Integrierte Composite-Prozesse in Großserie mit hoher Effizienz

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Auf der China Composites Expo Anfang September zeigt Engel, wie sich Faserverbundbauteile hocheffizient und wirtschaftlich in Serie produzieren lassen.

„Die Regierung in China hat die Elektromobilität jahrelang stark gefördert“, erklärt Christian Wolfsberger, Business Development Manager Composite Technologies von ENGEL. „Dadurch hat sich das Thema Leichtbau in ganz Asien mit einer hohen Dynamik entwickelt, an der Engel sehr gut partizipiert. Engel gehört längst zu den bevorzugten Partnern der hier ansässigen Automobilindustrie.“ Gemeinsam mit weiteren Unternehmen und Universitäten entwickelt Engel in seinem 2012 in Österreich gegründeten Technologiezentrum für Leichtbau-Composites neue, besonders wirtschaftliche Verfahren für den Faserverbundleichtbau in der Großserie. Auf der China Composites Expo in Shanghai gewährt der Maschinenbauer Einblicke in aktuell umgesetzte Serienprojekte und die laufende Entwicklungsarbeit.

Vollautomatisierter One-Shot-Prozess mit Organomelt

Ein Beispiel ist die Verarbeitung und Funktionalisierung von thermoplastischen endlosfaserverstärkten Halbzeugen wie Organoblechen oder UD-Tapes im Organomelt-Verfahren. In den USA ist letztes Jahr die weltweit erste Großserienanwendung angelaufen. Ausgehend von Organoblechen produziert Valeo Front End Modules in Smyrna/Tennessee, Frontendträger mit integrierter Luftführung für einen deutschen OEM. Die Strukturbauteile weisen einen sehr hohen Organoblech-Anteil auf und führen zu einer deutlichen Gewichtseinsparung und besseren Crash-Performance. Zudem konnten durch einen zweischaligen Aufbau die Luftkanäle direkt in die Trägerstruktur integriert werden.

Die für die vollautomatisierte Großserienfertigung von Engel gelieferte Systemlösung besteht aus einer Duo 1700 Spritzgießmaschine, drei Easix Knickarmrobotern für die Vorbereitung einer Vielzahl von Metall-Inserts und für das Organoblech-Handling, einem Viper 90 Linearroboter und einem IR-Ofen von Engel. Der österreichische Maschinenbauer lieferte die Fertigungszelle als Systemlösung aus einer Hand.

Die beiden Halbschalen werden im One-Shot-Prozess produziert. Hierfür werden die beiden Organobleche gleichzeitig im IR-Ofen aufgeheizt, ins Werkzeug eingelegt, dort umgeformt und unmittelbar danach im selben Werkzeug mit einem Spritzgießprozess funktionalisiert.

Die Organobleche basieren auf Glasfasern in einer Polypropylen-Matrix. Ebenso wird zum Überspritzen glasfaserverstärktes Polypropylen eingesetzt. Erst dieser durchgehend thermoplastische Ansatz ermöglicht es, den Umformprozess und die Funktionalisierung zu integrieren und Tragstruktur und Funktionselemente stoffschlüssig miteinander zu verbinden.

„Der vollautomatisierte One-Shot-Prozess leistet einen wesentlichen Beitrag zur Senkung der Stückkosten“, betont Wolfsberger. Ein weiterer Vorteil: Der Einsatz ausschließlich thermoplastischer Polymere vereinfacht die Entwicklung von Recycling-Konzepten, mit dem Ziel, die Bauteile am Ende ihrer Nutzungsdauer in die Stoffkreisläufe zurückzuführen. „Wir sehen, dass der thermoplastbasierte Composite-Leichtbau zunehmend in den Fokus der Produktenwickler rückt“, ergänzt Wolfsberger.

Legen und Konsolidieren von Tapes im Spritzgießtakt

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

Engels Organomelt-Technologie eignet sich sowohl für Organobleche als auch unidirektional glas- und/oder carbonfaserverstärkte Tapes mit thermoplastischer Matrix. Tapes ermöglichen es, Halbzeuge anforderungsgerecht auszulegen und so das Leichtbaupotenzial von Bauteilen noch besser auszuschöpfen. Die Bauteile werden entweder partiell mit einigen wenigen Tapes verstärkt oder es werden aus einer Vielzahl von Tapes Gelege (Stacks) mit mehreren Millimetern Dicke hergestellt.

Um in der Großserie wirtschaftlich zu sein, muss das Legen und Konsolidieren der Stacks inline und im Takt des Spritzgießprozesses erfolgen. Als Systemanbieter ist Engel in der Lage, für den Gesamtprozess – ausgehend von einzelnen Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzguss – aus einer Hand integrierte und vollständig automatisierte Lösungen anzubieten. Für die Herstellung der Gelege kommen dafür zwei Anlagen zum Einsatz, eine Pick-and-Place-Tape-Legezelle mit optischer Bildverarbeitung und eine Konsolidieranlage. Beide lassen sich nahtlos in den Gesamtprozess integrieren, was die Effizienz in der Produktion maßgeschneiderter Tape-Lösungen deutlich erhöht.

Mit der von Engel entwickelelten Tape-Legezelle lassen sich im Takt von 3 s Tapes ablegen und punktuell miteinander verschweißen. Da die Stacks bereits beim Legen die für das Bauteil benötige Form erhalten, kann nach der Konsolidierung eine Umformung und Funktionalisierung im Spritzguss erfolgen, ohne dass ein zwischengeschalteter Beschnitt erforderlich ist.

sk

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