Handlingsystem

Mit gestrecktem Faden

Handlingsystem zur Übergabe textiler Verstärkungsstrukturen in komplexe Werkzeugkavitäten
Mehrkomponenten-Bauteil mit integriertem Textileinleger.
Ziel des Forschungsprojektes „PaFatherm“ an der TU Chemnitz ist die großserientaugliche Fertigung von belastungsgerechten textilverstärkten Thermoplast-Leichtbaustrukturen im Spritzgießverfahren. Dabei zählen die vollständige Imprägnierung der Textilien, eine gute Faser-/Matrix-Haftung im thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) sowie die prozessgerechte Handhabung und Automatisierung zu den besonderen Herausforderungen.

Im Strukturleichtbau steigen Anforderungen hinsichtlich Tragfähigkeit bei geringer Bauteilmasse und Großserienfähigkeit. Hierbei bieten Spritzgussbauteile mit Endlosfaserverstärkung Vorteile. Herausforderung für die stückzahlintensive Prozessgestaltung ist das automatisierte, partielle Ablegen der Faserverbundhalbzeuge in der Werkzeugkavität. Dazu müssen schnellbewegte Handhabungssysteme bereitgestellt und an die Fertigungsrestriktionen des Spritzgießverfahrens angepasst werden.

Das an der Professur SLK in Chemnitz im Rahmen des InnoProfile-Projektes „Pafatherm“ entwickelte Handlingsystem besteht aus einem flexibel einsetzbaren Greifer zur Übergabe von biegeschlaffen textilen Flächengebilden in Spritzgießmaschinen. Damit eine exakte Orientierung der Verstärkungsfäden von komplexen textilen Strukturen, etwa Glasfaserrovings oder Kohlenstofffasern, gewährleistet ist, muss der textile Einleger flächig vorgespannt und gestreckt an das Werkzeug übergeben werden. Die im Werkzeug integrierten Fixier- und Positionierelemente stellen sicher, dass die Vorspannung auch während des Spritzgießprozesses aufrecht erhalten bleibt. Damit wird eine unerwünschte Umorientierung und Deformation des Textileinlegers wirkungsvoll begrenzt. Denn nur beim gestreckten Faden-Tragwerk lassen sich in spritzgießtechnisch hergestellten Verbundbauteilen die hohen Leichtbaueigenschaften der FKV bei hoher Reproduzierbarkeit erreichen.
Das neue Handlingsystem hat zudem die Aufgabe, den textilen Einleger vom Stapel zu vereinzeln und anschließend sämtliche Bewegungsabläufe bis zur vollständigen und sicheren Übergabe in das Spritzgießwerkzeug auszuführen. Nach der Lagenkontrolle findet das Vorformen des Textils statt. Hierzu sind räumliche Bewegungen der Greifpunkte am textilen Zuschnitt erforderlich, um diesen dem jeweiligen Werkzeugkern anzupassen. Weiterhin ist eine genaue Positionierung des bereits im Vorfeld an die Prozess- und Betriebsbedingungen angepassten Textileinlegers im Werkzeug notwendig. Die genannten Funktionen sind von dem Handlingsystem für biegeschlaffe Verstärkungsstrukturen zu übernehmen, damit das bereits komplex aufgebaute Werkzeug nicht mit zusätzlichen Elementen und Mechanismen überfrachtet wird. Für eine optimale und wirtschaftliche Lösung wurden rein mechanische Ansätze zur Übernahme ins Werkzeug verfolgt. Adhäsive Varianten, etwa der Einsatz von Klebstoff oder thermoplastische Kunststoffschmelze, sind nicht zielführend, da sie zusätzliche Prozessschritte nach sich ziehen und damit die Prozessfolge und -sicherheit negativ beeinflussen.

Anzeige

Zur Übergabe, Übernahme und Fixierung eines textilen Flächengebildes im Werkzeug wurde das Patent AZ 102009040183.0 „Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung biegeschlaffer Strukturen in Urform- und Umformwerkzeugen“ angemeldet. Diese Vorrichtung ermöglicht es, biegeschlaffe, textile Verstärkungsstrukturen aufzunehmen, vorzuspannen und durch geeignete Elemente unter Erhaltung der definiert eingebrachten Streckung formgerecht auf eine Werkzeugoberfläche abzutragen, zu übergeben und unter Erhaltung der eingeprägten Vorspannung von einem mit entsprechenden Elementen ausgestatteten Spritzgießwerkzeug zu übernehmen. Das Handlingsystem ist neben der Sicherstellung einer definierten Vorspannung zusätzlich auch für die Drapierung des textilen Einlegers auf sphärisch gekrümmte oder abgewinkelte Werkzeugoberflächen verantwortlich. Zur Fixierung des textilen Flächengebildes wurden formschlüssige sowie form- und kraftschlüssige Varianten betrachtet.

Als eine formschlüssige Variante zur Fixierung der textilen Verstärkungsstruktur wurden umfangreiche Untersuchungen zu Nadel- und Stiftsystemen durchgeführt. Vorteil dieser Systeme ist die Anpassung des Teilkreisdurchmessers an die Netzdichte der Verstärkungsstruktur. Dazu werden einzelne Nadeln im Teilkreis angeordnet und somit die Übertragung der aufgeprägten Vorspannung annähernd sichergestellt. Die formschlüssigen Elemente haben jedoch Nachteile, etwa die hohe Komplexität, der große Bauraumanspruch und die geringe Prozesssicherheit.

Die bevorzugte kraft- und formschlüssige Variante sieht im Werkzeug Nuten vor, welche die eingeprägte Vorspannung aufrecht erhalten. Durch Reibungseffekte in der Nut wird eine Fixierung und somit eine Übertragung der notwendigen Vorspannung sichergestellt, woraus die Vorteile wie Einfachheit, geringer Bauraumanspruch, hohe Prozesssicherheit sowie die Nutzung als Strukturelement im Bauteil resultieren.
Die in die Werkzeugoberfläche eingebrachten Vertiefungen werden während des Spritzgießens von der formgebenden Matrix vollständig ausgefüllt und umschlossen und sind somit gleichzeitig ein verstärkendes Strukturelement des Verbundbauteils und eine formschlüssige Krafteinleitungszone, was sich auf die Steifigkeit, Festigkeit und den Verzug der Leichtbaustruktur positiv auswirkt. M. Spieler, F. Helbig, W. Nendel, L. Kroll, Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der TU Chemnitz/pb

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Elektrogreifer

Greifer als Kompaktmodul

Elektrische Handlingmodule bieten eine Reihe von Vorteilen, etwa kompakte Abmessungen, geringeres Gewicht, hohe Dynamik und einfache Systemintegration. Die optimale Kombination aus präziser Mechatronik und elektrischem Antrieb steht auch bei der...

mehr...

Preformanlagen

Drapierfähiges Handling

Für das Technikum der Münchner BMW Group fertigte Rucks Maschinenbau eine Preformanlage Typ KV 298. Dabei lag besonderes Augenmerk auf dem Materialhandling. Neben hohen Transfergeschwindigkeiten sorgt das Handlingsystem für den flexiblen Einsatz...

mehr...

IO-Link-fähige Vakuum-Erzeuger

Handling mit Intelligenz

Industrie 4.0 ist Thema allerorten, und die Umsetzung in praktischen Industriealltag ist komplex. Schmalz zeigt den Brückenschlag von der Theorie zur Praxis mit einem Beispiel aus der Automobilindustrie. Die Vakuum-Erzeuger übernehmen Aufgaben bei...

mehr...

Special zur Automatica

Präzise Pinole

Die Servopressen-Generation aiPress von IEF-Werner eignet sich sowohl für die Einbindung in Anlagen als auch als Stand-Alone-System. Die Basis des Antriebsstrangs bildet ein massives und verwindungssteifes C-Gestell aus Stahl mit integrierter,...

mehr...
Anzeige

Bedienterminal

Mehr Fläche

RS Components liefert jetzt auch die Bedienterminals der neuen Serie Magelis GTO-Reihe von Schneider Electric. Diese bietet verbesserte Funktionalität für industrielle Anwendungen, etwa kompakte Maschinen, Handlingsysteme und pharmazeutische...

mehr...

News

Desoutter schraubt von oben

Vor allem für die Montage mit kleinen und mittleren Drehmomenten hat Desoutter sein neues Handling-System Rollex konzipiert. Das Werkzeugführungssystem lässt sich über dem Arbeitsplatz installieren und nimmt einen Elektro- oder Druckluftschrauber...

mehr...
Anzeige

Highlight der Woche

Trays oder KLTs direkt vom Bodenroller palettieren

Das Palettiersystem der SAST-Serie von Hirata ist besonders kompakt und benötigt nur eine geringe Standfläche. Es palettiert und depalettiert Trays oder KLTs direkt von handelsüblichen Bodenrollern.

Zum Highlight der Woche...
Anzeige

Highlight der Woche

Läger optimal planen
Die Planung staplerbedienter Palettenläger stellt eine große Herausforderung dar, gilt es doch, den Zielkonflikt aus Lagergröße bzw. Stellplatzanzahl, Umschlagleistung und Investitionsaufwand bestmöglich aufzulösen. Das Kompetenzzentrum Fabrikplanung der Hinterschwepfinger Gruppe unterstützt mittelständische Unternehmen bei der idealen Auslegung von staplerbedienten Lägern und Logistikzentren.

Zum Highlight der Woche...

News

Die Afag-Gruppe beteiligt sich an eps

Afag, Anbieter für Komponenten der Montageautomation, mit Fertigungsstandorten in der Schweiz und Deutschland – und eps ein junges, dynamisches Unternehmen aus dem Schwarzwald, mit einer beachtlichen Marktposition bei elektrischen Handling-Systemen...

mehr...

Handlingkonfigurator

Intuitiv optimieren

Handlingkonfigurator führt schnell zum ZielHandlingsysteme – elektrisch und pneumatisch – lassen sich binnen weniger Minuten auf dem Part-Server konfigurieren und im eigenen CAD-Format sofort in die Konstruktion einbinden.

mehr...