Automatisierte Fertigung von Leichtbaukomponenten

Der Einsatz von Leichtbaukomponenten, wie Faserverbundkunststoffen (FVK) und speziell carbonfaserverstärkten Kunststoffteilen (CFK) bekommt in der Automobilindustrie immer mehr Bedeutung.

ASS Robotergreifer für OrganoblecheIm Automobil verbaute Leichtbaukomponenten reduzieren den Energiebedarf durch die massive Einsparung an Gewicht und erhöhen die Sicherheit durch eine bessere Steifigkeit und Dämpfung der FVK Produkte. Zusätzlich sind die Materialien beständiger gegenüber Korrosionserscheinungen.

Zu den Faserverbundkunststoffen gehören neben carbonfaserverstärkten Kunststoffteilen (CFK) unter anderem auch glasfaserverstärkte Kunststoffe (GfK).

Forschung und Entwicklung zur Serientauglichkeit

ASS arbeitet in diesem Bereich zum Beispiel als Projektpartner mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) für die „Energieeffiziente Produktion funktionsintegrierter thermoplastischer Faserverbundbauteile“, dem Projekt „E-Profit“ zusammen.

Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützten und vom PTKA betreuten Projektes ist es optimierte Fertigungsprozesse darzustellen, die großserientaugliche Zykluszeiten ermöglichen. Die Handhabung von flächigen, vollständig imprägnierten thermoplastischen FVK-Halbzeugen, auch Organobleche genannt, ist insbesondere im automobilen Leichtbau von großem Interesse, um die bisher zeitintensive, teils manuelle Herstellung von FVK-Fahrzeugkomponenten zu optimieren.

In dem Forschungsprojekt werden belastungs- und verschnittoptimierten Organobleche (BVO-Organobleche) verwendet. Die Organobleche sind aus unidirektional übereinander gefügten, faserverstärkten, thermoplastischen Bändern hergestellt. Die maßgeschneiderten, kalten Organobleche werden über eine Roboterhand in einem Ofen aufgeheizt.
Nach der Erhitzung entnimmt die Roboterhand das erwärmte Organoblech und übergibt es an ein Umformwerkzeug. Das warme, biegeschlaffe Organoblech wird hier den Anforderungen entsprechend umgeformt und erhält seine abschließende Form.

Der simulierte Prozess zeigt, dass es möglich ist, über eine Automatisierung Komponenten für den Automobilbau herzustellen, die über eine höhere Sicherheit und einen Gewichtsvorteil verfügen.

ASS Robotergreifer für OrganoblecheHerausforderungen an das Handling von biegeschlaffen Organoblechen

Eine besondere Herausforderung stellt die prozesssichere Handhabung von den Organoblechen dar. Während die kalten, unbehandelten Organobleche und die fertig umgeformten und ausgekühlten Teile herkömmlich behandelt werden können, bedarf es bei erwärmten Organoblechen einer differenzierteren Behandlung.

Während und nach der Erhitzung des Materials muss sichergestellt sein, dass das Organoblech in dem geänderten Aggregatzustand  nicht durchhängt, die definierte Position beibehält und positionsgenau verformt wird.

ASS hat zahlreiche bedarfsgerechte Handhabungslösungen für ultraleichte Bauteile aus thermoplastischen kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen im praktischen Einsatz. Der originale Roboterhandbaukasten bietet zum Beispiel verschiedenste Nadelgreifer biegeschlaffe Materialien sicher zu halten.
Um den optimalen Halt zu sichern sind meist auch Vakuumsauger in den Automationslösungen enthalten. Dazu bieten wir speziell entwickelte Sauger an, die die hohen Temperaturen aushalten und keine, beziehungsweise nur geringfügige Beulen auf dem Material hinterlassen.
Ein positionsgenaues Arbeiten wird bedarfsangepasst unterstützt. Dazu können zum Beispiel verriegelbare Zentriereinheiten, Zentrierbolzen, Greiffinger und -zangen,
Stapelfühler und/oder verschiedene Sensoren zur Abfrage genutzt werden.  

Definiertes Umformen von Organoblechen ohne Faltenbildung

Ein innovatives Bauteil zum definierten und faltenfreien Umformen von Organoblechen ist die neue Nachführeinheit mit Linearpotentiometer.
Diese High-Tech-Einheit sorgt für die absolute Positionsgenauigkeit erwärmter, biegeschlaffer Organobleche.

Diese Einheit fährt ein definiertes Kraft/Wege-Spannungsprofil ab und hält dadurch das warme und schlaffe Organoblech an der exakt benötigten Position. Zusätzlich ermöglicht diese Einheit bessere Umformergebnisse durch Einstellen von gezielten Spannungen während des Thermoform-Prozesses. Über ein definiertes Kraft/Wege-Spannungsprofil wird das aufgeheizte Organoblech in die erforderlichen Positionen geführt. Die untere Abbildung zeigt die neue Einheit, die bis zu sieben vordefinierte Positionen anfahren kann.

KNUR KlebetechnikASS und KNUR fassen ihre Kompetenzen zusammen: Automation und Handling von Leichtbaukomponenten aus einer Hand

Für das Handling von CFK und FVK Leichtbaukomponenten gelten in der Automobilindustrie hohe Qualitätsansprüche bei komplexester Handhabung.
Die ASS hat ihre Positionen als Ansprechpartner für Greiferteile und Roboterhände im Bereich Automationsanlagen und Klebetechnik gezielt durch den Zukauf der KNUR Maschinenbau GmbH gestärkt und bietet eine noch größere Kompetenz für die automatisierte Handhabung von FVK, Konstruktionen im RTM Verfahren (Resin Transfer Moulding) oder beim Handling von Organoblechen. KNUR mit Sitz in Regensburg ist besonders im Bau von Automationsanlagen und Klebetechnik tief in der Automobilindustrie verwurzelt.
ASS und KNUR bieten eine Kompetenzbündelung vom einzelnen Greiferteil bis hin zur serientauglichen FVK Automation für die Leichtbauindustrie.

Als exemplarisches Beispiel dafür steht das theoretische Modell eines FVK Greifers. Die Verschmelzung von der automatisierten Serienfertigung mit dem originalen Roboterhandbaukasten und der Einbindung von technisch komplexen Nachführeinheiten für temperierte Organobleche.

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