Composite-Pressen Effiziente Fertigung von Leichtbaustrukturen

Autor / Redakteur: Reinhold Kuchenmeister / M.A. Frauke Finus

Das Deutsche Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Augsburg arbeitet daran, einen automatisierten Produktionsprozess für CFK-Bauteile zu entwickeln, um eine kostengünstige und robuste Produktion durchführbar zu machen. Ein Baustein dazu sind Composite-Pressen.

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3-D-Zeichnung der WKP 4400 S Composite: Die Hydraulik der für das ZLP konzipierten Presse ist 100 % ölnebelfrei und verhindert zuverlässig die Kontamination der CFK-Bauteile durch Öl.
3-D-Zeichnung der WKP 4400 S Composite: Die Hydraulik der für das ZLP konzipierten Presse ist 100 % ölnebelfrei und verhindert zuverlässig die Kontamination der CFK-Bauteile durch Öl.
(Bild: Wickert)

1851 wurde vor der Isle of Wight die bekannteste und älteste noch heute ausgetragene Segelregatta, der 100 Sovereign Cup (heute America´s Cup), ausgesegelt. Damals dachte wohl keiner der Teilnehmer an die Materialwissenschaften und deren Bedeutung. Kohlefaser macht heute Yachten so schnell wie nie zuvor, Autos und Flugzeuge leichter, spritsparender und emissionsärmer. Es gibt immer mehr Anwendungen für Leichtbaustrukturen aus CFK. Gefragt sind Produktionsweisen, die ökonomisch sind und den besonderen Anforderungen der jeweiligen Branche, zum Beispiel der Luft- und Raumfahrt, entsprechen. Dieser Aufgabe stellen sich die Forscher des Zentrums für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Augsburg: Ihr Ziel ist es, einen Produktionsprozess zu entwickeln, der durchgängig roboterbasiert automatisiert ist und Technologien für eine kostengünstige und robuste Produktion in hoher Qualität zu entwickeln. An der Lösung dieser Aufgabenstellung beteiligt ist Wickert als ein weltweit führender Hersteller von Composite-Pressen.

Das Unternehmen aus Landau in der Pfalz fertigt für das DLR eine multifunktionale Composite-Presse, die sowohl mit Hochtemperatur-Heiz- und Kühlplatten als auch mit einem Infrarot-Heizsystem ausgestattet ist. Zusätzlich verfügt die Anlage über ein Transfersystem, das Bauteile vom Infrarot-Ofen in die Presse sowie die Be- und Entladestationen der Anlage transportiert. Außerdem wird die Presse mit einer Planparallelitätsregelung ausgestattet, um höchste Genauigkeit im Pressvorgang zu verwirklichen. Die Composite-Presse erreicht eine Toleranz der Planparallelität von 0,025 mm während des Pressgangs. Zur hochpräzisen Fertigung trägt die Einbindung einer zusätzlichen Wegemessung mit einer Auflösung von 1 µm direkt am Werkzeug bei. Die Regelung erfolgt wahlweise über Pressenwegemessung oder Werkzeugwegemessung.

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Für die Verarbeitung aller Composite-Materialien geeignet

Im Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) des DLR wird eine neue Fertigungszelle für die Verarbeitung komplexer thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe aufgebaut. Diese Anlage soll maßgeblich für die Erforschung von Produktionstechnologien zur automatisierten Herstellung von Bauteilen aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen genutzt werden. Die Konzeption der neuen Composite-Presse soll höchstmögliche Flexibilität für die Erforschung verschiedenster Prozesse und Bauteile ermöglichen. Im Wesentlichen sollen im ZLP carbonfaserverstärkte Kunststoffe mit thermoplastischer Matrix umgeformt beziehungsweise konsolidiert werden. Es besteht somit die Möglichkeit, Hochleistungsthermoplaste wie carbonfaserverstärktes Polyetheretherketon (CF/ PEEK) zu bearbeiten. Stefan Hertel, Konstruktionsleiter bei Wickert, sagt zum Anlagenkonzept: „Mit Sicherheit ist die hohe Flexibilität der Anlage für die Verarbeitung aller heute im Composite-Bereich angewandten Materialien ein wesentlicher Vorteil. Zusätzlich haben wir durch Studien, Simulationen und Versuche die Anströmungsgeometrie und das Anströmungskonzept der Heiz- und Kühlplatten erheblich optimiert. Durch die wirtschaftlich sehr effiziente Lösung der Wasserkühlung erreichen wir enorm hohe Kühlgradienten und Kühltoleranzen im Vergleich zu unseren bisherigen Systemen. Die Anforderungen seitens des DLR an den variothermen Prozess erforderten es, neue, innovative Wege zu gehen und die Entwicklung in diesem Bereich weiter voran zu treiben.“

Leckagefreie Lösung aus der Medizintechnik

Für die Lösung der DLR-Aufgabenstellung hat Wickert eine Oberkolbenpresse des Typs WKP 4400 S Composite vorgeschlagen. Besondere technische Anforderungen werden mit verschiedensten Optionspaketen direkt in die Hauptanlage integriert. Ausgestattet mit den entsprechenden Optionen, kann die Anlage Materialsorten wie PEEK oder PPS verarbeiten. Die Presse hat bei einer Heizplattengröße von 1.800 x 1.200 mm eine Presskraft von 4.400 kN und eine Mindestpresskraft von nur 25 kN. Die Heizplattentemperatur lässt sich exakt zwischen 40 oC und 450 oC ansteuern. Das maximale Werkzeuggewicht darf 12.000 kg betragen. Die Transferzeit vom Start der Bewegung bis zum vollständigen Schließen der Presse und Erreichen der maximalen Presskraft beträgt maximal fünf Sekunden.

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