Projektpartnerschaft "Serientauglicher Faserverbund-Leichtbau" gegründet

Leichtbauprojekt geht in die Offensive

Mit dem Ziel, das kombinierte Umformen und Hinterspritzen von Organoblechen für die Herstellung von Faserverbund-Leichtbauteilen mit thermoplastischer Matrix zur Serienreife weiter zu entwickeln, wurde das Lipa-Projekt gestartet. Namhafte Kooperationspartner bringen umfangreiche Erfahrungen und Technologien ein, um schnell zu konkreten Ergebnissen zu kommen.

Ins Leben gerufen das Lipa-Projekt, das Akronym steht für Lightweight Integrated Process Application die Georg Kaufmann Tech-Center. Damit steht das vorrangige im Namen: 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. Die komplexen Zusammenhänge und Abhängigkeiten bedingen nach wie vor hohen Entwicklungsbedarf, den ein einzelnes Unternehmen kaum ein Unternehmen 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 gemeinsam mit den Kooperationspartnern ASE Industrieautomation, Kistler Instrumente, Krelus und der Quadrant Plastic Composites in Busslingen eine speziell konzipierte, flexible Fertigungszelle errichtet. Unterstützt wird das Projekt zudem von Krauss Maffei Technologies, Kuka Roboter und dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden.
Zur Kernausstattung der Fertigungszelle gehören neben einer Spritzgießmaschine mit größeren Aufspannplatten (1920 x 1980 Millimeter) und 4200 Kilonewton Schließkraft eine Infrarot-Heizstation (Heizfeld 1500 x 1250 Millimeter) sowie ein 6-Achsroboter mit einem maximal 90 Kilogramm Traglast. Abhängig vom jeweiligen Entwicklungsprojekt lässt sich die Fertigungszelle modifizieren und erweitern, beispielsweise durch bauteilspezifische Greifersysteme. Zur Ausstattung gehört außerdem eine umfangreiche Sensorik zur Erfassung der Prozessparameter.

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Zentrum für eigene Entwicklungen nutzen

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.

Hintergrund für die Entscheidung, ein unabhängiges Leichtbau-Entwicklungszentrum einzurichten, sei 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 Prozent geringeres Gewicht aus. Infrage kommen unterschiedlichste 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 sei 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 sollen die Entwicklungspartner von der mehr als 20jährigen Erfahrung von Kaufmann beim Hinterspritzen und Hinterpressen von biegeschlaffen Materialien wie Textilien oder Folien profitieren.

Verfahrens- und materialgerechte Bauteilauslegung

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.

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