CFK-Pinolen bieten der Zerspanung Ansätze für Verbesserungen

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Teil- oder vollausgefahren ist die Höhe der Steifigkeit relevant

Während der Bearbeitung sind bei Werkzeugmaschinen das statische Verhalten und das dynamische Verhalten aller Maschinenkomponenten entscheidend, auch die der Pinole. Um sie zu testen, wurde ein Prüfstand aufgebaut (Bild 2). Er besteht aus Linearwälzführungen, einem Gestell und einem Antrieb mit Kugelgewindetrieb (Nenndurchmesser 32), einer Klauenkupplung, einem Servomotor und als Prüfkörper einer der Pinolen. Beide Pinolen sind mit identischen Rollenführungen der Nenngröße 25 ausgestattet.

Zunächst wurde die statische Steifigkeit in unterschiedlichen Positionen der Pinolen untersucht (Bild 4). Die CFK-Pinole ist in der vorderen und mittleren Position um etwa 15 bis 20 % weicher sowie in der hinteren Position um circa 25 % steifer im Vergleich zur Stahlpinole.

Die beiden Pinolen wurden in den beiden vorderen Positionen auf Biegung belastet, in der hinteren Position waren dagegen mehr Druck- und Scherfestigkeit (in einer Ebene) gefragt. Relevant für die Bearbeitung ist die Steifigkeit der Pinolen im teilweise oder voll ausgefahrenen Zustand.

Stabilität sinkt mit der Höhe der dynamischen Nachgiebigkeit

Jedoch spielt nicht nur die statische Steifigkeit, die sich vor allem in Form von Maßabweichungen bemerkbar macht, während der Bearbeitung eine wichtige Rolle, sondern auch das dynamische Verhalten der Struktur. So gehen zusätzlich zum Dämpfungsverhalten des Werkstoffs auch die Fügestellen zwischen den verschiedenen Einzelteilen in die dynamische Nachgiebigkeit ein.

Die Fügestellen beeinflussen sowohl die Nachgiebigkeit als auch die Dämpfung der Struktur erheblich. Die maximale dynamische Nachgiebigkeit ist während der Bearbeitung ein Maß für die Stabilität. Sie liegt bei beiden Pinolen auf einem ähnlich hohen Niveau, sodass die Leistungsfähigkeit der Pinolen während der Bearbeitung vergleichbar ist.

Thermisches Werkstoffverhalten kann sehr unterschiedlich sein

Bezüglich der thermischen Eigenschaften kann es zwischen CFK und Stahl dagegen große Unterschiede geben. CFK-Komponenten lassen sich konstruktiv derart gestalten, dass sie sich bei thermischer Belastung nicht ausdehnen. Jedoch ist zu bedenken, dass die Ausdehnung von Stahlführungen ein CFK-Bauteil einseitig verbiegen kann. Diese Problematik lässt sich entweder durch eine Gegensteuerung mit Stahlschienen auf der gegenüberliegenden Seite oder durch eine Temperaturführung in der Bearbeitungsmaschine beheben.

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