K-Magazin, September 2004

Fit für die Reifeprüfung

Prototypen - Nichts ist in der Entwicklungsphase aussagekräftiger als die Realität. Beste Ergebnisse liefert der Prototyp aus Originalmaterial. Ein neues Verfahren zur Prototoypenproduktion liefert solche Bauteile aus Zielmaterial und in Serienqualität.

Die Entwicklung von Kunststoff-Bauteilen für Automobile erfordert möglichst seriennahe Protoypen, mit denen sich Details der Konstruktion und Gestaltung prüfen und in Versuchs- und Erprobungsfahrzeugen realitätsnah auf Tauglichkeit testen lassen. Besonders verlässlich und aussagefähig sind solche Test vor allem dann, wenn die verwendeten Prototypenteile aus dem gleichen Werkstoff und in gleicher Qualität wie die späteren Serienteile produziert werden können. Vor diesem Problem stand auch der französische Automobilzulieferer Valeo bei der Entwicklung der Frontscheinwerfer für den Porsche Cayenne. Diese komplexen Scheinwerfergehäuse bestehen aus einer plattenförmigen Basiseinheit mit Schiebeführungen und Halteösen für die Führungsstange des Verschiebemechanismus zur Leuchtweiten- und Niveauregelung sowie dem eigentlichen Scheinwerfergehäuse für den multiplen Leuchtensatz, beides aus faserverstärktem Polyester-Kunststoff - eine technische Herausforderung für die Konstruktion im Formwerkzeugbau.

Zur Lösung dieser Aufgabe wandte sich das Unternehmen an die Protoform GmbH in Fürth. Die Spezialisten für Prototypenfertigung fertigen nach dem patentierten SPM-Verfahren (Space Puzzle Molding), das schnell einfache Spritzgieß-Formwerkzeuge liefert, mit denen sich Kunststoffteile und Baugruppen aus dem gewünschten Material in allen gängigen Verfahren herstellen lassen. Dieses Verfahren kombiniert Rapid Tooling und Rapid Prototyping und ermöglicht die schnelle Herstellung komplexer, serienidentischer Prototypenteile aus dem Original-Kunststoff. Das Verfahren erlaubt damit die Nutzung von kostengünstigen Versuchs- und Vorserien von serienidentischen Kunststoffteilen aus Original-Material für Prüfung, Test, Optimierung und Qualitätssicherung schon weit im Vorfeld der Markteinführung und lange vor dem Start der Serienproduktion. Besonders bei komplexen Teilen verkürzt SPM die Entwicklungszeit und sichert Produktqualität und Produktionsprozess vom Produktionsstart an. Die Formwerkzeuge bestehen aus HSC-gefrästem Aluminium und benötigen weder Schieber noch Kühlung. Sie sind vereinfachte Spritzgießformen, die nach jedem Spritzvorgang ganz oder teilweise demontiert werden. Der Kerneinsatz besteht aus mehreren hohen, verschachtelten, verkeilten Einsätzen, die sich nach dem Spritzvorgang demontieren lassen. Für die Formgebung des komplizierten Scheinwerfergehäuses enthielt das Spritzgieß-Formwerkzeug insgesamt rund 150 Metalleinsätze. Diese Puzzletechnik erlaubt es, Formänderungen schnell und kostengünstig zu realisieren. Zudem sind diese Prototypen-Werkzeuge erheblich kompakter als übliche Produktionswerkzeuge und lassen sich viel schneller und kostengünstiger fertigen als übliche Formen-Konstruktionen. Schon vor Projektbeginn prüften die Formenbau-Konstrukteure des fränkischen Unternehmens die bestehende CAD-Konstruktion der linken und rechten Scheinwerfergehäuse-Sätze unter produktionstechnischen Aspekten und modifizierten sie kunststoffgerecht: Es entstanden Entformungsschrägen für die spätere Produktion, Verstärkungen, Wandstärken und Verippungen wurden überprüft. Vor dem Formenbau untersuchen die Prototypen-Spezialisten zudem das Füllverhalten der Formwerkzeuge und das Fließverhalten mit Hilfe von Simulationen am Computerbildschirm.