vereinfacht das spätere Recycling der Bauteile“, sagt Christian Wolfsberger, Business Development Manager Composite Technologies von Engel am Stammsitz in Schwertberg/Österreich.

Das Potenzial dieser Technologie wird Engel während der drei Messetage anhand von Musterteilen deutlich machen. Anspruchsvolle Strukturbauteile werden zum Beispiel bereits in den USA in Großserie produziert. Dank eines hohen Organoblech-Anteils zeichnen sich diese Bauteile durch ein besonders geringes Gewicht und sehr gute Crasheigenschaften aus. Engel lieferte für die vollautomatisierte Großserienfertigung eine Duo Spritzgießmaschine, mehrere Easix Knickarmroboter für die Vorbereitung einer Vielzahl von Metall-Inserts und das Organoblech-Handling, einen Viper Linearroboter sowie einen IR-Ofen als integrierte Systemlösung.

Die Organomelt-Technologie eignet sich sowohl für Organobleche als auch für unidirektional (UD) glas- und/oder carbonfaserverstärkte Tapes mit thermoplastischer Matrix. „Tapes ermöglichen es, die einzelnen Bereiche im Bauteil lastgerecht zu verstärken, um sie noch gezielter an die Belastung anzupassen“, so Wolfsberger. „Wir werden zukünftig unterschiedlich dicke Tapes und auch Organobleche und Tapes miteinander kombinieren können, um das Leichtbaupotenzial jeweils optimal auszuschöpfen.“

Die von Engel entwickelte Tape-Legezelle nutzt hochauflösende Kameratechnik, um aus Tape-Zuschnitten präzise Stacks zu fertigen. Foto: Engel

Um die Effizienz zu steigern, können die Fasergelege inline und im Takt des Spritzgießprozesses gelegt und konsolidiert werden. Engel bietet hierfür aus einer Hand vollständig integrierte Systemlösungen an. Neben Verarbeitungsmaschinen, Robotern und IR-Öfen kommen Pick-and-Place-Tape-Legezellen mit optischer Bildverarbeitung aus der eigenen Entwicklung und Konstruktion zum Einsatz. Gemeinsam mit seinem Partner Fill hat Engel das Angebot jüngst um eine Konsolidieranlage für Fasergelege unterschiedlicher Wanddicken erweitert.

In-situ-Polymerisation und Spritzguss im One-Shot-Prozess

Eine weitere thermoplastische Composite-Technologie ist die In-situ-Polymerisation von ε‑Caprolactam zu FKV-Tragstrukturen und deren Funktionalisierung im Spritzguss, die Engel gemeinsam mit Systempartnern entwickelt hat. In der V-Duo Vertikalmaschine finden der Reaktiv- und der Spritzgießprozess parallel zueinander statt. Dank der niedrigen Viskosität des aufgeschmolzenen ε‑Caprolactams lassen sich vorgeformte, trockene Verstärkungstextilien besonders gut benetzen, sodass sich beim Polymerisieren zu Polyamid 6 ein stark belastbarer Verbund ergibt. Dieser wird in einer zweiten Kavität des Werkzeugs durch das Anspritzen von Verstärkungsrippen und Konturen aus faserverstärktem PA 6 funktionalisiert.

Als erster Anbieter am Markt setzt Engel bei der In-situ-Polymerisation darauf, das feste Monomer bedarfsorientiert aufzuschmelzen und zu verarbeiten. Die Vorteile sind eine deutlich reduzierte thermische Belastung und somit eine gesteigerte Produktqualität.

„Wir haben die V-Duo Baureihe, die sowohl mit als auch ohne Spritzeinheit angeboten wird, gezielt für Faserverbundanwendungen entwickelt“, sagt Wolfsberger. „Sie zeichnet sich durch eine besonders kompakte Bauweise aus.“ Die niedrige Bedienhöhe vereinfacht manuelle Arbeiten. Gleichzeitig ermöglicht die Spritzgießmaschine sehr effiziente Automatisierungskonzepte, was die Industrialisierung neu entwickelter Verarbeitungsverfahren beschleunigt.

sk

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