Tape-Legezelle im Spritzguss-Takt der Großserie

Engel hat sein Organomelt-Verfahren großserienreif gemacht. Das Legen von Tapes und das Konsolidieren der Gelege laufen im Takt des Spritzgießprozesses.

Ausgehend von einzelnen abgelegten Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzguss – Engel bietet aus einer Hand eine integrierte und vollständig automatisierte Lösungen für die Großserie.

Organomelt heißt dieser integrierte Gesamtprozess des Maschinenbauers Engel mit Stammsitz in Österreich. Das Verfahren hat die Großserie bereits erreicht. Unter anderem werden Frontendträger für Daimler im Engel Organomelt Verfahren vollautomatisiert hergestellt.

„Für Sitzschalen, Konsolen und Interieur-Strukturbauteile zum Beispiel eröffnet der integrierte Fertigungsprozess die Möglichkeit, Leichtbau für Massenfahrzeuge kosteneffizient umzusetzen“, berichtet Markus Fuchs, Director Business Unit Automotive Asia von Engel.

Im Organomelt Verfahren werden thermoplastische Faserverbund-Halbzeuge auf Basis von Organoblechen sowie unidirektional (UD) verstärkten Tapes in Infrarot-Öfen erwärmt. Das thermoplastische Composite-Material wird von einem Roboter ins Spritzgießwerkzeug gebracht und dort in nur einem Arbeitsschritt umgeformt und funktionalisiert.

Im Spritzguss lassen sich dann Versteifungsrippen oder Montageelemente direkt anspritzen. Dies ermöglicht einen vollständig automatisierten Fertigungsprozess, was die Stückkosten senkt. Darüber hinaus leistet der durchgehend thermoplastische Ansatz einen Beitrag zur Nachhaltigkeit. Er vereinfacht die Entwicklung von Recycling-Konzepten.

„Composite-Bauteile am Ende ihrer Nutzungsdauer in den Stoffkreislauf zurückzuführen, gehört zu den vorrangigen Aufgaben der weiteren Entwicklung im Fahrzeugbau“, so Fuchs.

In der weiteren Entwicklung dieses Verfahrens befasst sich Engel mit der lastgerechten Auslegung von Composite-Bauteilen. Um die Bauteilgeometrie gezielt an die jeweils geforderten Leichtbaueigenschaften anzupassen, werden zukünftig pro Bauteil mehrere unterschiedliche Faserverbundhalbzeuge – zum Beispiel Organobleche mit unterschiedlichen Dicken oder UD-Tapes – miteinander kombiniert.

Das Potenzial macht Engelanhand einer Türstruktur, die gemeinsam mit dem Automobilzulieferer Brose entwickelt wurde, deutlich. Verarbeitet werden drei Organobleche mit Dicken zwischen 0,6 und 2,5 mm. Die lastgerechte Auswahl der Organobleche ermöglicht es, die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bauteilbereiche optimal zu berücksichtigen. So weist die Türstruktur im Fensterrahmenbereich eine höhere Steifigkeit auf als an der Türinnenseite.

Als Systemanbieter entwickelt Engel für seine Kunden – ausgehend von einzelnen Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzguss – aus einer Hand integrierte und vollständig automatisierte Lösungen für den Gesamtprozess. Denn um in der Großserie wirtschaftlich zu sein, muss auch das Legen von Tapes und das Konsolidieren der Stacks (Tape-Gelege) inline und im Takt des Spritzgießprozesses erfolgen. Hierfür kombiniert Engel eine Tape-Legezelle und eine Konsolidieranlage. Der integrierte Prozess kann im Minutentakt einsatzfertige Halbzeuge aus Tapes herstellen.

Um kürzeste Zykluszeiten zu erreichen, arbeitet die von Engel entwickelte Tape-Legezelle nach dem Pick-and-Place-Prinzip und mit optischer Bildverarbeitung. Es werden die einzelnen Tape-Lagen aufgenommen, optisch kontrolliert, positionsgeregelt abgelegt und punktuell miteinander verschweißt.

Für den sich unmittelbar anschließenden Konsolidierprozess hat Engel gemeinsam mit seinem Partner Fill (Gurten, Österreich) eine Anlage nach dem Heiz-Kühl-Prinzip entwickelt. Diese verfestigt die Fasergelege vollautomatisiert zu einer soliden Platte, wobei die gezielt eingebrachten Dickensprünge erhalten bleiben.

Auf der China Composites Expo 2020 vom 2. bis 4. September in Shanghai präsentiert Engel anhand von Beispielen aus der Automobilindustrie das große Potenzial für dieser Serienproduktion in hohen Stückzahlen. Lösungen auf thermoplastischer Basis bilden in diesem Jahr einen Schwerpunkt auf dem Engel Messestand. „Wir sehen in China ein großes Interesse der Automobilhersteller und Tier-1-Supplier am Organomelt Verfahren“, erklärt Fuchs.

Dass sich auch für schon lang etablierte Technologien die Fertigungseffizienz noch weiter steigern lässt, stellt Engel auf der China Composites Expo mit einem Beispiel aus dem Bereich des Duroplast-Leichtbaus unter Beweis. Die Rücksitzwand des Audi A8 besitzt eine komplexe Carbonfaserstruktur und lokale Verstärkungen. Sie wird von einem Zulieferer in Deutschland auf einer Engel V Duo 1700 Maschine im vollständig automatisierten HP-RTM-Verfahren in Serie produziert.

mg