Mit Organomelt zu thermoplastischen Composite-Bauteilen

Engel zeigt auf der JEC World 2022, wie sich thermoplastische Composite-Bauteile mit Organomelt-Verfahren effizient fertigen lassen.

Im Organomelt Verfahren von Engel werden für thermoplastische Composite-Bauteile Organobleche und UD-Tapes nicht nur umgeformt, sondern im selben Arbeitsschritt im Spritzguss funktionalisiert. Auf der JEC World in Paris Anfang Mai zeigt das Unternehmen eine entsprechende Fertigungszelle, die Demonstrationsbauteile aus endlosfaserverstärktem Polyamid (PA) produziert.

Deren Hauptbestandteil ist eine holmlose Victory 200/50 Spritzgießmaschine, die mit einem Viper 12 Linearroboter für das Handling der Halbzeuge und Fertigteile und einem doppelseitigen, vertikalen IR-Ofen – alles von Engel – ausgerüstet ist. Sie wird von Brightlands Materials Center zur Verfügung gestellt, einem auf die Industrie ausgerichteten niederländischen Forschungs- und Entwicklungszentrum für nachhaltige Polymermateriallösungen. Die Entwicklung neuer leichter thermoplastischer Verbundtechnologien für die nachhaltige Mobilität ist eines der wichtigsten Forschungsprogramme, das durch die Partnerschaft mit Engel unterstützt wird.

Die Composite-Blanks werden im IR-Ofen erwärmt, ins Werkzeug eingelegt, dort umgeformt und mit PA umspritzt. Das Aufheizen der Faserverbundhalbzeuge ist einer der zykluszeitbestimmenden und qualitätsrelevanten Prozessschritte beim Verarbeiten von faserverstärkten Halbzeugen mit thermoplastischer Matrix. Von deren Dicke hängen die Aufheizdauer und die Abkühlzeit ab. Wichtig sind ein schnelles und materialschonendes Aufheizen sowie kurze Wege für den Transport der aufgeheizten Halbzeuge zum Formgebungswerkzeug (Hot Handling).

Engel bietet seine IR-Öfen aus der eigenen Entwicklung und Produktion deshalb in verschiedenen Ausführungen – sowohl horizontal als auch vertikal – an und platziert sie in der Fertigungszelle in unmittelbarer Werkzeugnähe. Sie sind ebenso wie die Roboter vollständig in die CC300-Steuerung der Spritzgießmaschine integriert und zentral über das Maschinendisplay bedienbar.

Die Fertigungszelle auf der JEC nutzt das große Effizienzpotenzial der Holmlostechnik von Engel für den Organomelt-Prozess. Der größte Vorteil der Victory Maschine für diese Anwendung liegt im sehr schnellen Hot Handling. Der barrierefreie Zugang zum Werkzeugraum macht es möglich, den IR-Ofen noch näher am Werkzeug zu platzieren als dies bei Spritzgießmaschinen mit Holmen möglich ist. Zudem kann der Roboter direkt auf kürzestem Weg vom Ofen aus das Werkzeug erreichen. Auf diese Weise lassen sich auch sehr dünne Halbzeuge verarbeiten.

Die thermoplastischen Composite-Halbzeuge, die Engel live auf der Messe verarbeitet, werden im Technologiezentrum für Leichtbau-Composites bei Engel in Österreich vorbereitet. In der Praxis kann die Herstellung von thermoplastischen Composite-Blanks dem Verarbeitungsprozess unmittelbar vorgelagert und direkt neben der Verarbeitungsmaschine angeordnet werden. Engel bietet hierfür aus einer Hand vollständig integrierte Systemlösungen an, die neben der Verarbeitungsmaschine, Robotern und IR-Öfen auch Pick-and-Place-Tape-Legezellen mit optischer Bildverarbeitung und Konsolidieranlagen umfassen.

Die im Organomelt Verfahren produzierten Composite-Bauteile vereinen ein besonders geringes Gewicht mit sehr guten Crash-Eigenschaften. Die Technologie, die in der Automobilindustrie bereits in Serie läuft, eignet sich sowohl für Organobleche als auch für unidirektional (UD) glas- und/oder carbonfaserverstärkte Tapes mit thermoplastischer Matrix. Die rein thermoplastische Materialbasis ermöglicht besonders effiziente und vollständig automatisierte Herstellungsprozesse, da sich beispielsweise Versteifungsrippen oder Montageelemente unmittelbar nach dem Umformen im selben Prozessschritt direkt anspritzen lassen. Gleichzeit leistet das Organomelt-Verfahren einen Beitrag zur Nachhaltigkeit, denn der konsequent thermoplastische Ansatz ist die Voraussetzung, Recyclingkonzepte für Composite-Bauteile zu entwickeln.

Tapes ermöglichen es, einzelne Bereiche im Bauteil lastgerecht zu verstärken, um sie noch gezielter an die Belastung anzupassen. Um das Leichtbaupotenzial noch besser auszuschöpfen, werden unterschiedlich dicke Organobleche und auch Organobleche und Tapes miteinander kombiniert. Auch hier präsentiert Engel in Paris eine Anwendung, die Herstellung von Fahrzeugtürkomponenten. Im Video ist zu sehen, wie drei Organobleche mit Dicken zwischen 0,6 und 2,5 mm, die noch dazu unterschiedliche Geometrien aufweisen, mittels IR-Strahlung aufgeheizt und umgeformt werden und im selben Prozessschritt im Spritzguss eine hochwertige Sichtoberfläche erhalten. Der gemeinsam mit dem Automobilzulieferer Brose entwickelte Verarbeitungsprozess arbeitet vollständig automatisiert. Drei Easix Knickarmroboter von Engel manipulieren zeitgleich. Die lastgerechte Auswahl der Organobleche berücksichtigt die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bauteilbereiche. So weist das Türmodul im Fensterrahmenbereich eine höhere Steifigkeit auf als an der Türinnenseite.

sk