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Composites aus einem Werkzeug – das geht!

Messe K 2013: Organoblech-Umformung und Langfaser-Spritzgießen in Kombination
Composites aus einem Werkzeug – das geht!

Die Georg Kaufmann Formenbau AG, Busslingen/Schweiz, hat ein innovatives Werkzeug zur Produktion von serientauglichen Faserverbund-Bauteilen entwickelt und auf der Messe K 2013 vorgestellt. Mit weitreichenden Konsequenzen: Dem Leichtbau erschließt sich eine neue Materialklasse.

Der gesamte Fertigungsablauf war während der K 2013 im Oktober auf dem Arburg-Messestand zu sehen, im Live-Betrieb auf einer Arburg-Spritzgießmaschine „Allrounder 820 S“ mit Servohydraulik.

Produziert wurde ein Demonstrator-Hebel, der in einer vergleichbaren Ausführung zum Beispiel als Schwinge für ein Fahrrad oder als Bestandteil der Sitzstruktur in Pkw eingesetzt werden könnte. Die Entwicklung ist ein Ergebnis des Gemeinschaftsprojektes Lipa (Lightweight Integrated Process Application), an dem mehr als zehn Partner aus Industrie und Wissenschaft beteiligt waren – s. dazu auch das Titelthema ab Seite 40.
In dem Werkzeug von Georg Kaufmann werden vorgewärmte Zuschnitte aus Tepex-Organoblech, also aus gewebeverstärktem Thermoplast, umgeformt und mit Hilfe des von Arburg, Loßburg, entwickelten Langfaser-Direktspritzgießens mit Verrippung, Lageraugen und weiteren Funktionselementen versehen. Auf diese Weise entsteht ein Leichtbauteil mit hoher Festigkeit und Steifigkeit.
Für die Fertigung des Demonstrator-Hebels werden zwei unterschiedlich dicke Organoblech-Zuschnitte zyklusoptimiert und materialschonend auf Umformtemperatur aufgeheizt. Ein Handhabungsgerät mit Vakuumgreifern übergibt die Zuschnitte beschädigungsfrei und mit minimiertem Zeitbedarf in das Werkzeug. Dort werden die beiden ebenen Organoblech-Zuschnitte zu einem W-förmigen Profil umgeformt, um die Hebel-Steifigkeit zu erhöhen, und zugleich durch flächiges und formschlüssiges Verpressen stabil miteinander verbunden.
Anschließend werden Versteifungsrippen und eine Berandung aus Langglasfaser-verstärktem Kunststoff auf das Organoblech aufgespritzt. Weil die Temperatur des Organoblechs nur wenig unterhalb der Schmelztemperatur des Basiskunststoffs ist, ist eine chemisch einwandfreie Verbindung sichergestellt. Aus demselben Grund ist es auch möglich, Elemente (zum Beispiel Schraubdome) durch das Organoblech hindurch anzuspritzen, ohne Schäden an der Faserstruktur des Bauteils zu verursachen. Um das Bauteil in einem nachgelagerten Schritt mit einem weiteren verbinden zu können, wird der Demonstrator im Werkzeug mit einem Durchbruch versehen, ohne die Faserstruktur zu schädigen.
Mit der Herstellung des Demonstrators zeigen die Projektpartner nicht nur, dass sich leichte Composites prozesssicher und in Großserie herstellen lassen. Sie demonstrieren auch eine Reihe von Innovationen, die für die Wirtschaftlichkeit ebenso wie für die Funktionalität der Teile entscheidend sind:
  • Erhöhung des Leichtbaufaktors durch lokalen Einsatz unterschiedlich dicker Organobleche gemäß der Lastverteilung im Bauteil
  • Stabile Verbindung der Organoblech-Zuschnitte durch flächige und formschlüssige Verpressung
  • Einbringen von Durchbrüchen in das Organoblech ohne Schädigung der Faserstruktur
  • Einbetten der offenen Fasern an den Organoblech-Schnittkanten in eine umlaufend aufgespritzte Berandung
  • Reduzierte Aufheiztemperaturen des Organoblechs durch minimalen Temperaturverlust im Verarbeitungsprozess
  • Flexible Materialkombinationen beim Langfaser-Direktspritzgießen durch einstellbare Faserlängen und -anteile
  • Signifikanter Kostenvorteil beim Langfaser-Direktspritzgießen durch kostengünstigere Ausgangsstoffe
An dem Projekt beteiligt waren neben Georg Kaufmann und Arburg auch die Firmen Bond Laminates, FPT Robotik, HRS, Kistler, Krelus Infrared, Lanxess sowie aus dem wissenschaftlichen Bereich das ILK mit der LZS GmbH und die SKZ-KFE gGmbH. os
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