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Leichtbau für die Automobilindustrie

Kostengünstiger SpritzgießenVirtuell optimierte Kühlkanäle

Oben: Konventionelles Kühllayout und die resultierende Temperaturverteilung im Werkzeug. Unten: Konturnahe Kühlung (mit freundlicher Genehmigung durch IPC) und die verbesserte Temperaturverteilung. (Bild: Sigma)

Die thermische Auslegung des Werkzeugs geschieht optimalerweise bereits während der Designphase des Bauteils, um die Einflüsse der Lage und Größe der Kühlkanäle auf die Verformung und Erstarrung des Bauteils zu verstehen. 

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Leichtbau für die AutomobilindustrieHybride Tapes schneller und präziser legen in der Serie

Die neue Generation einer Tapelegeanlage soll die Legegeschwindigkeit um den Faktor 3,5 erhöhen – und damit das Verfahren reif machen für die Großserie in der Automobilindustrie.

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Pro Sekunde werden bis zu zwei Tapes nach einem definierten Muster gelegt. (Bilder: Dieffenbacher)

Mit der Anlage namens Fiberforge 4.0 werden nach Angaben von Dieffenbacher die Voraussetzungen geschaffen, Leichtbauteile wirtschaftlicher herzustellen. Der Automobilindustrie biete das die Möglichkeit, Bauteile aus faserverstärkten Tapes auch in der Großserie für die unteren bis oberen Marktsegmente des Automobilbaus einzusetzen, etwa bei Sitzschalen und Türmodulen. Bauteile aus unidirektionalen thermoplastischen Tapes seien bei gleichem Gewicht stoßfester und schlagzäher als konventionelle carbonfaserverstärkte Bauteile (CfK).

Zusammen mit vor- und nachgelagerten Anlagenbestandteilen, wie Handlingroboter, Konsolidierungsstation und Umformpresse, sollen sich dank kurzer Zykluszeiten mit nur einer Linie über eine Million Teile pro Jahr fertigen lassen. Als Systemlieferant dieser Produktionslinie könne Dieffenbacher einen reibungslosen Prozess und hohe Anlagenverfügbarkeiten garantieren.

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Schneller Zyklus und hohe Flexibilität

Die Anlage kann nach definierten Mustern handhabbare Gelege aus Tapehalbzeugen herstellen. Diese Tapes bestehen aus Glas- oder Carbonfasern in einer thermoplastischen Matrix. In der Anlage werden sie auf vorkonfektionierten Spulen eingesetzt. Vier solcher Spulen kann die Anlage aufnehmen, dadurch werde eine Mischung verschiedener Materialien in einem Tapegelege möglich. Somit sind auch hybride Gelege in einem Zyklus herstellbar. Zusätzlich kann das Legen unterschiedlich breiter und dicker Tapes realisiert werden. Innerhalb eines Legezyklus – dieser dauere nur eine Sekunde – lassen sich gleichzeitig bis zu zwei Tapes legen. Pro Zyklus kann ein Tape bis zu zwei Meter lang sein. Innerhalb dieser Zeit ist es möglich, zwei Tapes zu fertigen, beispielsweise 2 x 500 Millimeter oder 1 x 100 Millimeter und 1 x 600 Millimeter. Um die präzise Legeposition zu sichern, werden direkt beim Ablegen der Tapes die Lagen per Ultraschall-Punktschweißen fixiert. Somit ist es möglich, unterschiedliche Dicken innerhalb eines Bauteils zu realisieren. Mit dieser generativen Fertigungsmethode sind also Bauteile mit beliebigem Schicht- und Höhenaufbau realisierbar.

Sichere Produktion mit automatischem Wechselsystem

Innerhalb der Serienfertigung, gerade in der Automobilindustrie, ist eine unterbrechungsfreie Produktion essenziell. Daher fassen die Großspulen jeweils bis zu 65 Kilogramm Material. Die Anlage verfügt darüber hinaus über ein automatisches Spulenwechselsystem, das keinen Bedienereingriff erfordert.

Mit einem neuen Winkelschnittsystem können Anfang und Ende des Tapes sowohl quer als auch in einem Winkel von ±45 Grad geschnitten werden. So lässt sich das Tape bauteilkonturnah und passgenau schneiden. Das erlaubt einen optimierten Materialeinsatz und reduzierten Verschnitt.

Mehr Möglichkeiten durch Gesamtanlagenkonzept

Ist das Tapegelege fertiggestellt, nimmt es ein Roboter vom Tisch und legt es auf der Übergabestation ab. In einem zweistufigen Prozess folgt die Konsolidierung (vollflächiges Verschweißen des Geleges) der Tapestruktur zum Tailored Blank. Dieses wird anschließend auf Schmelztemperatur erwärmt und im Formwerkzeug zum fertigen Bauteil verpresst. In diesem Thermoforming-Prozess erhält das Bauteil die gewünschte 3D-Form. Die einzelnen Produktionsstufen sind aufeinander abgestimmt, da die Fiberforge 4.0 in das Gesamtsystem vor- und nachgelagerter Komponenten von Dieffenbacher integriert ist.

Die Anlage kann mit dem Langfaser Thermoplast Fließpressen (LFT) kombiniert werden. Mit diesem Gesamtanlagenkonzept entsteht hohe Flexibilität in der Gestaltung der Bauteile. Es lassen sich verschiedene Materialkombinationen auf nur einer Anlage herstellen: reine Fasertape-Bauteile oder LFT mit lokalen Endlosfaserverstärkungen. So können die verschiedensten Anforderungen an ein Bauteil großserientauglich und effizient realisiert werden.

K 2016, Halle 14, Stand A02

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