25.10.2013

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Arburg: Langfaser-Direktspritzgießen mit Organoblech

Substitution von Metallen durch Kunststoffe für Leichtbau sind die Stichworte beim Einsatz von glasfaserverstärkten Kunststoffen. Das Langfaser-Direktspritzgießen, bei dem bis zu 50 Millimeter lange Fasern direkt in die flüssige Schmelze zugeführt werden, soll Verarbeitern eine hohe Flexibilität und einen signifikanten Kostenvorteil bieten. Auf der K 2013 wurde das neue Verfahren in Kombination mit dem Umspritzen eines endlos­faser­verstärkt­en Thermoplast-Einlegers (Organoblech) vorgestellt.

Glasfaserverstärkte Kunststoffe werden vor allem dort verwendet, wo hohe Kräfte auf Bauteile wirken, z.B. im Automobilbereich. Zudem lassen sich mit ihnen vergleichsweise leichte Spritzteile herstellen und dünnere Wandstärken bei gleicher Festigkeit realisieren. Je länger die eingelagerten Fasern sind, desto besser werden die mechanischen Bauteil-Eigenschaften. Wie solche vergleichsweise lange Füllfasern mittels Langfaser-Direktspritzgießen serientauglich zu verarbeiten sind, demonstrierte Arburg auf der K 2013 mit einem energieoptimierten hydraulischen Allrounder 820 S in Kombination mit dem Umspritzen eines gewebeverstärkten Thermoplast-Einlegers (Tepex-Organoblech).

Zusatz für mehr Steifigkeit: Organoblech als Einleger
Partner bei dieser Anwendung im Rahmen des Gemeinschaftsprojekts LIPA (Lightweight Integrated Process Application) waren die Firmen Georg Kaufmann Formenbau AG und fpt Robotik. Produziert wurden hochfeste und stabile Composite-Bauteile, die bei einer Länge von über 500 Millimetern 200 Gramm wiegen. Bei der Messeanwendung nimmt ein Sechs-Achs-Roboter zwei unterschiedlich dicke Tepex-Organobleche aus dem Magazin auf. Die ebenen Einleger werden in neuer Technik im Greifersystem prozesssicher und materialschonend aufgewärmt und bei genauer Umformtemperatur an das LIPA-Werkzeug übergeben. In einer Zykluszeit von rund 40 Sekunden sollen dort gleichzeitig das Umformen der vorgewärmten Zuschnitte zu einem W-förmigen Profil sowie das Anspritzen von Funktions- und Versteifungselementen wie z. B. Randbereiche, Lageraugen und Rippenstrukturen erfolgen. Weil die Temperatur des Organoblechs höher sei als die Schmelztemperatur des Basiskunststoffs, werde eine mechanisch einwandfreie Verbindung sichergestellt. Um das Bauteil in einem nachgelagerten Schritt mit einem weiteren verbinden zu können, wird im Werkzeug eine Durchgangsbohrung in das Gewebe eingebracht, ohne die Faserstruktur zu schädigen.

Das Beispiel des produzierten Hebels, der ähnlich z.B. als Schwinge für ein Fahrrad oder in Pkws als Bestandteil der Sitzstruktur eingesetzt werden könnte, soll veranschaulichen, wie sich durch die Kombination von Organoblech und Langfaser-Direktspritzgießen Leichtbauteile mit hoher Funktionsintegration und kurzen Zykluszeiten fertigen lassen.

Das Langfaser-Direktspritzgießen für Maschinen mit Schließkräften bis 4.000 kN ermöglicht laut Arburg erstmals, bis zu 50 Millimeter lange Fasern über eine Seitenbeschickung an der Spritzeinheit direkt in die flüssige Schmelze zuzuführen und dort homogen zu verteilen. Faserlänge, Faseranteil und die Materialkombination lassen demnach sich individuell programmiert einstellen. Das neue Verfahren biete für den Verarbeiter eine hohe Flexibilität und Qualität sowie die Möglichkeit, eigenes Know-how zu erarbeiten. Hinzu komme ein signifikanter Kostenvorteil, da die Ausgangsstoffe Kunststoff und Glasfaserroving günstiger seien als fertige Langfasergranulate.

Organobleche kombinieren gezielt zwei oder mehrere Materialien miteinander, wobei sich deren Eigenschaften potenzieren. Die Endlosfasern - im Allgemeinen Glas, Carbon oder Aramid in Gewebe- oder Gelegeform - erhöhen die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Steifigkeit. Der Matrixwerkstoff ist im Verbund für die Kraftübertragung zwischen den Fasern verantwortlich und schützt die Verstärkungsstruktur vor Ausknicken und Umwelteinflüssen.

Energieoptimierter Allrounder 820 S
Der hydraulische Allrounder 820 S arbeitet mit Servohydraulik. Dieses Antriebskonzept, das laut Hersteller einen besonders energieeffizienten und emissionsarmen Betrieb erlaubt, wird ab der K 2013 für alle hydraulischen Allrounder der Baureihe S zur Verfügung stehen. Es besteht aus einem drehzahlgeregelten Servomotor mit Konstantpumpe. Die Leistung passt sich den Angaben zufolge so stufenlos an den jeweiligen Bedarf an. Im Vergleich zu hydraulischen Standardmaschinen mit zwei Regelpumpen spare die Servohydraulik bis zu 50 Prozent Energie, vor allem bei Prozessen mit langen Kühlzeiten. Gleichzeitig sollen sich Kühlenergiebedarf, Abwärme und Geräuschpegel deutlich reduzieren. Die energiesparende Antriebsalternative zeichne sich zudem durch ein attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis aus.

Hochfeste Verbundbauteile haben Leichtbau-Zukunft
Das direkte Spritzgießen längerer Glasfasern in verstärkten Kunststoffen sei bislang aufgrund der Limitierungen bei Materialaufbereitung und Dosierung bzw. der Granulatform problematisch gewesen. Die Lösung werde mit dem "Langfaser-Direktspritzgießen" jetzt möglich. Damit sollen sich in Zukunft hochfeste Bauteile wie etwa Gehäuse für Beifahrer-Airbags, Gangschalthebel oder Batterieträger einfacher, sicherer und produktionseffizienter in Serie fertigen lassen. Zukunftsweisend seien auch geplante Versuche mit Naturfasern sowie das auf der K 2013 präsentierte kombinierte Einlegen, Umformen und Fertigspritzen von Organoblechen zu hochfesten faserverstärkten Verbundbauteilen.

Weitere Informationen: www.arburg.com

K 2013, 16.-23.10.2013, Düsseldorf

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