CFK-Pinolen bieten der Zerspanung Ansätze für Verbesserungen

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Zur Verdeutlichung der Potenziale wurden an der Hochschule Reutlingen zwei Werkzeugmaschinenpinolen miteinander verglichen. Bei der einen Pinole handelt es sich um eine Stahlschweißkonstruktion. Die andere, vergleichbare Konstruktion besteht aus CFK (Bilder 1 und 2).

Sie wurde von der Roschiwal + Partner Ingenieur GmbH, Augsburg, entwickelt und gefertigt. Die Stahlpinole, die aus einer Grundplatte zur Führungsschienenaufnahme und einem Blechgehäuse mit Rippen besteht, wiegt circa 75 kg. Die CFK-Pinole ist dagegen nur etwa 25 kg schwer.

Höhere Resonanzfrequenzen bei ähnlichem Dämpfungsmaß

Von einfachen soliden Vollkörpern ist bekannt, dass frei schwingende Körper aus CFK bessere Dämpfungseigenschaften haben als vergleichbare Metallkomponenten. Liegt das Dämpfungsmaß einfacher Metallkörper im Bereich von 0,01 bis 0,03 %, kommen Körper aus faserverstärkten Werkstoffen auf einen Wert von 0,5 bis 1 %. Dieser Wert ist abhängig von der inneren Werkstoffstruktur, zum Beispiel vom Faser-Harz-Verhältnis, von den verwendeten Fasern und deren Orientierung.

Die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der Maschinenkomponenten unterscheiden sich aufgrund der geometrischen Gestalt von denen eines Vollkörpers erheblich. Aus den Untersuchungen der Pinolen im frei hängenden Zustand ergibt sich das in Bild 3 dargestellte Nachgiebigkeitsverhalten. Die Pinole aus CFK hat im Vergleich zu der aus Stahl höhere Resonanzfrequenzen: 778 und 886 Hz bei der CFK- sowie 666 und 738 Hz bei der Stahlschweißkonstruktion.

Dennoch zeigt das Dämpfungsmaß der beiden Konstruktionen bei den zwei jeweils dominierenden Resonanzfrequenzen keine merklichen Unterschiede: 1,49 und 1,58 % bei der CFK- sowie 1,8 und 1,2 % bei Stahl-Pinole. Es war kein deutlicher werkstoffbedingter Unterschied messbar. Aus anderen Untersuchungen ist zudem bekannt, dass die geometrische Komplexität von Körpern deren Dämpfungsmaß signifikant beeinflusst, ohne dass Fügestellen vorhanden sind.

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