FVK-Bauteilfertigung in wenigen Minuten

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Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westf. TH Aachen

Nach der Aushärtung des Harzsystems wird das Werkzeug geöffnet und das Bauteil entformt. Aufgrund der kurzen Imprägnierungs- und Kompressionsphase lässt sich das Werkzeug isotherm beheizen, sodass keine zusätzliche Aufheiz- und Abkühlphase bei diesem Prozess notwendig ist. Dadurch lässt sich eine hohe Energieeffizienz erreichen. Des Weiteren ermöglicht die kurze Imprägnierungs- und Kompressionsphase die Verarbeitung hochreaktiver Harzsysteme. Das führt zu einer weiteren Zykluszeitverkürzung.

Das Spaltimprägnierverfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung monolithischer FVK-Bauteile, sondern auch für Sandwichstrukturen. Die Sandwichstrukturen bestehen dabei aus einem harzundurchlässigen Schaumkern mit beidseitig aufgebrachten Halbzeuglagen. Für eine Imprägnierung der Halbzeuglagen ist es erforderlich, dass beidseitig ein Fließspalt erzeugt wird. Das ist möglich durch Verwendung eines Spaltimprägnierwerkzeugs mit zwei beweglichen Formhälften und einer mittigen Fixierung des Preforms in der Kavität.

Prototyp mit Injektionsanlage und regelbarer Schließeinheit

Für die Umsetzung einer automatisierten Anlagentechnik wurde in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Hille, Aachen, eine Spaltimprägnieranlage zur FVK-Bauteilherstellung als Prototyp entwickelt und am IKV installiert. Die Anlage besteht aus einer regelbaren Schließeinheit zur Bewegung der Formhälften und des Formwerkzeugs und einer integrierten Injektionsanlage. Die erforderlichen Verfahr- und Schwenkbewegungen des Werkzeugs sowie die Aufbringung von flächigem Nachdruck erfolgen für jeden Formenträger über vier Spindelantriebe. So können die Spindeln paarweise oben und unten unabhängig voneinander bewegt werden. Dadurch ist eine Kippbewegung des Werkzeugs möglich.

Je Formenträger können Schließkräfte bis zu 250 kN aufgebracht werden. Die Anlage ist so ausgelegt, dass sich Formwerkzeuge bis zu einer maximalen Größe von 1700 mm × 1700 mm montieren lassen. Die Verfahrgeschwindigkeit der Formenträger beläuft sich auf maximal 30 mm/s. Die Schließbewegung kann kraft- oder weggeregelt erfolgen. Es besteht die Möglichkeit, während des Prozesses zwischen den beiden Regelungsarten umzuschalten. Für die Abdichtung der Werkzeugkavität ist in der Oberform des Werkzeugs eine Nut vorgesehen, in die eine Silikondichtschnur eingesetzt werden kann.

Herstellung von Großserienteilen erfordert komplette Automatisierung

Für eine großserientaugliche Bauteilherstellung müssen sämtliche prozessbegleitenden Schritte automatisch durchgeführt werden, zum Beispiel das Anschließen des Injektionssystems, das Verschließen und Entformen des Steigers sowie das Auswerfen des ausgehärteten Bauteils. Innerhalb der Forschergruppe 860 wurde daher Anlagentechnik für das Spaltimprägnieren aufgebaut und die Umsetzung eines automatisierten Prozesses im ersten Schritt anhand der Herstellung flacher Bauteile realisiert. Es konnten hochwertige endlosfaserverstärkte Kunststoffbauteile mit hohem Faservolumengehalt in wenigen Minuten hergestellt und das Potenzial dieser Anlagentechnik aufgezeigt werden.

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