Das Batteriesystem ist eine der schwersten Komponenten im Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs. Durch den bedarfs- und funktionsgerechten Einsatz von Leichtbaumaterialien und großserienfähigen Fertigungsprozessen besteht großes Leichtbaupotenzial.

Leichtbau-Batteriemodul mit Lithium-Ionen-Batteriezellen im Pouch-Zellformat und SMC-Modul-Endplatten.

Traktionsbatteriesystem in Leichtbauweise für die Elektromobilität

Composite-Halbzeuge

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Elektromobilität

Mobilität

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kunststoff Werkstoffe

Leichtbau

Harzsysteme für Composite-Herstellung

Polyurethan

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Energiespeichersysteme

Leichtbau für Schwergewichte

An der FPP-Technologie zeigen derzeit vor allem zwei Industrien besonderes Interesse: die Luft- und Raumfahrt bei der Automatisierung der Legeprozesse von Multimaterial-Leichtbauteilen mit Sandwichkern, sowie die Hersteller von CFK-Drucktanks für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge (FCEV).

Laminatverstärkung filamentgewickelter Drucktanks. Die Ausprägung der Patches und des Greifers ist an die Größe und Komplexität des Bauteils angepasst.

Neue Anwendungen und Kunden für die automatisierte Produktion von Faserverbundbauteilen

Greifer

Automatisierungstechnik

Handling, Handhabungstechnik

Kohlenstofffasern / -matten

Verstärkungsstoffe

Inspektionssysteme

Fertigungsautomation

Bildverarbeitung

Industrieroboter

Montagetechnik

Verstärkung im Anflug

Die Preisträger zeigen jedes Jahr aufs Neue, welche Möglichkeiten Composites bieten. Am Ende sind es oft nur Nuancen, die beim Votum der Jury entscheiden.

Die Preisverleihung am Abend des 29. November 2022 führte die glücklichen Preisträger in Augsburg zusammen.

AVK ehrt herausragende Composite-Innovationen

Am 29. November 2022 hat die AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe ihre Innovatonspreise verliehen. Wir zeigen Ihnen die herausragenden Ideen in Bildern.

AVK Innovationspreise 2022

Die AVK sucht die besten Innovationen im Bereich faserverstärkte Kunststoffe (FVK) / Composites. Einsendeschluss für die Bewerbungsunterlagen ist der 14. April 2023.

Der AVK-Innovationspreis fördert Neu- und Weiterentwicklungen im Bereich faserverstärkte Kunststoffe.

AVK-Innovationspreis 2023

Die Auszeichnung, vergeben von der AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe, stellt das Potenzial von Composites und die vielen Vorteile des Werkstoffs heraus. Wir stellen Ihnen die Preisträger vor.

Haben sich um die Weiterentwicklung von Composite-Anwendungen verdient gemacht: Die Gewinner des diesjährigen AVK Innovationspreises.

Composite-Innovationen ausgezeichnet

Noch bis zum 28. März 2024 können sich Unternehmen und Institutionen für den Award im Bereich Faserverstärkte Kunststoffe bewerben.

Die Bewerbungsfrist für den AVK Innovationspreis 2024 läuft bis zum 28. März 2023.

AVK Innovationspreis 2024 ausgeschrieben

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

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Spritzgießsimulation

Software

Simulation

Fahrradrahmen aus der  Spritzgießmaschine

Leichtbau ist eine Möglichkeit, den CO2 -Ausstoß etwa von Fahrzeugen zu reduzieren. Auch bei den eingesetzten Materialien lässt sich der CO2 -Verbrauch durch den Einsatz von Biokunststoffen verringern. Die Entwicklung eines biobasierten duroplastischen Materials zeigt, dass sich Biokunststoffe für die Herstellung von SMC-Halbzeugen eignen.

Als Demonstrator wurde ein Heckspoiler gefertigt. Die Herstellung des Bauteils zeigte, dass das teilweise biobasierte Halbzeug sehr gute Fließeigenschaften aufweist. Auch das Füllen komplexer verrippter Strukturen ist unter konventionellen Verarbeitungsparametern möglich

Duroplast mit geringerer Dichte auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen

Halbzeuge und Zwischenprodukte spanend

Biokunststoffe

Halbzeuge und Zwischenprodukte spanlos

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Leichter mit Biokunststoff

Mit der Technikumsmaschine duo 5500 combi M bietet Engel seinen Kunden die Möglichkeit, eine Vielzahl von Spritzgießtechnologien für Großbauteile effizient umzusetzen und dabei Kosten zu sparen.

32 m lang, 13 m breit, 6,8 m hoch und 545 Tonnen schwer: Die Großmaschine Engel duo 5500 combi M mit 55 000 kN Schließkraft steht seit Kurzem im Technikum in St. Valentin für Kundenversuche bereit.

Die Mehrkomponentenmaschine duo 5500 combi M bei Engel im Technikum St. Valentin

Schaumspritzgießen

Mehrkomponenten-Spritzgießen

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

Spritzprägen

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Oberflächentechnik

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Spritzgießmaschinen

Spritzgießtechnologien im  Mega-Maßstab

Vier Forschungspartner haben es sich zum Ziel gesetzt, im Rahmen eines „Zero-Waste“-Projekts eine neue Presstechnik für die Herstellung von nachhaltigen Faserverbundlösungen zu entwickeln.

Für die Herstellung der Versuchsbauteile kam eine von Engel entwickelte SMC-Fertigungszelle mit einer Maschine des Typs Engel v-duo 700 und einem Knickarmroboter easix KR35 zum Einsatz

16:9

Forschungsprojekt zeigt Recyclingpotenzial für Composite-Leichtbau auf

Anlagen zur Composite-Herstellung

Bruchmechanische Prüfung

Messtechnik

Werkstoffprüfung

UD-Tapes

Presswerkzeuge, Kunststoff

Pressen von Kunststoffen

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

„Zero-Waste“-Konzept für Carbon-SMC

Tapes prägen die nächste Generation der thermoplastischen Composites. Das Legen der Tapes muss zugleich hochgenau und wirtschaftlich erfolgen. Einen dritten Schwerpunkt bei der Weiterentwicklung seiner Tape-Legezelle setzt Engel auf die Vereinfachung der Bedienung.

Der neue modulare Übernahmekopf der Tape-Legezelle erhöht sowohl die Kosteneffizienz als auch die Flexibilität. Die Funktionselemente können dank eines Lochrasters individuell platziert werden.

CAD-basiertes Tapelegen

Bildverarbeitungssysteme

Greifer für die Kunststofftechnik

Präzise und zugleich hocheffizient

Neue, vollautomatische Schneid- und Paketieranlage mit Schnellwechselsystem steigert die Produktivität bei der Herstellung von Composite-Bauteilen.

Life-Präsentation der Fibercut am Dieffenbacher-Hauptsitz in Eppingen.

Automatisierte SMC-Verarbeitung

Der Klima- und Verkehrswende kommen ausgeklügelte Faserverbundlösungen zugute. Für Marine, Infrastruktur und Schienenfahrzeugbau konkurrieren vielfältige Brandschutzkonzepte. Die Branche widmet dem Recycling größere Aufmerksamkeit.

Das erste naturfaserverstärkte Satellitenpaneel ermöglicht eine sichere Weltraumerkundung und verglüht beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre vollständig

20:7

Faserverbundkunststoffe beleben das Transport- und Bauwesen

Glasfasern / -matten

Faserverarbeitung

Naturmaterialien

Composites setzen Trends im Leichtbau

Die Hersteller von Halbzeugen und Konsumprodukte aus Kunststoff sind mit Zuversicht und Optimismus in das laufende Jahr 2021 gestartet. Die Entwicklung wird allerdings durch die in Teilen knappe Versorgungslage mit Rohstoffen gedämpft.

Spritzgussteile, allgemein

Verbände, Institutionen, Messen

Verbände

kunststoffe.de

pro-K: Rohstoffversorgung dämpft Optimismus

Digitalisierung senkt Kosten und Materialverschnitt und steigert die Effizienz

Die Digitalisierung bietet die Möglichkeiten größere Stückzahlen zu niedrigeren Kosten zu fertigen und lässt sich auf die Produktion von Faserverbundbauteilen gut anwenden.

Die Produktionstechnik für Verbundwerkstoffbauteile steht vor der Herausforderung, größere Stückzahlen zu niedrigeren Kosten fertigen zu müssen. Dieser Trend ist in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und dem Schiff- und Automobilbau besonders ausgeprägt. Die Digitalisierung bietet dafür Möglichkeiten und lässt sich auf die Produktion von Faserverbundbauteilen gut anwenden.

Höhere Stückzahlen bei gleichzeitiger Kostensenkung sind eine besondere Herausforderung für Hersteller von Verbundwerkstoffbauteilen. Schließlich sind die Anforderungen an die Qualität dieser Bauteile sehr hoch und es sind nur geringe Toleranzen akzeptabel. Mehr als andere Industrien ist die Verbundwerkstoffindustrie wegen der Komplexität der Produktionsprozesse nach wie vor stark auf Handarbeit angewiesen. Dieser menschliche Faktor verursacht für die Hersteller allerdings einige Schwierigkeiten, wie einen unnötig hohen Materialabfall, menschliche Fehler und hohe Kosten für manuelle Arbeit. Kostensenkungen und Zeiteinsparungen lassen sich durch zunehmend zur Verfügung stehende automatisierte Fertigungsmöglichkeiten erreichen z. B. das automatisierte Schneiden von Verbundwerkstoffmaterialen.

Das Schneiden und Übereinanderlegen mehrerer verschiedener Lagen wird auch als Kitting bezeichnet. Dabei können Zuschnitte aus vielen Lagen zusammengestellt werden. Ein Lagenpaket, das zu einem Bauteil verpresst wird, nennt man Kit. Arbeiter legen diese Kits anschließend zur Weiterverarbeitung in Werkzeuge ein. Kitting ist ein wichtiger und gleichzeitig arbeitsintensiver Prozess bei der Herstellung von Verbundbauteilen, der außerdem sehr fehleranfällig ist. Die Automatisierung des Kitting-Prozesses bringt deshalb viele Vorteile. Sie reduziert den Verschnitt erheblich, senkt die notwendigen Personalkosten und erschließt darüber hinaus Möglichkeiten zur Maximierung des Durchsatzes im Lagenzuschnitt und in der Reduzierung der Produktionskosten.

Der Kitting-Prozess kann vollständig automatisiert werden, indem die Prozesse Nesting, Schneiden, Etikettierung und Kitting innerhalb einer einzigen automatisierten und digitalisierten Zelle integriert werden. Zum Einsatz kommen dafür automatisierte Kitting-Systeme, also roboterbasierte High-End-Systeme mit automatisierter Programmierung, um den Anforderungen der sich ständig wechselnden Lagengeometrien und -ausrichtungen gerecht zu werden. Eine Zelle umfasst eine Förderschneidemaschine, einen Roboter mit angeschlossenem Effektor sowie eine Pufferstation zur Ablage der Lagen (Bild 1).

Automatisierte Geräte und Sensoren ermöglichen die Erstellung eines digitalen Informationsfadens zur Optimierung durchgängiger Gesamtprozesse. Alle Prozessschritte werden durch ein digitales Gerüst verbunden, das mit den verschiedenen angeschlossenen Geräten und Maschinen kommuniziert. Dieses Gerüst ist ein Schlüsselelement zur Minimierung des Verschnittes im gesamten Produktionsprozess, vom Lager über den Zuschnitt, bis hin zur Bausatzversorgung und dem Laminieren. Im Inneren einer Zelle werden alle notwendigen Informationen einschließlich Lage, Orientierung und Identifizierung einzelner Lagen für die Roboter und Pufferstation bereitgestellt. Ein manuelles Etikettieren der Lagen wird dadurch überflüssig, falls es nicht für nachfolgende manuelle Prozesse erforderlich ist.

Durch den Wechsel von manuellem zu automatisiertem Kitting werden die grundlegenden Schritte des Prozesses nicht verändert. Innerhalb des Herstellungsprozesses befindet sich die Zelle zwischen dem Gefrierschrank mit den Prepreg-Materialrollen und den Laminierzellen. Ein digitaler Arbeitsauftrag leitet alle notwendigen Fertigungsaktivitäten in der richtigen Reihenfolge ein. Das beginnt mit einem Signal an das Lager für den Transfer der gewünschten Materialrolle zur Zelle für die Akklimatisierung. Die Nestingsoftware wird aktiviert, um die Schneidedateien zu erstellen oder frühere Informationen über das Nesting an die Kitting-Zelle zu übermitteln. Danach wird mit dem Schneiden begonnen. Die Schneidemaschine hat ein Transportband mit einer Verlängerung für das Bewegen der Lagen nach dem Schneiden bis in den Entladebereich des Roboters. Dort nimmt der Roboter automatisch die Lagen auf und legt sie auf ein Tablett in der Pufferstation.

Verbesserte Materialnutzung und  höherer Durchsatz beim Laminieren

Das automatisierte Kitting verändert die Art und Weise, in der die Bausätze gebildet werden. Traditionell werden die Bausätze jeweils pro Bauteil bestellt und in der für das Laminieren richtigen Reihenfolge von den Bedienern auf dem Kitting-Schneidetisch angeordnet. Abhängig von der Qualität und Effizienz des Nestings kann das sehr arbeitsintensiv sein. Die Automatisierung dieses Prozesses bietet deshalb einige Vorteile. Durch ein automatisiertes Kitting-System lässt sich sowohl die Materialausnutzung als auch der Durchsatz beim Laminieren in einer Just-in-Time-Lieferung kompletter Bausätze optimieren. Das Kitting-System kann etwa bestimmte Bausätze oder Materialströme anhand von Verfallsdaten oder Haltbarkeit sowie die Verfügbarkeit der Laminierzelle im Schnelldurchlauf überprüfen.

Bei der Arbeit mit vielen verschiedenen Bauteilen oder unterschiedlichen Projekten erhöhte eine automatisierte Programmierung der Fertigungszelle die Flexibilität der Produktion. Mit den Informationen zu den einzelnen Lage – einschließlich Orientierung, Material und Geometrie – werden Roboter und Endeffektor automatisch so programmiert, dass sie sich zum gewünschten Abholort bewegen und den der Lagengeometrie und -ausrichtung entsprechenden Greifer aktivieren. Für die meisten Prepreg-Materialien und andere nicht poröse Materialien wie Klebefolien kommen typischerweise Saugnapfgreifer zum Einsatz (Bild 2). Wenn poröse Materialien verwendet werden, sind Fließgreifer für das Materialhandling erforderlich.

Bausatz-Identifikation und -Lagenfolge enthalten Informationen zur Anordnung der Lagen. Durch diese Informationen erkennt die Pufferstation, welcher Bausatz welchem Ablagefach zugeordnet werden soll, und der Roboter legt die Lage automatisch dort ab. Die Pufferstationen können eine beliebige Anzahl von Ablagefächern aufnehmen, die vertikal gestapelt werden und sich auf und ab bewegen. Die Größe der Pufferstation richtet sich nach den Lagengrößen und der Menge der Ablageflächen sowie nach der Anzahl und Abfolge der Bausätze (Bild 3). Bausätze mit sehr vielen Lagen sind in Unterbausätze unterteilt, die auf eine einzige Ablage passen, um eine gute Sequenzierungseffizienz zu gewährleisten.

Die Informationen zur Reihenfolge der Lagen pro Bausatz werden in der Pufferstation gesammelt. Da alle Lagenstandorte bekannt sind, kann der Sequenzierungsalgorithmus unkompliziert die effizientesten Abfolgeschritte bestimmen, bevor mit der physischen Sequenzierung begonnen wird. Sollten unerwartete Änderungen auftreten, wird die Ausführung schnell automatisch angepasst. Der Puffer verwendet dann ein Ablagefach sowie mehrere Ablageorte für die vorübergehende Lagerung von Lagen, bevor diese in der gewünschten Reihenfolge zurückgelegt werden.

Durch automatisiertes Kitting ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten zur Maximierung des Lagenzuschnitts, bei der Konfektionierung der Produktionsleistung und zur Begrenzung der Produktionskosten. Das Schlüsselelement ist dabei der sogenannte digitale rote Faden sowie der Austausch von Daten, die die automatisierten Anlagen und Sensoren zur Verfügung stellen. Durch diese Informationen lässt sich der Materialverschnitt über den gesamten Herstellungsprozess hinweg nachhaltig verringern.

Neben den üblichen Beweggründen für eine Automatisierung der Composite-Fertigung bietet das automatisierte Kitting außerdem noch folgende Vorteile:

<ul><li>Integrierung der Nesting-Software</li><li>Integrierung des ERP-/MES-Systems</li><li>Optimierung von Prozessfluss und Projektkalkulation</li><li>Beherrschung komplexer Vorgänge</li><li>Ausführen von dynamischem Nesting</li><li>Optimierung von Kosten und Durchsatz</li><li>Digitale Nachverfolgung für Haltbarkeit, weniger Verschnitt, geringerer Bedarf an Lagerfläche</li><li>Höherer Durchsatz am Schneidetisch</li></ul>

Durch die Integration der Nestingsoftware in den Bausatz können sehr komplexe Nestings erstellt werden, die normalerweise für menschliche Anwender unmöglich nachzuverfolgen wären. Der nächste Schritt ist die Entwicklung eines dynamischen Echtzeit-Nestings in Kombination mit dem Schneideprozess, das auf Abruf durchgeführt werden kann. Sollte eine Lage abwärts beschädigt werden oder falls ein Defekt innerhalb einer Lage auftritt, kann diese Lage sofort zum Nachschneiden und Wiederausliefern von der Zelle angefordert werden. Durch die rechtzeitige Lieferung dieser Lage kann die Laminierung mit minimaler Beeinträchtigung anderer Projekte und ohne das Risiko, weitere Lagen oder sogar einen kompletten Bausatz zu verlieren, weitergehen.

Durch die verbesserte Leistungskontrolle der Schneidemaschine lässt sich außerdem ebenfalls der Arbeitsablauf optimieren. Entscheidungen können auf der Grundlage des vorliegenden Laminierungsbedarfs, der Materialkosten und der Verfügbarkeit des Zuschnittes getroffen werden. Bei erhöhtem Laminierungsaufkommen und gleichzeitigem Engpass beim Lagenschneiden ist es beispielsweise möglich, die Nestingkomplexität zu reduzieren, um dem Anwender eine schnellere Verfügbarkeit von Schneide- und Lagenstapel zu ermöglichen. Um den Fluss in Echtzeit zu verbessern, wird vorab ebenfalls eine Prozessoptimierung durchgeführt. Das ermöglicht eine Kalkulation zur maximalen Auslastung der Produktionsanlagen.

Die Prozessoptimierung ist eng mit dem Enterprise Resource Planning (ERP) und dem Manufacturing Execution System (MES) verbunden, mit denen bestimmt wird, welcher Auftrag oder welches Teil wann gefertigt werden soll. Der Schlüssel dazu ist ein digitaler roter Faden, der alle Elemente miteinander verbindet und einen vollständigen Überblick über die Prozessschritte gibt. Mit einem besseren Einblick in die einzelnen Schritte des Prozessablaufs, können folgende Arbeitsschritte digital durchgeführt werden:

<ul><li>Auftrags- und Teileauswahl sowie -planung</li><li>Material- und Rollenauswahl, z. B. hinsichtlich der Auftaureaktionen und der Verfalldaten</li><li>Auswahl von Schneidetisch und Arbeitsflächen</li><li>Auswahl der Methoden für Nesting, Schneiden und Kitting</li></ul>

Die Auswahl kann jeweils schnell simuliert werden, was schnelle, fundierte Entscheidungen ermöglicht. Auch Änderungen in letzter Minute lassen sich vor der Ausführung simulieren, was Fehler oder Ineffizienzen reduziert. Durch eine solche datengesteuerte Produktion können die Produktionsausbeute maximiert, die Produktionskosten und die Rollenwechsel minimiert und die Materialausnutzung und das Restmaterialmanagement verbessert werden. Außerdem lässt sich dadurch die Nutzung der Prepregs hinsichtlich des Verfallsdatums optimieren und der nachgeschaltete Materialverlust minimieren. Die Fehleranfälligkeit der Produktion sinkt, die Qualität steigt und es ist weniger schriftliche Dokumentation notwendig.

Automatisiertes Kitting reduziert die manuelle Arbeit und den Materialausschuss und -verschnitt. Daneben bietet es außerdem viele Möglichkeiten zur Produktionssteigerung sowie zur Senkung der Kosten. Der Schlüssel dafür ist ein digitaler roter Faden und ein Informationsaustausch zwischen den Maschinen und Systemen, der eine fundierte Entscheidungsfindung ermöglicht.

Ein solcher digitaler roter Faden ist nur mit durchgehend digitaler Ausrüstung möglich und benötigt Sensoren, die die notwendigen Informationen sammeln. Ein automatisiertes Kitting-System ist ein roboterbasiertes High-End-System mit umfangreicher automatischer Programmierung, um den Anforderungen der sich ständig ändernden Geometrien, Standorte und Ausrichtungen der Lagen gerecht zu werden. Ein hoher Durchsatz bedarf intelligenter adaptiver Algorithmen für Zuschnitt, Speicherung und Sequenzierung. Automatisierte Kitting-Systeme stellen nur eine Möglichkeit dar, die Herstellung von Verbundbauteilen zu automatisieren. Airborne, Den Haag/Niederlande, hat auch für weitere Produktionsprozesse digitale vollautomatisierte Fertigungslösungen entwickelt. Kunden können diese Anlagen kaufen, mieten oder die Fertigung als Dienstleistung einkaufen.

Airborne Composites Automation  

https://www.airborne.com

Ausgabenartikel

Der automatisierte Kitting-Prozess integriert die Produktionsschritte Nesting, Schneiden, Etikettierung und Kitting in eine einzelne Fertigungszelle

Bild 1. Die automatisierte Fertigungszelle besteht aus einer Förderschneidemaschine, einem Roboter mit angeschlossenem Effektor sowie einer Pufferstation zur Ablage der Lagen 

Bild 2. Der Greifer nimmt Prepregs und andere Materialien auf. Je nach Material kommen dafür etwa Saugnapf- oder Fließgreifer zum Einsatz

Bild 3. Die Anzahl und Größe der Pufferstationen kann an die Lagengröße und notwendige Menge der Ablageflächen angepasst werden 

KU 2-20_Airborne

Marcus Kremers ist Chief Technology Officer bei Airborne in Den Haag/Niederlande; <a href="mailto:m.kremers@airborne.com">m.kremers@airborne.com</a>

Dr. Michael Effing ist Gründer und Geschäftsführer der AMAC GmbH und berät und unterstützt Airborne in der DACH-Region; <a href="mailto:amac@effing-aachen.de">amac@effing-aachen.de</a>