Serienreife Leichtbaukompetenz

Elektrofahrzeuge sind in China auf dem Vormarsch und mit ihnen innovative Leichtbautechnologien. Auf der Chinaplas in Shanghai präsentiert Engel erstmalig in China seine Composite-Kompetenz mit einem eigenen Expert Corner. Aus einer Hand liefert der Spritzgießmaschinenbauer und Systemlöser mit Stammsitz in Österreich maßgeschneiderte Fertigungszellen für die hocheffiziente und wirtschaftliche Serienfertigung von Faserverbundbauteilen.

Mit seinem 2012 gegründeten Technologiezentrum für Leichtbau-Composites gehört Engel beim Thema Leichtbau zu den wichtigen Partnern der internationalen Automobilindustrie. Gemeinsam mit weiteren Unternehmen und Universitäten entwickelt Engel dort neue wirtschaftliche Verfahren für den Faserverbundleichtbau in der Großserie. Die langjährige Erfahrung mit Spritzgießprozessen und die hohe Automatisierungskompetenz von Engel sind dabei zwei wesentliche Erfolgsfaktoren. Gemeinsam mit seinen Partnern konnte Engel bereits mehrere Meilensteine setzen.

Einige der neuen Verfahren haben inzwischen Serienreife erreicht und werden immer zahlreicher in Kundenprojekten realisiert. Um der steigenden Nachfrage optimal gerecht zu werden, gründete der Maschinenbauer im Herbst vergangenen Jahres die Engel Composite Systems, die für die Projektierung von Composite-Anlagen und die Projektabwicklung verantwortlich ist. Das Technologiezentrum für Leichtbau-Composites kann sich damit jetzt noch intensiver der Forschung und Entwicklung widmen. „Mit der neuen Struktur stellen wir sicher, weiterhin ein breites Technologiespektrum abbilden zu können“, betont Matthias Mayr, Leiter der Engel Composite Systems.

Mit Engel als Partner haben die Hersteller von Composite-Bauteilen vom Projektstart bis zum After-Sales einen zentralen Ansprechpartner, selbst wenn an der Entwicklung der Verarbeitungstechnologie eine Vielzahl an Firmen beteiligt war. „Wir liefern aus einer Hand Turn-key-Lösungen und unterstützen unsere Kunden bei der Adaption der Technologie an ihre ganz individuellen Anforderungen“, sagt Christian Wolfsberger, Business Development Manager Composite Technologies von Engel Austria. „Für die Kunden vereinfacht das die Projektabwicklung erheblich. Am Standort Shanghai hat Engel jüngst seine Anwendungstechnik und sein Automatisierungszentrum personell weiter verstärkt. Wir haben damit auch vor Ort in Asien sowohl die Ressourcen als auch das Know-how für anspruchsvolle Composite-Projekte.“ Christian Wolfsberger wird gemeinsam mit den Leichtbauexperten von Engel Machinery Shanghai auf der Chinaplas für die Gespräche mit den Messebesuchern zur Verfügung stehen.

Technologien für Automotive, Teletronik und Technischer Spritzguss

Im Bereich Composite-Leichtbau befasst sich Engel mit allen derzeit zukunftsweisenden Technologien, von HP-RTM und SMC über die Verarbeitung von thermoplastischen Halbzeugen wie Organoblechen und Tapes bis hin zu reaktiven Technologien wie In-situ-Polymerisation (T-RTM). Anhand von Musterteilen und Videos stellen die Engel Experten während der vier Messetage Technologien und aktuelle Projekte vor. Dabei wird deutlich, dass die neuen Verarbeitungsverfahren nicht nur für den Automobilbau, sondern zum Beispiel auch für Anwendungen in der Teletronikindustrie und im technischen Spritzguss neue Chancen eröffnen.

Organomelt startet in automobile Serie

Organomelt ist der Name eines vollautomatisierbaren Verfahrens zur Verarbeitung von thermoplastischen endlosfaserverstärkten Halbzeugen, sogenannten Organoblechen, das zur Chinaplas 2018 auf der Schwelle zur automobilen Serie steht. 2017 belieferte Engel zwei namhafte Tier-Supplier mit integrierten Fertigungszellen. Für die Automobilhersteller ist die Technologie vor allem aufgrund der thermoplastischen Matrixmaterialien interessant. Zum einen ermöglicht der thermoplastische Ansatz die stoffschlüssige Funktionalisierung der Tragstruktur im Spritzguss im selben Arbeitsschritt und zum anderen vereinfacht er die Entwicklung von Recycling-Konzepten, um die Bauteile am Ende ihres Lebenszyklus in die Stoffkreisläufe zurückzuführen.

Die mittels Organomelt hergestellten Faserverbundbauteile können selbst in sicherheitsrelevanten Bereichen Stahl ersetzen. Ein Beispiel hierfür sind Bremspedale. Während der Chinaplas macht Engel anhand von Tablet-Gehäusen deutlich, wie sich auch in extremer Dünnwandtechnik noch eine sehr hohe Stabilität erzielen lässt. Den Entwicklungspartnern Engel, Bond-Laminates, Brilon, und Leonhard Kurz, Fürth, ist es gelungen, eine Wanddicke von nur 0,6 mm zu erreichen und diese extreme Dünnwandtechnik mit höchster Fertigungseffizienz zu vereinen. Um in einem Arbeitsschritt die Organobleche umzuformen, zu umspritzen und hochwertig zu dekorieren, kombiniert die Fertigungszelle das Organomelt-Verfahren mit IMD (In-mould decoration). Im Vergleich zur herkömmlichen mehrstufigen Fertigung dekorierter Gehäuseteile entfallen durch den integrierten Organomelt-Prozess mehrere Arbeitsschritte, was den Zeitaufwand, die Fertigungskosten und den Carbon-Footprint reduziert. Die Fertigungszelle umfasst eine Insert-Spritzgießmaschine in vertikaler Bauform mit einer Rolle-zu-Rolle-IMD-Einheit, einen Knickarmroboter vom Typ easix sowie einen Infrarot-Ofen, der ebenfalls aus der Entwicklung und Produktion von Engel stammt.

Mit Infrarot-Öfen zum Aufheizen faserverstärkter Halbzeuge hat Engel sein Angebot an Peripheriesystemen aus der eigenen Entwicklung und Fertigung erweitert. (Foto: Engel)

Der Gesamtprozess lässt sich einfach und übersichtlich am CC300-Bedienpanel der Spritzgießmaschine steuern. Ein weiterer Vorteil der integrierten Lösung ist, dass Spritzgießmaschine, Roboter und Infrarot-Ofen ihre Arbeitsabläufe automatisch aufeinander abstimmen und damit die Gesamteffizienz steigt.

In-situ-Polymerisation vereint Reaktivverarbeitung und Spritzguss

Auch im Bereich der Reaktivverarbeitung gehört Engel zu den Pionieren, wenn es darum geht, den Einsatz thermoplastischer Matrixmaterialien zu stärken. Im Video präsentiert Engel eine seriennahe Fertigungszelle, die die In-situ-Polymerisation von ε-Caprolactam (T-RTM) mit der anschließenden Funktionalisierung der Tragstruktur im Spritzguss auf einer v-duo-Maschine vereint. Repräsentativ für das breite Einsatzspektrum legte Engel gemeinsam mit seinen Partnern – darunter Schöfer, Schwertberg (Österreich), – die Zelle für die Herstellung von Schaufeln aus.

Mit der v-duo-Baureihe hat Engel gezielt für Faserverbundanwendungen eine kompakte und energieeffiziente Maschine für effiziente Fertigungszellen entwickelt. (Foto: Engel)

Die Schließeinheit der v-duo ist mit einem Schiebetisch ausgestattet, auf dem sich zwei Werkzeughälften befinden. Die vorgeformten, trockenen Verstärkungstextilien werden in die erste Kavität eingelegt und mit der reaktiven Matrix infiltriert. Dafür wird festes ε Caprolactam aufgeschmolzen. Dank der niedrigen Viskosität lassen sich die trockenen Fasern besonders gut benetzen, so dass sich bei der Polymerisation zu PA 6 ein stark belastbarer Verbund bildet. Da die Reaktivverarbeitung unterhalb der Schmelzetemperatur des Polymers erfolgt, lässt sich das Verbundhalbzeug unmittelbar nach seiner Herstellung in die zweite Kavität umsetzen, um Verstärkungsrippen und Konturen aus kurzglasfaserverstärktem PA 6 direkt anzuspritzen. Polymerisation und Spritzguss finden parallel zueinander statt, wobei ein Doppelroboter Viper das Umsetzen der Halbzeuge sowie das Handling der Faser-Preforms und Fertigteile übernimmt.
Mit der v-duo hat Engel gezielt für Faserverbundanwendungen sowie Mehrkomponentenprozesse mit Faser-Preforms eine kompakte und energieeffiziente Maschinenbaureihe entwickelt. Ihre vertikale Schließeinheit ist von allen vier Seiten frei zugänglich, was die Automatisierung der Prozesse vereinfacht. Gerade bei der Verarbeitung von forminstabilen Faserhalbzeugen erweist es sich häufig als Vorteil, in Richtung der Schwerkraft zu arbeiten.

Komplexe Hohlbauteile im automatisierten HP-RTM-Prozess

Insgesamt acht Projektpartner, darunter KTM Technologies, Salzburg (Österreich), Hennecke, St. Augustin, und Engel, haben einen entscheidenden Entwicklungsschritt zur Industrialisierung der Cavus-Technologie von KTM geleistet, der es erlaubt, auch komplexe Faserverbund-Hohlbauteile im automatisierten HP-RTM-Prozess großserientechnisch zu fertigen. Zur Demonstration der neuen Möglichkeiten haben die Entwicklungspartner eine Fertigungszelle für die Herstellung von Kennzeichenträgern für die KTM Superduke 1290R entwickelt.

Ausgangspunkt der Fertigung ist ein gezielt für diese Anwendung entwickelter Kern aus Sand und wasserlöslichen Additiven, der zur Herstellung des Preforms mit Carbonfasern umflochten wird. Mit Hilfe dieses vollautomatisierten Prozessschritts lassen sich bei einem hohen Materialdurchsatz komplexe Geometrien sehr genau abbilden. Der Preform weist bereits die Endkontur des fertigen Bauteils auf. Für den HP-RTM-Prozess wird der Preform dann automatisiert ins Werkzeug der Engel—elast-Maschine eingelegt. Die Streamline-Technologie von Hennecke ermöglicht die präzise und sekundenschnelle Injektion des Rohstoffsystems. Der gesamte Aushärteprozess dauert lediglich 125 Sekunden. Nachdem der Roboter das Bauteil aus dem Werkzeug entnommen hat, wird der Sandkern mit Wasser ausgespült.

Bislang wird der Kennzeichenträger vollständig im Spritzguss mit einem Schussgewicht von 765 g gefertigt. In der Composite-Bauweise auf Basis der Cavus-Technologie wiegt der Kennzeichenträger lediglich 265 g, was einer Gewichtsreduktion von 62 % entspricht. Darüber hinaus bietet die Hohlbauweise konstruktive Vorteile. Die Kabel für die Blinker und die Kennzeichenbeleuchtung lassen sich im Inneren befestigen und sind so sehr gut geschützt.

www.engelglobal.com