Mit Robotergreifern zur Leichtbau-Serienfertigung

Der Greifer hält Bauteile aus Faserverbundkunststoffen (FVK) und carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) exakt in der gewünschten Position. (Bildquelle: ASS Maschinenbau)

Der Einsatz von Leichtbaukompo­nenten, wie Faserverbundkunststoffe (FVK) und insbesondere carbon­faserverstärkte Kunststoffteile (CFK), erhält einen immer höheren Stellenwert in der Automobilindustrie. Denn sie reduzieren den Energiebedarf durch ihr geringeres Gewicht und erhöhen gleichzeitig die Sicherheit durch ihre höhere Steifigkeit und Dämpfung. Zusätzlich sind die Materialien beständiger gegenüber Korro­sion als Metallteile. Ein großes Problem hinsichtlich stabiler Fertigungsprozesse ist derzeit aber das Hand­haben der Organobleche. Während sich die kalten, unbehandelten Bleche sowie die fertig umgeformten und ausgekühlten Teile herkömmlich hand­haben lassen, erfordern die erwärmten, biegeschlaffen Organobleche komplexere Handlingkonzepte. Diese müssen während und nach dem Erhitzen des Materials sicherstellen, dass das Organoblech in dem geänderten Aggregatzustand nicht durchhängt, seine Position beibehält und so im Werkzeug die gewünschte Form annimmt. Der Greiferhersteller hat dafür zahlreiche Handhabungslösungen für Bauteile aus thermoplastischen kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen im Einsatz. Sein Roboterhand-Baukasten verfügt zum Beispiel über Nadelgreifer, die sich für biegeschlaffe Materialien eignen.

Um den optimalen Halt zu sichern, enthalten Automationslösungen meist auch Vakuumsauger. Dazu bietet der Greiferhersteller ASS Maschinenbau, Overath, Sauger an, die die hohen Temperaturen der erwärmten FVK-Bleche aushalten und keine oder geringfügige Beulen auf dem Material hinterlassen. Für ein positionsgenaues Arbeiten eignen sich zudem verriegelbare Zentriereinheiten, Zen­trierbolzen, Greiffinger und -zangen, Stapelfühler und Positionssensoren.

Ein Bauteil zum definierten und falten­freien Umformen von Organo­blechen ist die Nachführeinheit mit Linearpotentiometer. Diese fährt ein zuvor definiertes Kraft/Wege-Spannungsprofil ab, das sieben vordefinierte Positionen enthalten kann, und hält dadurch das warme und schlaffe Organoblech exakt an der gewünschten Stelle. Zusätzlich ermöglicht diese Einheit bessere Umformergebnisse durch das Einstellen einer bestimmten Spannung während des Thermoform-­Prozesses.

Mit Robotergreifern zur Leichtbau-Serienfertigung

Die Nachführeinheit mit Linearpotentiometer im Greifer fährt ein zuvor definiertes Kraft/Wege-Spannungsprofil ab, das sieben Positionen enthalten kann. (Bildquelle: ASS Maschinenbau)

Projekt für effizientes Fertigen von Faserverbundbauteilen

Der Greiferhersteller arbeitet hinsichtlich der Handhabung von Organo­blechen unter anderem als Projektpartner mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) zusammen. Beispielsweise in dem Projekt „Energie­effiziente Produktion funktionsinte­grierter thermoplastischer Faserverbundbauteile“ (E-Profit). Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützten und vom PTKA (Projektträger Karlsruhe am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)) betreuten Projektes ist es, optimierte Fertigungsprozesse zu entwickeln, die großserientaugliche Zykluszeiten ermöglichen. Die Handhabung von Organobleche interessiert insbesondere die Automobilbranche, um das bisher zeitintensive, teils manuelle Herstellen von FVK-Komponenten zu optimieren. In dem Forschungsprojekt verwenden die Forscher belastungs- und verschnittoptimierte Organo­bleche, sogenannte BVO-Organobleche. Diese bestehen aus uni­direktional übereinander gefügten, faserverstärkten, thermoplastischen Bändern.

In der Modellanlage des Projekts legt eine Roboterhand zu Beginn des Fertigungsprozesses die Bleche in einen Ofen, um sie aufzuheizen. Danach entnimmt sie das erwärmte Organo­blech und übergibt es an ein Umformwerkzeug. Dort erhält das warme, biege­schlaffe Halbzeug seine schlussendliche Form. Der simulierte Prozess zeigt, dass es möglich ist, Leichtbaukomponenten für den Automobilbau in einem stabilen automatisierten Prozess herzustellen.

Über den Autor

Michael Krüger

ist Marketingleiter von ASS Maschinenbau in Overath.