Komplexe Elastomerbauteile effizient produzieren

Einige Baugruppen eines Autos arbeiten sehr diskret: Ihre Funktionen bemerken die Fahrzeuginsassen erst, wenn sie fehlen. Schwingungsdämpfer, die die Vibrationen des Motors und des Antriebsstranges auffangen, gehören dazu. Winkelmann Automotive, Ahlen, ist ein Automobilzulieferer mit Erfahrung mit Schwingungen und deren Dämpfung. Hochwertige Schwingungsdämpfer bestehen aus Elastomeren. Für den Antriebsstrang von Jaguar entwickelte das Unternehmen einen Schwingungsdämpfer mit zwei elastomeren Komponenten. Technisch präzise handelt es sich um einen Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe. Die Baugruppe besteht aus zehn metallischen Elementen, darunter ein verpresster EPDM-Gummiring und ein hybrides, gehaftetes EPDM-Metall-Teil. Sie wiegt insgesamt 2,99 kg. Auf die Elastomerkomponenten entfallen davon 180 g. Schwingungsdämpfer mit Gummi-Metall-Verbundteilen ermöglichen eine freie Geometrie des Elastomers und sind für hohe und frequenzkomplexe Schwingungsbelastungen geeignet, die axial und radial aufgefangen werden. Zudem ermöglichen sie es, die angrenzenden Bauteile niederfrequent zu entkoppeln. Solche Bauteile werden auf ca. 10 Mio. Lastwechsel geprüft, außerdem Temperaturen von bis zu 140 °C ausgesetzt und die akustische Frequenzabsorption wird axial und radial geprüft. Michael Metzinger, tätig in der Entwicklung Elastomertechnik (Material-Prozess-Werkzeug) bei Winkelmann ergänzt: „Dieser Drehschwingungsdämpfer für Jaguar zählt zu den hochwertigen Riemenscheiben: Er läuft in der Fertigung mit einer maximalen Kapazität von 660.000 Stück/Jahr im mittleren Losgrößen- und oberen Qualitätssegment.“

Da ein sauberer Rundlauf der Drehschwingungsdämpfer exakte Wandstärken erfordert, werden diese automatisiert inline und offline ständig kontrolliert.(Bildquelle: Winkelmann)

Drehschwingungsdämpfer in doppelter Ausführung

In der Gummi-Ring-Fertigung kommen horizontale Maschinen des Typs MHF 2600/460 von Maplan zum Einsatz. Sie vulkanisieren die EPDM-Ringe vollautomatisch auf Vielkavitätenwerkzeugen von Peta Formenbau mit geringen Toleranzen. Da ein sauberer Rundlauf exakte Wandstärken erfordert, werden diese automatisiert ständig kontrolliert.

Um die Bauteilkosten zu senken, setzt das Unternehmen neben einer hohen Ausbringungsmenge auf ein besonderes Produktionsverfahren: Es vulkanisiert die Ringe mit doppelter Breite und schneidet sie dann inline radial auf, sodass zwei Ringe auf die Produktwagen in den Temperofen zur Nachbehandlung wandern. Diese Schneidanlage stammt von Kamtec. Metzinger erläutert: „Die Automatisierung und die doppelten Ringe haben sich als eine sehr wirtschaftliche und vor allem prozesssichere Lösung bewährt. Eine komplexe Etagen-Werkzeugtechnik konnten wir so umgehen und erzielen dabei eine hohe Qualität bei günstigen Werkzeugkosten.“ Die Maschinen verfügen über vollflächige Heizplatten, um die Formhälften zu temperieren. Die Heizplatten sind rundherum isoliert, um den Energieeintrag ohne Verluste auf die Formhälften zu lenken. Dieser Ansatz ermöglicht ein exaktes Temperieren der Kavitäten und der Kaltkanalheizplatte. Die eingesetzte DCI-Temperiertechnik arbeitet mit geregelten Pumpen, die die Heiz- und Kühlleistung über einen Regelalgorithmus auf den Bedarf abstimmen. Das unterbindet ein üblicherweise massives Überschwingen beim Heizen und Unterschwingen beim Kühlen – ein in der Praxis häufig anzutreffendes Phänomen.

Michael Metzinger, Entwicklung Elastomertechnik (Material-Prozess-Werkzeug) bei Winkelmann, hält einen gehafteten Schwingungsdämpfer, der bei Jaguar zum Einsatz kommt. Im Hintergrund stehen zwei vertikale Maschinen mit synchroner Mittelplatten-Wechseltechnik, die die Gummi-Metall-Verbundbauteile produzieren.(Bildquelle: Winkelmann)

Riemenscheibe als Gummi-Metall-Hybridteil

Darüber hinaus produziert das Unternehmen einen gehafteten Schwingungsdämpfer als Gummi-Metall-Verbundteil. Diese Teile entstehen auf vertikalen MTF-2600/280-Ergonomic-Maschinen von Maplan mit Fast-Double-Shuttle-Technik und Werkzeugtechnik vom Peta Formenbau. Der Begriff Fast-Double-Shuttle beschreibt ein Verfahren, mit dem sich die Mittelplatte des Werkzeugs synchron auswechseln lässt. Vulkanisiert gehaftete Schwingungsdämpfer ermöglichen eine freie Geometrie des Elastomers und eignen sich für hohe und komplexe Schwingungsfrequenzen. Metzinger erklärt: „Um diese hybriden Bauteile aus Blech und Elastomer herzustellen, werden mit Haftvermittler beschichtete Blechteile ins Werkzeug eingelegt und anschließend mit Elastomer umspritzt.“ Die 4-fach-Werkzeuge vom Peta Formenbau haben einen 8-fach-Nadelverschlusskaltkanal – also vier Formnester mit je zwei Anspritzpunkten je Bauteil. In der finalen Ausbaustufe kommen sechs vertikale Elastomer-Maschinen von Maplan in der Fertigung in Ahlen zum Einsatz. Deren bedarfsabhängiges Regeln des Förderstroms senkt den Energieverbrauch der DCI-Temperiergeräte gegenüber konventionellen Lösungen um bis zu 80 Prozent, gleichzeitig steigt die Regelgüte. Die Cool-Drive-Antriebstechnologie bietet zudem ausreichend Leistung für kurze Trockenlaufzeiten, bei geringem Energieeinsatz. Das hilft, die Umwelt zu schonen und Produktions- und Stückkosten zu senken. Die servogeregelten Hydraulikantriebe, hier zusätzlich ausgeführt mit einem parallelen Triebsatz für kurze Zykluszeiten, verringern den Energieverbrauch für den Antrieb um bis zu 50 Prozent. Darüber hinaus halbiert sich die Lärmemission (-10 dB).

Einbaubeispiel: Am unteren Drittel des Motors sind die Drehschwingungsdämpfer zu erkennen, mit und ohne Metallkomponente.(Bildquelle: Winkelmann)

Schneller Zyklus durch synchrone Mittelplattenverschiebung

Um die Gummi-Metall-Verbundteile mit Einlegeteilen herzustellen, hat jede Fertigungszelle einen Fast Double Shuttle. Dieser ist mit Doppel-Führungen zum Aufnehmen der Mittelplatten versehen. Solche Führungen sind auch auf den Leisten des hydraulischen schließseitigen Auswerfers vorhanden. Die Besonderheit dieser Lösung ist, dass sich zwei identische Mittelplatten alternierend in der Maschine und in der Außenstation befinden. Der Vorteil dieser Technik liegt darin, dass sich damit die beiden Platten gleichzeitig verschieben lassen. Das heißt, während die Mittelplatte A aus der Maschine gezogen wird, fährt die Mittelplatte B in die Maschine hinein. Dadurch und mithilfe eines schnellen servomotorischen Antriebes sinken die Nebenzeiten im Vergleich zu herkömmlichen Wechselverfahren. Außerdem verfügt der Fast Double Shuttle über einen hydraulisch betätigten Auswerfer inklusive einer federandockbaren Heizplatte. Letztere verhindert ein Auskühlen der jeweils außen befindlichen Mittelplatte. Nach dem Herausfahren schiebt der Ausstoßer die fertigen Gummi-Metall-Teile aus der Kavität, sodass sie der Bediener entnehmen kann.