Leichtbau als Zukunftstechnologie – Umformen und Spritzgiessen in einem Werkzeug

Dieses dynamisch belastete Bauteil für einen Pkw besteht aus Organoblech – das ist ein mit Glasgewebe verstärktes Kunststoffhalbzeug –, das mit Versteifungsrippen versehen ist. Im Werkzeug für Organobleche wird zunächst das Organoblech umgeformt, anschliessend werden die Rippen aufgespritzt.

Die neuartige Kombination von Spritzgiessen und Umformen erfordert eine Fertigungsanlage, bei der die einzelnen Prozessschritte exakt aufeinander abgestimmt sind. Dabei kommt dem Werkzeug für Organobleche bezüglich Produktqualität und Prozesssicherheit eine Schlüsselrolle zu. Für den ersten Schritt, das Umformen des Organoblechs, muss zunächst der vorgeheizte und deswegen weiche, instabile Zuschnitt exakt und reproduzierbar im Werkzeug positioniert werden. Der Schliessvorgang beginnt mit dem Vorlauf eines Matrizeneinsatzes, der das Organoblech auf den Stempel drückt und dort fixiert. Anschliessend beginnt das Umformen. Dabei wird der Zuschnitt über den Stempel gezogen und der Randbereich mit dreidimensional an die Bauteilkontur angepassten Klemmleisten gehalten. Diese Leisten müssen äusserst exakt eingestellt sein, damit das heisse Organoblech störungs- und beschädigungsfrei nachfliessen kann.

Wenn dieser Umformvorgang beendet ist, ist das Werkzeuggeschlossen. Dann werden über drei Düsen die Verstärkungsrippen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff aufgespritzt. Dabei verbindet sich die heisse Schmelze durch und durch mit dem Organoblech. Die Fliesswege stellen zusätzlich sicher, dass auch die Bereiche des Strukturbauteils vollständig ausgeformt sind, die beim Umformen nicht gefüllt werden können.

An diesem zukunftsweisenden, auf der K-Messe präsentierten, Technologie übergreifenden Projekt waren insgesamt sechs Unternehmen beteiligt. Trotzdem ist die Realisierung in der sehr kurzen Zeit von nur sechs Monaten gelungen. Beispielsweise konnte Kaufmann bereits innerhalb von drei Monaten nach Erhalt der ersten Bauteildaten eine erste Bemusterung im eigenen Technikum durchführen.

Dieses Werkzeug für Organobleche ist mit mehr als einem Dutzend Sensoren zur Messung von Druck und Temperatur bestückt. Sie dienen dazu, den Ablauf der Prozessschritte Umformen und Nachfliessen des Organoblechs, Einspritzen der Kunststoffschmelze und vollständiges Ausformen des Strukturbauteils zu überwachen und für künftige Anwendungen besser zu verstehen. Auch weitere Werkzeuge für Organobleche werden mit – allerdings erheblich weniger – Sensoren ausgestattet sein. Gerade bei sicherheitsrelevanten Bauteilen sind sie zur Prozessüberwachung und Qualitätsdokumentation unabdingbar.

Innovation aus Partnerschaft
Dieses Projekt zeigt eindrucksvoll, dass auch ein Projekt mit vielen Partnern rasch und erfolgreich in eine serienreife Lösung umgesetzt werden kann. Neben der KraussMaffei Technologies GmbH und Kaufmann beteiligen sich die Unternehmen Jacob Composite GmbH, Audi AG, Lanxess Deutschland GmbH und Bond-Laminates GmbH an dem Technologie übergreifenden Projekt.

Zur Optimierung der Abläufe im Werkzeug haben die Firmen gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH, Incoe Europe und Kistler Instrumente AG ihr Know-how zur Temperierung, Heisskanaltechnik und Messtechnik einfliessen lassen.

Weitere Auskünfte:
Roger Kaufmann, Georg Kaufmann Formenbau AG
Rugghölzli 3, CH-5453 Busslingen/Schweiz
Tel.: +41 (0) 56/485 65 60, Fax: +41 (0) 56/496 54 00
E-Mail: r.kaufmann@gktool.ch

Redaktioneller Kontakt und Belegexemplare:
Dr. Diether Burkhardt, KONSENS Public Relations GmbH & Co. KG,
Hans-Kudlich-Straße 25, D-64823 Groß-Umstadt
Tel.: +49 (0) 60 78/93 63-0, Fax: +49 (0) 60 78/93 63-20
E-Mail: mail@konsens.de