Ausgehend von einzelnen Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzguss integriert der Maschinenbauer alle Verarbeitungsschritte zur Herstellung von Faserverbundbaueilen in einem hocheffizienten, automatisierten Fertigungsprozess. (Bild: Engel)
Organomelt lautet die Antwort von Engel für eine nachhaltige Mobilität. Das ausgereifte Verfahren hat die Großserie bereits erreicht. Unter anderem werden damit Frontendträger für Daimler 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
In dem 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. Im Spritzguss lassen sich beispielsweise Versteifungsrippen oder Montageelemente direkt anspritzen. Dies ermöglicht einen sehr effizienten und vollständig automatisierten Fertigungsprozess, was die Stückkosten senkt. 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 Engel Organomelt Verfahren produzierten Composite-Bauteile vereinen ein besonders geringes Gewicht mit sehr guten Crasheigenschaften. In der weiteren Entwicklung dieses Verfahrens befasst sich der österreichische Maschinenbauer 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 optimal zu berücksichtigen. So weist die Türstruktur im Fensterrahmenbereich eine höhere Steifigkeit auf als an der Türinnenseite.
Einsatzfertige Halbzeuge im Spritzgießtakt
Die Tape-Legezelle liefert maßgeschneiderte Faserverbundhalbzeuge im Minutentakt. (Bildquelle: Engel)
Als Systemanbieter entwickelt Engel für seine Kunden – ausgehend von einzelnen Tapes bis hin zur Funktionalisierung im Spritzguss – aus einer Hand integrierte und vollständig automatisierte Lösungen für den Gesamtprozess. Denn 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 der Mascinenbauer eine Tape-Legezelle und eine Konsolidieranlage. Der integrierte Prozess kann im Minutentakt einsatzfertige Halbzeuge aus Tapes herstellen.
Um kürzeste Zykluszeiten zu erreichen, arbeitet die von Engel entwickelte 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 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 besonders wirtschaftlichen Composite-Lösungen für die Automobilindustrie und konnte gemeinsam mit seinen Entwicklungspartnern aus der Industrie und an Universitäten bereits mehrere international bedeutende Meilensteine setzen.
Engel auf der China Composites Expo 2020: Halle 2, Stand A2407
