Leichtbau Kombiniertes Umform- und Spritzgießwerkzeug für Leichtbauteile

Auf der Kunststoffmesse K 2010 hat die Georg Kaufmann Formenbau AG, Busslingen/Schweiz, die Werkzeugtechnik GK LIP fibre vorgestellt. Dabei handelt es sich um ein kombiniertes Umform- und Spritzgießwerkzeug, mit dem sich Leichtbauteile aus gewebeverstärktem Kunststoff herstellen lassen.

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Georg Kaufmann Formenbau AG

Kennzeichnend für diese Teile sind eine hohe Festigkeit und Steifigkeit. Das Formteilgewicht liegt bis zu zu 25%unter dem vergleichbarer Metallteile. Entsprechend groß war nach Angaben des Formenbauers die Neugier der Messebesucher insbesondere aus der Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie an dieser innovativen Werkzeug- und Verfahrenstechnik (Georg Kaufmann Lightweight Integrated Process fibre). Während der K 2010 war die abfallfreie Fertigung eines Pkw-Seitenaufprallschutzes auf einer Spritzgießmaschine von Krauss-Maffei im praktischen Betrieb zu sehen.

Faserverstärkter Kunststoff wird im zweiten Schritt dazugespritzt

Partner bei der Umsetztung des Gesamtprojekts waren die Audi AG, Krauss-Maffei Technologies GmbH, Lanxess Deutschland GmbH, Bond-Laminates GmbH und Jacob Composite GmbH. Für die Herstellung dieses dynamisch belasteten Strukturbauteils wird im Werkzeug zunächst ein vorgeheiztes gewebeverstärktes Kunststoffhalbzeug umgeformt, anschließend werden Versteifungsrippen aus langglasfaserverstärktem Kunststoff angespritzt.

Bei dieser neuartigen Kombination von Umformen und Spritzgießen müssen die Abläufe im Werkzeug exakt aufeinander abgestimmt sein, um die erforderliche Produktqualität und Prozesssicherheit sicherzustellen. Der erste Schritt – das Umformen des verstärkten Kunststoffhalbzeugs – beginnt mit dem Vorlauf eines Matrizeneinsatzes, der das Kunststoffhalbzeug auf den Stempel drückt und dort fixiert. Beim anschließenden Umformen dürfen sich im Gewebe keine Falten bilden und die Faserausrichtung muss der künftigen Bauteil-Beanspruchung Rechnung tragen.

Heiße Schmelze von faserverstärktem Kunststoff verbindet sich vollständig

Am Endes dieses Umformvorgangs ist das Werkzeug geschlossen. In nächsten Schritt werden über ein Heißkanalsystem die Verstärkungsrippen aus glasfaserverstärktem Kunststoff aufgespritzt.

Dabei verbindet sich die heiße Schmelze durch und durch mit dem Halbzeug. Die Fließwege stellen zusätzlich sicher, dass auch diejenigen Bereiche des Strukturbauteils vollständig ausgeformt sind, die beim Umformen nicht gefüllt werden können.

Sensoren kontrollieren Umformung und Nachfließen des faserverstärkten Kunststoffs

Dieses Umform- und Spritzgießwerkzeug hat die Georg Kaufmann Formenbau AG mit einigen Sensoren zur Messung von Druck und Temperatur bestückt. Sie dienen dazu, den Ablauf der Prozessschritte Umformen und Nachfließen des gewebeverstärkten Kunststoffhalbzeugs, Einspritzen der Kunststoffschmelze und vollständiges Ausformen des Strukturbauteils zu überwachen und für künftige Anwendungen besser zu verstehen.

Auch weitere derartige Werkzeuge werden mit – allerdings erheblich weniger – Sensoren ausgestattet. Gerade bei sicherheitsrelevanten Bauteilen seien sie zur Prozessüberwachung und Qualitätsdokumentation unabdingbar. MM

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