Engel: Hohe Effizienz für anspruchsvolle Composite-Prozesse in Serie

Mit der V-Duo hat Engel eine Maschinenbaureihe speziell für Faserverbundanwendungen entwickelt - (Alle Bild: Engel).

Zur JEC World 2019 hat Engel vor allem Arbeitsbeispiele mit einem breiten Technologiespektrum aus der Automobilindustrie angekündigt – von der Verarbeitung von Organoblechen und UD-Tapes, über die In-situ-Polymerisation und HP-RTM bis zu Fließpressen mit SMC.

Im Organomelt-Verfahren werden thermoplastische Faserverbund-Halbzeuge wie Organobleche und UD-Tapes umgeformt und funktionalisiert. Es lassen sich beispielsweise Versteifungsrippen oder Montageelemente unmittelbar nach dem Umformen mit einem Thermoplast aus der Werkstoffgruppe des Matrixmaterials anspritzen. Dies ermöglicht nicht nur einen sehr effizienten und vollständig automatisierten Fertigungsprozess, sondern leistet auch einen Beitrag zur Circular Economy. „Der konsequent thermoplastische Ansatz vereinfacht das spätere Recycling der Bauteile“, nennt Christian Wolfsberger, Business Development Manager Composite Technologies von Engel am Stammsitz in Schwertberg, Österreich, einen Grund, weshalb das Verfahren eine konstant steigende Nachfrage erfahre. Anspruchsvolle Strukturbauteile werden zum Beispiel bereits in den USA in Großserie produziert. Dank eines hohen Organoblech-Anteils zeichnen sich diese Bauteile durch besonders geringes Gewicht und gute Crasheigenschaften aus. Engel lieferte für die vollautomatisierte Großserienfertigung eine Duo Spritzgießmaschine, mehrere Easix Knickarmroboter für die Vorbereitung einer Vielzahl von Metall-Inserts und das Organoblech-Handling, einen Viper Linearroboter sowie einen Engel IR-Ofen als integrierte Systemlösung.

Die Tape-Legezelle nutzt hochauflösende Kameratechnik, um aus Tape-Zuschnitten präzise Stacks zu fertigen.

Die Organomelt-Technologie eignet sich laut Anbieter für Organobleche und für unidirektional (UD) glas- und/oder carbonfaserverstärkte Tapes mit thermoplastischer Matrix. „Tapes ermöglichen es, die einzelnen Bereiche im Bauteil lastgerecht zu verstärken, um sie gezielter an die Belastung anzupassen“, so Wolfsberger. „Wir werden zukünftig unterschiedlich dicke Tapes und auch Organobleche und Tapes miteinander kombinieren können, um das Leichtbaupotenzial jeweils optimal auszuschöpfen.“

Um die Effizienz zu steigern, können die Fasergelege inline und im Takt des Spritzgießprozesses gelegt und konsolidiert werden. Engel bietet hierfür vollständig integrierte Systemlösungen aus einer Hand an. Neben Verarbeitungsmaschinen, Robotern und IR-Öfen kommen Pick-and-Place-Tape-Legezellen mit optischer Bildverarbeitung aus der eigenen Entwicklung und Konstruktion zum Einsatz. Gemeinsam mit seinem Partner Fill (Gurten, Österreich) hat Engel das Angebot jüngst um eine Konsolidieranlage für Fasergelege unterschiedlicher Wanddicken erweitert.

In-situ-Polymerisation und Spritzguss im One-Shot-Prozess
Eine weitere thermoplastische Composite-Technologie ist die In-situ-Polymerisation von ε Caprolactam zu FfV-Tragstrukturen und deren Funktionalisierung im Spritzguss, die Engel gemeinsam mit Systempartnern entwickelt hat. In der V-Duo Vertikalmaschine finden der Reaktiv- und der Spritzgießprozess parallel statt. Dank der niedrigen Viskosität des aufgeschmolzenen ε Caprolactams lassen sich vorgeformte, trockene Verstärkungstextilien besonders gut benetzen, sodass sich beim Polymerisieren zu Polyamid 6 ein stark belastbarer Verbund ergibt. Dieser wird in einer zweiten Kavität des Werkzeugs durch das Anspritzen von Verstärkungsrippen und Konturen aus faserverstärktem PA 6 funktionalisiert. Als nach eigenen Angaben erster Anbieter am Markt setzt Engel bei der In-situ-Polymerisation darauf, das feste Monomer bedarfsorientiert aufzuschmelzen und zu verarbeiten. Die Vorteile seien eine deutlich reduzierte thermische Belastung und somit eine gesteigerte Produktqualität.

Die Konsolidieranlage für die Verarbeitung von UD-Tapes lässt sich einfach in den Gesamtprozess integrieren, was die Effizienz in der Produktion maßgeschneiderter Tape-Lösungen deutlich erhöht.

„Wir haben die V-Duo Baureihe, die sowohl mit als auch ohne Spritzeinheit angeboten wird, gezielt für Faserverbundanwendungen entwickelt“, sagt Christian Wolfsberger. „Sie zeichnet sich durch eine besonders kompakte Bauweise aus.“ Die niedrige Bedienhöhe vereinfacht manuelle Arbeiten. Gleichzeitig ermöglicht die Maschine sehr effiziente Automatisierungskonzepte, was die Industrialisierung neu entwickelter Verarbeitungsverfahren beschleunigt.

Mehr Effizienz für duromere Systeme
Dass sich auch für schon lang etablierte Technologien die Fertigungseffizienz weiter steigern lässt, sollen zwei Beispiele aus dem Bereich Duroplast-Leichtbau demonstrieren: Zum einen geht es am Messestand um die CfK-Rückwände des Audi A8. Diese großen Bauteile mit einer komplexen Carbonfaserstruktur und lokalen Verstärkungen werden bei Voith in Garching, Deutschland, auf einer V-Duo 1700 Maschine im vollständig automatisierten HP-RTM-Verfahren produziert.

Zum anderen präsentiert Engel Getriebeträger auf Basis von SMC (Sheet Moulding Compounds). In einem Entwicklungsprojekt wurde gemeinsam mit dem Institut für Polymer Product Engineering IPPE der Johannes Kepler Universität in Österreich und den Unternehmen Hexcel (USA) und Alpex (Österreich) ein neuer Fertigungsprozess auf Basis des Fließpressens für diese dynamisch hochbelasteten Fahrzeugkomponenten entwickelt. Ausgangsmaterial ist ein flächiges Carbonfaser-Halbzeug mit Faserlängen von 50 mm und einer Matrix aus Epoxidharz. Die Analyse der ersten Bauteile zeige gegenüber der ursprünglich aus Aluminium gefertigten Komponente eine deutliche Gewichtsersparnis und zudem verbesserte Bauteileigenschaften.

Von anspruchsvollen Sicht- und Außenhautbauteilen bis zu Strukturkomponenten mit integrierter Funktionalität findet das Fließpressen mit SMC für ein breites Spektrum an Faserverbundbauteilen Einsatz. In kurzen Zyklen lassen sich komplexe Geometrien und eine lackierfähige Oberflächenqualität erzielen. Mit ihrer leistungsstarken Mess- und Regeltechnik, dem flexiblen Prägeverfahren und der integrierten Parallelitätsregelung sei die V-Duo für die SMC-Verarbeitung prädestiniert. Die Verarbeitungsparameter lassen sich gezielt an die Bauteilanforderungen anpassen, um eine höhere Bauteilqualität zu erzielen.

Alle zukunftsweisenden Technologien im Blick

Viper Linear- und Easix Knickarmroboter, IR-Ofen sowie Förderbänder und weitere Handling-Einheiten.

Von der Verarbeitung thermoplastischer Halbzeuge und duroplastischer Pressmassen bis zu reaktiven Technologien wollen die Leichtbauexperten von Engel ein breites Entwicklungsspektrum abdecken. Als Spritzgießmaschinenbauer mit einer sehr hohen Automatisierungs- und Systemlösungskompetenz bringt Engel wichtige Erfolgsfaktoren für die wirtschaftliche Fertigung von FKV-Bauteilen in hohen Stückzahlen mit und gründete deshalb im Jahr 2012 ein eigenes Technologiezentrum für die interdisziplinäre Entwicklung neuer Composite-Verfahren. Gemeinsam mit seinen Kunden und Entwicklungspartnern aus der Industrie und an Universitäten konnte das Engel-Technologiezentrum für Leichtbau-Composites über die vergangenen Jahre bereits mehrere Meilensteine für die internationale Leichtbauindustrie setzen.

Weitere Informationen: www.engelglobal.com

JEC World 2019, 12.-14. März 2019, Paris, Frankreich

Engel Austria GmbH, Schwertberg, Österreich

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