Benteler-Sigley hat eine leichte, platzsparende Blattfeder aus Verbundwerkstoff für die globale SPA-Plattform mit mehreren Modellen entwickelt, die eine vollautomatische HP-RTM-Produktion ermöglicht.
Der neue Crossover-SUV XC90 von Volvo ist das erste Modell, das auf der neuen globalen erweiterbaren Fahrzeugplattform-Architektur ("SPA") von Volvo produziert wird, zu der unter anderem der S60, S90, V60, V90 gehören wird, die noch nicht auf den Markt gekommen sind. Verschiedene Modelle wie der XC60: Benteler-Sigley stellt eine vollautomatische HP-RTM-Linie für die Herstellung von Glasfaser- / PU-Rückwandfedern für alle diese Modelle auf der SPA-Plattform dar. Bis 2018 wird die Ausgabe erfolgen Bis zu 500.000 Teile pro Jahr (Bild von Volvo)
Als Joint Venture zwischen dem First-Tier-Automobilzulieferer Bentler Automotive Industry GmbH (Paderborn) und dem Faserlösungsanbieter SGL Group (Wiesbaden) wurde Bentler 2008 gegründet. - Sigri (Rie im Innkreis, Österreich) stellt ein breites Sortiment an faserverstärkten Komponenten für Fahrzeugverbundwerkstoffe her, darunter Flanken und Säulen, Türen, Spoiler und Sitze. Die bemerkenswerteste Errungenschaft ist jedoch die Serienproduktion. Kompetenz bei Verbundblechfedern: Seit der Übernahme des Geschäftsbereichs Automotive von Fischer Composites Technology (Ried im Innkreis, Österreich) und dem Bau einer zweiten Verbundwerkstofffabrik in der Nähe von Ort im Innkreis (Österreich) im Jahr 2012 wurde das Unternehmen innovativ Der Weg zu einer beispiellosen Produktionskapazität für Verbundwerkstoffe.
Im Jahr 2013 ersetzte Bentler-SGL das damals typische Epoxidharz-Matrixmaterial und präsentierte dem Mercedes-Benz Sprinter-Transporter der Daimler AG (Stuttgart) ein Glasfaserglas. / Polyurethan Vorderachsfedern, im Vergleich zu Stahlteilen, das Gewicht von 15 kg bis 6 kg, Gewichtsverlust von 65%.
Mit Henkel (Düsseldorf, Deutschland), einem schnell aushärtenden LOCTITE MAX 2-Polyurethanharz (PU) und einem Hochdruckharz-Transfer-Molding-Verfahren (HP-RTM), erzielte Benteler-SGL 100.000 pro Jahr Produktion von 150.000 Teilen.
Mit der Steigerung der Produktion von Fiberglas / PU-Hinterachsfedern für das neue Crossover-SUV XC90 in Volvo (Göteborg, Schweden) bereitet das Unternehmen eine erneute Anhebung dieser Schwelle vor: Der XC90 ist bei der skalierbaren Fahrzeugplattformarchitektur von Volvo ( Als erstes "SPA") - Modell bezeichnet, das auf dieser neuen globalen Plattform hergestellt wurde, sind die Blattfedern auch in S60, S90, V60, V90 und XC60 sowie in größeren Modellen verfügbar, die entwickelt werden können. Bewerben Sie sich am.
"Dies ist das volumenstärkste Verbundwerkstoffprojekt in der Automobilindustrie und wird bis 2018 500.000 Teile pro Jahr erreichen." Dr. Robert Ernst-Siebert, Geschäftsführer von Benteler-Sigley, sagte: "Außer der Zusammenarbeit von uns Neben dem umfassenden Know-how unserer Partner, Benteler und SGL, sind wir starke Partnerschaften mit unseren Kunden und Harzlieferanten eingegangen und haben unsere bestehenden HP-RTM- und Preforming-Prozesse in eine vollautomatisierte Produktionslinie integriert. Wichtig ist, dass wir ein Verfahren entwickelt haben, das derzeit nicht auf dem Markt verfügbar ist. '
Die Zusammenarbeit von Benteler-Sigley und Volvo bei der Herstellung von SPA-Tellerfedern beruht auf langjähriger Erfahrung: „Wir können Sprinter-Blattfedern herstellen und andere Aufhängungssystemkomponenten sind über die Bentler Automotive Group erhältlich. Die Produktionskapazität, die alle in das Blattfederprojekt von Volvo integriert werden kann. “, Erklärte Ernst-Siebert.
Das Design jeder Blattfeder hängt von ihrer Funktion und ihren Anforderungen ab. Frank Fetscher, Leiter der Geschäftsentwicklung für FRP-Fahrgestellanwendungen bei Bentler Automotive Group, erklärt, dass dieses Design die Leistung und die Kosten der Blattfeder bestimmt. Für Volvo entwickelt Die Blattfeder verwendet bis zu 60 Lagen unidirektionales Glasfasergewebe, um die Anforderungen an Leistung, Haltbarkeit und Kosten sowie sehr kompakte Einbauräume zu erfüllen, obwohl die Blattfedern aus Verbundmaterial und die vorherigen Blattfedern im Allgemeinen die gleiche Größe haben. Gleiches, jedoch die Schraubenfeder und das Federbein, entfallen, so dass die Welle weniger bis in den Kofferraum reicht und somit den Lagerraum vergrößert.
"Aufgrund der Materialeigenschaften gibt es einige Einschränkungen beim Design." Er erklärte, dass von der Luxusversion des XC90 bis zum kompakten X60 ein Blattfederdesign die Leistungs- und Bestandsanforderungen aller Modelle erfüllen muss. Das heißt, sowohl die Länge als auch die Breite betragen sowohl 1200 mm als auch 60 mm. Das Gewicht des SUV kann jedoch im Vergleich zu einem kleinen Auto stark variieren. Daher sind drei Krümmungsformen vorgesehen, um für jedes Fahrzeuggewicht eine geeignete Blattfeder bereitzustellen. Bei den Hauptindikatoren für Auftrieb und Steifigkeit verschiedener Modelle können zum einen die oberen und inneren Buchsen nach außen bewegt werden, zum anderen kann durch die Verwendung verschiedener Polster am Ende der Feder die Einstellung für jedes Modell vorgenommen werden. Wir müssen zusätzliche Kapazitäten für die Anpassung der Federleistung bereitstellen und gleichzeitig sicherstellen, dass der Produktionsprozess so einfach wie möglich ist. Benteler-Sigley ist daher in der Lage, eine Vielzahl komplexer Anwendungen zu verwalten. “Volvo und wir haben diese Fähigkeit entwickelt, um Federn herzustellen Der Steifigkeitsfaktor passt sich an verschiedene Modelle an “, sagte Fetscher.
Laut der Forderung von Volvo wurden das Design und der endgültige Produktionsprozess verifiziert. "Wir unterstützen ihre Ideen bei der Überprüfung." Fetscher sagte außerdem, Computer Aided Engineering (CAE) und physikalische Tests. "Wir werden auch ihre." Das CAE-Ermüdungsprogramm und die mechanischen Ermüdungsprüfungen enthalten Anforderungen. "Er wies darauf hin, dass dynamische Ermüdungsbelastungstests anhand von Straßenlastdaten sowie statische Belastungsprüfungen durchgeführt werden, die alle unter verschiedenen Umgebungsbedingungen durchgeführt werden Alle Chassiskomponenten von Benteler Automotive Industry Co., Ltd. und Benteler-Sigrid, wie Stabilisator oder unterer Querlenker, wurden auf ähnliche Weise für die Lebensdauer der Komponenten getestet und verwendet. Eine gute Vorhersage.
Im österreichischen Ort im Innkreis werden die Blattfedern von Volvo aus dem Polyurethanharz LOCTITE MAX 2 mit dem HP-RTM-Verfahren hergestellt, doch müssen höhere jährliche Produktionsziele einen neuen Automatisierungsgrad erreichen. Alle Verarbeitungsschritte sind automatisiert und es gibt keine manuellen Eingriffe. "Ernst-Siebert betonte wiederholt:" Diese hauseigene Entwicklungslinie ist der Schlüssel für unsere erfolgreiche Produktion von hochwertigen Endteilen. "Daher ist es vollkommen verständlich, dass Benteler - SGL ist nicht bereit, viele Details preiszugeben.
Der erste Teil der Linie umfasst das automatische Schneiden und Vorformen von unidirektionalen Bewehrungen, was auch ein Aspekt des Produktionssteuerungssystems ist: "Wir können diese Linie einschließlich der automatischen Inspektion vollständig steuern", erklärt Ernst-Siebert "In der gesamten Produktionslinie gibt es verschiedene Qualitätssicherungsschritte, nicht nur eine Sichtprüfung, sondern auch eine automatisierte mechanische Prüfung. Jede Blattfeder wird geprüft." Fetscher fügt hinzu, dass bei diesem Test die Steifigkeit der Feder und 100% der Teile geprüft werden. Funktionalität, dies ist die Standardpraxis für diese Art von Anwendung.
Ernst-Siebert besteht darauf, dass der Schlüssel für eine stabile, kraftvolle Bearbeitung und das Erzielen reproduzierbarer Teile die von ihm als Online-Kontrolle aller Materialparameter bezeichnete Sache ist: Fetscher veranschaulicht: "Eine Vorform, die nicht zum Auflegen geeignet ist, wird das System Dieses Missverhältnis wird zwischen den Testparametern und den programmierten Parametern erkannt, sodass wir das Problem sofort erkennen können. Dann entfernen wir die nicht qualifizierten Teile und nehmen Korrekturen vor, um sicherzustellen, dass dieser Teil der Zeile korrigiert wird. “Er sagte dazu die Zukunft Benteler-Sigley wird zu einer selbstkontrollierten Produktionslinie übergehen: "Dies ist der erste Schritt in diese Richtung, um ein integriertes Produktionssystem für Industrie 4.0 zu erhalten."
Die Vorformung ist der nächste Schritt in dieser automatisierten Produktionslinie: Zunächst wird ein industriell fortschrittliches Bindemittel auf Epoxid- oder Polyurethanbasis zur Stabilisierung des unidirektionalen Gewebelaminats verwendet, und das Bindemittel wird durch Wärme und Druck geschmolzen. Das Formteil wird verfestigt, und der Roboter transportiert mehrere Vorformlinge auf einer Blattfeder in den Mehrfach-Werkzeugstempel der HP-RTM-Presse. “Als Teil unserer firmeneigenen Entwicklung haben wir dies getan Für all diese Transfers wurde eine spezielle Vorrichtung entwickelt “, sagte Fetscher.
„Vielen Dank für die Hilfe von SGL. Wir haben viel Forschung und Entwicklung betrieben, um die besten Materialkonzepte für diese spezielle Blattfederanwendung, einschließlich Gewebe und Klebstoffe, zu definieren.“ Ernst-Siebert betont: „Dies ist nicht der Fall Es scheint so einfach zu sein, dass nur wenige Stoffe perfekt geeignet sind: SGL besteht zum Beispiel aus für diese Blattfedern entwickelten Materialien, deren besonderes Design nicht nur die funktionalen Anforderungen der Komponenten erfüllt, sondern auch stabile Vorformlinge liefert. . '
Nach dem Einlegen des Vorformlings wird die Form geschlossen und der Gießharzguss beginnt. Um jedoch einen hohen Automatisierungsgrad im HP-RTM-Prozess zu erreichen, ist eine tiefgreifende Entwicklung erforderlich. "Der Schlüssel ist die Optimierung des Prozesses." Ich habe ein tiefes Verständnis. Durch die Zusammenarbeit mit Henkel haben wir das getan. Gleichzeitig müssen wir ein gründliches Verständnis für den Stoff haben. Durch die Zusammenarbeit mit SGL haben wir das auch getan. So wissen wir, wie man die Parameter anpasst. Erfüllen Sie die Zykluszeiten und erzielen Sie die Produktion. '
"Zwei große Herausforderungen sind die mechanischen Eigenschaften und Prozesse." Frank Kerstan, globaler Projektmanager der Henkel-Sparte Adhesive Technology, sagte: "Die Blattfedern müssen sehr robust und langlebig sein und Hunderten von Bedingungen unter verschiedenen Bedingungen standhalten. Tausende dynamischer Belastungen. Für die Produktion in hohen Stückzahlen ist jedoch ein sehr schnelles Gießen und Aushärten erforderlich. “Er stellte fest, dass Polyurethan ideal für diese Anwendung ist Dehnung und Zähigkeit, die beide für diese Anwendung wichtig sind “, erklärte Kerstan.
"Es gibt viele Harzanbieter, die Epoxidharze, Vinylesterharze und Polyurethane anbieten. Für unsere speziellen Projekte ist Henkel jedoch in der Lage, die Anforderungen hinsichtlich Zykluszeit und Kostenstruktur mit hohen industriellen Erträgen zu erfüllen", sagte Fetscher.
Kerstan erklärte, dass der Tiegel sehr schnell gegossen wird, da der Glasfasergehalt im Endprodukt 55% beträgt, was relativ hoch ist, jedoch keine Faserfehlausrichtung verursacht wird, und es muss sichergestellt werden, dass ein Teil zum nächsten zuverlässig ist. LOCTITE MAX 2 Harz hat bei Raumtemperatur eine Viskosität von 200 ~ 300mPa oder cps, sinkt jedoch bei 90 ° C auf 10 cps ab und ermöglicht eine zuverlässige und schnelle Imprägnierung der Faser, ohne die Faser zu verschieben.
Benteler-Sigley hat in seinem Werk in Ort im Innkreis verschiedene Ausrüstungen eingesetzt, darunter eine Hennessy Streamline-Einheit mit einem benutzerdefinierten Mischkopf und ein KraussMaffei-Mischdosiergerät. Eine Dieffenbacher HP-RTM-Presse und ein von Cannon Afros speziell entwickeltes Dosiergerät für den HP-RTM-Prozess mit zwei dedizierten FPL14-Mischköpfen.
Um Volvo-Blattfedern herzustellen, werden die Hauptkomponenten des PU-Harzes entgast, um die Bildung von Luftblasen in den Komponenten zu vermeiden, die im Heizmantel zirkuliert und durch das Heizrohr geleitet werden, bevor sie in die beiden Misch- / Injektionsmischköpfe dosiert werden. Halten Sie die Temperatur. Der Druck im Mischkopf beträgt 120 bis 140 bar. Mit jedem Mischkopf können 11 kg Harz in 22 Sekunden eingespritzt werden.
Typische Dosier-, Misch- und Gießeinrichtungen können über den Massendurchflussmesser gesendet werden, um Daten an das Steuerungssystem zu senden, um den Durchfluss der einzelnen Komponenten kontinuierlich zu überwachen Wenn eine Abweichung vom angegebenen Wert festgestellt wird, führt das System sofort die Parameter der entsprechenden Dosierpumpe aus. Verwaltung, Echtzeitwiederherstellung auf den erforderlichen Durchfluss: Auf einer Fläche von 90 m² sind verschiedene Harzspeicher-, Konditionierungs- und Pumpvorrichtungen installiert.
So wie das Erhitzen des Harzes notwendig ist, um die Imprägnierung des Flusses und des Vorformlings zu optimieren, ist auch die erhitzte Form für die Aushärtung des Verbundstoffs von großer Bedeutung. Hier wird eine Konfiguration mit mehreren Hohlräumen verwendet, so Ernst-Siebert Der Bericht schlägt 8 bis 10 oder sogar 12 Kavitäten vor, aber die Anzahl der tatsächlich verwendeten Kavitäten hängt von der Ausbeute des Projekts ab. "Dies kann je nach Kundenanforderungen und dem Design der Komponenten geändert werden." Er fügte hinzu: "Zur Befriedigung." Für die vom Kunden geforderte Zykluszeit haben wir ein Werkzeug mit mehreren Kavitäten verwendet, das in 10 Minuten fertiggestellt wurde. “Obwohl dies nicht das Einsetzen des Vorformlings oder das Entfernen der Teile umfasst, sind beide Vorgänge automatisiert. Das Design entspricht den Produktionsanforderungen der Komponenten.
Um sich an die drei verschiedenen Federkurvaturdesigns anzupassen, wurden drei verschiedene Oberformen entwickelt: Für jede Oberform wurden drei Unterformen entwickelt, um die Dicke der Feder zu ändern, so dass schließlich neun verschiedene Unterformen verwendet werden können. Es wird in der Produktion nach der gemischten Modellreihenfolge eingesetzt und bietet darüber hinaus weitere Optionen: Kerstan erklärte, dass mit Polyurethanharz LOCTITE MAX der Katalysator entsprechend der Größe des Bauteils zugesetzt werden kann, um die Aushärtezeit weiter zu verkürzen. Oder internes Trennmittel. „Ob ein externes Trennmittel oder ein internes Trennmittel verwendet wird, hängt vom Teileprogramm sowie von Zykluszeit und Verweilzeit während der Verarbeitung ab.“ Er warnte jedoch, dass die Blattfeder dynamisch belastet wird Teile, also innere Trennmittel können die Leistung des Teils beeinträchtigen. “Hilfsprodukte, die der chemischen Zusammensetzung des Harzes entsprechen, wie Bindemittel, Katalysatoren und innere Trennmittel, sind sehr wichtig.“ Kerstan wies auch darauf hin, dass die Form der Form am meisten bestimmt ist. Schlüsselfaktoren für eine gute Trennmethode: "Wenn es eine Nut und einen schwierigen Trennwinkel gibt, kann ein externes Trennmittel erforderlich sein."
In der vollautomatisierten Produktionslinie von Volvo-Blattfedern wurden zwei neue Pressen eingesetzt. "Um eine maximale Produktion zu erreichen, haben wir eine zweite automatisierte Produktionslinie etabliert.", Sagte Ernst-Siebert. Aufgrund des hohen Automatisierungsgrades ist nur ein geringer Umfang erforderlich. Techniker kommen, um diese Produktionslinien zu betreiben. "Wir führen derzeit zwei Schichten ein, bei Bedarf können wir auch drei Schichten einführen." Ernst-Siebert sagte: "Wir sind sehr flexibel, um die Bedürfnisse unserer Kunden zu erfüllen. Bei Bedarf können wir 7 pro Woche tun. An Tagen laufen diese Produktionslinien 24 Stunden am Tag. '
Diese Produktionspressen sind vergleichbar mit einer 1600-t-Shuttle-Zweistationenpresse im Forschungs- und Entwicklungszentrum von Ried im Innkreis, wobei Ernst-Siebert das Technologiezentrum und die Produktionsstätte Ort im Innkreis hervorhebt Die Bedeutung der Beziehung: "Wir haben eine automatisierte Pilotlinie im Technologiezentrum, die für die Kleinserienfertigung geeignet ist, aber den gesamten Prozess simulieren kann. So wie wir diese Linie in der Prototypenphase aufgebaut haben, haben wir es sehr nahe herangeholt "Wie kann ich Teile in der Produktion fertigen?", Fügte er hinzu, dass sein Team auch eine Simulation des Maschinenkonzepts von Benter sowie die Analyse und Simulation von Materialien durch SGL-Experten erhalten habe Durch die Entwicklung von HP-RTM wurde unsere Prozesstechnologie weiter verbessert und der Fortschritt war schnell. '
"Wir wenden dies auch auf Dosiervorrichtungen und Gießharze an.", Sagte Fetscher. "Um Probleme zu erkennen und in den frühen Stadien der Prozessentwicklung zu verbessern, spielte die frühzeitige Einbeziehung von Harzlieferanten wie Henkel eine wichtige Rolle. '
Ernst-Siebert sagte: "Dies ist wichtig, weil der Prozess zu kompliziert ist. Es ist unmöglich, einen Parameter so einzustellen, dass er alle erforderlichen Verbesserungen vornimmt. Sie müssen mehrere Parameter gleichzeitig anpassen."
Wenn die Teile vollständig ausgehärtet sind, überträgt der Roboter sie von der HP-RTM-Presse in die automatisierte Fräseinheit, wo sie am Ende jeder Blattfeder geschnitten und gebohrt werden. Fetscher glaubt, dass diese Automatisierung der Industriestandard ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung von Benteler-Sigley etwas Besonderes ist und dass beim Abgleichvorgang kein manueller Eingriff erforderlich ist.
Da das Volvo-Heckplattenfederprojekt planmäßig voranschreitet, um die maximale Produktion im Jahr 2018 zu erreichen, hat Benteler-Sigley seine Aufmerksamkeit weiter gewendet: „Wir haben andere Möglichkeiten für Heckplattenfedern entdeckt und arbeiten hart Entwickeln Sie mehr Anwendungen mit OEMs. "Fetscher sagte:" Motivation und Markttreiber bleiben gleich und zukünftige alternative Fahrzeugstrukturen könnten dieser Anwendung mehr Potenzial bringen. "
Kerstan stimmt zu: 'Andere Automobilhersteller haben angedeutet, dass sie dasselbe Leichtbau-Blattfederkonzept anwenden möchten, und ich bin auch überzeugt, dass diese kompakte Tellerfederschaft sich sehr gut für die Karosserie / das Chassis von Elektrofahrzeugen eignet. Konzept. '
Darüber hinaus nutzt Benteler-Sigley seine Erfahrung in der Konstruktion und Herstellung von Querplattenfedern für die Herstellung von glasfaserverstärkten Längsfedern.
"Um die gleiche oder geringfügig verbesserte Funktionalität aufrechtzuerhalten, bietet die Verwendung von Verbundwerkstoffen anstelle von Stahl zur Herstellung von Blattfedern enorme Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung zu vernünftigen Kosten", erklärt Ernst-Siebert.
Henkel zielt auf eine Reihe anderer Automobilanwendungen ab, darunter Karosserieteile und außen spritzbare Teile, wie beispielsweise das Oberflächen-RTM-Verfahren zur Herstellung des Dachs, und das Unternehmen hat auch eine geeignete Hochtemperatur für die Massenproduktion von mit Kohlefasern verstärkten Rädern entwickelt. (Tg> 200 ° C) Epoxidharzsystem.