Leichtbauprojekt geht in die Offensive

LIPA-Projekt GK Tool: Um das kombinierte Umformen und Hinterspritzen von Organoblechen für die Herstellung von Faserverbund-Leichtbauteilen mit thermoplastischer Matrix weiter zu entwickeln, haben die LIPA-Projektpartner eine speziell konzipierte, flexible Fertigungszelle errichtet (Bild: Georg Kaufmann Tech Center AG, Busslingen/CH)

LIPA-Projekt GK Tool: Um das kombinierte Umformen und Hinterspritzen von Organoblechen für die Herstellung von Faserverbund-Leichtbauteilen mit thermoplastischer Matrix weiter zu entwickeln, haben die LIPA-Projektpartner eine speziell konzipierte, flexible Fertigungszelle errichtet (Bild: Georg Kaufmann Tech Center AG, Busslingen/CH)

Projektpartnerschaft „Serientauglicher Faserverbund-Leichtbau“ gegründet

Busslingen, Januar 2013 – Mit dem Ziel, das kombinierte Umformen und Hinterspritzen von Organoblechen für die Herstellung von Faserverbund-Leichtbauteilen mit thermoplastischer Matrix zur Serienreife weiter zu entwickeln, hat die Georg Kaufmann Tech-Center AG (GK-Tech-Center), Busslingen/CH, das LIPA-Projekt ins Leben gerufen. LIPA steht für „Lightweight Integrated Process Application“, was zugleich das vorrangige Ziel des Projekts beschreibt: Den Fertigungsprozess unter Berücksichtigung bauteilspezifischer wie verfahrenstechnischer Kriterien großserientauglich zu entwickeln und zu validieren. Ausschlaggebend sind in diesem Zusammenhang unter anderem die Integration der verschiedenen Teilprozesse sowie die vollständige Prozesskontrolle und Prozessüberwachung. Wegen der damit verbundenen komplexen Zusammenhänge und Abhängigkeiten besteht nach wie vor sehr großer Entwicklungsbedarf, den ein einzelnes Unternehmen meist nicht allein bewältigen kann. Erfolg verspricht hingegen die ganzheitliche Betrachtung der Prozesse im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit.

Um die erforderlichen Rahmenbedingungen für grundlegende Untersuchungen, Testreihen und für Bauteilentwicklungen zur Verfügung zu stellen, hat die GK-Tech-Center AG gemeinsam mit den Kooperationspartnern ASE Industrieautomation GmbH, Näfels, Kistler Instrumente AG, Winterthur, Krelus AG, Oberentfelden, sowie der Quadrant Plastic Composites AG, Lenzburg, in Busslingen eine speziell konzipierte, flexible Fertigungszelle errichtet.

Zur Kernausstattung der Fertigungszelle gehören neben einer Spritzgießmaschine mit größeren Aufspannplatten (1920 x 1980 mm) und einer Schließkraft von 4.200 kN, eine Infrarot-Heizstation (Heizfeld 1500 x 1250 mm) sowie ein 6-Achsroboter mit einem Traggewicht bis 90 kg. Abhängig vom jeweiligen Entwicklungsprojekt lässt sich die Fertigungszelle beliebig modifizieren und erweitern, beispielsweise durch bauteilspezifische Greifersysteme. Zur Ausstattung gehört ferner eine umfangreiche Sensorik für die Erfassung aller relevanten Prozessparameter.

Hintergrund für die Entscheidung, ein unabhängiges Leichtbau-Entwicklungszentrum einzurichten, ist die wachsende Nachfrage nach hochbelastbaren Leichtbauteilen mit thermoplastischer Matrix. Das potentielle Anwendungsspektrum ist äußerst vielfältig. Bedarf wird aus nahezu allen Anwenderbranchen gemeldet, allen voran Fahrzeugbau und Transportwesen sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie. Doch auch Hersteller von Haushalts- und Konsumgütern, Sportartikeln und aus dem Gesundheitswesen sind zunehmend interessiert. Als branchenunabhängige Einrichtung steht das LIPA-Entwicklungszentrum daher interessierten Verarbeitern und Anwendern wie auch Materialherstellern für Versuche (auch mit eigenen Werkzeugen) sowie für Entwicklungsprojekte zur Verfügung.

Leichtbauteile aus thermoplastischen Halbzeugen mit Gewebe- oder Gelegeverstärkungen aus Endlosfasern zeichnen sich durch ihre hohen mechanischen Festigkeiten und ihr gegenüber vergleichbaren Metallbauteilen bis zu 25% geringeres Gewicht aus. Infrage kommen dabei die unterschiedlichsten Fasermaterialien.

Verkürzt dargestellt sieht der Fertigungsablauf so aus, dass zunächst definiert vorgeheizte und deswegen weiche, instabile Gelege oder Gewebezuschnitte (Organobleche) exakt und reproduzierbar im Werkzeug zu positionieren und zu fixieren sind. In Verbindung mit dem Schließvorgang beginnt das Umformen, wobei es darauf ankommt, dass sich das heiße Organoblech seinerseits definiert und beschädigungsfrei verformt. Am Ende des Umformvorgangs ist das Werkzeug geschlossen und es beginnt ein regulärer Spritzgießprozess, um etwa Funktions- oder Verstärkungselemente anzuspritzen.

Problematisch ist bislang allerdings die fehlende Großserientauglichkeit des Fertigungsprozesses. Bei der Verfahrenskombination von Umformen und Spritzgießen müssen die einzelnen Prozessschritte – in erster Linie Aufheizen, Handling, Umformen, Spritzgießen – exakt aufeinander abgestimmt sein. Eine Schlüsselrolle nehmen dabei das Werkzeug sowie das Handlingsystem ein. Hier profitieren die Entwicklungspartner von der mehr als 20jährigen Erfahrung von Kaufmann beim Hinterspritzen und Hinterpressen von biegeschlaffen Materialien wie Textilien oder Folien.

Im Rahmen von Entwicklungspartnerschaften sollen nun branchenunabhängig Anwendungsmöglichkeiten unter Berücksichtigung einer materialgerechten Bauteilauslegung untersucht werden. Im Zuge dessen geht es unter anderem darum, eine optimale Schnittstellenabstimmung zu entwickeln, mit der eine entsprechend umfassende Prozesskontrolle und Prozessdokumentation einhergeht. Letzteres ist besonders im Hinblick auf die Serienproduktion von Strukturbauteilen für den Fahrzeugbau von Bedeutung.

Unter der Federführung der GK Tech-Center AG, die zugleich für Prozessentwicklung und Formenbau verantwortlich ist, sind am LIPA-Projekt aktuell Kooperationspartner aus den Bereichen IR-Strahlungstechnik (Krelus AG, Oberentfelden), Automation und Peripherie (ASE Industrieautomation GmbH, Näfels), Prozessüberwachung und Sensortechnologie (Kistler Instrumente AG, Winterthur) sowie Organoblech- und Materialentwicklung (Quadrant Plastic Composites AG, Lenzburg) beteiligt. Unterstützt wird das Projekt ferner von der Krauss Maffei Technologies GmbH, München, der Kuka Roboter GmbH, Augsburg, sowie für Berechnungen und Material- und Bauteiltests vom Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden.

Weitere Informationen

http://www.gktool.ch

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