Compositebearbeitung Faserverbundnibbler überzeugt in Flugzeugbau und Formel 1

Autor / Redakteur: Peter Klingauf / Peter Königsreuther

Trumpf hat mit dem Faserverbundnibbler FCN 250 ein handgeführtes Präzisionssystem zum Schneiden von Compositeteilen entwickelt. Der Compositespezialist Connova hat sich von der Qualität und Leistung überzeugt.

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Connova ist Spezialist für die Bearbeitung von Hightech-Werkstoffen, wie carbon-, aramid oder glasfaserverstärkte Compositebauteile. Das Unternehmen ist außerdem zertifizierter Partner für die Pilatus AG, die etwa den hier im Bild zu sehenden Business-Jet PC 24 baut. Ein neu entwickelter Faserverbundnibbler von Trumpf unterstützt die Experten jetzt dabei.
Connova ist Spezialist für die Bearbeitung von Hightech-Werkstoffen, wie carbon-, aramid oder glasfaserverstärkte Compositebauteile. Das Unternehmen ist außerdem zertifizierter Partner für die Pilatus AG, die etwa den hier im Bild zu sehenden Business-Jet PC 24 baut. Ein neu entwickelter Faserverbundnibbler von Trumpf unterstützt die Experten jetzt dabei.
(Bild: Connova)

Der richtige Umgang mit Faserverbundwerkstoffen ist eine Spezialität der Schweizer Connova Gruppe – von der Entwicklung über den Prototypenbau bis zur Serienfertigung mit modernem Maschinenpark. In der Einzelteilfertigung ist jedoch noch viel Handarbeit gefragt, unterstützt durch den Einsatz diverser Handwerkzeuge. Seit kurzem hat sich hier der neue Fiber Composite Nibbler FCN 250 von Trumpf etabliert. Er spielt seine Stärken insbesondere beim Trennen von Aramidfasern aus.

Leichtbauexperten unterstützen Fahrzeug- und Flugzeugbau

Die im Jahr 2010 im schweizerischen Villmergen gegründete Connova AG entwickelte sich dank der hohen Innovationskraft, Firmenzukäufen und der Gründung einer Tochtergesellschaft in Ostdeutschland über die letzten Jahre zu einem der führenden Composite-Anbieter in Europa. Als besondere Schwerpunkte nennt Geschäftsführer Jon Andri Jörg den F1-Rennsport, den automobilen Sportwagensektor sowie die Luft- und Raumfahrt. Unternehmen dieser Branchen nutzen Hochleistungs-Faserverbundstrukturen besonders gerne. Denn die hohe Stabilität solcher Bauteile gepaart mit extrem geringem Gewicht wirkt sich unmittelbar auf Sicherheit, Leistung und Verbrauch aus.

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Dementsprechend gefragt ist das Know-how der Compositeexperten beispielsweise beim Schweizer Rennstall Alfa Romeo Racing. Für seinen Formel1-Boliden produziert Connova jedes Jahr mehrere Tausend Bauteile mit speziell aufgebauten, uni-direktionalen Faserstrukturen – vom Hitzeschutz bis hin zu diversen Aerodynamikbauteilen wie zentralen Teilen des Frontflügels. Auch Porsche nutzt das Schweizer Wissen im Rahmen einer engen Entwicklungspartnerschaft. Unter anderem wurde ein Hochtemperatur-Hitzeschild für den Motorraum des Supersportwagens 918 Spider entwickelt und gebaut.

Compositeprototypen erfolgreich mit der Hand besäumen

Als besonders interessant schildert der für Luftfahrt verantwortliche Connova-Projektmanager Stefan Wyss die vielfältigen Aufgaben für den Flugzeughersteller Pilatus: „Wir produzieren als zertifizierter Partner inzwischen rund 140 verschiedene Faserverbundbauteile für den Business Jet PC-24. Einen Großteil davon baut unser Kunde im Interieur ein, beispielsweise im Cockpit. Aber auch die aus CFK gefertigte Einstiegstreppe stammt von uns.“

Besäumen von Prototypen mit Handwerkzeug

Die Herstellung von Formen und Werkzeugen sowie das exakte Fräsen und Besäumen der Serienproduktion erfolgt auf modernen 5-Achs-CNC-Maschinen. Der grobe Zuschnitt großer Teile und das Besäumen von Prototypen übernehmen die Mitarbeiter hingegen primär von Hand. Eine Aufgabe, für die sich der neue Fiber Composite Nibbler Trutool FCN 250 von Trumpf eignet. Gleiches gilt für diverse Einzelteile, die nicht in Serie gehen.

Faserverbundnibbler geht butterweich durch Aramidfasern

Stefan Wyss erinnert sich, dass die erste Testmaschine des Faserverbundnibblers aufgrund eines solchen Einzelteil-Auftrags in seine Abteilung kam: „Uns lag 2018 die Anfrage eines Unternehmens vor, das ein Flugzeug aus den 60er-Jahren wieder auflegen wollte. Viele der nachzubauenden Teile bestehen aus AFK, also aramidfaserverstärktem Kunststoff. Diese zu trennen, stellt eine besondere Herausforderung dar.“

Laut dem Projektmanager verwendeten Fertigungsbetriebe in früheren Jahren dafür sogenannte Wasserstrahl-Handwerkzeuge. Diese sind aber enorm gefährlich und dürfen heute nicht mehr eingesetzt werden. „Das ist natürlich vollkommen richtig, aber im Fall unserer AFK-Bauteile ein Problem“, sagt Wyss und ergänzt: „Denn Aramidfasern lassen sich weder mit Sägen noch mit Winkelschleifern vernünftig trennen. Wir erreichen mit diesen Werkzeugen einfach keine sauberen und genauen Schnittkanten. Zudem entstehen oft gefährliche Stäube und viel Rauch.“ Nicht zu unterschätzen sei darüber hinaus der durch die schnell drehenden Scheiben verursachte, intensive Wärmeeintrag in das Material, der zu Delamination führt – heißt, die mit Kunststoff verbundenen Faserschichten lösen sich an den Schnitträndern ab.

Grund genug, sich auf die Suche nach einem alternativen Verfahren zu machen. Der Einsatz von Fräsmaschinen ist für eine solche Einzelteilefertigung schlichtweg zu teuer. Zudem ist der Werkzeugverschleiß bei Aramidfasern enorm groß. Stationäre Wasserstrahl-Schneidanlagen haben von technischer Seite mit dem Trennen dieses Werkstoffs kein Problem. „Aber der Aufwand für das Programmieren, Einrichten et cetera und die anzusetzenden Maschinenkosten stehen für die wenigen Einzelteile in keinem Verhältnis zum Ertrag“, merkt Wyss an.

Glücklicherweise bekam der Ingenieur just zu dieser Zeit eine Anfrage von Trumpf, ob er als Testkunde für einen neuen Faserverbundnibbler zur Verfügung stehen würde. Die Entscheidung fiel nicht schwer, und von dem Ergebnis war der Connova-Projektmanager schnell begeistert: „Dieser neue Nibbler ging butterweich durch das AFK, ohne Rauch und Staub. Dabei erzeugt er beim Schneiden auf Sicht für ein Handwerkzeug erstaunlich saubere und exakte Kanten.“

Durch 2,5 mm dickes Compositematerial mit 1,9 m/min nibbeln

Genauso problemfrei trennt der FCN 250 carbonfaserverstärkte (CFK), glasfaserverstärkte (GFK) Kunststoffe sowie Duroplaste und Thermoplaste. Um dies zu ermöglichen, hat Trumpf unter anderem die Schneidgeometrie und die Schneidwerkzeuge auf das neue Material hin angepasst. Stefan Anshelm, Leiter Vertrieb Elektrowerkzeuge International, erläutert diverse Vorteile, der aus der Metallbearbeitung stammenden Technologie: „Beim Nibbeln handelt es sich um einen kalten Prozess ohne Wärmeeinfluss. Als Werkzeug dienen ein Stempel, der schnell aufeinander folgende Stanzhübe ausführt, und eine Matrize, die diese Kraft aufnimmt. Da wir hochwertige, beschichtete Schneidwerkzeugen einsetzen, vermeiden wir eine Delamination sowie ein Ausfransen der Schnittkante und Connova erzielt deshalb die eben schon beschriebene hohe Schnittkantenqualität.“

Bis zu 2,5 mm Materialstärke schneidet der neue Nibbler mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 1,9 m/min. Wegen der freien Sicht auf die Arbeitsfläche, lassen sich die Trennschnitte sehr genau an einem Anriss entlang oder einer Schablone führen. Dabei sind selbst enge Radien möglich. Der Connova-Projektmanager bestätigt dies, kennt aber auch die Grenzen, wenn höchste Präzision gefordert ist oder das Material zu dünn wird: „Wenn wir Gewebebauteile trennen, stoßen wir unterhalb von 0,5 mm Materialstärke an die Grenze des für den Trumpf Nibbler sauber machbaren. Bei unidirektionalen Faserstrukturen brauchen wir für die bei uns geforderte Schnittqualität mindestens 0,8 mm.“

Starke Nibbelleistung mit langlebigem System

Als positiv schätzt Wyss auch Kosten für Verbrauchsteile des Trutool FCN 250 ein. Sein Unternehmen hat zwar noch keine besonders umfangreichen Einsatzerfahrungen, aber die von Trumpf angegebenen rund 300 Meter Standzeit für eine Matrize beim Trennen von zwei mm starkem GFK oder CFK betrachtet er als realistische Größe. Für den Stempel veranschlagt der Hersteller etwa 150 m, wobei sich die Standzeit bei dünnerem Material nochmals deutlich erhöht. Daher ist Trumpf Elektrowerkzeug-Vertriebsleiter Stefan Anshelm überzeugt, dass die Kosten pro Meter im Vergleich zu anderen Trennverfahren um bis zu 50 % niedriger sind. Außerdem hebt er hervor: „Ist ein Stempelwechsel nötig, funktioniert das ganz einfach, ohne zusätzliche Hilfsmittel und innerhalb weniger Sekunden. Genauso wie bei unseren Nibblern für Dünnblech.“

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