„Kunststoff ist Leichtbau“

Leichtbau

Interview mit Peter Egger, Leiter des Technologiezentrums für Leichtbau-Composites bei Engel.

Automobilhersteller setzen Compositetechnologien heute erst vereinzelt ein. Wir sprachen mit Peter Egger, Leiter des Technologiezentrums für Leichtbau-Composites bei Engel und Vorstandsvorsit­zender der VDMA-Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien, über die Herausforderungen und Chancen der verschiedenen Technologien.

Herr Egger, für die Automobilhersteller ist Leichtbau ein großes Thema. Welche Rolle wird Kunststoff hier in Zukunft spielen?
Peter Egger: Kunststoff ist per se für den Leichtbau prädestiniert, deshalb rechne ich in den kommenden Jahren mit weiteren Wachstums­potenzialen im Automobilbau für die Kunststoffbranche. Die Möglichkeiten, die wir den Automobilherstellern eröffnen können, sind groß: Dies beginnt bei Standardspritzgießverfahren und führt über Spritzgießsonderverfahren wie das physikalische Schäumen oder die Gasinjektionstechnik bis hin zu Compositeverfahren im Spritzgießen, also Organoblech- oder UD-Tape-Verstärkung. Hinzu kommen reaktive Technologien wie das Harzinjektionsverfahren (RTM) und die In-situ-Polymerisation.

„Wir werden auf der K 2016 ein neues Reaktiv­aggregat für die In-situ-Polymerisation zeigen, das sich mit Maschinen unterschiedlicher Bauarten kombinieren lässt. Die nächsten Schritte sind hier nun die weitere Material-, Werkzeug- und Prozessentwicklung“, Peter Egger

Nur wenige Hersteller wie etwa BMW haben sich bislang an Strukturbauteile aus Composites herangewagt. Wann rechnen Sie mit einem wirklichen Durchbruch in diesem Bereich?
Peter Egger: Ich gebe Ihnen recht: Das Interesse für Composite-Strukturbauteile ist seit Jahren hoch. Doch in der Realität stehen wir tatsächlich erst am Anfang der gesamten Entwicklung. Bis wir Composite-Strukturbauteile in großer Zahl in Serie sehen werden, wird es allerdings noch etwas dauern. Wie lange, das kann ich auch nicht sagen. Aber Fakt ist, dass die Innovationszyklen im Automobilbereich deutlich länger sind als in anderen Branchen, was natürlich der hohen Komplexität des Produkts geschuldet ist. Es dauert daher ausgesprochen lange, bis eine neue Technologie wirklich im Fahrzeug ankommt. Auch anderen Neuerungen im Automobilbau geht oft eine sehr lange Entwicklungs- und Verifizierungsphase voraus, nur werden diese Innovationen bei Weitem nicht so intensiv vor­angekündigt, wie das beim automobilen Großserienleichtbau der Fall ist.

Spielt dabei auch eine Rolle, dass die OEMs Meister der Metallver- und -bearbeitung sind?
Peter Egger: Das ist ganz klar ein weiterer Grund für die Zurückhaltung der Automobilhersteller. Sie haben ihre Kernkompetenzen traditionell im Metallbereich. Sie kennen sich hervorragend mit den Prozessen der Blech- und Aluumformung aus – einschließlich der Fügetechnik, die eine große Rolle spielt. Sie verfügen darüber hinaus über die dafür notwendigen Produktionslinien. Wenn ein Hersteller nun zu Composite-Strukturbauteilen wechseln will, muss er komplett neue Produktions­linien oder sogar -werke dafür aufbauen. Das funktioniert grundsätzlich, ist aber im Moment oft noch schwierig darstellbar – auch im Hinblick auf die Kostenseite.

Foto: Engel
Foto: Engel

Ausbau des Leichtbau-Zentrums
Das in St. Valentin ansässige Technologiezentrum für Leichtbau-Composites von Engel erhält im Zuge des Standortausbaus mehr Platz. Bereits in diesem Frühjahr hat es mit dieser V-Duo 1700 eine weitere, größere Maschine in Betrieb genommen, auf der alle relevanten Technologien – sei es im thermoplastischen Bereich (Organoblech, Tapes) oder seien es reaktive Prozesse wie HD-RTM und SMC – abgemustert werden können.

Und Metall ist als Leichtbauwerkstoff ja auch noch längst nicht tot, oder?
Peter Egger: Nein, ganz im Gegenteil. Auch bei Stahl und Aluminium sehen wir immer wieder Weiter­entwicklungen. In Kombination mit Kunststoff wird es deshalb in Zukunft auch neue Composite-­Metall-Verbünde geben. Dies war nicht zuletzt ein Grund dafür, dass wir das VDMA Forum Composite Technology, in dem sich.
Maschinenbauer vor allem über Anlagentechniken für Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen ausgetauscht haben, zu Beginn des Jahres in die Arbeitsgemeinschaft Hybride Leichtbau Technologien überführt haben. Hier beziehen wir die Anwender ein, aber auch andere Werkstoffe wie etwa Aluminium und Stahl. Denn wir rechnen in Zukunft mit mehr Werkstoffkombinationen im Hybriddesign.

Sie gehen von einer steigenden Zahl von Werkstoffkombinationen aus. Wird es künftig auch mehr Werkstoffe geben?
Peter Egger: Ich hoffe das nicht, das wäre kontraproduktiv. Eigentlich muss das Ziel sein, die Werkstoffvielfalt für Fahrzeuge in Summe zu reduzieren, weil man die Werkstoffe ja irgendwann rezyklieren muss.

Gibt es nicht heute schon alleine im Kunststoffbereich eine unüberschaubare Zahl an Leichtbautechnologien und entsprechenden Verfahren? Kann der Anwender hier noch den Überblick wahren?
Peter Egger: Manchmal scheint sich unsere Branche tatsächlich selbst zu überholen. Einerseits bieten wir Technologien an, die heute schon kommerziell einsetzbar sind. Gleichzeitig müssen wir uns mit der Zukunft beschäftigen – und auch darüber informieren, was morgen möglich sein wird. Die Gefahr dabei ist, dass der Kunde nicht klar unterscheiden kann, was Status quo und was Zukunftsmusik ist – und sich vorsichtshalber für ein Abwarten oder sogar komplett gegen den Einsatz einer Leichtbautechnologie entscheidet. Hier ist es unsere Aufgabe, die Anwender gut zu  informieren.

„Das richtige Konstruieren von Faserverbundbauteilen unter korrekter Betrachtung des Einflusses des jeweiligen Herstellprozesses ist heute alles andere als Standard. Es kommt darauf an, im Bauteil den Lagenaufbau und die Faser­orientierung richtig auszulegen, so dass man an den richtigen Stellen die benötigten Steifigkeiten hat“, Peter Egger

Fangen wir doch gleich damit an. Welche Verfahren sind heute bei Engel marktreif?
Peter Egger: Im Spritzgießbereich ist dies zum Beispiel die Verstärkung von Bauteilen mit thermoplastischen Faserverbundhalbzeugen, sogenannten Organoblechen, bei uns unter dem Technologie­namen Organomelt. Und im reaktiven Bereich unter anderem das HP-RTM-Verfahren.

Und was können wir in Zukunft erwarten?
Peter Egger: Eine Weiterentwicklung im Bereich Organobleche, die am Sprung in die Serie ist, ist der lokale Einsatz von UD-Tapes, also unidirektional faserverstärkten Thermoplasthalbzeugen, die genau lastorientiert eingebracht werden. Daran arbeiten wir, genauso wie an der In-situ-Polymerisation. Wir werden auf der K 2016 ein neues Reaktivaggregat für die In-situ-Polymerisation zeigen, das sich mit Maschinen unterschiedlicher Bauarten kombinieren lässt. Die nächsten Schritte sind hier nun die weitere Material-, Werkzeug- und Prozessentwicklung.

Was bietet Engel derzeit für die Organoblechherstellung an?
Peter Egger: Wir decken die gesamte Prozesskette für eine One-Shot-Fertigung ab, also Thermo­formen und Spritzgießen integriert. Solche Fertigungszellen bestehen wahlweise aus einer unserer vertikal oder horizontal schließenden Spritzgießmaschinen, Robotern aus unserem Haus sowie aus einer IR-Heizstation zum Aufheizen der Organo­bleche. Auch dieser Ofen kommt von uns selbst, wir stellen ihn auf der K in Düsseldorf vor.
Diese durchgängige Lösung aus unserem Haus hat für den Kunden den Vorteil, dass sämtliche Komponenten einer solchen Fertigungszelle über eine Steuerung integriert sind. Wenn zum Beispiel aus irgendeinem Grund eine Unterbrechung im Zyklus auftritt, dann gibt es eine Rückkoppelung mit dem Ofen, das Organoblech wird etwas länger warm gehalten und falls die Störung bis zu einer definierten, zulässigen Durchwärmzeit des Materials nicht behoben ist, sorgt die Anlage für ein automatisches Ausschleusen des Organoblechs. Wichtig sind natürlich auch die vollständige Dokumentation und Qualitätssicherung des Gesamtprozesses, die durch die Vollintegration im Bereich der Steuerung erleichtert werden.

Welche Hürden sehen Sie für Compositetechnologien neben mangelndem Vertrauen?
Peter Egger: Das richtige Konstruieren von Faserverbundbauteilen unter korrekter Betrachtung des Einflusses des jeweiligen Herstellprozesses ist heute alles andere als Standard. Es kommt darauf an, im Bauteil den Lagenaufbau und die Faserorientierung richtig auszulegen, so dass man an den richtigen Stellen die benötigten Steifigkeiten hat. Simulationswerkzeuge helfen bei solchen Sonderverfahren heute nur bedingt, da ist also noch einiges zu tun. Eine weitere Herausforderung ist die Kostenseite. Damit sich Organoblech- und RTM-Fertigung rechnen, muss man automatisieren. Diese Investition lohnt sich wiederum nur, wenn man hohe Stückzahlen hat. Insofern haben wir aktuell ein Henne-Ei-Problem.

Infrarotofen Foto: Engel
Infrarotofen Foto: Engel

Heizt auf
Fünf Infrarotöfen verschiedener Größen zum Aufheizen faserverstärkter Halbzeuge wie Organoblechen bietet Engel ab der K 2016 an. Sie  stammen aus der eigenen Entwicklung und Fertigung. Der größte Ofen bietet eine Aufheizfläche von 1.110 × 1.610 mm und ermöglicht somit das Verarbeiten von großen Halbzeugen zum Beispiel für komplette Türmodule oder Frontends in der Automobilindustrie. Um flexibel auch kleinere Halbzeuge effizient aufheizen zu können, können den Strahlern unterschiedliche Regelzonen zugewiesen werden.

Könnte sich dieses Problem lösen mit dem Aufkommen neuer Player? Tesla plant neue Baureihen. Google und Apple arbeiten an selbstfahrenden Elektrofahrzeugen …
Peter Egger: Es wird auf alle Fälle spannend, wenn neue Player auf diesen Markt kommen. Die werden eine ganz andere Denke haben als die traditionellen Automobilhersteller, das sehe ich bei unseren Kunden im Teletronics-Bereich. Die Geschwindigkeit der Umsetzung von neuen Projekten ist hier deutlich höher. Ich kann mir vorstellen, dass wir als Maschinen- und Anlagenbauer auch mit unserem Prozesswissen im Compositebereich von neuen Playern stärker gefordert werden.

Elektromobilität, selbstfahrende Autos … Welche Auswirkungen wird dies auf den Leichtbau haben?
Peter Egger: Autonomes Fahren könnte in ferner Zukunft Auswirkungen auf Strukturbauteile haben: Wenn irgendwann nur noch selbstfahrende Autos auf den Straßen unterwegs sind, dürfte es nicht mehr zu Kollisionen kommen. Das könnte heißen, dass wir uns um das Crashverhalten von Faserverbundwerkstoffen und -strukturen nicht mehr kümmern müssen. Doch wer sagt dies den herkömmlichen Fahrzeugen, die noch unterwegs sind …

Sabine Koll

 

Anlaufbild: Engel