Leichtbau

Insert Moulding, Einlegetechnik und Hinterspritzen von UD-Tapes

Leichter, funktioneller, dekorativer – diese Ansprüche standen offensichtlich Pate bei der Konfiguration einer Fertigungszelle um eine Spritzgießmaschine, die während der Fakuma gezeigt wurde.

Im Insert Moulding dekorierter und mit UD-Tapes zielgerichtet verstärkter Leichtbau-Nussknacker, der bei besserer Funktionalität 35 Prozent weniger wiegt als sein Vorgänger, hergestellt in einem integrierten Prozess. (Bild: HBW-Gubesch)

Als verfahrenstechnische Weltneuheit wurde ein im Insert Moulding dekorierter und mit UD-Tapes zielgerichtet verstärkter Leichtbau-Nussknacker präsentiert, der bei besserer Funktionalität 35 Prozent weniger wiege als sein Vorgänger. Er diente als Demonstrationsobjekt für Leichtbau und Dekorationsoptionen, wie sie semistrukturelle Sichtteile beispielsweise im Fahrzeug erfordern. Realisiert wurde die Applikation von Sumitomo (SHI) Demag und mehreren Systempartnern, darunter Automatisierer MAI, Dekorfolienhersteller Leonhard Kurz und Verarbeiter HBW-Gubesch.

Die bereits 2014 gezeigte Leichtbau-Fertigungszelle wurde in diesem Projekt weiterentwickelt: Statt des Organoblechs verstärkt nun ein dreilagiges UD-Tape den live hergestellten Nussknacker. Das 2014 als reine Logogravur auf der Werkzeugoberfläche ausgeführte Dekor besteht jetzt aus einer 0,5 Millimeter dünnen Dekorfolie. Die größte Wanddicke der aus PP-GF30 (Typ Fibremod von Borealis) spritzgegossenen Rippenstruktur wurde von 4 auf 3 Millimeter reduziert. Die Verzahnung, die zuvor mit Metalleinlegern realisiert wurde, ist im aktuellen Exponat als Wellenkontur in die Hinterspritzung integriert. Gegenüber der Vorjahresversion sei das Produkt um 35 Prozent leichter und wiege nun 92 statt 142 Gramm – bei verbesserter Funktionalität.

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Die verstärkenden UD-Tapes Celstran CFR-TP PPGF70-013 von Celanese enthalten unidirektional („UD“) ausgerichtete Endlosglasfasern und bieten in Faserrichtung eine stark erhöhte Zugfestigkeit. So können Kunststoffverarbeiter ihre Bauteile durch definierte Platzierung eines oder mehrerer UD-Tapes beanspruchungsgerecht verstärken. Dies ist ein Vorteil gegenüber Organoblechen, die zumeist Fasergewebe mit 90 Grad-Winkel-Anordnung enthalten und nur eine isotrope Verstärkung ermöglichen. UD-Tapes bieten bei gleicher Dicke der Fasern in Zugrichtung eine größere Zugfestigkeit als Organobleche oder bei gleicher Zugfestigkeit eine geringere Dicke und entsprechend weniger Gewicht. Im aktuellen Exponat bietet ein Paket aus drei dünnen UD-Tapes bei gleicher Gesamtdicke eine gezieltere Verstärkung.

Als weiteres Highlight des Exponates wurde das neu entwickelte beheizte Greifersystem, ein sogenanntes Hot-Handling hervorgehoben. Mit diesem System wird der Aufwärmprozess der Tapes bis zum direkten Einlegen in das Werkzeug geregelt und kontrolliert. Das Ergebnis sei eine schonendere Temperaturführung und die Möglichkeit, die Prozesszeit zu verkürzen. Dank der Kombination mit Dekorfolien entstehen Produkte, die auch im Sichtbereich von Fahrzeugen eingesetzt werden können.

Weitere wichtige Elemente der Fertigungszelle sind eine Spritzgießmaschine Systec Servo 210, ein 6-Achsen-Roboter von Yaskawa mit Greifersystem und dem beschriebenen Hot-Handling für die UD-Tapes, Entnahmestationen für die Metalleinleger und die Dekorfolien, eine Heiz- und Entnahmestation für die UD-Tapes, eine Schneidstation zur Angussabtrennung sowie eine Nietstation zur Verbindung der beiden Hälften des Artikels. Der Entnahme- und Einlegegreifer am Roboterkopf nimmt das Folieninsert, die Einlegeteile und das UD-Tape auf und fährt in das geöffnete Werkzeug. Dort entnimmt er zunächst das fertige Bauteil aus der Kavität und positioniert nacheinander den Folieninsert, den UD-Zuschnitt und die Metall-Einleger in der Kavität, bevor das Werkzeug wieder schließt und das Hinterspritzen startet.

Als effizienzsteigernder Baustein integriere Activeremote die gesamte Roboter- und Peripherietechnik in die NC5 Plus-Steuerung der Spritzgießmaschine. Er erfasse, verarbeite und visualisiere Produktions- und Prozessdaten auch bei komplexen Automatisierungsaufgaben. Über Virtual Network Computing (VNC) sind hier die verschiedensten Partnersysteme integriert. Diese Technologie ermögliche die Einbindung jeglicher Full-Touch-Screen-Geräte in die Bedienoberfläche sowie deren Steuerung. Störungen im Produktionsablauf macht die NC5 plus-Steuerung sichtbar, sie lassen sich damit schnell beheben.

Der energiesparende Antrieb Activedrive in der Systec Servo kombiniert einen frequenzgeregelten Hochleistungsmotor mit einer Hydraulikpumpe. Er stellt nur so viel Leistung bereit, wie die jeweilige Zyklussequenz benötigt, ermöglicht parallele Bewegungen mit nur einer Hydraulikpumpe, reduziert die Geräuschemissionen und bietet, so der Hersteller, ein günstiges Preis/Leistungs-Verhältnis. Das Ergebnis seien Energieeinsparungen bis 50 Prozent gegenüber der Standardhydraulik, vor allem bei Teillast und im Leerlauf. Das System ist im Standardlieferumfang der Baureihe enthalten. Für frühere Systec-Maschinen ist der Baustein als Retrofit erhältlich. Darüber hinaus enthielt die am Messestand gezeigte Systec Servo 210 das serienmäßige Kühl- und Filtersystem zur Sicherstellung hoher Ölqualität über lange Ölstandzeiten sowie das neue Achsregelsystem Activemotioncontrol. Es soll höhere Produktionsqualität und Reproduzierbarkeit von Formteilen bieten sowie die einzigartigen Möglichkeit, Parallelbewegungen der Maschine aus einem Hydraulikkreis heraus zu fahren.

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