Endlosfaserverstärkte Thermoplast-Composites etablieren sich auch bei dünnwandigen Gehäusen. Sie bieten eine hohe Steifigkeit, helfen das Gewicht zu senken und ermöglichen ein edles Design und Funktionsintegration. Werden die Gehäuse im Hybrid-Molding-Verfahren gefertigt, lassen sich außerdem Kosten, Verarbeitungsschritte und Zykluszeiten reduzieren

Das Smartphone Carbon 1 Mark II von Carbon Mobile wurde in Deutschland entwickelt.  Die mattschwarzen Carbonfasern verleihen dem Smartphone einen edlen Hightech-Look

Composites senken das Gewicht und erleichtern die Produktion von Elektronikgehäusen

Composite-Halbzeuge

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Glasfasern / -matten

Kunststoff Werkstoffe

Verstärkungsstoffe

Kohlenstofffasern / -matten

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststofffasern

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Leichtbau für die Hosentasche

„Circular Economy“ ist nicht nur das Schwerpunktthema der K 2019, sie bildet auch den „grünen“ Faden beim Messeauftritt des Spritzgießmaschinenbauers und Systemanbieters Engel.

Dr. Stefan Engleder, CEO der Engel Gruppe: „Die Kunststoffindustrie trägt eine globale Verantwortung“

16:9

Engel befürwortet starkes Engagement der Kunststoffindustrie für Kreislaufwirtschaft

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Doriat, Clemens, Dr.

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe.de

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Ressourcenmanagement

Produktion

Ein zweites Leben für Kunststoffe

Johannes Kilian ist Leiter der Abteilung für Prozesstechnologien bei Engel. Im Gespräch mit ihm und Georg Steinbichler geht es um die Hebel der Digitalisierung, technische Durchbrüche und kritische Erfolgsfaktoren.

Interview mit Georg Steinbichler und Johannes Kilian zum Stabwechsel bei Engel

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzgießmaschinen, allgemein

Prozesssimulation

Software

Simulation

Spritzgieß-Sonderverfahren

Spritzgießsimulation

Prozessvisualisierung

Prozessautomation

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Automatisierungstechnik

„Die Chancen der Digitalisierung nutzen“

Mit der Herstellung von Demoteilen für Pkw-Türmodule im sogenannten organomelt-Verfahren unternimmt Engel im Bereich des thermoplastbasierten Composite-Leichtbaus den nächsten Schritt in Richtung Großserie. Die Fertigungszelle ist die weltweit erste, die drei unterschiedlich dicke Organobleche mittels IR-Strahlung aufheizt, umformt und im selben Prozessschritt im Spritzgießverfahren eine hochwertige Sichtoberfläche ausformt.

Die lastgerechte Auswahl der Organobleche ermöglicht es, die unterschiedliche Belastung der einzelnen Bauteilbereiche gezielt zu berücksichtigen

Thermoplastische Composites mit höchster Effizienz lastgerecht fertigen

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

UD-Tapes

Handling, Handhabungstechnik

Industrieroboter

Montagetechnik

Knickarmroboter

Wie dünn darf’s denn sein?

 Bei der Produktion von Organoblechen fallen Verschnittreste an, die sich nicht direkt wieder in den Herstellungsprozess zurückführen lassen. Die werkstoffliche Verwertung dieser Verschnitte stellt dafür einen vielversprechenden Recyclingansatz dar.

Selbst bei einer möglichst optimierten Herstellung von Organoblechen fallen dennoch relativ große Mengen an Verschnittresten an 

20:7

Faserverstärkte Thermoplaste mechanisch rezyklieren und in die Produktion zurückführen

Faserverarbeitung

Mahlgut

Kunststoff-Rezyklat

Recycling

Umweltmanagement

Mahlen

Organoblech-Verschnitte recyceln

Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Composite-Halbzeugen hat sich die Infrarot-Heiztechnik als Standard durchgesetzt, wobei die Aufmerksamkeit der Prozessregelung gilt: Der Heizprozess soll rasch ablaufen und das Material dabei nicht überhitzen. Besonders herausfordernd ist das zeitgleiche Verarbeiten unterschiedlich dicker Zuschnitte.

Für die Fertigung eines Türstrukturbauteils werden drei unterschiedlich dicke Organobleche in zwei IR-Öfen aufgeheizt

Thermoplastische Composites effizient und präzise aufheizen

Steuern, Regeln

Infrarotstrahler

Softwarebasierte Regelung von IR-Öfen

Engel konnte nachweisen, dass sich Regranulate aus Organoblechverschnitt unter Beibehaltung der Materialeigenschaften im Spritzgießverfahren verarbeiten lassen. Composite-Rohstoffe könnten so vollständig im Kreislauf gehalten werden. Das macht die Materialien für den Leichtbau umso interessanter.

Das tapebasierte Organoblech wird mit einem Regranulat, das aus Verschnittabfällen derselben Organobleche produziert wird, umspritzt. Dieser konsequente Monomaterialansatz macht es möglich, Composite-Rohstoffe vollständig im Kreislauf zu halten 

Regranulat aus Organoblech-Beschnitten beim Spritzgießen einsetzen

100 Prozent Materialnutzung

Organobleche mit thermoplastischer Matrix werden im Spritzgießverfahren häufig mit Rippen und Funktionselementen versehen. Auch Fügeelemente können angespritzt werden. Mit dem Schraubblindnieten steht ein solches Fügeelement mit hinreichender einseitiger Zugänglichkeit, hohen Festigkeiten und guter Wirtschaftlichkeit zur Verfügung. Aber wovon hängt die Verbundfestigkeit zwischen Halbzeug und angespritztem Schraubblindniet abhängt.

Infraroterwärmung des präparierten Organoblechs im Spritzgießwerkzeug

Einfluss auf die Verbundfestigkeit zwischen Organoblech und Schraubblindniet untersucht

Verbindungstechnik

Chemisches Fügeverfahren

Verbindungstechnik Verfahren

Universal-Prüfmaschinen für Zug, Druck und Biegung

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Fügeelement angespritzt

Nach 2019 veranstaltete der Maschinenbauer Engel am 6. Mai 2021 zum zweiten Mal seinen „Lightweight Future Day“, diesmal als Online-Format. Der Titel war durchaus programmatisch zu verstehen.

Der Fahrzeuginnenraum ist eine wahre Spielwiese für Leichtbauwerkstoffe, Lacke und hauchdünne Kunststofffolien

Zweite Auflage des Engel Lightweight Future Day

Sekundärfasern

Fasern

Leichtbau

Crashtüren, Bio-Kindersitze und Schweizer Finnen

Das Infrarotschweißen ist ein industriell etabliertes Verfahren zur Herstellung von Bauteilen in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen. Die Prozesseinrichtung ist jedoch mit einem hohen Kosten- und Zeitaufwand verbunden, da komplexe Strahler-Werkstoff-Wechselwirkungen das Aufschmelzverhalten des Kunststoffbauteils bestimmen. In vielen industriellen Infrarotschweißprozessen ist daher ein Rauchen der infraroterwärmten Bauteilbereiche zu beobachten. Eine Erforschung des Zusammenhangs zwischen Rauchbildung, Kunststofftemperatur, thermisch-oxidativer Belastung des Kunststoffs und den resultierenden mechanischen Schweißnahteigenschaften steht bislang aus. Weiterhin sind in Infrarotschweißprozessen in der industriellen Fertigung oftmals hohe Umstellzeiten und schwankende Fügeteiltemperaturen festzustellen. In der vorliegenden Arbeit werden erstmals die mechanischen Eigenschaften von Infrarotschweißverbindungen mit der Rauchbildung und thermisch-oxidativen Kunststoffbelastung korreliert und zwei Ansätze zur schonenden Erwärmung untersucht.

Beitrag zum Infrarotschweißen von Kunststoffen in der industriellen Fertigung

Leichtbau mit Faserverbundkunststoffen spart im Betrieb von Automobilen und Flugzeugen Energieressourcen ein. Den Einsparungen stehen jedoch häufig höhere Verbräuche in der Produktion gegenüber. Deshalb rückt die Nachhaltigkeit bei der Fertigung verstärkt in den Fokus. Eine entsprechende Nachhaltigkeitsbetrachtung für die Verarbeitung von thermoplastischen UD-Tapes zu funktionsintegrierten Bauteilen hat das Forschungsinstitut Neue Materialien Bayreuth durchgeführt.

Bild 1. Leichtbau vs. konventionelle Bauweise: Schematische Darstellung des Energiebedarfs für Leichtbaulösungen im Vergleich zu konventionellen Lösungen in der Herstellung sowie anschließenden Nutzungsphase.

Die Umweltauswirkungen der Produktion von FVK-Bauteilen bewerten

Nachhaltigkeit

Schnüre, Bänder, Tapes

Wie nachhaltig ist Leichtbau wirklich?

Für einen effizienten Leichtbau werden vermehrt Faserverbundkunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix eingesetzt. Wie können diese optimiert werden?

Polyamide

Thermoplaste

Gewebe, technisch

Flammschutzmittel

Additive

Kurzfasermodifikation matrixreicher Zonen gewebeverstärkter, thermoplastischer Verbundwerkstoffe mittels In-Situ-Schmelzeimprägnierung – Einfluss auf quasi-statische Eigenschaften

Das Zusammenspiel zwischen physischer und virtueller Prozesskette ermöglicht die vollautomatische Herstellung von FKV-Metall-Hybridbauteilen im Minutentakt.

Die Virtualisierung bietet großes Potenzial, komplexe Fertigungsprozesse für hybride Bauteile besser zu verstehen und Entwicklungszeiten zu verkürzen.

Von der Simulation zur seriengerechten Herstellung von Hybridbauteilen

Inserttechnik

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Mit automatisierter Prozesskette und digitalem Zwilling

Das Thermoplastic Sandwich Moulding ermöglicht die vollautomatisierte Herstellung von 3D-geformten Bauteilen in materialeffizienter Sandwich-Leichtbauweise und deren Funktionalisierung im selben Werkzeug.

Interieurbauteile in der Lkw-Fahrerkabine recyclingfähig machen – mit Thermoplast-Sandwichstrukturen zum Beispiel für Ablagefächer.

Recyclingfähige Fahrzeuginterieurbauteile in thermoplastischer Sandwichbauweise

Reaction Injection Molding

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Sandwich-Leichtbaustrukturen im Spritzgießtakt

Renommiertes NIAR-Institut setzt bei der Umrüstung von Passagier- zu Frachtmaschinen auf FiberForm-Technologie von KraussMaffei.

Deutlich leichter und kosteneffizienter in der Verarbeitung als Metall: Die im FiberForm-Verfahren hergestellten thermoplastischen Fensterverschlüsse.

Umbau vom Passagier- zum Frachtflugzeug

Oberflächenoptimierung endlosfaserverstärkter Thermoplaste

Kontinuierlich verstärkte Faserverbundkunststoffe (FVK) in Form ebener Halbzeuge weisen aufgrund ihrer guten gewichtsspezifischen Eigenschaften, der Möglichkeit zur lastpfadgerechten Auslegung und der Funktionsintegration ein hohes Leichtbaupotential auf. Thermoplastisch basierte Werkstoffsysteme (sog. Organobleche) erlauben wegen der physikalisch basierten Verarbeitung zusätzlich kurze Taktzeiten und tragen dank der Recyclierbarkeit zur Nachhaltigkeit bei. Durch die Integration optischer und/oder ästhetischer Materialeigenschaften können neue Anwendungsfelder für mittlere bis hohe Stückzahlen erschlossen werden, jedoch sind kommerzielle Produkte wegen der textilen Topographie auf der Oberfläche nur bedingt geeignet.

Die Abzeichnung der textilen Topographie (engl.: fiber print through phenomena – FPTP) tritt bei Organoblechen immer auf und bezeichnet die regelmäßige Abbildung der Verstärkungsarchitektur auf der Oberfläche. Dieser Effekt wird durch das ungleichmäßige Schwindungsverhalten der Verbundpartner im Gesamtsystem verursacht. Durch die lokal unterschiedlich vorherrschenden Volumenanteile wird das ursächliche Problem zusätzlich noch verstärkt. Als Folge der thermisch bedingten, hohen Matrixschwindung entstehen bei der Verarbeitung Einfallstellen, welche eine anmutende Oberflächengüte im Sichtbereich verhindern.

Durch Modifikation der thermoplastischen Matrix mit Füllstoffen kann das temperaturabhängige Verhalten der polymerreichen Matrixzone außerhalb der textilen Verstärkung an das Verhalten der imprägnierten Faserbündel angepasst werden. Bei geeigneter Wahl von Faser- und Partikelgröße kann ein Filtereffekt des Textils genutzt und damit das Verhalten der Matrixzone lokal angeglichen werden. Wird die Menge des Polymer-Füllstoff-Gemischs optimal abgestimmt, können im entstehenden Drei-Phasen-Verbund die Schwindungseigenschaften homogenisiert und das viskose Verhalten des Compounds reduziert werden. Im Ergebnis verbessert sich die Güte der Verbundoberfläche und das Kriechverhalten unter wechselnden Temperaturbedingungen nimmt ab.

Faserverbundwerkstoff, Leichtbau, Oberflächentechnik, Organoblech, Kunststoff-Halbzeug, Modifikation, Pressverfahren, Intervall-Heißpressen, Thermoplaste, Endlosfasern

Dissertation Andre Lück.pdf

20211206 Dissertation Andre Lück

Oberflächentechnik

ausgabe 06/2025

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