Anfang des Jahres eröffnete Toray in der Nähe von München ein europäisches Anwendungszentrum speziell für Automobilapplikationen. Von eigens hergestellten Carbonfasern über technische Kunststoffcompounds bis hin zu Batterieelementen wie Separatorfolien wird ein breites Portfolio aus einer Hand geboten. Kunststoffe sprach mit Konzernmanagern über Einschätzung und Strategie. 

Mit einem neuen Anwendungszentrum nimmt Toray die europäische Autoindustrie ins Visier 

Hochleistungskunststoffe

Polyamide

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kohlenstofffasern / -matten

Faserverarbeitung

Japanische Multimaterialisten 

Als Lehmann&Voss&Co. am 16. August in der Hamburger Fischauktionshalle mit rund 600 Gästen sein 125-jähriges Firmenbestehen feierte, gab es eine besondere Kulisse: das Modell eines 3D-gedruckten Rennsegelboots aus einem maßgeschneiderten Material des Unternehmens. 

Lehmann&Voss&Co. feiert 125-jähriges Firmenbestehen 

Additive Fertigung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

kunststoffe.de

Carbonfaser-verstärkte Renn-Yacht zum Jubiläum 

Die Vorbereitungen für das 30. Internationale Kolloquium Kunststofftechnik in Aachen laufen auf Hochtouren. Die Veranstaltung im März ist in ein dreifaches Jubiläum eingebettet. 

Kurz vor dem IKV-Kolloquium: Ein Blick hinter die Kulissen 

Spritzgießsimulation

Spritzgießen

Extrusion

Temperiertechnik

Markt & Wirtschaft

Es ist angerichtet 

Der Werkzeugbauer Siebenwurst optimiert in seinen Routineabläufen Bauteilgestaltung und Fertigungsprozess durch Spritzgießsimulation. Die Software von Simcon sichert unter anderem die Qualität und Maßhaltigkeit des Kunststoffrahmens für das erste Serien-E-Bike aus der Spritzgießmaschine.

Die Rahmen geben den E-Bikes ein außergewöhnliches Design und überzeugen mit Festigkeiten auf dem Niveau von Stahl- oder Aluminiumexemplaren

Komplexe Entwicklungs- und Fertigungsprozesse mit Simulation steuern

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Composite-Halbzeuge

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Kunststoff Werkstoffe

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Software

Simulation

Fahrradrahmen aus der  Spritzgießmaschine

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

Doriat, Clemens, Dr.

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzgießmaschinen, allgemein

Spritzgießmaschinen

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Prozesssimulation

Spritzgieß-Sonderverfahren

Prozessvisualisierung

Prozessautomation

Mess- / Regel- und Prozessleittechnik

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Automatisierungstechnik

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

„Die Chancen der Digitalisierung nutzen“

Wer bei einem Bauteil von Metall auf Kunststoff umsteigen, die Zahl der Komponenten dabei von acht auf drei reduzieren und gleichzeitig Gewicht und Herstellungskosten senken will, muss mit viel Sorgfalt agieren, um alle Anforderungen zu erfüllen. Besonders wenn es sich um einen mechanisch stark beanspruchten Artikel im heißen Getriebe handelt. GK Concept entwickelte eine neue Schaltgabel – und erhielt dafür gemeinsam mit dem Auftraggeber Koki Technik den GKV/TecPart-Innovationspreis 2019.

Die Schaltgabel stellt den Formschluss zwischen Zahnrad und Welle her, damit die Motorkraft auf die Räder übertragen werden kann

Serienreife Schaltgabel aus Kunststoff erbringt Höchstmaß an Funktionsintegration

Verstärkungsstoffe

Produktentwicklung (F+E)

Innovationsentwicklung

Inserttechnik

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Metallsubstitution im Getriebe

Am Beispiel eines Pkw-Motorträgers wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich das Schwingungsverhalten kurzfaserverstärkter Strukturbauteile präziser vorhersagen lässt.

Schallpfade vom Antrieb zum Ohr des Fahrers

16:9

FEM-Simulation sagt Schwingverhalten von Strukturbauteilen präzise vorher

Automotive

Fahrzeugbau

Kraftfahrzeugtechnik

Faserverstärkte Motorbauteile  besser berechnen

Innendruckbelastungen sind typisch für faserverstärkte Kunststoffbauteile. Durch einen drehenden Werkzeugkern kann die Faserorientierung beim Spritzgießen gezielt beeinflusst und damit die Berstdruckfestigkeit von Bauteilen erhöht werden. Eine neu entwickelte Simulationsmethodik ermöglicht es, diese veränderte Faserorientierung bei der Auslegung zu berücksichtigen.

Praktische Umsetzung eines Werkzeugsystems mit drehendem Kern.

Werkzeugsystem mit drehendem Kern verbessert mechanische Eigenschaften

Werkstoffprüfung, mechanisch

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Auslegungsmethodik für innendruckbelastete Bauteile

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

Thermoplaste

Gewebe, technisch

Flammschutzmittel

Additive

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

Der Einsatz elektronischer Geräte nimmt in allen Lebensbereichen stetig zu. Das heißt auch, dass sich immer mehr Produkte gegenseitig stören können. In den meisten Fällen lässt sich das jedoch durch eine gute EMV-Abschirmung verhindern. Welche Rolle dabei Kunststoffe spielen, untersuchte ein Verbundprojekt des KI Lüdenscheid.

Wie Kunststoffe zuverlässig zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung beitragen | Interdisziplinäre Forschung

EMV-Abschirmung durch Kunststoffe

Kunststoffe

Photonik

Optik

Elektrotechnik, Elektronik

Zuverlässig vor elektromagnetischer Strahlung schützen

Seit gut zwei Jahren ist Guido Frohnhaus nun Geschäftsführer Technik bei Arburg. Im Interview mit Kunststoffe spricht der 52-Jährige über die Akzente, die er setzen will, und die Bedeutung des hohen Eigenanteils an Fertigungs- und Programmier-Know-how für die Unabhängigkeit des Unternehmens.

Guido Frohnhaus ist Geschäftsführer Technik bei Arburg

Kreislaufwirtschaft

„Die Gestica wird der Fixstern  im Kundenuniversum sein“

Das gekonnte Zusammenspiel von Bewertungs- und Analysemöglichkeiten bei der Prozesssimulation, die eine Auslegung des optimalen Temperiersystems und einen Vergleich alternativer Herstellungsverfahren einschließt, ebnet den Weg hin zu einem effizienten Produktentwicklungs- und Produktionsprozess.

3D-CAD-Ansicht des konturnahen Temperiersystems für die Spritzgießfertigung einer Blende mit Hochglanzoberfläche.

Vorhersage der Oberflächenqualität von Kunststoffbauteilen mit Hochglanzoberflächen

Dynamische / variotherme Temperierung

Oberflächentechnik

Lackieren

Chemisches Bearbeiten (Auftragen)

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

Der Lack ist ab

Im Spritzgieß-Sonderverfahren GITBlow wird ein Formteil in einem zweistufigen Prozess innerhalb eines Spritzgießzyklus aufgeblasen. Das ist auch mit teilkristalline Materialien möglich.

Das funktionalisierte, vollständig aufgeblasene GITBlow-Bauteil aus PP weist laut Messung und Bildanalyse eine homogene Wanddicke auf. 

Weiterentwicklung des GITBlow-Verfahrens mit spritzgießtypischen Bauteilgeometrien

Blasformen

Mit höchster Präzision im Spritzgießwerkzeug aufgeblasen

Durch einen drehenden Werkzeugkern beim Spritzgießen kann während des Einspritzens Scherung in tangentiale Richtung induziert werden, die sich mit der einspritzbedingten Scherung überlagert. Dies führt bei faserverstärkten Thermoplasten zu einer Umorientierung der Fasern in tangentiale Richtung. Im Rahmen des Beitrags wird vorgestellt, wie sich das Werkzeugsystem mit drehendem Kern auf die Faserorientierung und die Berstdruckfestigkeit von kurzfaserverstärktem Polypropylen und Polyamid auswirkt.

Schematische Darstellung der rotationsbedingten Schergeschwindigkeit aufgrund des drehenden Werzeugkerns

Werkzeugkonstruktion

Polypropylen

Beeinflussung der Faserorientierung von Polypropylen und Polyamid im Spritzgießprozess durch einen drehenden Werkzeugkern

Wenn man als Lieferant nicht beliebig austauschbar sein möchte, so muss man weg von der Fertigung nach Zeichnung hin zu intelligenten Lösungen für den Kunden. Es gibt noch Potenzial für Innovationen.

Bild 1. Darstellung der Ausgangsgeometrie der „Federhaube“ (Feinst-Luftdruckregler) mit Angabe der Raummaße.

Plädoyer für einen konsequenten Einsatz der Spritzgießsimulation bei jedem Teil

Ungenutztes Potenzial zur  intelligenten Bauteilentwicklung

Adapterplatte: 80 Prozent leichter durch klugen Metallersatz

Kann man ein mechanisch hochbelastetes Strukturbauteil aus massivem Stahl durch eine Kunststofflösung ersetzen? Ja – wie ein Projekt zeigt, das Barlog Plastics gemeinsam mit der Firma Viebahn Systemtechnik realisierte.

Kann man ein mechanisch hochbelastetes Strukturbauteil aus massivem Stahl durch eine Kunststofflösung ersetzen? Die Antwort lautet: Ja – wie ein Projekt zeigt, das Barlog Plastics gemeinsam mit der Firma Viebahn Systemtechnik realisierte. Die neu konzipierte und produzierte Kunststofflösung besteht aus lediglich drei statt knapp zwei Dutzend Teilen und wiegt nur noch rund ein Fünftel – bei stark reduzierten Herstellungskosten und gleichzeitiger Einhaltung aller mechanischen Anforderungen.

Transportgestelle spielen in der weltweiten Unternehmenslogistik eine wichtige Rolle: Mit ihrer Hilfe werden zum Beispiel schwere Motoren über weite Strecken zwischen OEM-Werken transportiert. Aus Gründen des Handlings werden diese meist einseitig über eine sogenannte Adapterplatte an einem geeigneten Transportgestell befestigt, das in etwa die Maße einer Euro-Palette hat. Diese Adapterplatte muss erhebliche Gewichtskräfte, Drehmomente und hohe dynamische Beschleunigungen aufnehmen und überstehen, etwa beim Transport über unebene Straßen. Daher werden solche Platten üblicherweise aus Stahl gefertigt. „Ihre Herstellung erfolgt, wie in der Stahlverarbeitung üblich, aus mehreren zerspanten Teilen und ist also sehr aufwendig“, erläutert Erik Schoppmann, Betriebsleiter bei der Viebahn Systemtechnik GmbH, Wiehl, einem renommierten Anbieter von Hochleistungs-Ladungsträgern für die Automobilindustrie. „Hinzu kommt, dass in Zeiten des Klimawandels auch das hohe Gewicht derartiger Stahlkonstruktionen zunehmend kritisch hinterfragt wird. Darum haben wir uns als einer der Technologieführer der Branche schon frühzeitig für leichtere Alternativen aus Kunststoff interessiert. Schließlich prüfen wir bereits seit Jahren jeden unserer Fertigungsschritte auf seine Umweltrelevanz.“

Als Partner für dieses ehrgeizige Projekt konnte Schoppmann die Barlog Plastics GmbH gewinnen. Dort näherte man sich der Herausforderung zunächst mit einer ausführlichen Machbarkeitsanalyse, in der die bestehende Stahlgeometrie als Ausgangspunkt gewählt wurde. Als Werkstoff wählten die Ingenieure des bergischen Anbieters von Highend-Lösungen für die gesamte Kunststoffbranche Grivory GVL-6H HP (Hersteller: EMS-Chemie), ein Polyamid mit partiell aromatischen Anteilen und 60 % Langglasfaserverstärkung. „Grivory ist ein bewährter Metallersatz-Werkstoff, den wir bereits mehrfach mit großem Erfolg zum Einsatz gebracht haben“, erläutert Barlog-Plastics-Experte Tobias Wiebel.

Hier beweist sich die jahrzehntelange Erfahrung, die das Overather Unternehmen nicht nur in Sachen Kunststoff-Produktentwicklung, Werkstoffanalyse und Rapid Prototyping, sondern auch in der kompetenten Materialauswahl gesammelt hat: Barlog Plastics hält Compounds für praktisch alle Anwendungsfälle der kunststoffverarbeitenden Industrie bereit – inklusive Werkstofflösungen für Spezialfälle, in denen etwa wärmeleitende oder elektrisch leitfähige, spritzgießtaugliche Materialien gefragt sind.

„Grivory GVL-6H HP ist so ziemlich das Maximum dessen, was wir im Blick auf Steifigkeit und Festigkeit im Köcher haben – auch dann, wenn man die Wirtschaftlichkeit der Anwendung in den Fokus einbezieht“, so Wiebel. Für die ersten Analysen wurde angenommen, dass die Adapterplatte durch ein Vierfaches des Motorgewichts von rund 250 kg dynamisch beansprucht wird. Bereits die ersten Berechnungen stimmten das Barlog-Plastics-Projektteam, das neben Tobias Wiebel auch von Daniel Könemann koordiniert wurde, positiv. Natürlich war die Herausforderung beachtlich. Aber, so Wiebel: „Anhand der Machbarkeitsstudie haben wir schnell den Eindruck gewonnen, dass wir die Aufgabe durch kunststoffgerechte Konstruktion gut lösen können“ – ganz entsprechend dem Barlog-Plastics-Leitsatz: von der Idee bis zur Serie. „Je früher wir unsere Kompetenzen in die Waagschale legen können, desto besser.“

Kompetenzen früh in die Waagschale legen begünstigt den Projektverlauf

In diesem Fall war Barlog Plastics sogar von Beginn an mit im Boot – optimale Voraussetzungen also für ein derart forderndes Projekt. Gemeinsam mit der Viebahn Systemtechnik wurde nun ein Bauraum definiert und als 3D-Modell aufgebaut. In mehreren Simulationsschritten wurde dann die Topologie bzw. Geometrie der neuen Kunststoff-Adapterplatte optimiert. Ergebnis war ein virtuelles Strukturbauteil, aus dem bereits die Hauptlastpfade abgeleitet werden konnten (Bild 1).

In der Folge wurde die Geometrie in weiteren Iterationsschritten kunststoff- und werkzeuggerecht weiter angepasst; hierbei kamen auch FEM-Struktursimulationen zum Einsatz, mit deren Hilfe das Barlog-Plastics-Team eventuelle mechanische Schwachstellen vorausblickend durch Simulation analysieren und zum Beispiel über geeignete Rippenstrukturen und Wanddickenanpassungen optimieren konnte. „Stahlbauteile werden spanend aus dem Vollen hergestellt, indem Material unter hohem Zeit- und Arbeitsaufwand dort weggenommen wird, wo es nicht benötigt wird“, erläutert Könemann.

Produkt nach Topologieoptimierung von Grund auf neu aufgebaut

„Bei Kunststoffbauteilen ist es genau andersherum: Spritzgießen ist ein Urformverfahren, bei dem während der Herstellung gezielt dort Material eingebracht wird, wo es benötigt wird – und zwar nur dort“, so Könemann weiter. „Das ist ein völlig anderer Ansatz, bei dem ein ganz anderes Know-how gebraucht wird. Im Prinzip haben wir die Adapterplatte nach der Topologieoptimierung also von Grund auf neu aufgebaut.“

Parallel dazu begann die Arbeit an detaillierten Spritzgießsimulationen, unter anderem um die besten Anspritzpunkte zu ermitteln (Bild 2). „Hier haben wir uns zum Beispiel auf die optimale Ausrichtung der lasttragenden Fasern konzentriert und Bindenähte an Bereichen des Bauteils platziert, die möglichst wenig belastet sind“, so Wiebel. „Es gibt nur wenige Anbieter im Markt, die alle diese Methoden, die wir hier angewendet haben, beherrschen, also Spritzgieß-Know-how inklusive Simulationen, Konstruktion und FEM-Analysen in einem Paket.“

Außerdem wurde früh die Entscheidung getroffen, die Krafteinleitung durch zwei Stahleinleger weiter zu optimieren – auch diese mussten verfahrensgerecht eingepasst werden, um alle drei Komponenten des Kunststoffträgers noch im Spritzgießwerkzeug bestmöglich ineinander zu verschränken. Am Ende des Prozesses stand eine Kunststoff-Adapterplatte, die nicht nur als digitales Modell überzeugte, sondern sich auch in der Praxis bewährte: „Wir haben nicht nur die üblichen Belastungstests gemacht“, betont Viebahn-Betriebsleiter Schoppmann, „sondern darüber hinaus das Bauteil weiteren extremen Belastungen ausgesetzt, um es so auf Herz und Nieren zu prüfen. Unser Ergebnis ist eindeutig: Die Kunststoffvariante ist auf Augenhöhe mit der Metallversion.“ „Das ist genau das, was wir angestrebt haben“, ergänzt Barlog-Plastics-Mitarbeiter Daniel Könemann. „Für uns ist wichtig, dass das Produkt am Ende funktioniert und nicht nur die abstrakten Forderungen des Lastenheftes erfüllt.“

Bauteilgewicht und Herstellkostendeutlich reduziert

Dabei ist die Grivory-Adapterplatte mit gerade einmal 4 kg Gewicht rund 80 % leichter als die ursprüngliche aus Stahl (19,5 kg). Bei der Herstellung im Spritzgießverfahren entfallen zudem einige teure manuelle Montage- bzw. Herstellungsschritte – im Vergleich zur Stahlvariante sinken die Herstellungskosten um rund 50 %. „Und die Umwelt profitiert auch“, so Schoppmann. Denn 15,5 kg Gewichtseinsparung entsprechen bei 52 Trägern pro Lkw-Transport immerhin rund 800 kg weniger Last. Das steht schon bei einer Fahrt von gerade einmal Hamburg nach München für eine CO2 -Einsparung von rund 25 kg. „Das passt natürlich perfekt zu unserem Anspruch, in unserer Branche auch Nachhaltigkeits-Europameister zu werden“, so der Viehbahn-Betriebsleiter.

BARLOG plastics GmbH  

https://www.barlogplastics.de

Ausgabenartikel KU08-22

Bildcollage (links): Adapterplatte mit eingehängtem Motor

Bild 1. Bauraum, Ergebnis der Topologieoptimierung und kunststoffgerechte Konstruktion

Bild 2. Belastungssituation des Bauteils in Kombination mit den gewählten Anspritzpunkten und den erwarteten Bindenähten

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Die <b>Barlog Plastics GmbH</b> ist ein Full-Service-Anbieter für die Herstellung und den Vertrieb von Kunststoff-Compounds, die Entwicklung von Kunststoffkomponenten sowie die Prototypen- und Kleinserienfertigung. Das inhabergeführte Familienunternehmen wurde 1996 als Distributor technischer Kunststoffe gegründet und hat sich über die Jahre vom Handelsunternehmen zum Technologie- und Entwicklungspartner weiterentwickelt. Seit 2011 ist der Firmensitz im nordrhein-westfälischen Overath. Der Fokus des Unternehmens liegt auf dem kundenorientierten Zusammenspiel zwischen den Unternehmensbereichen – vom ersten Konzept bis zur Belieferung der Serie mit hochwertigen Kunststoff-Compounds. Alle Leistungen des Unternehmens sind sowohl einzeln als auch als Komplettpaket verfügbar.

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