Leichtbau CFK-Rotor für Zentrifugen hält erhöhten Drehzahlen stand

Das Fraunhofer-Institut IFF hat eine neuartige Herstellungsmethode entwickelt, die durch Kombination von Faserverbundtechnologien mit Schichtaufbau-Verfahren (Additive Manufacturing) die Fertigung von CFK-Leichtbaurotoren zulässt. Aufgrund der sehr hohen Belastbarkeit der Fasern sind diese im Vergleich zu konventionellen Rotoren aus Aluminiumlegierungen leistungsfähiger.

Anbieter zum Thema

JESSBERGER GmbH

»MM Maschinenmarkt« China

trivid GmbH

Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

Zentrifugen finden vielfach Anwendung in der Medizin und in Laboratorien zur Trennung von Stoffen wie Blutplasma und Seren. Die Rotoren in den Zentrifugen dienen der Aufnahme der Probengefäße. Im Betrieb wirken auf die Rotoren und Proben bei Drehzahlen von bis zu 20.000 min^-1 Fliehkräfte, die dem 25.000-fachen der Erdanziehung entsprechen.

CFK-Rotoren im Schichtaufbauverfahren produziert

Für die Herstellung von Leichtbaurotoren aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Derzeit sind jedoch ausschließlich Rotoren auf dem Markt, deren Grundkörper im RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) und die hochbelastete Ringschale im Wickelverfahren hergestellt werden.

Das Fraunhofer-Institut IFF hat deshalb gemeinsam mit dem regionalen Industriepartner Carbonic GmbH eine neuartige Herstellungsmethode entwickelt, die durch Kombination von Faserverbundtechnologien mit Schichtaufbau-Verfahren (Additive Manufacturing) die Fertigung von leistungsfähigeren CFK-Leichtbaurotoren mit neuartiger geodätisch geformter Tragstruktur zulässt.

CFK-Rotor setzt Maßstäbe hinsichtlich Gewicht, Belastbarkeit und Laufverhalten

Aufgrund der extrem hohen Belastbarkeit der Fasern sollen die mit dieser Technik hergestellten Leichtbaurotoren im Vergleich zu heutigen Konzepten neue Maßstäbe hinsichtlich Gewicht, Belastbarkeit und Standzeit setzen. Durch die Anordnung der Faserverbunde in Belastungsrichtung werde das Eigenschaftsprofil des Faserwerkstoffes optimal genutzt. Laut IFF kann der Rotor so bei gleichem Materialeinsatz höheren Belastungen standhalten, und die Drehzahlen können bei gleichzeitig größerer Laufruhe noch erhöht werden.

Das angedachte Konstruktionsprinzip erfordert geeignete Formwerkzeuge, die komplexe Geometrien (zum Beispiel Hinterschneidungen) abbilden können. Aus diesem Grunde werden für den Formenbau und die Erzeugung der komplexen Rotorgeometrien schichtaufbauende Verfahren genutzt (Selective Laser Sintering).

Mit Hilfe der praktisch unbegrenzten Gestaltungsfreiheit dieser Techniken könnten, wie es weiter heißt, auch die konturnahen Kühlkanäle bereits während der Formherstellung erzeugt werden. Weiterhin sollen die mittels Selective Laser Sintering hergestellten geometrisch komplexen Einlegeteile zu der angesprochenen Gewichtsreduzierung im späteren Rotorkörper führen. Außerdem könne die Zeit des für Aluminiumrotoren typischen Aufwärmprozesses um mindestens 50% reduziert werden.

(ID:30901600)