Ultraschnelle Produktion von Leichtbaukomponenten

Aufgabenstellung

Bei der Herstellung von maßgeschneiderten Halbzeugen aus Faserverbundkunststoffen (tailored composite blanks), werden einzelne Schichten von unidirektional faserverstärktem Spulenmaterial (sog. UD-Tapes) mittels Laser in verschiedenen Richtungen aufeinander verschweißt. So können individuelle Verstärkungsstrukturen mit unterschiedlichsten Geometrien und Schichtaufbauten gefertigt werden. Das Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau AZL der RWTH Aachen hat ein patentiertes und ausgezeichnetes Verfahren (JEC World Innovation Award, Paris 2019) entwickelt, um das laserunterstützte Legen des Tapes so zu automatisieren, dass auch großserientauglich und wirtschaftlich Laminate gefertigt werden können. Um das Verfahren umsetzen zu können, benötigte das AZL einen erfahrenen Partner, der sowohl wusste, mit welchen Mitteln die Automatisierung umsetzbar ist, als auch die entsprechenden Komponenten dazu liefern konnte.

Lösung von mk

Zusammen mit dem AZL erarbeitete mk als Industriepartner des F&E Projekts eine Automatisierungslinie. Diese fördert die Werkstückträger von Ablegestation zu Ablegestation und leistet zudem den nötigen Vorschub im Prozess des laserunterstützten Tape-legens. mk konnte bei dem Projekt seine langjährige Erfahrung in der Automatisierung, der Fördertechnik und der Handhabung von Werkstücken einbringen und die passenden Komponenten dazu liefern.

Der Transfer der Werkstückträger erfolgt durch das Werkstückträgersystem Versamove. Für den Vorschub werden Linearmodule mit Zahnriemen eingesetzt. Diese beschleunigen sehr stark und erfüllen so die geforderte Genauigkeit und den Anspruch an die Geschwindigkeit von 1 m/s. Um im industriellen Prozess die benötigte Taktzeit zu erreichen, werden zwei parallele Lineareinheiten eingesetzt. Sie arbeiten zeitlich unabhängig, wechselweise zueinander. Hierdurch erfolgt der Leer-Rückhub in der Nebenzeit des Tape-legens.

Zudem lieferte mk die Schutzeinhausung für das Projekt, die als Laserschutzkabine ausgeführt wurde. Es wurden Labyrinth-Dichtungen verwendet, sodass Spalte mit direktem Durchgang für Licht und Laser eliminiert werden konnten. Im Betrieb beim AZL zeigte sich, dass am Austritt des Werkstückträgers aus der Laserkabine zu starke, reflektierte Laserstrahlen austreten konnten. Hier musste ein Tunnel ergänzt werden und der Austrittsspalt mit Bürstenleisten versehen werden.

Das Projekt umfasste zwei Phasen. Im ersten Projekt wurde die Machbarkeit anhand eines funktionsfähigen Prototyps nachgewiesen. Im zweiten Schritt wurde die Anlage um eine optimierte Station und einen WT-Umlauf erweitert, um im Folgenden die vollautomatisierte Produktion umzusetzen und den Prozess weiter erforschen zu können.