16.07.2019 Entwicklungsschritt für Thermoplast-Composites

Die vorgestellte Fertigungszelle ist die weltweit erste, die drei unterschiedlich dicke Organobleche mittels IR-Strahlung aufheizt und umformt und im selben Prozessschritt im Spritzguss eine hochwertige Sichtoberfläche ausformt. Zudem integriert die Anlage erstmals drei ENGEL easix Knickarmroboter, die zeitgleich manipulieren.

Thermoplast-Composites im automobilen Leichtbau ermöglichen es zum einen, die Umformung und Funktionalisierung von Faserverbundhalbzeugen effizient zu integrieren, was die Stückkosten senkt. Zum anderen vereinfacht der Einsatz von ausschließlich thermoplastischen Polymeren die Entwicklung von Recycling-Konzepten. Im organomelt-Prozess werden faserverstärkte Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix, wie Organobleche und Tapes, aufgeheizt, ins Werkzeug eingelegt, dort umgeformt und direkt mit Thermoplast umspritzt. Das Verfahren hat die Großserie bereits erreicht. Unter anderem werden Frontendträger mittels ENGEL organomelt vollautomatisiert hergestellt.

In der weiteren Entwicklung dieses Verfahrens befasst sich ENGEL gemeinsam mit seinen Kunden und Partnern mit den Fertigungsaspekten der lastgerechten Auslegung von Composite-Bauteilen. Um die Leichtbaueigenschaften gezielt an die jeweilige Bauteilgeometrie und die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bereiche innerhalb des Bauteils anzupassen, werden künftig pro Bauteil mehrere unterschiedliche Faserverbundhalbzeuge miteinander kombiniert, was anhand der auf der K 2019 präsentierten Fertigungszelle demonstriert wird. Der Verarbeitungsprozess wurde gemeinsam mit dem Automobilzulieferer Brose entwickelt. Es handelt sich um die derzeit einzige Anlage weltweit, die im vollständig automatisierten Prozess mit integrierten IR-Öfen drei Organobleche mit Dicken zwischen 0,6 und 2,5 mm, die noch dazu unterschiedliche Geometrien aufweisen, zeitgleich verarbeitet. Die lastgerechte Auswahl der Organobleche ermöglicht es, die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bauteilbereiche gezielt zu berücksichtigen, was von Brose durch verschiedene Simulationsverfahren abgesichert wurde. So weist das auf der K 2019 produzierte Demoteil z.B. im Fensterrahmenbereich eine höhere Steifigkeit auf als an der Türinnenseite.

Eine Herausforderung beim Verarbeiten von Organoblechen besteht generell im Aufheizen der Faserverbundhalbzeuge. Von deren Dicke hängen die notwendige Aufheizdauer und die Abkühlzeit ab. Wichtig sind ein schnelles und dennoch materialschonendes Aufheizen sowie kurze Wege der aufgeheizten Halbzeuge zum Formgebungswerkzeug. Die organomelt Fertigungszelle auf der K 2019 rund um eine duo 3660/800 Spritzgießmaschine integriert aus diesem Grund zwei IR-Öfen. Zum Aufheizen des nur 0,6 mm dünnen Organoblechs ist ein vertikaler IR-Ofen direkt oberhalb der Schließeinheit angeordnet. Auf diese Weise gelangt das dünne Organoblech innerhalb kürzester Zeit ins Werkzeug, bevor es abkühlen kann und damit nicht mehr umformbar wäre. Für die beiden dickeren Organobleche mit 1 und 2,5 mm kommt ein Standard-IR-Ofen in horizontaler Ausführung zum Einsatz, der sich auf einem Podest über der beweglichen Aufspannplatte befindet. Diese Anordnung verkürzt ebenfalls die Wege zwischen Ofen und Werkzeug und spart darüber hinaus Platz, weil der Ofen keine separate Stellfläche benötigt. Beide IR-Öfen stammen aus der eigenen Entwicklung und Fertigung von ENGEL. Sie sind ebenso wie die drei easix Roboter vollständig in die CC300 Steuerung der Spritzgießmaschine integriert und zentral über das Maschinendisplay bedienbar.