Komplexer Leichtbau mit Organoblech Organomelt-Verfahren ist jetzt reif für die Großserien

Redakteur: Peter Königsreuther

Per live gefertigter Teile, wie Pkw-Türmodule, wird Engel Austria auf der K 2019 den nächsten großen Entwicklungsschritt beim thermoplastbasierten Compositeleichtbaus in der Großserie präsentieren. Halle 15 am Stand C58.

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Der K-Aussteller Engel setzt diesmal einen Präsentationsfokus auf Composites mit thermoplastischer Matrix, heißt es. Mit dieser speziellen Fertigungszelle, können erstmals drei unterschiedlich dicke Organobleche mithilfe von Infrarotstrahlung aufgeheizt, umgeformt und quasi sofort mit einer hochwertigen Sichtoberfläche versehen werden, betont Engel. Halle 15 am Stand C58.
Der K-Aussteller Engel setzt diesmal einen Präsentationsfokus auf Composites mit thermoplastischer Matrix, heißt es. Mit dieser speziellen Fertigungszelle, können erstmals drei unterschiedlich dicke Organobleche mithilfe von Infrarotstrahlung aufgeheizt, umgeformt und quasi sofort mit einer hochwertigen Sichtoberfläche versehen werden, betont Engel. Halle 15 am Stand C58.
(Bild: Engel)

Das führt Engel mit einer Fertigungszelle aus, die als weltweit erste gilt, die drei unterschiedlich dicke Organobleche mittels IR-Strahlung aufheizt, umformt und im selben Prozessschritt durch Spritzgießen eine hochwertige Sichtoberfläche ausformt. Eine weitere Premiere sei, dass in der Anlage drei Engel-easix-Knickarmroboter integriert sind, die zeitgleich agieren.

Organomelt-Verfahren hat Großerientauglichkeit erreicht

„Thermoplastbasierte Composites gewinnen im Kfz-Leichtbau weiter stark an Bedeutung“, registriert Dr. Norbert Müller, Leiter des Technologiezentrums für Leichtbau-Composites bei Engel. Das habe zwei Ursachen: der durchgehend thermoplastische Werkstoffansatz erlaubt es, die Umformung und Funktionalisierung von Faserverbundwerkstoffen leicht in einen Gesamtprozess zu integrieren, was die Stückkosten senkt. Zum anderen vereinfacht dabei der Einsatz thermoplastischer Polymeren die Entwicklung von Recyclingkonzepten, erklärt Müller. „Composite-Bauteile am Ende ihrer Nutzungsdauer in den Stoffkreislauf zurückzuführen, gehört zu den vorrangigen Aufgaben der weiteren Entwicklung der Elektromobilität“, verdeutlicht Müller. Inzwischen setze sogar der Flugzeugbau mehr und mehr auf die thermoplastische Alternative. Was Engel anbelangt, so heißt das Zauberwort Organomelt, durch das eine nachhaltige Mobilität ins Rollen kommen soll. Im Organomelt-Prozess werden faserverstärkte Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix, wie Organobleche und Tapes, aufgeheizt, ins Werkzeug eingelegt, dort umgeformt und direkt mit Thermoplast umspritzt, erklärt Engel. Das ausgereifte Verfahren habe die Großserientauglichkeit bereits erreicht. Unter anderem werden Frontendträger damit vollautomatisiert hergestellt, ergänzen die Maschinenbauspezialisten aus Österreich.

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Materialsparende Bauteilauslegung

In der weiteren Entwicklung dieses Verfahrens befasst sich Engel nun gemeinsam mit seinen Kunden und Partnern mit den Fertigungsaspekten der lastgerechten Auslegung von Compositebauteilen. „Um die Leichtbaueigenschaften gezielt an die jeweilige Bauteilgeometrie und die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bereiche innerhalb des Bauteils anzupassen, werden zukünftig pro Bauteil mehrere unterschiedliche Faserverbundhalbzeuge miteinander kombiniert“, so Müller. Die Fertigungszelle auf der K werde das große Potenzial dieses Projekt deutlich machen. Der dort präsentierte Verarbeitungsprozess wurde gemeinsam mit dem Automobilzulieferer Brose entwickelt. Es handle 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 verarbeiten könne. Und die lastgerechte Auswahl der Organobleche stellt sicher, dass die unterschiedlichen Belastungen der einzelnen Bauteilbereiche gezielt berücksichtigt werden, verspricht Engel. Brose habe das durch verschiedene Simulationsverfahren abgesichert. Das Demoteil auf der K ist im Fensterrahmenbereich deshalb steifer ausgelegt als an der Türinnenseite.

Kompakte IR-Öfen erleichtern die Compositeverarbeitung

Eine Herausforderung stelle das Aufheizen der Faserverbundhalbzeuge dar. Denn von deren Dicke hängen die notwendige Aufheizdauer und die Abkühlzeit ab, so Engel. Wichtig ist, dass dies schnell und dennoch materialschonend geschieht und kurze Wege bis zum Formgebungswerkzeug garantiert sind. Die Organomelt-Fertigungszelle ist rund um eine Spritzgießmaschine des Typs duo 3660/800 aufgebaut und arbeitet zwei IR-Öfen. Zum Aufheizen des lediglich 0,6 mm dicken Organoblechs ist ein vertikaler IR-Ofen direkt über der Schließeinheit platziert. So gelangt das dünne Organoblech in ausreichend kurzer Zeit ins Werkzeug, bevor es zu stark abkühlen kann und damit nicht mehr umformbar wäre, erklärt Engel. Für die beiden dickeren Organobleche, die 1 mm und 2,5 mm messen, komme ein Standard-IR-Ofen in horizontaler Ausführung zum Einsatz, der auf einem Podest über der beweglichen Aufspannplatte steht. Diese Anordnung verkürze die Wege zwischen Ofen und Werkzeug ebenso, und spare darüber hinaus Platz, weil der Ofen keine separate Stellfläche benötige. Beide Öfen wurden von Engel entwickelt und gebaut, heißt es weiter. Wie die drei Roboter, sind die Öfen laut Engel voll in die CC300-Steuerung der Spritzgießmaschine integriert und können zentral über das Maschinendisplay bedient werden.

Organoblechteile jetzt auch mit hochwertiger Oberflächenstruktur

Alle drei Organobleche werden gleichzeitig aufgeheizt, betont Engel. Das Handling der Bleche übernehmen zwei der easix-Roboter, die oberhalb der Schließeinheit nebeneinander platziert sind. Während Roboter Nummer 1 die beiden dickeren Organobleche handhabt, kümmert sich der zweite um das 0,6-mm-Blech. Während des gesamten Aufheizprozesses hält er dabei das Organobleche vor das vertikale Strahlerfeld, um es danach ins Werkzeug zu legen. Roboter Nummer 3 befindet sich neben der Schließeinheit. Er entnimmt das Fertigteil und setzt zugleich eines der drei Organobleche für den Spritzgießprozess im Werkzeug um.

Die Organobleche stammen vom chinesischen Rohstoffhersteller Kingfa und bestehen aus Glasfasern zur Verstärkung und Polypropylen (PP) als leicht recycelbares Matrixmaterial, so Engel. Wenn sich das Werkzeug – gebaut von Georg Kaufmann Formenbau – schließe, würden die Organobleche umgeformt und unmittelbar danach im selben Werkzeug mit glasfaserverstärktem Polypropylen umspritzt. Dabei werden auf der Bauteilrückseite Versteifungsrippen und auf der Sichtseite eine sehr hochwertige Narbung in Lederoptik realisiert. „Damit legen wir die Basis, zukünftig große strukturelle thermoplastische Türstrukturen im Organomelt-Prozess zu produzieren“, erkärt Müller.

(ID:46022180)