Der Freistaat Sachsen investiert im Rahmen des Bundesexzellenzclusters Merge „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen” der Technischen Universität Chemnitz in Leichtbautechnologien von morgen. Herzstück des neuen Merge-Leichtbauzentrums ist eine Spritzgießmaschine MXW 2500 […]
Teile für die Autos von morgen entstehen am neuen Merge-Leichtbauzentrum der TU Chemnitz auf der Spritzgießmaschine MXW 2500. (Foto: Krauss Maffei)
Der Freistaat Sachsen investiert im Rahmen des Bundesexzellenzclusters Merge „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen” der Technischen Universität Chemnitz in Leichtbautechnologien von morgen. Herzstück des neuen Merge-Leichtbauzentrums ist eine Spritzgießmaschine MXW 2500 von Krauss Maffei Technologies, München, die dank einer Vielzahl technischer Optionen eine hohe Flexibilität für Forschung und seriennahe Prototypenherstellung in Originalgröße bietet. Der Startschuss der neuen Anlage erfolgte im Oktober 2015 im Rahmen der 2. International Merge Technologies Conference.
Forschung für den Automobilbau
„Mit ihren zahlreichen Möglichkeiten in Material-, Werkzeug- oder auch Verfahrensauswahl ist die Krauss Maffei Spritzgießmaschine MXW 2500 ein wahrer Alleskönner im Bereich des Leichtbaus und ist in dieser Form und Größe sicherlich einzigartig in der bundesdeutschen Forschungslandschaft”, erklärt Georg Holzinger, Vice-President Technologies bei Krauss Maffei. Mit ihr soll vor allem für die Automobilindustrie geforscht werden. Es geht darum, Teile eines Fahrzeugs in Leichtbauweise, energieschonend und in Serie herzustellen. Diese Prototypen-Bauteile können in Originalgröße produziert werden. Das ist besonders wichtig für die Auftraggeber aus der Industrie, die im Maßstab 1:1 die Eigenschaften der Teile prüfen können.
Die MXW 2500 ist eine kompakte, leistungsstarke Produktionsanlage, die sich durch kurze Maschinenzeiten, schnelle Zyklen und einen hohen Formteilausstoß auszeichnet. Die Baureihe ist modular aufgebaut und bietet eine große Zahl an Kombinationslösungen. „Wir haben uns bewusst für eine Großmaschine mit einem Schließkraftbereich von 25.000 kN entschieden, um auch große Bauteile mit Abmessungen von bis zu 1,5 m x 1,5 m im Maßstab 1:1 seriennah darstellen zu können”, so Prof. Dr.-Ing. Lothar Kroll, Direktor des Instituts für Strukturleichtbau an der TU Chemnitz und Koordinator des Exzellenzclusters Merge.
Mehrkomponentenspritzgießen nach Maß
Das „W” in der Maschinenbezeichnung MXW 2500 steht für Wendeplattentechnik. Mit der Ausführung Spinform von Krauss Maffei lässt sich eine signifikante Steigerung der Wirtschaftlichkeit beim Mehrkomponenten-Spritzgießen realisieren. So verdoppelt sich im Vergleich zu Drehtischwerkzeugen bei gleicher Schließkraft der Ausstoß an Mehrkomponenten-Formteilen. Auch gerade neue Bauteile mit besonders großen Dimensionen können so funktionalisiert werden. Mit der Variante Twinform hat Krauss Maffei zudem eine Lösung mit einem speziellen Etagenwerkzeug kreiert, die eine ebenfalls spürbar höhere Produktion sichert. Ein zusätzliches Bolt-on-Aggregat in L-Ausführung erlaubt die flexible, zusätzliche Dosierung und Verarbeitung thermoplastischer als auch duroplastischer Matrixmaterialien.
Eine zusätzliche Misch- und Dosieranlage erlaubt die Verarbeitung auch von Polyurethanen mit Füllstoffen und anderen reaktiven Matrixmaterialien. Die Hybrid 40-15/29 ist ausgestattet mit einer Farbdosierung direkt am Mischkopf und einer zusätzlichen Gasbeladungseinheit. Dies bietet maximale Flexibilität bei der Prototypenherstellung.
Leichter schäumen mit Mucell
Auch für das sogenannte Mucell-Verfahren ist die neue Merge-Forschungsanlage ausgelegt. Das Mucell-Verfahren bezeichnet ein physikalisches Schäumverfahren mit Stickstoff oder Kohlendioxid. Die Vorteile der geschäumten Bauteile sind vor allem das geringe Gewicht, weniger Verzug, höhere Dimensionsstabilität und die kurzen Herstellzeiten. „Das Mucell-Verfahren hat sich mittlerweile erfolgreich als Technologie etabliert, vor allem im Fahrzeugbau sowie für technische Bauteile. Der Trend geht dahin, das Verfahren auch für hochwertige Oberflächen in Sichtbauteilen einzusetzen”, zeigt Holzinger Perspektiven für mögliche Forschungsschwerpunkte der Zukunft auf.
Seriennahe Prototypenherstellung auf dem Gebiet des thermoplastischen Leichtbaus mit faserverstärkten Kunststoffen ist dank des von Krauss Maffei entwickelten Fiberform-Prozesses möglich. Durch die Kombination aus werkstofflichem und konstruktivem Leichtbau ist die Fertigung neuer faserverstärkter thermoplastischer Composite-Bauteile mit besonders hohen Festigkeiten möglich. Bei dem Verfahren werden mit thermoplastischer Matrix imprägnierte Gewebe oder Gelege aus Endlosfasern, sogenannte Faserhalbzeuge, aufgeheizt, im Spritzgießwerkzeug umgeformt und anschließend hinterspritzt. Wie das Spritzgießen ist auch die Fiberform-Technologie von Krauss Maffei einfach zu automatisieren und ermöglicht eine vollautomatische Produktion mit kompakten Fertigungszellen.
Ausgefeilte Automationslösung
Ein hohes Maß an Flexibilität und Unterstützung der Prozesse bietet die von Krauss Maffei für diese Anlage konzipierte, schlanke Automationslösung. So wurden vier LRX-Roboter durch zwei LRX500-TwinZ-Roboter substituiert. Diese Roboterart koppelt je zwei x-/y-Kinematiken mechanisch auf einer z-Achse. Beide Roboter lassen sich mit dem Steuerungskonzept Mehrfachkinematik programmieren und bedienen. Eine Einbindung von bis zu 24 Achsen ist möglich.
Trotz Größe und Komplexität wurde diese Automationslösung platzoptimiert umgesetzt und erlaubt ein hohes Maß an Bedienkomfort. So tragen die Roboter die Teile auf Bediengegenseite aus, die Spritzgießmaschine bleibt auf der Bedienseite vollständig zugänglich. Eine ausgefeilte Lösung erforderte zudem das zusätzliche Bolt-on-Aggregat (in L-Ausführung) der Spritzgießmaschine auf der Bediengegenseite. Die Arbeitsplätze für die Bereitstellung von Einlegeteilen sowie die Ablage der Fertigteile erfolgen auf einer Bühne über dem Bolt-on-Aggregat. Diese räumliche Trennung erlaubt eine optimale Bedienung beider Systeme.
Alle Verfahren – ob Spinform, Twinform, Mucell, Fiberform – sowie die Automation lassen sich ebenso wie die MXW 2500 zentral über die Steuerung MC6 bedienen. „Das erleichtert die Bedienung auch komplexer Prozesse enorm”, so Prof. Lothar Kroll.
Exzellenzcluster Merge
Im Merge Technology Centre werden bisher getrennte Fertigungsprozesse unter Verwendung unterschiedlicher Materialien wie Textilien, Kunststoffe oder Metall zusammengeführt. Das Ziel ist die Erforschung und Entwicklung energie- und rohstoffsparender Leichtbaustrukturen für die Massenfertigung. Besonders die Fahrzeugindustrie ist an leichten und gleichzeitig widerstandsfähigen Materialien interessiert, aber auch andere Bereiche, wie die Luftfahrt, das Transportwesen oder aber die Logistikindustrie können davon profitieren.
