Georg Kaufmann: Serientaugliches Werkzeug für Faserverbundteile

Demonstrator-Hebel; oben: schematisch und mit vergrößerter Darstellung des Überlappunsbereichs, unten: als reales Leichtbauteil - (Bild: Georg Kaufmann).

Organoblech-Umformung mit Langfaser-Spritzgießen kombinieren

Ein innovatives Werkzeug zum Herstellen von serientauglichen Faserverbund-Leichtbauteilen hat die Georg Kaufmann Formenbau AG, Busslingen/Schweiz, im Rahmen des Gemeinschaftsprojekts LIPA (Lightweight Integrated Process Application) entwickelt. In dem Werkzeug werden vorgewärmte Zuschnitte aus Tepex-Organoblech, also aus gewebeverstärktem Thermoplast, umgeformt und gleichzeitig mit Hilfe des von Arburg, Loßburg, entwickelten Langfaser-Direktspritzgießens mit einer Verrippung, Lageraugen und weiteren Funktionselementen versehen. Auf diese Weise entsteht ein Leichtbauteil mit hoher Festigkeit und Steifigkeit.

Der gesamte Fertigungsablauf wird während der K 2013 auf dem Arburg-Messestand A13 in Halle 13 im praktischen Betrieb auf einem hydraulischen Allrounder 820 S mit Servohydraulik zu sehen sein. Gezeigt wird die Herstellung eines Demonstrator-Hebels, der ähnlich z.B. als Schwinge für ein Fahrrad oder als Bestandteil der Sitzstruktur in Pkws eingesetzt werden könnte.

Für die Fertigung des Demonstrator-Hebels werden zwei unterschiedlich dicke Organoblech-Zuschnitte zyklusoptimiert und materialschonend auf Umformtemperatur aufgeheizt. Ein Handhabungsgerät mit Vakuumgreifern übergibt die Zuschnitte beschädigungsfrei und mit minimiertem Zeitbedarf in das Werkzeug. Dort werden die beiden ebenen Organoblech-Zuschnitte zu einem W-förmigen Profil umgeformt, um die Hebel-Steifigkeit zu erhöhen, und zugleich durch flächiges und formschlüssiges Verpressen stabil miteinander verbunden. Auf das Organoblech werden Versteifungsrippen und eine Berandung aus langglasfaser-verstärktem Kunststoff aufgespritzt. Weil die Temperatur des Organoblechs nur wenig unterhalb der Schmelztemperatur des Basiskunststoffs ist, sei eine chemisch einwandfreie Verbindung sichergestellt. Aus demselben Grund sei es auch möglich, Elemente (z.B. Schraubdome) durch das Organoblech hindurch anzuspritzen, ohne Schäden an der Faserstruktur des Bauteils zu verursachen. Um das Bauteil in einem nachgelagerten Schritt mit einem weiteren verbinden zu können, wird der Demonstrator im Werkzeug mit einem Durchbruch versehen, ohne die Faserstruktur zu schädigen.

Mit der Herstellung des Demonstrators wollen die Projektpartner nicht nur zeigen, dass sich Faserverbund-Leichtbauteile prozesssicher und in Großserie herstellen lassen. Sie wollen auch eine Reihe von Innovationen demonstrieren, die für die Wirtschaftlichkeit ebenso wie für die Funktionalität der Teile entscheidend seien:

Erhöhung des Leichtbaufaktors durch lokalen Einsatz unterschiedlich dicker Organobleche gemäß der Lastverteilung im Bauteil.
Stabile Verbindung der Organoblech-Zuschnitte durch flächige und formschlüssige Verpressung.
Einbringen von Durchbrüchen in das Organoblech ohne Schädigung der Faserstruktur.
Einbetten der offenen Fasern an den Organoblech-Schnittkanten in eine umlaufend aufgespritzte Berandung.
Reduzierte Aufheiztemperaturen des Organoblechs durch minimalen Temperaturverlust im Verarbeitungsprozess.
Flexible Materialkombinationen beim Langfaser-Direktspritzgießen durch einstellbare Faserlängen und -anteile.
Signifikanter Kostenvorteil beim Langfaser-Direktspritzgießen durch kostengünstigere Ausgangsstoffe.

Projektbeteiligte:

Arburg: Spritzgießmaschine mit einer Einspritzeinheit, bei der Langglasfaser vom Roving geschnitten und direkt in die Schmelze dosiert wird.
Bond Laminates: Gewebeverstärktes Plattenhalbzeug mit thermoplastischer Matrix (Tepex-Organoblech)
FPT Robotik GmbH & Co. KG: Konzeption und Fertigung der Prozessautomatisierung
Georg Kaufmann Concept GmbH: Formteilkonstruktion; Moldflow-Berechnung des Spritzgießvorgangs
Georg Kaufmann Formenbau AG (LIPA-Gründer): LIPA-Werkzeug, Prozessauslegung und -engineering
HRS: Heißkanalsystem mit Nadelverschlussdüsen, geeignet für langfaserverstärkte Schmelze
ILK/LZS GmbH: Berechnung und Simulation des Bauteils
Kistler Instrumente AG (LIPA-Partner): Werkzeugsensorik
Krelus Infrared (LIPA-Partner): Infrarot-Heizstrahler und Steuerung
Lanxess Deutschland GmbH: Zuschnittermittlung Organoblech, Drapiersimulation Bauteil
SKZ - KFE gGmbH: Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle

Weitere Informationen: www.gktool.ch

K 2013, 16.-23.10.2013, Düsseldorf, Halle 13, Stand A13

Georg Kaufmann Formenbau AG, Busslingen, Schweiz

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