Der in Kalifornien ansässige Hersteller ACPT Inc. arbeitete mit dem Maschinenlieferanten zusammen, um eine innovative halbautomatische Produktionslinie zu etablieren, die mit einer automatischen Filamentwickelmaschine ausgestattet ist. #workinprogress #Automatisierung
Die Antriebswellen aus Kohlefaserverbundwerkstoff von ACPT werden in einer Reihe von Branchen eingesetzt. Fotoquelle, alle Bilder: Roth Composite Machinery
Seit vielen Jahren engagiert sich der Verbundwerkstoffhersteller Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT, Kalifornien, USA) für die Entwicklung und Perfektionierung des Designs seiner Antriebswelle-Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffe oder großen Metallrohrverbindungen Vorder- und Hinterteile Das Antriebssystem bei den meisten Fahrzeugen. Obwohl diese multifunktionalen Komponenten ursprünglich im Automobilbereich eingesetzt wurden, werden sie auch häufig in Schifffahrts-, Handels-, Windenergie-, Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrt- und Industrieanwendungen eingesetzt. Im Laufe der Jahre verzeichnete ACPT einen stetigen Anstieg der Nachfrage nach Antriebswellen aus Kohlefaserverbundwerkstoff. Als die Nachfrage weiter wuchs, erkannte ACPT die Notwendigkeit, eine größere Anzahl von Antriebswellen mit höherer Fertigungseffizienz herzustellen – Hunderte derselben Wellen jede Woche –, was zu neuen Innovationen in der Automatisierung und letztendlich zur Einrichtung neuer Anlagen führte.
Laut ACPT liegt der Grund für die gestiegene Nachfrage nach Antriebswellen darin, dass Antriebswellen aus Kohlefaser im Vergleich zu Antriebswellen aus Metall eine einzigartige Kombination von Funktionen aufweisen, wie z. B. höhere Drehmomentkapazität, höhere Drehzahlfähigkeit, bessere Zuverlässigkeit, geringeres Gewicht usw unter starkem Aufprall in relativ harmlose Kohlenstofffasern zerfallen und Lärm, Vibration und Rauheit (NVH) reduzieren.
Darüber hinaus wird berichtet, dass Karbonfaser-Antriebswellen in Pkw und Lkw im Vergleich zu herkömmlichen Antriebswellen aus Stahl die Leistung der Hinterräder von Fahrzeugen um mehr als 5 % steigern können, was hauptsächlich auf die geringere rotierende Masse von Verbundwerkstoffen zurückzuführen ist. Im Vergleich zu Stahl kann die leichte Antriebswelle aus Kohlefaser mehr Stöße absorbieren und verfügt über eine höhere Drehmomentkapazität, wodurch mehr Motorleistung auf die Räder übertragen werden kann, ohne dass die Reifen durchrutschen oder sich von der Straße lösen.
Seit vielen Jahren produziert ACPT in seinem kalifornischen Werk Antriebswellen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen durch Filamentwickeln. Um das erforderliche Niveau zu erreichen, ist es notwendig, den Umfang der Anlagen zu vergrößern, die Produktionsausrüstung zu verbessern und die Prozesskontrolle und Qualitätsprüfung zu vereinfachen, indem die Verantwortlichkeiten so weit wie möglich von menschlichen Technikern auf automatisierte Prozesse verlagert werden. Um diese Ziele zu erreichen, entschied sich ACPT, eine zweite Produktionsanlage zu bauen und diese mit einem höheren Automatisierungsgrad auszustatten.
ACPT arbeitet mit Kunden aus der Automobil-, Verteidigungs-, Schifffahrts- und Industrieindustrie zusammen, um Antriebswellen entsprechend ihren Anforderungen zu entwickeln.
ACPT hat diese neue Produktionsanlage in Schofield, Wisconsin, USA, errichtet, um die Unterbrechung der Antriebswellenproduktion während des 1,5-jährigen Prozesses der Planung, Konstruktion, des Kaufs und der Installation neuer Fabriken und Produktionsanlagen zu minimieren, von denen 10 Monate auf Bau, Lieferung und Installation von automatischen Filamentwickelsystemen.
Jeder Schritt des Herstellungsprozesses für Antriebswellen aus Verbundwerkstoffen wird automatisch bewertet: Filamentwicklung, Kontrolle des Harzgehalts und der Benetzung, Aushärtung im Ofen (einschließlich Zeit- und Temperaturkontrolle), Entfernung der Teile vom Dorn und Verarbeitung zwischen den einzelnen Schritten des Dornprozesses. Aus Budgetgründen und weil ACPT ein weniger permanentes, mobiles System benötigte, um bei Bedarf eine begrenzte Anzahl von F&E-Experimenten zu ermöglichen, lehnte es jedoch ab, Overhead- oder Bodenportalautomatisierungssysteme als Option zu verwenden.
Nach Verhandlungen mit mehreren Lieferanten bestand die endgültige Lösung in einem zweiteiligen Produktionssystem: einem zweiachsigen automatischen Filamentaufroller Typ 1 mit mehreren Wickelwagen von Roth Composite Machinery (Stephenburg, Deutschland) Wickelsystem; Darüber hinaus handelt es sich nicht um ein festes automatisiertes System, sondern um ein halbautomatisches Spindelhandhabungssystem, das von Globe Machine Manufacturing Co. (Tacoma, Washington, USA) entwickelt wurde.
ACPT gab an, dass einer der Hauptvorteile und Anforderungen des Roth-Filamentwickelsystems seine bewährte Automatisierungsfähigkeit ist, die es ermöglicht, zwei Spindeln gleichzeitig Teile zu produzieren. Dies ist besonders wichtig, da die proprietäre Antriebswelle von ACPT mehrere Materialwechsel erfordert. Um bei jedem Materialwechsel automatisch und manuell verschiedene Fasern zu schneiden, einzufädeln und wieder zu verbinden, ermöglicht die Roving Cut and Attach (RCA)-Funktion von Roth der Wickelmaschine einen automatischen Materialwechsel über ihre mehreren Fertigungswagen. Die Harzbad- und Faserziehtechnologie von Roth kann außerdem ein präzises Faser-zu-Harz-Benetzungsverhältnis ohne Übersättigung gewährleisten, sodass der Wickler schneller als herkömmliche Wickler laufen kann, ohne zu viel Harz zu verschwenden. Nach Abschluss des Wickelvorgangs trennt die Wickelmaschine automatisch den Dorn und die Teile von der Wickelmaschine.
Das Wickelsystem selbst ist zwar automatisiert, jedoch bleibt ein großer Teil der Bearbeitung und Bewegung des Dorns zwischen den einzelnen Fertigungsschritten bestehen, die bisher manuell erledigt wurden. Dazu gehört das Vorbereiten der blanken Dorne und deren Anschluss an die Wickelmaschine, das Bewegen des Dorns mit den gewickelten Teilen zum Aushärteofen, das Bewegen des Dorns mit den ausgehärteten Teilen und das Entfernen der Teile vom Dorn. Als Lösung entwickelte Globe Machine Manufacturing Co. ein Verfahren mit einer Reihe von Wagen, die für die Aufnahme des auf dem Wagen befindlichen Dorns ausgelegt sind. Das Rotationssystem im Wagen dient dazu, den Dorn so zu positionieren, dass er in die Auf- und Abwickelvorrichtung hinein- und herausbewegt werden kann und sich kontinuierlich dreht, während die Teile vom Harz benetzt und im Ofen ausgehärtet werden.
Diese Dornwagen werden von einer Station zur anderen bewegt, unterstützt von zwei Sätzen bodenmontierter Förderarme – einer am Haspel und der andere im integrierten Absaugsystem – mit dem Dorn. Der Wagen bewegt sich koordiniert und nimmt die Ruheachse zu jedem Prozess. Das kundenspezifische Spannfutter am Wagen klemmt und gibt die Spindel automatisch frei, in Abstimmung mit dem automatischen Spannfutter an der Roth-Maschine.
Roth zweiachsiger Präzisions-Harztankaufbau. Das System ist für zwei Hauptwellen aus Verbundwerkstoffen ausgelegt und wird zu einem speziellen Materialwickelwagen transportiert.
Zusätzlich zu diesem Dorntransfersystem bietet Globe auch zwei Aushärteöfen an. Nach dem Aushärten und dem Herausziehen des Dorns werden die Teile an eine präzise Längenschneidemaschine übergeben, gefolgt von einer numerischen Steuerung zur Bearbeitung der Rohrenden und anschließender Reinigung und Klebstoffauftragung mittels Pressfittings. Drehmomenttests, Qualitätssicherung und Produktverfolgung werden vor der Verpackung und dem Versand an Endkunden abgeschlossen.
Laut ACPT ist ein wichtiger Aspekt des Prozesses seine Fähigkeit, Daten wie Anlagentemperatur, Feuchtigkeitsgrad, Faserspannung, Fasergeschwindigkeit und Harztemperatur für jede Wickelgruppe zu verfolgen und aufzuzeichnen. Diese Informationen werden für Produktqualitätskontrollsysteme oder Produktionsverfolgung gespeichert und ermöglichen es den Bedienern, die Produktionsbedingungen bei Bedarf anzupassen.
Der gesamte von Globe entwickelte Prozess wird als „halbautomatisiert“ bezeichnet, da ein menschlicher Bediener immer noch einen Knopf drücken muss, um den Prozessablauf zu starten und den Wagen manuell in den Ofen hinein und aus ihm heraus zu bewegen. Laut ACPT sieht Globe in Zukunft einen höheren Automatisierungsgrad des Systems vor.
Das Roth-System umfasst zwei Spindeln und drei unabhängige Wickelwagen. Jeder Wickelwagen ist für den automatischen Transport verschiedener Verbundmaterialien ausgelegt. Das Verbundmaterial wird gleichzeitig auf beide Spindeln aufgetragen.
Nach dem ersten Produktionsjahr im neuen Werk berichtete ACPT, dass die Ausrüstung erfolgreich bewiesen hat, dass sie ihre Produktionsziele erreichen und dabei Arbeits- und Materialeinsparungen einsparen und gleichbleibend hochwertige Produkte liefern kann. Das Unternehmen hofft, auch bei zukünftigen Automatisierungsprojekten wieder mit Globe und Roth zusammenarbeiten zu können.
For more information, please contact ACPT President Ryan Clampitt (rclamptt@acpt.com), Roth Composite Machinery National Sales Manager Joseph Jansen (joej@roth-usa.com) or Advanced Composite Equipment Director Jim Martin at Globe Machine Manufacturing Co. (JimM@globemachine.com).
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.08.2021