KEM Konstruktion 09.2017

WERKSTOFFE/VERFAHREN
LEICHTBAU
Bild: ARRK Engineering
Aufgrund der kurzen Zykluszeiten
entschied sich das Entwicklerteam
für einen langfaserverstärkten
Werkstoff mit thermoplas -
tischer Matrix, der mit kurzfaserverstärktem
Kunststoff umspritzt
werden sollte. Die unterschied -
lichen Lösungsansätze sowie ihre
Machbarkeit wurden wiederum in
entsprechenden Simulationen
bewertet und optimiert
Bild: ARRK Engineering
Im ersten Prozessschritt werden das Organoblech und die verstärkenden UD-Tapes
erwärmt und in einem Pressverfahren so umgeformt, dass die gewünschte Gestalt
entsteht. Das Zuschneiden der Preform erfolgt mittels Wasserstrahlschneiden
Die 45°-Lagen des Organoblechs erwiesen sich als besonders
wichtig, um der Gehäusetorsion entgegenzuwirken
Bild: ARRK Engineering
Der detaillierte Entwurf sah weiterhin die Verwendung von Alumi -
nium-Inserts vor, die die in die Lager eingeleiteten Lasten auf das
Organoblech übertragen. Mit diesen Inserts konnte die Wellenverkippung
deutlich reduziert werden. „Da die Lagersitze auf 30 μm genau
passen müssen und so wenig Nacharbeiten wie möglich anfallen
sollten, wurden die entsprechenden Prozessparameter und ihre
Auswirkungen, etwa auf den Verzug, im Versuch ermittelt“, legt Rademacher
die Details dar. Neben den UD-Tapes tragen auch Spritzgussrippen
auf dem Organoblech zum Erreichen der Steifigkeitsziele
bei. Als positiver Nebeneffekt des Einsatzes der Spritzgusstechnologie
kann auf Endkontur gefertigt werden und es fallen keine
nachträglichen Bohrungen mehr an. Auch die Nacharbeit wird dadurch
erleichtert. Zudem verhindert der kurzglasfaserverstärkte
Spritzguss den Kontakt zwischen der Karbonfaser und den metallischen
Inserts. Diese galvanische Trennung beugt Korrosionserscheinungen
vor, sodass keine zusätzliche Beschichtung erforderlich ist.
Bild: ARRK Engineering
„Neben der FEM-
Optimierung wurde
manuell nach Möglichkeiten
einer punktuellen
Verstärkung gesucht,
die mit möglichst wenig
zusätzlichem Gewicht
einhergeht.“
Raik Rademacher,
Teilprojekleiter Engineering
Der Herstellungsprozess – von der Preform
zum fertigen Bauteil
Die Herstellbarkeit wurde durch die enge Einbindung von ARRK/
Shapers, dem Spezialisten für Werkzeugfertigung innerhalb der
ARRK-Gruppe, sowie durch die Simulation des Pressvorgangs mit
der Software des Kooperationspartners ESI sichergestellt. Da die
Prototypen der ersten Gehäusehälfte in einem zweistufigen Prozess
realisiert wurden, war die Neuentwicklung jeweils eines Werkzeuges
für den Pressprozess und für das anschließende Umspritzen
erforderlich: In der ersten Phase werden das Organoblech und die
verstärkenden UD-Tapes erwärmt und in einem Pressverfahren so
umgeformt, dass sich die Matrixwerkstoffe verbinden und die gewünschte
Preform entsteht. Das anschließende Zuschneiden der
Preform erfolgt mittels Wasserstrahlschneiden. In der zweiten Phase
wird die Preform erneut erwärmt und im Spritzgusswerkzeug
108 K|E|M Konstruktion 09 2017