08.10.2014

www.gupta-verlag.de/kautschuk

Wickert fertigt Composite-Presse für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Dieser Aufgabe stellen sich die Forscher des Zentrums für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Augsburg: Ihr Ziel ist es, einen Produktionsprozess zu entwickeln, der durchgängig roboterbasiert automatisiert ist sowie Technologien für eine kostengünstige und robuste Produktion in hoher Qualität zu entwickeln. An der Lösung dieser Aufgabenstellung beteiligt ist die Wickert Maschinenbau GmbH, ein Hersteller von Composite-Pressen. [image_0] Das Unternehmen aus Landau in der Pfalz fertigt für das DLR eine multifunktionale Composite Presse, die sowohl mit Hochtemperatur-Heiz- und Kühlplatten als auch mit einem Infrarot-Heizsystem ausgestattet ist. Zusätzlich verfügt die Anlage über ein Transfersystem, das Bauteile vom Infrarot-Ofen in die Presse sowie die Be- und Entladestationen der Anlage transportiert. Außerdem wird die Presse mit einer Planparallelitätsregelung ausgestattet, um höchste Genauigkeit im Pressvorgang zu ermöglichen. Die Composite-Presse erreicht laut Hersteller eine Toleranz der Planparallelität von 0,025 mm während des Pressgangs. Zur präzisen Fertigung trägt die Einbindung einer zusätzlichen Wegemessung mit einer Auflösung von 1 µm direkt am Werkzeug bei. Die Regelung erfolgt wahlweise über "Pressenwegemessung" oder "Werkzeugwegemessung". Im ZLP des DLR wird eine neue Fertigungszelle für die Verarbeitung komplexer thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe aufgebaut. Diese Anlage soll maßgeblich für die Erforschung von Produktionstechnologien zur automatisierten Herstellung von Bauteilen aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen genutzt werden. Die Konzeption der neuen Composite-Presse soll Flexibilität für die Erforschung verschiedener Prozesse und Bauteile ermöglichen. Im Wesentlichen sollen im ZLP carbonfaserverstärkte Kunststoffe mit thermoplastischer Matrix umgeformt bzw. konsolidiert werden. Es besteht somit die Möglichkeit, Hochleistungsthermoplaste wie carbonfaserverstärktes Polyetheretherketon (CF/PEEK) zu bearbeiten. Stefan Hertel, Konstruktionsleiter bei Wickert, sagte zum Anlagenkonzept: "Mit Sicherheit ist die hohe Flexibilität der Anlage für die Verarbeitung aller heute im Composite-Bereich angewandten Materialien ein wesentlicher Vorteil. Zusätzlich haben wir durch Studien, Simulationen und Versuche die Anströmungsgeometrie und das Anströmungskonzept der Heiz- und Kühlplatten erheblich optimiert. Durch die wirtschaftlich sehr effiziente Lösung der Wasserkühlung erreichen wir enorm hohe Kühlgradienten und Kühltoleranzen im Vergleich zu unseren bisherigen Systemen. Die Anforderungen seitens des DLR an den variothermen Prozess erforderten es, neue, innovative Wege zu gehen und die Entwicklung in diesem Bereich weiter voranzutreiben." [image_1_right] Für die Lösung der DLR-Aufgabenstellung hat Wickert eine Oberkolbenpresse des Typs WKP 4400 S Composite vorgeschlagen. Besondere technische Anforderungen werden mit verschiedenen Optionspaketen direkt in die Hauptanlage integriert. Ausgestattet mit den entsprechenden Optionen, kann die Anlage Materialsorten wie PEEK oder PPS verarbeiten. Die Presse hat bei einer Heizplattengröße von 1.800 mm x 1.200 mm eine Presskraft von 4.400 kN und eine Mindestpresskraft von nur 25 kN. Die Heizplattentemperatur lässt sich zwischen 40 °C und 450 °C ansteuern. Das maximale Werkzeuggewicht darf 12.000 kg betragen. Die Transferzeit vom Start der Bewegung bis zum vollständigen Schließen der Presse und Erreichen der maximalen Presskraft beträgt maximal 5 s. Die Hydraulik der für das ZLP konzipierten Presse sei 100 % ölnebelfrei und verhindere zuverlässig die Kontamination der CFK-Bauteile durch Öl, so der Hersteller. Die WKP 4400 S Composite bietet eine ergonomische Bedienhöhe durch Oberkolbenausführung, eine Zykluszeitoptimierung durch Oberkolbenausführung, ein intuitives Steuerungspaket "Press-easy" sowie "5-fache Sicherheit" aller mechanischen Komponenten. Die komplette Forschungszelle zur effizienten Composite-Produktion wird in der Technikhalle des ZLP in Augsburg implementiert. Dabei sind vorhandene bauliche Gegebenheiten zu berücksichtigen. So muss ein vorhandener Infrarot-Ofen in die Anlage integriert werden. Im Rahmen der Anpassung an das Pressensystem baut Wickert diese vorhandene Infrarot-Anlage um und erweitert sie entsprechend der Anforderungen, die die künftigen Fertigungsaufgaben stellen. Bei dieser Gelegenheit wird der Infrarot-Ofen via Profibusschnittstelle in das Produktionssteuerungssystem übernommen und über WIN CC-Flex visualisiert. Die Programmierung sowie Visualisierung erfolgt individuell für das DLR. Prozessbilder und Programmabläufe werden in enger Absprache mit den Verantwortlichen definiert. [image_2] Zusätzlich wird ein Signalaustausch mit einem im ZLP bereits vorhandenem Linear-Achsroboter ermöglicht, um die Prozesse voll automatisiert realisieren zu können. Eine Roboterschnittstelle für den Signalaustausch zwischen Pressen-PLC und Roboter wird seitens Wickert vorbereitet. Die SPS-Steuerung ermöglicht programmierbare Fx-Funktionen, um größtmögliche Flexibilität in den Abläufen der Prozesse zu erreichen. Per Wahlschalter sind die Funktionen "Handbetrieb", "Automatikbetrieb" oder "Einrichten" wählbar. Für das Eingreifen des Roboters in den Sicherheitsbereich wird die Presse mit einer Lichtschranke als Bereichsabsicherung ausgestattet. Um den Roboterbetrieb aufnehmen zu können, nimmt Wickert eine entsprechende Softwareüberarbeitung im Bereich Sicherheitstechnik vor. Damit ist auch der Bauteiletransfer vom Infrarotofen zur Presse im Leistungspaket von Wickert. Generell wird die Anlage eigensicher nach EN 289 inkl. Infrarot-Ofen projektiert. Entsprechend dem Forschungsauftrag des DLR ist auch die Möglichkeit zur Energieverbrauchsmessung für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung unterschiedlicher Prozessabläufe vorgesehen. Stromaufnahme pro Zyklus bzw. Gesamtstromaufnahme lassen sich erfassen und protokollieren. Stefan Herzinger, Geschäftsführer, sagte: "Wir sind stolz, für das ZLP des DLR diese Presse entwickeln und bauen zu dürfen. Dies zeigt nach den Erfolgen unserer Pressen im Flugzeug- und Fahrzeugbau, dass wir höchsten Ansprüchen genügen und zur künftigen Fertigung ganz neuer Composite-Bauteile mit die Grundlagen schaffen. Der Bedarf an Leichtbaustrukturen wird weiter steigen und Wickert bietet schon heute innovative und doch bewährte Fertigungslösungen dazu."Wickert Maschinenbau GmbH auf der Composite Europe 2014, Halle 8b, Stand G50

www.gupta-verlag.de/kautschuk