Engel: Produktion thermoplastischer Composite-Bauteile in hohen Stückzahlen

19.08.2020

Mit seiner langjährigen Erfahrung im Spritzgießen und seiner Automatisierungskompetenz entwickelt Engel, Schwertberg (Österreich), wirtschaftliche Fertigungskonzepte für die Herstellung von Faserverbundbauteilen. Auf der China Composites Expo 2020 vom 2. bis 4. September in Shanghai präsentiert der Maschinenbauer anhand von Beispielen aus der Automobilindustrie das große Potenzial für die Serienproduktion in hohen Stückzahlen. Lösungen auf thermoplastischer Basis bilden in diesem Jahr einen Schwerpunkt auf dem Engel Messestand.

Organomelt lautet die Antwort von Engel für eine nachhaltige Mobilität. Das ausgereifte Verfahren hat die Großserie bereits erreicht. Unter anderem werden Frontendträger für Daimler im Engel Organomelt-Verfahren vollautomatisiert hergestellt. „Wir sehen in China ein großes Interesse der Automobilhersteller und Tier-1-Supplier am Organomelt-Verfahren“, berichtet Markus Fuchs, Director Business Unit Automotive Asia von Engel. „Für Sitzschalen, Konsolen und Interieur-Strukturbauteile zum Beispiel eröffnet der integrierte Fertigungsprozess die Möglichkeit, Leichtbau für Massenfahrzeuge kosteneffizient umzusetzen.“

Composite-Bauteile lastgerecht auslegen

 Ausgehend von einzelnen Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzguss integriert Engel alle Verarbeitungsschritte zur Herstellung von Faserverbundbaueilen in einem automatisierten Fertigungsprozess. (Foto: Engel)


Ausgehend von einzelnen Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzguss integriert Engel alle Verarbeitungsschritte zur Herstellung von Faserverbundbaueilen in einem automatisierten Fertigungsprozess. (Foto: Engel)

Im Organomelt Verfahren werden thermoplastische Faserverbund-Halbzeuge auf Basis von Organoblechen sowie unidirektional (UD) glas- oder carbonfaserverstärkten Tapes in speziell für die Technologie entwickelten Infrarot-Öfen erwärmt. Das thermoplastische Composite-Material wird von einem Roboter ins Spritzgießwerkzeug gebracht und dort in nur einem Arbeitsschritt umgeformt und funktionalisiert. Mit Spritzgießen lassen sich beispielsweise Versteifungsrippen oder Montageelemente direkt anspritzen. Dies ermöglicht einen effizienten und vollständig automatisierten Fertigungsprozess. Darüber hinaus leistet der durchgehend thermoplastische Ansatz einen Beitrag zur Nachhaltigkeit. Er vereinfacht die Entwicklung von Recycling-Konzepten. „Composite-Bauteile am Ende ihrer Nutzungsdauer in den Stoffkreislauf zurückzuführen, gehört zu den vorrangigen Aufgaben der weiteren Entwicklung im Fahrzeugbau“, so Fuchs.

Die im Organomelt-Verfahren von Engel produzierten Composite-Bauteile vereinen ein geringes Gewicht mit guten Crasheigenschaften. In der weiteren Entwicklung dieses Verfahrens befasst sich Engel mit den Fertigungsaspekten der lastgerechten Auslegung von Composite-Bauteilen. Um die Bauteilgeometrie gezielt an die jeweils geforderten Leichtbaueigenschaften anzupassen, werden zukünftig pro Bauteil mehrere unterschiedliche Faserverbundhalbzeuge – zum Beispiel Organobleche mit unterschiedlichen Dicken oder UD-Tapes – miteinander kombiniert. Das Potenzial macht Engel anhand einer Türstruktur, die gemeinsam mit dem Automobilzulieferer Brose entwickelt wurde, deutlich. Verarbeitet werden drei Organobleche mit Dicken zwischen 0,6 und 2,5 mm. Die lastgerechte Auswahl der Organobleche ermöglicht es, die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bauteilbereiche zu berücksichtigen. So weist die Türstruktur im Fensterrahmenbereich eine höhere Steifigkeit auf als an der Türinnenseite.

Einsatzfertige Halbzeuge im Spritzgießtakt

Die von Engel entwickelte Tape-Legezelle liefert maßgeschneiderte Faserverbundhalbzeuge im Minutentakt. (Foto: Engel)

Die von Engel entwickelte Tape-Legezelle liefert maßgeschneiderte Faserverbundhalbzeuge im Minutentakt. (Foto: Engel)

Als Systemanbieter entwickelt Engel – ausgehend von einzelnen Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzgießen – aus einer Hand integrierte und vollständig automatisierte Lösungen für den Gesamtprozess. Um in der Großserie wirtschaftlich zu sein, muss auch das Legen von Tapes und das Konsolidieren der Stacks (Tape-Gelege) inline und im Takt des Spritzgießprozesses erfolgen. Hierfür kombiniert Engel eine Tape-Legezelle und eine Konsolidieranlage. Der integrierte Prozess kann im Minutentakt einsatzfertige Halbzeuge aus Tapes herstellen.

Um kurze Zykluszeiten zu erreichen, arbeitet die Tape-Legezelle nach dem Pick-and-Place-Prinzip und mit optischer Bildverarbeitung. Es werden die einzelnen Tape-Lagen aufgenommen, optisch kontrolliert, positionsgeregelt abgelegt und punktuell miteinander verschweißt. Für den sich unmittelbar anschließenden Konsolidierprozess hat Engel gemeinsam mit seinem Partner Fill, Gurten (Österreich), eine Anlage nach dem Heiz-Kühl-Prinzip entwickelt. Diese verfestigt die Fasergelege vollautomatisiert zu einer soliden Platte, wobei die gezielt eingebrachten Dickensprünge erhalten bleiben.

Mehr Effizienz für duromere Systeme

Dass sich auch für schon lang etablierte Technologien die Fertigungseffizienz noch weiter steigern lässt, stellt Engel auf der China Composites Expo mit einem Beispiel aus dem Bereich des Duroplast-Leichtbaus unter Beweis. Die Rücksitzwand des Audi A8 besitzt eine komplexe Carbonfaserstruktur und lokale Verstärkungen. Sie wird von einem Zulieferer in Deutschland auf einer Engel v duo 1700 Maschine im vollständig automatisierten HP-RTM-Verfahren in Serie produziert.

Von der Verarbeitung thermoplastischer Halbzeuge und duroplastischer Pressmassen bis zu reaktiven Technologien deckt das interdisziplinäre Leichtbauteam von Engel ein breites Entwicklungsspektrum ab. In seinem Technologiezentrum für Leichtbau-Composites in Österreich arbeitet der Maschinenbauer an wirtschaftlichen Composite-Lösungen für die Automobilindustrie.

www.engelglobal.com

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