27.02.2014

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IKV: Innovative Spaltimprägnieranlage zur Verarbeitung duroplastischer Faserverstärkter Kunststoffe - CFK-Motorhaube in Intregralbauweise

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) gewinnen im Bereich der Mobilität immer mehr an Bedeutung. In der Luftfahrt, im Transportwesen und im Automobilbereich wird an innovativen Lösungen gearbeitet, um kosteneffizient und auch ressourcenschonend FVK-Bauteile zu produzieren. Die Begrenzung des CO2-Flottenausstoßes von Neuwagen ab dem Jahre 2020 auf 95 g/km rückt FVK noch mehr in den Fokus der Automobilindustrie. Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) wurde in Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie eine CFK-Motorhaube in Integralbauweise gefertigt. Nun wurde eine neuartige Spaltimprägnieranlagentechnik für die vollautomatisierte Herstellung der CFK-Motorhaube zusammen mit der Breyer GmbH Maschinenfabrik, Singen, und Hille Engineering GmbH & Co. KG, Roetgen, entwickelt und im IKV-Technikum aufgebaut.

Die Anlagentechnik besteht aus einem Maschinengestell, zwei verfahrbaren Formenträgern, zwei Werkzeughälften mit einem Werkzeugrahmen und einer Bedieneinheit. Der eine Formenträger ermöglicht eine Schnellverfahrgeschwindigkeit von bis zu 50 mm/s. Der Öffnungshub der Anlage beträgt 1,2 m, sodass ein prozesssicheres Einlegen des Preforms ebenso realisiert werden kann wie das sichere Entnehmen des Bauteils aus der Kavität, sowohl manuell als auch mit einem Handlingsystem. Durch den große Verfahrweg lässt sich die Anlage leicht reinigen und warten.

Die Formenträger können mit einer Schließkraft von bis zu 90 Tonnen verriegelt werden, so kann im Werkzeug für die CFK-Motorhaube ein flächiger Druck von 7,5 bar erzeugt werden. Die Regelung der Schließbewegung erfolgt wahlweise kraft- oder weggeregelt. Während des Prozesses kann zudem zwischen den beiden Regelungsarten gewechselt werden.

Die Werkzeughälften und der Werkzeugrahmen lassen sich durch drei getrennt voneinander einstellbare Temperierkreisläufe homogen und isotherm bis zu einer Temperatur von 160°C aufheizen. Die Werkzeugtechnik selber ermöglicht es, innerhalb des geschlossenen Formwerkzeugs einen Fließspalt oberhalb des Preforms zu erzeugen. Während der Injektion verteilt sich das Harzsystems schnell und widerstandsarm. Eine anschließende Imprägnierung des nicht komprimierten Preforms in Dickenrichtung reduziert Imprägnierwege und -zeiten. Die senkrechte Positionierung des Werkzeugs bietet den Vorteil, dass das Harzsystem entgegen der Schwerkraft von unten nach oben fließt. Hierdurch wird eine homogene Fließfront erzeugt und Luftblasen werden optimal abgeführt. In das dreiteilige Werkzeug sind jeweils in die Werkzeughälften acht Fixierstifte mit kombinierten Luftauswerfern integriert. Diese erlauben sowohl die mittige Fixierung des Preforms für eine beidseitige Imprägnierung als auch die prozesssichere Bauteilentformung nach der Aushärtephase des Harzsystems.

Mit dieser neuartigen Spaltimprägnieranlage- und seiner innovativen Werkzeugtechnik konnten erfolgreich CFK-Motorhauben hergestellt werden. Die Hauben bieten einen Gewichtsvorteil von ca. 60 Prozent gegenüber der Stahl-Referenz-Motorhaube, Sie verfügen über eine sehr gute Oberflächenqualität und lassen sich in Zykluszeiten von 15 Minuten fertigen. Die zykluszeitbestimmende Komponente stellt hierbei die Aushärtezeit des Harzsystems dar. Das wiederum ist abhängig von der geforderten Oberflächenqualität; im Automobilbau die so genannte Class-A-Oberfläche. Der ursprünglich zeitintensive Prozess der Injektion des Harzes konnte auf lediglich 45 Sekunden reduziert werden.

Beim 27. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik wird die neue Anlagentechnik unter dem Programmpunkt IKV 360° im laufenden Betrieb vorgeführt.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

27. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 19.-20.03.2014, Aachen

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