Spritzgießen und 3D-Druck

Effizienz und Ressourcenschonung im Automobilbau

Die Faserverstärkung von Kunststoffen ist im Automobilbau ein elementares Verfahren, um Bauteileigenschaften gezielt in Richtung Leichtbau zu modifizieren. Entwicklungsziele sind Kostenreduktion durch Substitution von Metall und Ersatz technischer Kunststoffe wie Polyamid durch Polypropylen, Verbesserung von CO2-Fußabdruck, Rezyklierbarkeit und Energiebedarf und damit die Steigerung der Produktionseffizienz. Leichtbau bietet ein hohes Potenzial in Sachen Ressourcenschonung und Circular Economy.

Innovativer Leichtbau: Arburg hat mit dem Kunststoffzentrum SKZ das Spritzgießverfahren Faser-Direkt-Compoundieren (FDC) entwickelt. Faserlänge und Faseranteil lassen sich bei der prozessintegrierten Werkstoffaufbereitung individuell einstellen. © Arburg

Das in Zusammenarbeit von Arburg und Kunststoffzentrum SKZ in Würzburg entwickelte Faser-Direkt-Compoundieren (FDC) zeichnet sich laut Unternehmen durch hohe Verfügbarkeit der Materialien und um bis zu 40 Prozent geringere Kosten im Vergleich zu speziellen Langfasergranulaten aus. Die FDC-Einheit an der Spritzeinheit umfasst eine Seitenbeschickung mit integrierter Schneidvorrichtung, einen angepassten Zylinder und eine spezielle Schneckengeometrie. Die Glasfasern werden als Rovings bereitgestellt, inline zugeschnitten und direkt der flüssigen Schmelze zugeführt. Zudem lassen sich Materialien flexibel kombinieren, Faserlänge und Faseranteil individuell einstellen und damit die Bauteileigenschaften gezielt beeinflussen.

Arburg ist darüber hinaus an Forschungsaktivitäten beteiligt, zum Beispiel zur wirtschaftlichen Produktion hybrider Faserverbund-Bauteile im Projekt Mopahyb (modulare Produktionsanlage zur Herstellung hochbelastbarer Hybridbauteile). Hier hat Arburg mit dem Fraunhofer ICT ein Bolt-on-Langfaser-Spritzaggregat mit integriertem Faser-Direkt-Compoundieren (FDC) realisiert und an einer vertikalen 36 000-Kilonewton-Presse von Dieffenbacher eingesetzt. Mit einer Sitzschale für das Pkw-Interieur wurde gezeigt, wie sich damit bisher nicht fertigbare Bauteildimensionen realisieren lassen.

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Leichtbauprojekt MoPaHyb: Die Fertigung einer Sitzschale für das Pkw-Interieur ist ein Beispiel für die wirtschaftliche Produktion hybrider Faserverbund-Bauteile. © Arburg

Hightech-Leichtbau-Systemlösungen in Multi-Material-Design für E-Fahrzeuge der Zukunft hat Forel zum Ziel. Im Rahmen dieser national übergreifenden offenen Plattform hat Arburg zwei Forschungsprojekte gemeinsam mit der Technischen Universität Dresden realisiert Zum einen geht es um die integrale Fertigung hybrider Sandwich-Strukturen im Partikelschaum-Verbundspritzgießen im Projekt Sampa. Entwickelt wurde eine Fahrzeug-Seitentür mit geschäumten und umspritzten Bauteilen. Dabei wurde eine neue Prozesskette zur kombinierten Verarbeitung von Kunststoffen in Partikelschäumen und Spritzgießen entwickelt. Im zweiten Projekt – ausgezeichnet mit dem AVK-Innovationspreis und dem Materialica-Award in Gold – wurde das Faserverbund-Baukastensystem des Projekts Fupro, bei dem Organobleche, Faserverbund-Hohlprofile und Spritzgießformmasse zu hochintegrativen Mehrkomponentenstrukturen zusammengefasst werden. Dazu gehört die dafür entwickelte hochautomatisierte Prozesskette. Das Beispiel einer Pkw-Rückenlehne zeigt das Potenzial dieser Leichtbaulösung für E-Fahrzeuge auf. Eingesetzt wurde dafür eine Spritzgießmaschine des Typs Allrounder 920 S mit FDC-Ausstattung. Zudem nutzte Arburg an der Umsetzung eine neue Greifertechnologie.

Bei Prolemo (Produktionstechnologien für effiziente Leichtbau-motoren) wurde eine Produktionsumgebung für Leichtbaumotoren entwickelt. Arburg und weitere Partner bildeten die gesamte Wertschöpfungskette zur Fertigung von Elektroantrieben ab. Forschungspartner dieses Projekts waren die Karlsruher Institute für Produktionstechnik (wbk) und Fahrzeugsystemtechnik (Fast).

Leichtbauprojekt Fupro: Für die automatisierte Herstellung des Demonstrators „Rückenlehne“ entwickelte Arburg eine spezielle Greifertechnologie für die Handhabung der Organobleche. © Arburg

Additiv gefertigte Leichtbauteile
Ergänzend zu Spritzgießexponaten hat Arburg zur PIAE Europe 2020 eine Auswahl an Funktionsbauteilen angekündigt, die der Freeformer im Arburg Kunststoff-Freiformen (AKF) produziert. Bei gleichbleibenden Parametern können, so das Unternehmen, mit dem offenen System der Füllgrad des Bauteils gezielt verändert und damit die mechanischen Eigenschaften variiert werden. Auch innerhalb eines Bauteils lassen sich verschiedene Materialdichten realisieren, was am Beispiel eines Testkörpers mit Wabenstruktur zu sehen ist. Der Freeformer eigne sich zudem für die wirtschaftliche additive Fertigung von Automationskomponenten und Betriebsmitteln in kleinen Stückzahlen. So wurden zum Beispiel für das Fupro-Projekt Elemente des Greifers im AKF-Verfahren produziert.

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