Aus einer Hand liefert ENGEL mit Stammsitz in Österreich maßgeschneiderte Fertigungszellen für die hocheffiziente und wirtschaftliche Serienproduktion von Faserverbundbauteilen. Auf der China Composites Expo 2019 vom 3. bis 5. September in Shanghai, China, präsentiert der Spritzgießmaschinenbauer und Systemlöser anhand von Beispielen aus der Automobilindustrie ein breites Technologiespektrum, von der Verarbeitung von Organoblechen und UD-Tapes, über HP-RTM bis zu Fließpressen mit SMC.
„Die Regierung hat die Elektromobilität jahrelang stark gefördert“, erklärt Christian Wolfsberger, Business Development Manager Composite Technologies von ENGEL, die Besonderheit des chinesischen Markts. „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 gewährt der Maschinenbauer Einblicke in aktuell umgesetzte Serienprojekte und die laufende Entwicklungsarbeit.
Vollautomatisierter One-Shot-Prozess mit ENGEL organomelt
Die Verarbeitung und Funktionalisierung von thermoplastischen endlosfaserverstärkten Halbzeugen wie Organoblechen oder UD-Tapes im ENGEL organomelt Verfahren bildet auf der China Composites Expo einen Schwerpunkt am Infostand von ENGEL. 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 namhaften deutschen OEM. Für ihre innovative Fertigung und ihre herausragenden Eigenschaften wurden die Strukturbauteile 2018 mit einem Automotive Award der Society of Plastics Engineers (SPE) ausgezeichnet. Sie weisen einen ausgesprochen hohen Organoblech-Anteil auf und führen zu einer deutlichen Gewichtseinsparung und besseren Crashperformance. 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 ENGEL IR-Ofen. ENGEL 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.
Für alle, die noch mehr zu dem Thema erfahren möchten: Am ersten Messetag um 11 Uhr wird Simon Liu, Leiter der Anwendungstechnik von ENGEL Machinery Shanghai, zusammen mit Valeo auf der Automotive Innovation Conference (AIC) im Konferenzbereich neben Halle 4 über das Projekt berichten und zudem einen Ausblick auf die UD-Tapeverarbeitung geben.
Legen und Konsolidieren von Tapes im Spritzgießtakt
Die ENGEL 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.
Die Tape-Legezelle ist eine Entwicklung von ENGEL. Mit ihr lassen sich im Takt von drei Sekunden 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.
HP-RTM und SMC: Mehr Effizienz für duromere Systeme
Dass sich auch für schon lang etablierte Technologien die Fertigungseffizienz noch weiter steigern lässt, stellt ENGEL auf der Messe mit zwei Beispielen aus dem Bereich des Duroplast-Leichtbaus unter Beweis. Zum einen geht es am Messestand um die CFK-Rückwände des Audi A8. Diese großen Bauteile mit einer komplexen Carbonfaserstruktur und lokalen Verstärkungen werden bei Voith in Garching, Deutschland, auf einer ENGEL v-duo 1700 Maschine im vollständig automatisierten HP-RTM-Verfahren produziert.
Zum anderen präsentiert ENGEL Getriebeträger auf Basis von C-SMC (Sheet Moulding Compounds). In einem Entwicklungsprojekt hat ENGEL gemeinsam mit dem Institut für Polymer Product Engineering IPPE der Johannes Kepler Universität in Linz, Österreich, und den Unternehmen Hexcel aus USA und Alpex aus Österreich den Fertigungsprozess auf Basis des Fließpressens für diese dynamisch hochbelasteten Fahrzeugkomponenten weiterentwickelt. Ausgangsmaterial ist ein flächiges Carbonfaser-Halbzeug mit Faserlängen von 50 mm und einer Matrix aus Epoxidharz. Die Analyse der ersten Bauteile zeigt gegenüber der ursprünglich aus Aluminium gefertigten Komponente eine deutliche Gewichtsersparnis und zudem verbesserte Bauteileigenschaften.
Von anspruchsvollen Sicht- und Außenhautbauteilen bis zu Strukturkomponenten mit integrierter Funktionalität findet das Fließpressen mit SMC für ein breites Spektrum an Faserverbundbauteilen Einsatz. Mit ihrer leistungsstarken Mess- und Regeltechnik, dem flexiblen Prägeverfahren und der integrierten Parallelitätsregelung ist die ENGEL v-duo Maschine für die SMC-Verarbeitung prädestiniert. Die Verarbeitungsparameter lassen sich gezielt an die Bauteilanforderungen anpassen, um eine noch höhere Qualität zu erzielen.
ENGEL auf der China Composites Expo 2019: Halle 4, Stand A3532
Quelle: ENGEL
