CFK-Motorhaube in einem Schuss

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Institut für Kunststoff- verarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen

Neuartige Anlagentechnik und ein spezielles Harzsystem

Eine große Herausforderung bestand außerdem darin, ein schlagzähes und damit splitterfreies duroplastisches Harzsystem mit internem Trennmittel zu entwickeln: Für den Einsatz im Automobilbereich ist regulär ein Temperatureinsatzbereich von -30 bis 80 °C vorgegeben. Da diese Motorhaube auch für das Sportmodell Ford Focus RS ausgelegt sein sollte, galten hier sogar strengere Einsatzbedingungen mit einer auf 133 °C erhöhten Temperaturresistenz, bedingt durch die Abwärme des Turboladers. Eine weitere Hürde stellte die Optimierung der chemischen und thermischen Schwindung des Harzsystems dar, um eine direkt lackierfähige Class-A-Oberflächenqualität zu erreichen.

Für die Bauteilherstellung im Spaltimprägnierverfahren wurden Preforms, bestehend aus einer großflächigen dreidimensionalen Rohacell-Schaumstruktur vom Typ 71 IG-F, mit Decklagen auf der Innen- und Außenseite hergestellt. Zusätzlich wurden die benötigten Krafteinleitungselemente für die Scharniere und den Schließbügel in die harzdichte Schaumstruktur mittels metallischer Einleger integriert. Anschließend wurden die Preforms via Ultraschallschneidmesser der Firma EM-Systeme GmbH, Oberhausen, dreidimensional zugeschnitten, sodass eine endkonturnahe Bauteilentnahme aus dem Werkzeug möglich wurde.

Prozesssicheres Einlegen des Preforms ins Werkzeug

Für die Umsetzung einer automatisierten Herstellung der CFK-Motorhaube wurde in Zusammenarbeit mit den Firmen Breyer aus Singen und Hille Engineering aus Roetgen eine spezielle Spaltimprägnieranlage entwickelt und aufgebaut. Das Kernkonstrukt des Systems stellt ein Maschinengestell, zwei verfahrbare Formenträger, zwei Werkzeughälften mit einem Werkzeugrahmen sowie eine Bedieneinheit dar. Der linke Formenträger erreicht eine Schnellverfahrgeschwindigkeit von maximal 50 mm/s. Der Verfahrweg beträgt bis zu 1,2 m, sodass ein prozesssicheres Einlegen des Preforms sowie das Entnehmen des Bauteils aus der Kavität manuell oder mittels Handlingsystem erfolgen kann. Der große Verfahrweg bedeutet auch einen sehr guten Zugang für Reinigung und Wartung der Maschine.

Der rechte Formenträger ist fest am Maschinengestell fixiert und unbeweglich. Der nötige Zugang, um die Bauteile zu entnehmen oder die Reinigung der Werkzeughälften durchzuführen kann hier über den Verfahrbereich des Werkzeugrahmens erfolgen, der etwa 0,3 m beträgt. Dieser Öffnungsweg ist ausreichend, da der Preform immer zwischen linker Werkzeughälfte und Werkzeugrahmen in die Kavität eingelegt wird.

Homogenen Temperierung des Werkzeugs

Die Formenträger können mit einer Schließkraft von 90 t verriegelt werden, sodass bei dem Motorhaubenwerkzeug ein flächiger Druck von 7,5 bar resultiert. Die Regelung der Schließbewegung kann wahlweise kraft- oder wegabhängig erfolgen. Es besteht außerdem die Möglichkeit, auch während des Prozesses zwischen den beiden Regelungsarten zu wechseln.

Durch drei getrennt voneinander einstellbare Temperierkreisläufe können die Werkzeughälften sowie der Werkzeugrahmen homogen und isotherm bis zu einer Temperatur von 160 °C aufgeheizt werden. Außerdem gehört eine Injektionsanlage mit einem schwenkbaren Injektionskopf für austauschbare Statikmischer zum System. Diese Injektionsanlage arbeitet mit einem maximalen Harz-Volumenstrom von 10 l/min, sodass eine schnelle Imprägnierung des Preforms erfolgt. Für die Injektion wird der Statikmischer pneumatisch an das wartungsfreie Angusssystem des Formwerkzeuges angekoppelt, wodurch eine vollständige Abdichtung am Werkzeug erreicht wird.

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