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CFK-Leichtbau auf der EMO Hannover 2019

Faserverbund-Leichtbau für Werkzeuge und Antriebe

| Redakteur: Peter Königsreuther

Der EMO-Hannover-Aussteller Compotech aus Tschechien entwickelt und baut seit rund 20 Jahren Antriebskomponenten und Zerspanungswerkzeuge in CFK-Metall-Hybridbauweise. In Halle 6 am Stand B25 erfahren die Besucher, welche Vorteile das für die Metallbearbeitung hat.
Der EMO-Hannover-Aussteller Compotech aus Tschechien entwickelt und baut seit rund 20 Jahren Antriebskomponenten und Zerspanungswerkzeuge in CFK-Metall-Hybridbauweise. In Halle 6 am Stand B25 erfahren die Besucher, welche Vorteile das für die Metallbearbeitung hat. (Bild: Compotech)

Compotech ist ein Verbundwerkstoffe produzierendes Unternehmen, das Dienstleistungen in den Bereichen Design, Analyse und Fertigung anbietet. In Halle 6 am Stand B25 präsentieren die Tschechen ihr Können.

Compotech erklärt, dass carbonfaserverstärkte Bauteile für den Einsatz in Zerspanungssystemen eigentlich nicht auf den ersten Blick das Mittel der Wahl sind. Bekannterweise findet man sie vor allem im Flugzeugbau, der Formel-1 oder anderen Hightech-Branchen. Doch, so Compotech, bergen ihre Hauptvorteile, die mechanisch hohe Belastungsfähigkeit, gepaart mit dem geringen Gewicht, auch für den Werkzeugmaschinenbau vielversprechende Potenziale. Hinzu komme die gute Vibrationsdämpfung, die den Zerspanungsprozess dynamischer und produktiver machen könne.

Ein Fräswerkzeug auf CFK-Basis

Seit 20 Jahren entwickelt und baut Compotech bereits CFK-Komponenten für Zerspanungswerkzeuge und den Automatisierungssektor, heißt es weiter. Vor 10 Jahren stellte das Unternehmen erstmals auf einer EMO Hannover aus, und kommt seitdem treu zu jeder neuen Veranstaltung, um die CFK-Innovationen zu präsentieren, die man im Laufe der zwei Jahre zwischen den Messen ersonnen hat, sagt Rory Carter, der Geschäftsführer. Diesmal will man beweisen, wie CFK sich in Sachen Z-Achsen, Spindelschäfte, Umhausungen, Werkzeuge und Werkzeughalter positiv auswirken könne, um die Leistungsfähigkeit von Fräsmaschinen zu erhöhen.

CFK-Metall-Hybridfräser von Compotech. Es kann energieeffizienter beschleunigt werden und spart im Idealfall einen Schlichtfräser, weil man auf Anhieb bessere Oberflächen erreicht, sagt das Unternehmen.
CFK-Metall-Hybridfräser von Compotech. Es kann energieeffizienter beschleunigt werden und spart im Idealfall einen Schlichtfräser, weil man auf Anhieb bessere Oberflächen erreicht, sagt das Unternehmen. (Bild: Compotech)

Das von Compotech geschaffene Fräswerkzeug ist mit beinhaltet Carbonfasern, die mit dem roboterbasierten Verfahren Assisted Filament Laying (RAFL) in einem Prozessschritt auf ein Stahlbauteil platziert wurden. Das Stahlteil fungiere als Verbindungsstück zwischen Werkzeug und Werkzeughalter sowie zur Spindel. Auch die Befestigung der Fräszähne wird dadurch erreicht, heißt es weiter. Nach dem Faserablegen wird es so konsolidiert, dass es zu keinen thermischen Spannungen im System kommen kann, betont Carter. Danach erhalte es seine endgültige Form. Mit dem Werkzeug in dieser Art verbessert sich laut Compotech die Dämpfung von unerwünschten Vibrationen, was den Gesamtprozes stabiler werden lässt und die Standzeit des Werkzeugs erhöht. Dauertests haben bewiesen, das man mit diesem CFK-Metall-Hybridfräser höhere Vorschübe fahren kann, präzisere Ergebnisse erhält und man sich im Idealfall ein Schlichtwerkzeug sparen kann, weil der CFK-Fräser bereits sehr gute Oberflächen erzeugen würde. Weil das Werkzeug rund 40 % weniger wiege als herkömmliche Varianten, könne es leichter bewegt und beschleunigt werden, was den Zerspanungsprozess energieeffizienter werden lasse.

CFK-Stahl-Hybridspindel

Motorspindel aus Stahl und CFK: Sie wiegt wesentlich weniger als ein Stahlpendant, sie dehnt sich thermisch weniger aus und erreicht die Maximaldrehzahl schneller und leichter, wie Tests bewiesen haben.
Motorspindel aus Stahl und CFK: Sie wiegt wesentlich weniger als ein Stahlpendant, sie dehnt sich thermisch weniger aus und erreicht die Maximaldrehzahl schneller und leichter, wie Tests bewiesen haben. (Bild: Compotech)

Compotech hat auch eine Motorspindel auf Basis von CFK entwickelt, wie Carter wissen lässt. Bei dieser macht sich ein weiterer Effekt von carbonfaserverstärkten Compositeteilen positiv bemerkbar: Die thermische Ausdehnung kann praktisch vernachlässigt werden weil man die Carbonfasern so legen kann, dass sie die Ausdehnung sicher kompensieren, so Carter.

Vergleich einiger Parameter zwischen CFK-Metall-Hybridspindel (links) und einer reinen Stahlspindel.
Vergleich einiger Parameter zwischen CFK-Metall-Hybridspindel (links) und einer reinen Stahlspindel. (Bild: Compotech)

Belegen konnten die positiven Eigenschaften praxisnahe Tests sowie eine Laboruntersuchung an der Kyoto Universität durch Professor Atsushi Matsubara, betont der Compotech-Entscheider. Die Spindel, heißt es, wiegt rund 70 % weniger als eine reine Stahlspindel und weicht, heizt man sie auf 70 °C auf, um 75 % weniger vom Soll ab. Die Schaftausdehung konnte laut Carter um rund 30 % reduziert werden.

Vergleichstest des thermischen Verahltens zwischen der CFK-Metall-Hybridspindel (rechts) und einer herkömmlichen Stahlvariante.
Vergleichstest des thermischen Verahltens zwischen der CFK-Metall-Hybridspindel (rechts) und einer herkömmlichen Stahlvariante. (Bild: Compotech)

Die Dämpfung sei 16 Mal besser als bei einer Stahlversion. Außerdem stellte sich heraus, dass die CFK-Spindel rund 17 % schneller die mögliche Maximaldrehzahl von 18.000 m-1 erreicht. Noch wichtiger für die Fräsbearbeitung sei aber, dass die Grenzspangröße in einem breiteren Bereich der Spindeldrehzahl erreicht werden könne. Die erreichbare Frästiefe konnte von 5,5 mm auf 10 mm fast verdoppelt werden, ergänzt Carter.

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