Vorfahrt für nachhaltige Mobilität: Dank des Kunststoff-Know-hows von Krauss Maffei können Elektro-Autos ihre Vorzüge voll ausspielen, darunter der BMW i3. Exterieurteile aus Thermoplasten und Strukturbauteile aus faserverstärktem Kunststoff entstehen auf […]
Vorfahrt für nachhaltige Mobilität: Dank des Kunststoff-Know-hows von Krauss Maffei können Elektro-Autos ihre Vorzüge voll ausspielen, darunter der BMW i3. Exterieurteile aus Thermoplasten und Strukturbauteile aus faserverstärktem Kunststoff entstehen auf Spritzgießmaschinen und in Reaktionstechnikanlagen des Münchener Maschinenherstellers.
Die Elektromobilität verspricht mehr Umweltverträglichkeit durch geringeren Kraftstoffverbrauch und weniger Abgase. Doch diese Vorteile sind nur mit dem alternativen Antrieb der deutlich schwereren Elektrobatterie zu erreichen, was durch Leichtbauweise des Fahrzeugs ausgeglichen werden muss. Krauss Maffei trägt als Erstlieferant von Produktionsausrüstung und mit verfeinerten Verfahren dazu bei, kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) erstmals in Serienproduktion zu verarbeiten: mit Spritzgießmaschinen in Wendeplattentechnologie sowie mit dem Hochdruck-Resin-Transfer-Molding-Verfahren (HD-RTM). „Das ist unser Beitrag für eine neue Fahrzeug-Generation, um Leichtbau und Elektro-Mobilität zum Durchbruch zu verhelfen“, sagt Nicolas Beyl, President des Segments Reaktionstechnik der Marke Krauss Maffei.
Für sehr hohe Maßhaltigkeit der Teile
Auf Spritzgießmaschinen, die 400 t wiegen und die ein Team von Krauss Maffei vor Ort aufzubauen half, werden die Thermoplast-Außenhäute des i3 gefertigt. (Foto: Krauss Maffei)
Krauss Maffei hat an BMW mehrere Anlagen der Spritzgieß- und Reaktionstechnik geliefert, unter anderem zwei Doppelwendeplatten-Maschinen, die mit zwei Industrierobotern vollständig automatisiert sind. Die MX 4000-17200/12000/750 WL sind jeweils 24 m lang, 9 m breit, 7 m hoch und 400 t schwer. Auf ihnen werden im BMW-Werk Leipzig mit 40.000 kN Schließkraft die Thermoplast-Außenhäute des i3 gefertigt. Durch das Verfahren „Fügen im Spritzguss“ werden die Türaußenschale und ihre Unterstruktur in einem Arbeitsgang gespritzt, mit dem Drehen der beiden Wendeplatten zusammengeführt und mit einer dritten Kunststoffkomponente verklebt. “Die kombinierten Arbeitsprozesse bringen eine sehr hohe Maßhaltigkeit der Teile”, erläutert Frank Peters, Vice President Sales der Marke Krauss Maffei.
Das „Gesicht” des i3
Neben den Seitenwänden und dem Stoßfänger hinten kommt auch die Frontklappe des BMW i3 aus einer Krauss-Maffei-Spritzgießmaschine. „Produziert werden diese auf den komplexesten Anlagen, die wir bisher entwickelt haben“, sagt Peters. „Mit hohem Engagement haben wir die Herausforderung angenommen, innovativste Maschinentechnologie beizusteuern, die höchste Anforderungen an die Verfügbarkeit stellt. Ich bin stolz darauf, was unser Team geleistet hat.“
Hohe Fülldrücke zur optimalen Faserbenetzung
Über den neu entwickelten Mischkopf der Krauss-Maffei-Reaktionstechnik kann internes Trennmittel hinzudosiert werden. Das weiterentwickelte HD-RTM-Verfahren ermöglicht Zykluszeiten, die sich je nach Bauteilkomplexität und -größe von bis zu 24 Stunden auf Minuten verkürzen. (Foto: Krauss Maffei)
Neben Spritzgießtechnologien und Automatisierungslösungen ist das Segment Reaktionstechnik am BMW i3 beteiligt. 20 Anlagen für Hochdruck-Resin-Transfer-Molding (HD-RTM) liefern in den BMW-Werken Leipzig und Landshut Bauteile aus Reaktivharzen für die tragenden Strukturen, zum Beispiel den Seitenrahmen. HD-RTM erlaubt das Verarbeiten von schnell reagierenden Harzsystemen, um kurze Zykluszeiten zu erreichen. Die Hochdruckinjektion ermöglicht einen hohen Benetzungsgrad der Fasern. Ein zehnköpfiges Team der Krauss-Maffei-Reaktionstechnik machte sich daran, die Dosiertechnik weiterzuentwickeln sowie Mischköpfe mit der Möglichkeit der Zudosierung von internem Trennmittel zu versehen. Die Experten arbeiteten unter Hochdruck, um den spezifischen Anforderungen von Chemie und Prozess gerecht zu werden. „Wir sind heute der einzige Anlagenhersteller für Dosieranlagen am Markt, der über diese Erfahrung unter Serienbedingungen verfügt“, erläutert Beyl.
Von steifer Leichtigkeit
Schnell reagierende Harzsysteme im Hochdruck-Resin Transfer Molding (HD -RTM) sind der Schlüssel für kurze Zykluszeiten, etwa für den Seitenrahmen des i3, hergestellt auf Reaktionstechnikanlagen. (Foto: Krauss Maffei)
Um faserverstärkte Bauteile mit Epoxidmatrix in größeren Serien zu realisieren, hat Krauss Maffei das Hochdruck-Resin-Transfer-Molding (HD-RTM) für den Serieneinsatz weiterentwickelt. Dabei injiziert ein selbstreinigender Hochdruckmischkopf das Harz in die geschlossene Kavität und durchtränkt dabei das darin befindliche Fasergelege unter Hochdruck und mit genauen Vorgaben für Dauer und Temperatur, damit Harz und Härter sich vollständig vernetzen. Nach dem Aushärten erhält das Bauteil seine Steifigkeit bei geringem Gewicht. Von Vorteil ist bei der automatisierten Herstellung im Vergleich zum bisherigen Autoklav-Verfahren oder der Vakuuminfusion, dass sich die Zykluszeiten von bis zu 24 Stunden auf Minuten verkürzen, je nach Bauteilkomplexität und -größe.
Zusätzlicher Pluspunkt: Diese Art von HD-RTM-Verfahren eignet sich auch für den Einsatz von Polyurethan (PUR) anstelle von Epoxidharz als Matrixmaterial. Für PUR sprechen neben der einfacheren Handhabung der tendenziell günstigere Rohstoffpreis, die niedrigere Verarbeitungstemperatur.
Vorsprung für den Megatrend Elektromobilität
In der Fülle der immer wieder neu auftretenden Einzelfragen, Spezifikationen und Termine war die Abstimmung das A und O. „Diese Komplexität zu bewältigen war nur möglich wegen unseres eingespielten Teams und enger Abstimmung mit den Technologie-Experten von BMW und weiteren Partnern für die Gewerke Pressen, Werkzeugbau, Handling und Automation“, betont Erich Fries, Leiter Business Unit Composites von Krauss Maffei. Und es bedurfte einer langjährigen Erfahrung auf diesem Gebiet: So verfeinert die Krauss-Maffei-Reaktionstechnik bereits seit den 1990er Jahren ihr Angebot an Faserverbundtechnologien, zunächst in erster Linie für Nutzfahrzeug-, inzwischen immer mehr für Pkw-Hersteller. „Mit dem BMW i3 haben wir die von uns weiterentwickelte HD-RTM-Technologie im Kontext eines vollkommen neuen Fertigungskonzepts erstmals unter Serienanforderungen realisiert. Dies gibt uns einen erweiterten Blick in die Prozesskette einer effizienten Faserverbundproduktion und ist unser Vorsprung für weitere Projekte“, resümiert Josef Renkl, Leiter der Forschung, Entwicklung und Anwendungstechnik. Beyl ergänzt: „So ist dieser Leichtbauwagen das Vehikel für den Megatrend der Elektromobilität.”
