Fit für die Reifeprüfung

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

01. Juli 2005

Die Entwicklung von Kunststoff-Bauteilen für Automobile erfordert möglichst seriennahe Prototypen, 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 Tests 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, serien-identischer 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.

Modifikation der CAD-Konstruktion

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 be- stehende CAD-Konstruktion der linken und rechten Scheinwerfergehäuse-Sätze unter produktionstechnischen Aspekten und modifizierten sie kunststoffgerecht: Es entstanden Entformungsschrägen für die spätere Produktion, und Verstärkungen, Wandstärken und Verrippungen wurden überprüft. Vor dem Formenbau untersuchen die Prototypen-Spezialisten zudem das Füllverhalten der Formwerkzeuge und das Fließverhalten mit Hilfe von Simulationen am Computerbildschirm.

Innerhalb von lediglich zehn Arbeitstagen nach Festlegung der Konstruktions-Details entstanden danach in der eigenen Kunststoffspritzerei 20 komplette Scheinwerfersätze. Die Überprüfung der Bauteile ergab, dass noch Verstärkungen empfehlenswert waren, Übergänge verrundet, Ösen und Befestigungspunkte größer dimensioniert werden sollten und weitere Verbesserungen und Modifikationen angebracht waren. Dabei erleichterten die zusammengesetzten SPM-Formwerkzeuge solche Änderungen und Nachbesserungen, weil sie sich zu jedem Zeitpunkt der Entwicklung einfach umbauen lassen. Neben konstruktiven Verbesserungen von Produkten und Produktionswerkzeugen liefert die Produktion der Prototypen in der hauseigenen Kunststoffproduktion wertvolle Erkenntnisse für den Bau des späteren Serienwerkzeuges sowie Parameter für den Spritzprozess als Grundlage für die spätere Serienfertigung. Nach einer Zwischenphase mit 20 verbesserten Bausätze und weiteren Tests entstanden vom optimierten Endprodukt zuletzt 50 komplette Bausätze als Kleinstserie zur Praxiserprobung in Versuchsfahrzeugen. Insgesamt erforderte das gesamte Projekt eine Laufzeit von nur zehn Wochen. Protoform-Geschäftsführer Peter Hofmann ist zufrieden: »In dieser kurzen Zeit rund 90 komplette Teile-Sätze zeigen deutlich, wie entscheidend sich die Time-to-Market durch SPM (Space Puzzle Molding) kürzen lässt.« SPM besteht aus einer Kombination modernster CAD-Konstruktion, CNC-Fertigungstechnik mit innovativen Fertigungsverfahren im Werkzeug- und Formenbau und einem speziellen Herstellungs- und Produktionsverfahren in der Kunststoffverarbeitung. Die Kombination innovativer Technik führt zu schnellen Durchlaufzeiten im Formwerkzeug- bau und in der Kunststoffteile-Produktion.

Wolfgang G. Trapp

Erschienen in Ausgabe: 04/2004