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Composites im Maschinenbau

Abspecken im Maschinenbau

| Autor / Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Präzisere Halbleiter-Wafer für Computerhirne

Ein weiteres Beispiel aus der Schmiede von Voith Composites betrifft eine CFK-Drahtführungsrolle, die zum Zuschneiden von Halbleiterwafern, also Siliziumplatten, dient. Zwei solcher Rollen überspannen dabei ein Feld von Schneiddrähten, die einen kompakten Halbleiterblock in dünne Scheiben schneiden. Wendet man für die Walze CFK an, dann ist der Schnittbereich kaum noch von Temperaturschwankungen während des Schneidens abhängig und die Dicke der Scheiben bleibt wesentlich konstanter. Korrosions- und Schwingungsprobleme wirken sich bei einer CFK-Walze außerdem kaum noch auf die Qualität der Waferscheiben aus, wie Lang erklärt.

Viel Erfahrung bei der Substitution von Stahl- oder Aluminiumkomponenten durch CFK können die Experten von Rampf ins Feld führen. Dort weiß man, dass konventionelle Werkstoffe und Topologieoptimierungen im Zusammenhang mit Leichtbauforderungen recht bald an ihre Grenzen stoßen. Deshalb bietet Rampf einen Rundum-Service an, um Baugruppen aus FVK im Rahmen der spezifischen Gestaltungsaspekte last- und implementierungsoptimal auszulegen. Auch die Schnittstellenproblematik wird dabei berücksichtigt. Mithilfe von Halbzeugen sind die Rampf-Spezialisten bemüht, die möglichst günstigste Lösung zu erarbeiten. Die Vorteile liegen in der höheren Dynamik bewegter CFK-Bauteile und damit einher gehender Produktivitätssteigerungen. Bewegliche Maschinenteile stehen dabei im Fokus, wie Pinolen, Spindelkästen, Schlitten, Tische, Ständer, Querbalken sowie Verfahrportale. Ein besonderes Entwicklungsprojekt mündete in der Realisierung eines Z-Schlittens in CFK-Differenzialbauweise, durch den die bisherige Baugruppe um 150 % steifer wurde und ihre Masse um 25 % reduziert werden konnte, wie es heißt. Die Eigenschaften von faserverstärkten Verbundwerkstoffen sind stark richtungsabhängig, das heißt, der Werkstoff hat in allen Richtungen verschiedene mechanische Eigenschaften. Die Hauptbelastungsrichtung muss mit der Vorzugsorientierung der Fasern übereinstimmen. Die optimierte Auslegung ist eine Expertise der Rampf-Entwickler. Bei der Gestaltung von CFK-Konstruktionen wird bei Rampf zunächst ein CAD-Entwurf der Maschinenkomponente erstellt. Anschließend werden mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) lastabhängige Verformungen und Spannungen ermittelt und das Bauteil iterativ optimiert. Danach erfolgt die konstruktive Detaillierung. Durch dieses Prinzip setzte Rampf auch einen Z-Schieber für ein Großbearbeitungszentrum um. Ein anderes Beispiel ist ein Spindelschlitten für HSK32-Spindeln, der in CFK-Bauweise jetzt für höhere Dynamik und Präzision beim Zerspanen sorgen kann.

Die Karl Mayer Textilmaschinenfabrik hat bereits 2004 ein CFK-Bauteil in die eigenen Maschinen integriert und kann durchwegs positive Erfahrungen berichten. Weil es damals noch keinen erfahrenen Zulieferer für einen bestimmten Hebel aus CFK gab, entwickelte Karl Mayer das Bauteil selber. Der ursprüngliche Hebel bestand aus Magnesium und konnte in einem Temperaturbereich von 21 bis 25 °C bei einer Höchstdrehzal von 2100 min-1 eingesetzt werden. Die selbst entwickelte CFK-Variante kostet jetzt zwar 6 % mehr, sorgt aber auch für eine um 15 % gestiegene Produktivität der Anlagen, denn sie kann noch bei 2400 min-1 und einem breiteren Temperaturbereich von 16 bis 30 °C problemlos arbeiten. Die Texilien, die mit der so ausgerüsteten Anlage hergestellt werden, sind laut Karl Mayer außerdem in der Gewebestruktur deutlich feiner ausführbar.

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