Produkte im Einsatz

Winkelmann: Hybride Baugruppe aus Metall und zwei EPDM-Komponenten

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Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe für Jaguar. (Foto: Provvido)

Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe für Jaguar. (Foto: Provvido)

Einige Baugruppen eines Autos arbeiten sehr diskret: Ihre Funktionen bemerkt man erst, wenn sie nicht da wären. Schwingungsdämpfer zum Dämpfen von Vibrationen des Motors und des Antriebsstranges sind solche diskreten Baugruppen. Winkelmann Automotive in Ahlen i. Westfalen ist ein Entwicklungspartner und Systemspezialist, wenn es um Schwingungen und deren Dämpfung geht. Hochwertige Schwingungsdämpfer werden durch Elastomere funktionsgesteigert. Bei einer entkoppelten Riemenscheibe, die jüngst für Jaguar konstruiert wurde, sorgen zwei Elastomerkomponenten für ein Plus an Leistung. Wir informierten uns bei Michael Metzinger, Entwicklung Elastomertechnik (Material-Prozess-Werkzeug) von Winkelmann.

Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe im Schnittbild. (Foto: Winkelmann)

Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe im Schnittbild. (Foto: Winkelmann)

Hochwertige Schwingungsdämpfer bestehen nicht nur aus Blech, sondern Öle, Duroplaste und Elastomere sorgen für ein Plus an Dämpfung. Winkelmann entwickelt jeden Schwingungsdämpfer spezifisch abgestimmt auf die Fahrzeugschwingungen. Die Losgrößen einer kundenspezifischen Konstruktion bewegen sich zwischen 2.000 und 3 Mio. Stück für Baufahrzeuge, Nutzfahrzeuge und PKW.

Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe für Jaguar

Einbausituation eines Drehschwingungsdämpfers mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe an einem Motorblock. (Foto: Winkelmann)

Einbausituation eines Drehschwingungsdämpfers mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe an einem Motorblock. (Foto: Winkelmann)

Für den Antriebsstrang von Jaguar entwickelte Winkelmann einen Schwingungsdämpfer mit zwei elastomeren Komponenten. Technisch präzise handelt es sich um einen Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe. Die Baugruppe, bestehend aus zehn metallischen Elementen, wird um einen verpressten EPDM-Gummiring und ein hybrides, gehaftetes EPDM-Metall-Teil ergänzt. Die Baugruppe wiegt insgesamt 2,99 kg. Die Elastomerkomponenten wiegen 180 g. Schwingungsdämpfer mit Gummi-Metall-Verbundteilen ermöglichen eine freie Geometrie des Elastomers und sind für hohe und frequenzkomplexe Schwingungsbelastungen, die axial und radial aufgefangen werden, geeignet. Der EPDM-Gummiring komplettiert das Gesamtbauteil und sorgt für weitere positive Eigenschaften am Fertigteil. Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe erlauben es, hochdämpfend Schwingungen zu dämpfen und gleichzeitig niederfrequent zu entkoppeln. Solche Schwingungsdämpfer werden auf ca. 10 Mio. Lastwechsel geprüft, Temperaturen von bis zu 140 °C ausgesetzt und die akustische Frequenzabsorption wird axial und radial geprüft. Michael Metzinger: „Der Drehschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe von Jaguar zählt zu den sehr hochwertigen Riemenscheiben: Er läuft in der Fertigung mit einer maximalen Kapazität von 660.000 Stück/Jahr im mittleren Losgrößen- und oberen Qualitätssegment.“

Produktion von „doppelten“ EPDM-Ringen

Michael Metzinger, Entwicklung Elastomertechnik (Material-Prozess-Werkzeug) von Winkelmann: „Durch die Verwendung eines Kaltkanals kann das unvernetzte EPDM-Material bis zum Injektionspunkt gekühlt geführt werden.“ (Foto: Provido)

Michael Metzinger, Entwicklung Elastomertechnik (Material-Prozess-Werkzeug) von Winkelmann: „Durch die Verwendung eines Kaltkanals kann das unvernetzte EPDM-Material bis zum Injektionspunkt gekühlt geführt werden.“ (Foto: Provido)

In der Gummi-Ring-Fertigung kommen horizontale Maschinen von Maplan zum Einsatz. Vollautomatisch werden hochpräzise EPDM-Ringe auf horizontalen MHF 2600/460 mit Vielkavitätenwerkzeugen vom Peta Formenbau in engsten Toleranzen vulkanisiert. Für den Rundlauf werden exakte Wandstärken zwingend benötigt. Diese Wandstärken werden inline automatisiert und offline in Rückstellmustern ständig kontrolliert. Das Material EPDM verbindet ein ausgezeichnetes Leistungsspektrum zu einem vertretbaren Preis. Winkelmann setzt zudem auf eine hohe Ausbringungsmenge. Als Clou werden die Ringe mit doppelter Breite vulkanisiert und dann inline radial aufgeschnitten, sodass zwei Ringe auf die Produktwagen in den Temperofen zur Nachbehandlung wandern. Diese Schneidanlage stammt von KAMtec. Michael Metzinger: „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 höchste Qualität, bei günstigen Werkzeugkosten.“

Produktion von verpressten EPDM-Ringen auf horizontalen Maplan MHF 2600/460-Maschinen. (Foto: Provido)

Produktion von verpressten EPDM-Ringen auf horizontalen Maplan MHF 2600/460-Maschinen. (Foto: Provido)

Die horizontalen Maplan MHF 2600/460-Maschinen verfügen über vollflächige Heizplatten zur Temperierung der Formhälften. Die vollisolierten Heizplatten sind zusätzlich mit seitlichen Isolierungen ausgestattet, um den Energieeintrag, ohne Verluste maximal auf die Formhälften zu lenken. Dieser Ansatz ermöglicht eine exakte Temperierung der Kavitäten und kommt auch bei der Kaltkanalheizplatte zum Einsatz. Zum Einsatz kommt die CoolDrive-II-Antriebstechnik für den Hauptantrieb und den Parallelantrieb. Die eingesetzte DCI-Temperiertechnik arbeitet mit geregelten Pumpen, die die benötigte Heiz- und Kühlleistung über einen integrierten Regelalgorithmus exakt auf den Bedarf im Prozess abstimmen. Ein üblicherweise massives Überschwingen beim Heizen und Unterschwingen beim Kühlen, ein in der Praxis häufig anzutreffendes Phänomen, wird so äußerst wirkungsvoll unterbunden.

Produktion von Gummi-Metall-Verbundteilen

Vertikale Maschinen MTF 2600/280 von Maplan mit „Fast Double Shuttle“-Technik für die Einlegetechnik auf hohem Niveau: Der „Fast Double Shuttle“ ermöglicht eine synchrone Mittelplattenverschiebung in einem schnellen Zyklus. (Foto: Provido)

Vertikale Maschinen MTF 2600/280 von Maplan mit „Fast Double Shuttle“-Technik für die Einlegetechnik auf hohem Niveau: Der „Fast Double Shuttle“ ermöglicht eine synchrone Mittelplattenverschiebung in einem schnellen Zyklus. (Foto: Provido)

Darüber hinaus werden Gummi-Metall-Verbundteile für entkoppelte Riemenscheiben als gehaftete Schwingungsdämpfer produziert. Die Produktion erfolgt auf vertikalen Maschinen MTF 2600/280 ergonomic von Maplan mit „Fast Double Shuttle“-Technik und Werkzeugtechnik vom Peta Formenbau. Vulkanisiert gehaftete Schwingungsdämpfer ermöglichen eine freie Geometrie des Elastomers und sind für hohe und frequenzkomplexe Schwingungsbelastungen geeignet. Michael Metzinger: „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. Durch eine intelligente, bedarfsabhängige Regelung des Förderstromes wird der Energieverbrauch der DCI-Temperiergeräte an den MTF 2600/280-Maschinen um bis zu 80 % reduziert und gleichzeitig die Regelgüte wesentlich verbessert. Die CoolDrive-Antriebstechnologie bietet zusätzliche Leistung für schnelle Trockenlaufzeiten, bei noch geringerem Energieeinsatz. Das hilft, die Umwelt zu schonen und Produktions- und Stückkosten zu senken. Diese servogeregelten Hydraulikantriebe, hier zusätzlich ausgeführt mit einem parallelen Triebsatz für noch schnellere Zykluszeiten verringert den Energieverbrauch für den Antrieb um bis zu 50 %, bei gleichzeitiger Reduktion der Trockenlaufzeit. Die Lärmemission fällt um die Hälfte (-10dB).

Schneller Zyklus durch synchrone Mittelplattenverschiebung mit “Fast Double Shuttle”

Zur Herstellung der Gummi-Metall-Verbundteile mit Einlegeteilen hat jede Fertigungszelle einen „Fast Double Shuttle“. Der Shuttle ist mit Doppel-Führungen zum Aufnehmen der Mittelplatten versehen. Gleiche Doppel-Führungen sind auch auf den Auswerferleisten 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 des “Fast Double Shuttles” liegt darin, dass die beiden Mittelplatten gleichzeitig verschoben werden, d. h. während die Mittelplatte A aus der Maschine gezogen wird, wird die Mittelplatte B gleichzeitig in die Maschine geschoben. Dadurch und durch ein neues, extrem schnelles servomotorisches Antriebskonzept können die Nebenzeiten im Vergleich zu herkömmlichen Mittelplattenverschiebungen deutlich reduziert werden. Als weiteres interessantes Feature hat der Fast Double Shuttle einen hydraulisch betätigten Auswerfer inklusive einer federandockbaren Heizplatte. Die Heizplatte verhindert ein Auskühlen der jeweils außen befindlichen Mittelplatte. Mit dem Ausstoßer werden die fertigen Gummi-Metall-Teile aus der Mittelplatte ausgestoßen, sodass sie der Bediener mühelos entnehmen kann.

Die Nadelverschlusskaltkanaltechnik mit exakter Prozessführung

Produktion von EPDM-Ringen mit einem 16-fach-Werkzeug in Nadelverschlusskaltkanaltechnik von Peta Formenbau. (Foto: Winkelmann)

Produktion von EPDM-Ringen mit einem 16-fach-Werkzeug in Nadelverschlusskaltkanaltechnik von Peta Formenbau. (Foto: Winkelmann)

Die Nadelverschlussdüsenkaltkanäle (NVKK) bei Winkelmann sind High-end-Kaltkanäle. Die elektrische und hydraulische Ansteuerung der NVKK wird wie alle anderen Nebenaggregate sehr komfortabel von der Elastomer-Maschine von Maplan übernommen. Michael Metzinger: „Eine exakte Prozessführung ist beim Einsatz der Nadelverschlusstechnik maschinenseitig elementar wichtig. Das absolut reproduzierbare Öffnen und Schließen der Nadeln sowie das „Unter-Druck-Halten“ in der jeweiligen Endlage sind entscheidend für eine stressfreie Produktion.“

Das Wesen des Kaltkanals

Bei der Herstellung der Elastomerteile wird das Rohmaterial EPDM in die heiße Kavität eingespritzt und damit der temperaturabhängige Vernetzungsprozess aktiviert. Michael Metzinger: „Durch die Verwendung eines Kaltkanals kann das unvernetzte EPDM-Material bis zum Injektionspunkt gekühlt geführt werden. Bei einem Nadelverschlusskaltkanal befindet sich dieser Injektionspunkt – zumindest bei unseren Bauteilen – unmittelbar an der Kavität.“

Argumente für die Nadelverschlusskaltkanaltechnik

Beim Einsatz von Nadelverschlussdüsen bildet bei Winkelmann die Nadelspitze selbst einen Teil der formgebenden Kavität, welche an jede Fläche angepasst werden kann. Dadurch entsteht ein kaum erkennbarer, perfekter Anspritzpunkt am produzierten Teil. Nadelverschlusskaltkanäle vom Peta Formenbau ermöglichen die individuelle Einstellung jeder einzelnen Düse. Die lange Führung der Nadeln und der stufenlose Einstellmechanismus des hydraulisch angetriebenen Öffnungs- und Schließhubes sorgen für eine verschleißarme und hochpräzise Funktion. Das zum Einsatz kommende Peta-Kaltkanalsystem ist ein modulares System. Verschiedene Düsentypen können einfach und schnell aus standardisierten Baugruppen heraus konfiguriert werden. Die Anordnung der Temperierkanäle für die Verteilung des flüssigen Temperiermediums nahe an den Materialverteilerkanälen sorgt für eine optimale Temperierung des eigentlichen Kaltkanals. Eine sehr gute thermische Trennung zwischen der heißen Kaltkanalheizplatte und dem eigentlichen Kaltkanal ist darüber hinaus elementar wichtig. Nur wenn diese Abschottung optimal ausgelegt ist, werden unerwünschte „kalte“ Temperatureinflüsse in die Kavitätsplatte vermieden und hohe Gleichmäßigkeit bei der Teileproduktion erreicht. Im Materialverteilerbereich ist dabei durch die Peta-Elementetechnik stets eine optimale Balancierung aller Fließwege gewährleistet. Die eckenfreien, rheologisch günstig konzipierten Umlenk- und Verteilerelemente des NVKK ohne Totzonen ermöglichen eine schonende Materialführung und tragen so auch zu weniger Reinigungsintervallen bei. Das bedeutet letztlich eine hohe Verfügbarkeit, eine signifikante Einsparung von Material, bestmögliche Zykluszeiten und eine gleichmäßige, ausgezeichnete Qualität der produzierten Bauteile.

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