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Composites im Maschinenbau

Abspecken im Maschinenbau

| Autor / Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Sieben-Achs-Maschine baut Einzelstücke wirtschaftlich auf

Besonders der Vergleich zwichen Stahl und CFK zeige die Stärken des Leichtbauwerkstoffs: Stahl hat eine Zugfestigkeit von 1000 N/mm², die Carbonfaser hält 5000 N/mm² aus. Diese Diskrepanz lasse sich zwar nicht linear auf die entsprechenden Bauteile übertragen, weise aber eindrucksvoll auf die mechanischen Stärken dieser Hightech-Fasern hin. Während das eher weiche, noch weniger belastbare Aluminium ein Drittel des Gewichts von Stahl hat, punktet CFK mit nur 20 bis 25 % des Aluminiumgewichts. Bei der Steifigkeit bietet der neue Werkstoff den Vorteil, dass er sich durch unterschiedliche Anordnung des Faserverlaufs für die jeweiligen Anforderungen designen lässt, wie die Hänchen-Spezialisten betonen. Für einen besonders belastbaren Verbund aus präzise angeordneten Fasern und der sie umgebenden Matrix aus Kunststoff wurden sowohl neue Materialpaarungen der Grundwerkstoffe als auch eine neuartige Materialanordnung entwickelt, die in einer speziellen Sieben-Achs-Maschine in ganz besonderer Art und Weise aufgebaut wird. Das geschehe außerdem durch einen Prozess, der auch bei der Einzelstückfertigung noch wirtschaftlich einsetzbar sei.

Auch hochpräzise Laufflächen sind bei H-CFK-Teilen machbar

Bei der Fertigung gelten natürlich die üblichen Maßstäbe für Hydraulikzylinder in höchster Qualität: Die äußerst harten Gleitflächen von Zylinderrohr und Kolbenstange aus Spezialkunststoff übernehmen die Rolle der bei herkömmlichen Stangen und Rohren verwendeten Chromschicht, da sie als Gegenlauffläche für Dichtungen dienen. Sie müssen außerdem sehr präzise sein und dem hohen Druck im Hydrauliksystem standhalten können. Eine besondere Hürde stellt in diesem Zusammenhang dar, dass Verbundwerkstoffe aus CFK zwar wie Metalle auch durch Drehen, Fräsen oder Bohren bearbeitet werden können, aber nur wenn man bestimmte Rahmenbedingungen einhält, die eine Beschädigung der Verstärkungsfasern oder des Gesamtverbundes vermeiden.

Diese Grundvoraussetzungen forderten die Entwicklung einer geeigneten Oberfläche heraus, die eine Feinbearbeitung durch Honen zulässt, um den für die Produkte von Hänchen typischen Kreuzschliff mit einer Rauigkeit von Rz = 0,8 zu ermöglichen. Diese Schicht wird im Rahmen der Fertigung bei Hänchen in den Verbund mit eingebracht und ist somit ein fester Teil von H-CFK. Folglich werden die Bauteile einschließlich der benötigten Laufflächen hergestellt. Dieser Aufbau erlaubt eine besonders hochwertige mechanische Endbearbeitung der Oberfläche, die eine harte, nachbearbeitbare Gleitfläche für höchste Qualitätsanforderungen sicherstellt. Sie sei absolut korrosionsfrei und deshalb unempfindlich gegenüber Flugrost, heißt es.

Der Fertigungsprozess erlaube auch eine hochfeste Verbindung zwischen Gewinde, Verschluss und anderen Anschlussteilen aus Metall sowie dem aus Carbon designten Bauteil, das in diesem Falle nicht nur auf eine runde Ausführung beschränkt ist – damit ist ein Hauptproblem beim Einsatz von CFK im Maschinenbau gelöst, denn der innovative Hydraulikelemente-Werkstoff hat zwar viele Vorteile, doch als krafteinleitende Verbindung eignen sich metallische Bauteile immer noch besser als das Verbundmaterial. Konventionell geklebte Verbindungen halten den hohen Belastungen, wie sie in der Hydraulik auftreten, meist nicht stand.

Die besondere Wickeltechnik von Hänchen mache es aber möglich, metallische Objekte, wie Gewindeenden oder Ringe mit Gewinden zum Anbau von Befestigungselementen, prozesssicher und fest mit dem CFK-Bauteil zu kombinieren – ohne Qualitätseinbußen zu verursachen.

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