Organobleche erobern neue Einsatzbereiche

Kunststoffe mit einer Verstärkung durch Glas- oder Kohlenstofffasern gelten als Hoffnungsträger der Automobilindustrie, die immer sparsamere Fahrzeuge auf die Straße bringen soll. Doch die Kosten für GFK- und CFK-Produkte sind weiterhin hoch. Deshalb experimentieren Unternehmen mit Kunststoff- und Textilmischungen wie Organoblechen.

„Mit Bio haben diese Kompositmaterialien genauso wenig zu tun wie mit Blech“, sagt Andreas Kellermann vom Kunststoffverarbeiter Pöppelmann. „Organo heißen sie wegen der organischen Matrix, einem thermoplastischen Kunststoff. Der zweite Namensteil weist auf ihren Einsatz als Substituent für Metallbleche hin.“ Der Verkaufsleiter wirbt für das Material, mit dessen Einsatz sich das Unternehmen eine gewisse Alleinstellung auf dem Zuliefermarkt erarbeiten will. Man sei einer der wenigen Anbieter, der Organobleche bereits für Serienfahrzeuge zuliefere.

„Im Prinzip sind Organobleche Verbundwerkstoffe, bei denen ein Gewebe, Gestrick oder Gelege – aus Glasfaser, Kohlenstoff oder Aramid – in eine thermoplastische Kunststoffschicht aus Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP) eingebettet wird“, erklärt Kellermann. Für die Verarbeitung gibt es zwei Wege. Beim warmen Einlegen wird das als zugeschnittene Platte angelieferte „Blech“ in einem einzigen Zug aufgewärmt, in die gewünschte Form gebracht und angespritzt, letzteres in einem Verfahren, das dem herkömmlichen Spitzguss ähnelt. Dabei muss die thermoplastische Matrix mit dem Material der angespritzten Funktionselemente harmonieren. Die Kunst ist es, diesen komplexen Vorgang vollautomatisch und prozesssicher umzusetzen.

Die zweite Verarbeitungsmethode für Organobleche ist das kalte Einlegen. Dabei wird das Material vorab umgeformt und erst dann kalt in die Spritzgussmaschine eingelegt und angespritzt. „Kalt oder warm: Das entscheiden die Anforderungen des Kunden und das Material zum Anspritzen“, sagt Kellermann. Mit den aktuellen Spritzgussmaschinen kann das Familienunternehmen bis zu einem Quadratmeter große „Bleche“ verarbeiten. Denkbar sind aber auch größere Produkte.

Im Vergleich zu herkömmlichen Metallkonstruktionen verringern Organobleche durch ihre geringe Dichte das Bauteil-gewicht um bis zu 50 %. Dabei können sie durch die Gewebe-, Gelege- oder Gestrick-struktur für die jeweils gewünschte Festigkeit ausgelegt und damit sogar Crashtest-tauglich gemacht werden.

Ein großer Vorteil ist die Möglichkeit, die Funktionselemente direkt an das Organoblech anzuspritzen und damit die Zahl der Fertigungsschritte im Vergleich zur Metallverarbeitung zu verringern. „Das wiegt die höheren Kosten für den Verbundwerkstoff mindestens auf, wobei der Vorteil für Autofahrer und Flottenbetreiber durch geringeren Verbrauch noch unberücksichtigt ist“, sagt Kellermann.

Sein Unternehmen wirbt offensiv mit dem Leichtbaupotenzial umspritzter „Bleche“, gerade für die Autoindustrie. Ein Beispiel ist eine leichte Sitzschale: leichter und günstiger als ihr Vorgänger aus Stahlblech, realisiert in Zusammenarbeit mit Maschinenhersteller und Organoblechlieferant.

Auch der Steuergeräteträger löste einen Vorgänger aus Metall ab. Auslegung und Berechnung des Organoblechs erfolgten durch den Organoblechhersteller, während Pöppelmann Konstruktion, Werkzeugaus-legung und Auswahl des Polymers fürs Anspritzen übernahm. „Der Träger mit integrierten Clip- und Rastfunktionen ist nun um die Hälfte leichter“, sagt Kellermann.

Der Wunsch nach optimierten Prozessabläufen stand auch Pate bei der Entwicklung eines Saugaufsatzes für Industrieroboter, der im Verbundforschungsprojekt HyPro unter Beteiligung der Firmen Schunk aus Lauffen/N. und J. Schmalz aus Glatten sowie des WBK Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickelt wurde. „Transportprozesse sind vergeudete Zeit, die wir besser nutzen wollen“, erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter des WBK, Fabian Ballier, den Ansatz. Dabei hatten die Beteiligten zunächst trockene Gewebe ohne Matrix im Blick, die beim Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) verwendet werden.

Hierbei wird ein Flächengewebe aus Glas- oder Kohlenstofffasern in einem Vorformungsprozess (Preforming) in eine dreidimensionale Form gebracht. Die Kunststoffschicht, welche die Fasern später umgibt, kommt erst im nächsten Schritt hinzu, dem eigentlichen Infiltrationsprozess. „Dabei handelt es sich im Gegensatz zu Organoblechen um einen Duromer und keinen Thermoplast“, erklärt Fabian Ballier. „Die Idee war nun, das Vorformen während des Transportes zur Infiltration zu erledigen und auf diese Weise einen kompletten Produktionsschritt samt Maschine überflüssig zu machen.“

Der Name „Drapiergreifer“ erinnert dabei an den Tuchmacher, der im Französischen „drapier“ heißt, aber auch daran, dass Saugen eine Form des Greifens darstellt: Der Drapiergreifer bringt also Textilien in Form. Dafür erhielt der Prototyp zehn hexagonale Greifer, sogenannte Pixel, mit einem Umkreisdurchmesser von jeweils 75 mm, die durch Heben und Senken in der Z-Achse auf das Textilgewebe einwirken. „Dadurch sind wir momentan auf bestimmte Formen begrenzt“, sagt Ingenieur Ballier. „Der entwickelte Prototyp soll aber vor allem die Möglichkeiten dieser Technologie aufzeigen.“

In der Perspektive bietet sich damit auch die Bearbeitung von Organoblechen an. Denn jeder Greifer lässt sich durch ein eingebautes Heizsystem in den Pixeln auf die notwendige Temperatur bringen, um die thermoplastische Matrix des Organoblechs zu verformen. „Es ist somit generell denkbar, den Greifer auch für Organobleche anzuwenden“, sagt er.

Oliver Züchner, Journalist in Hannover

Weiterhin steigende Besucherzahlen erwartet die Deutsche Messe AG für die Industrial Supply, die Leitmesse der Zuliefertechnik im Rahmen der Hannover Messe 2017. Im vergangenen Jahr hatte die branchenübergreifende Schau 92 000 Besucher angelockt. „In diesem Jahr integrieren wir mit der Surface Technology Area das gesamte Spektrum der Oberflächentechnik in die Leitmesse“, erklärt Olaf Daebler, bei der Hannover Messe zuständig für die Bereiche Zulieferung und Oberflächentechnik. „Zudem bündeln wir verschiedene Veranstaltungsformate im zentralen Industrial-Supply-Forum.“ Das Vortrags- und Diskussionsprogramm wird so breit gefächert sein wie die gesamte Zuliefermesse, die in den Hallen 4 bis 6 Zulieferlösungen aus der ganzen Welt der Materialien und Verfahren präsentiert. Das Spektrum reicht von Leichtbau, Keramik und CFK über Massivumformung und Guss bis hin zu Fügetechnik, Gummi und Keramik. Pöppelmann ist zweimal auf der Messe vertreten, in Halle 6, Stand B18, mit dem Thema Gewichtsreduzierung durch Organobleche.