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Composites im Maschinenbau

Abspecken im Maschinenbau

| Autor / Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Dieses Hybride Flugzeugfahrwerk zeigt, wie man auch dynamsch belastete CFK-Komponenten mit herkömmlichen Konstruktionselementen verbinden kann.
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Dieses Hybride Flugzeugfahrwerk zeigt, wie man auch dynamsch belastete CFK-Komponenten mit herkömmlichen Konstruktionselementen verbinden kann. (Bild: Königsreuther)

Traditionell werden leichte Faserverbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrttechnik oder bei militärischen Anwendungen eingesetzt. Inzwischen hat sich vor allem CFK auch im Automobilsektor etabliert. Der Maschinenbau hinkt noch etwas hinterher, obwohl sich durch CFK & Co. viele Vorteile für Maschinendynamik und Temperaturstabilität eröffnen.

Maschinen und Anlagen werden entweder elektrisch oder hydraulisch oder aus einem dynamischen Mix aus beiden Antriebsvarianten bewegt. Bisher machten vor allem im Hydraulikbereich die Metalle bei der Werkstoffwahl den Löwenanteil aus, um Zylinderrohre und Kolbenstangen zu fertigen. Dieser Fakt kann vielleicht bald überholt sein, denn ein beeindruckendes Beispiel für eine Leichtbaualternative lieferte in diesem Jahr der Hydraulikspezialist Herbert Hänchen ab, dem es gelungen ist, diese beiden Herzstücke der Hydraulik aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen zu fertigen.

Der neue Werkstoff ist ein von Herbert Hänchen entwickelter hoch belastbarer Verbund von Carbon und anderen Komponenten, veredelt zu einem Werkstoffmix, wie es heißt. Entscheidende Unterschiede zu herkömmlichen Verbünden sollen in der Beschaffenheit der Gleitflächen, dem neu entwickelten Verfahren zum Aufbau des Verbunds, der hochfesten Verbindung von Metall und CFK sowie der hohen Präzision der so aufgebauten Werkstücke liegen. So entstehen Hydraulikzylinder namens H-CFK, die sich besonders biegesteif verhalten (bei geringster Dehnrate), korrosionsbeständig und antimagnetisch sind sowie um 80 % leichter und im Betrieb 50 % weniger Energie brauchen als eine vergleichbare Metallkonstruktion. Laut Hänchen eignen sich diese Maschinenelemente sowohl für mobile als auch stationäre Applikationen und können wegen ihrer Präzision auch in Test- und Prüfanlagen implementiert werden.

Mit H-CFK habe Hänchen einige wesentliche Hindernisse überwunden, die bisher dem Einsatz von Carbonfasern nicht nur für Hydraulikzylinder gewisse Grenzen setzten. Dazu zählen auch wirtschaftliche Überlegungen – insbesondere beim Einsatz im Sondermaschinenbau, bei Einzelstückzahlen sowie Kleinserien. In vier Jahren intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit wurden laut Hänchen Konstruktions- und Fertigungsverfahren erarbeitet, mit denen Bauteile wie Leichtbaukolbenstangen und -zylinderrohre und auch komplette Zylinder aus CFK hergestellt werden können. Dabei erreichten die Hänchen-Entwickler Bauteile, die das gleiche Fähigkeitsspektrum wie die aus Stahl gefertigten Systeme ins Feld führen und darüber hinaus geringere maximale thermische Dehnungskoeffizienten im Vergleich zu den stählernen Standardvarianten aufweisen.

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