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CFK-Maschinenkomponenten

Maschinenbauer schmähen Composites oft zu Unrecht

| Autor / Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Ein weiteres Beispiel für den gelungenen Materialmix im Maschinenbau: hochsteife Hebelsysteme aus CFK und Aluminium.
Ein weiteres Beispiel für den gelungenen Materialmix im Maschinenbau: hochsteife Hebelsysteme aus CFK und Aluminium. (Bild: Karl Mayer)

Werkzeugmaschinen sollten dynamisch, steif und wärmestabil sein, um präzise zu sein. CFK und GFK können genau das verleihen. Aber der Einsatz von Compositeteilen bleibt wider Erwarten eine Seltenheit - aber warum?

Der Flugzeugbau, der Automobilsektor und nicht zuletzt die Windkraft sind Vorreiter, wenn es um den Leichtbau mit faserverstärkten Bauteilen in der Serie geht. Noch vor ein paar Jahren wurden auch immer wieder Ideen vorgestellt und die Ergebnisse derselben auch in Anlagen eingesetzt, die beweisen konnten, dass CFK und GFK ihre spezifischen Vorteile im Werkzeugmaschinenbau durchaus ausspielen können. Bewegte Systeme, wie etwa Traversen, Schlitten oder Spindelhalterungen, werden besonders leicht, wenn man sie aus CFK baut. Weil sie so weniger Masse haben, lassen sie sich dynamischer, also effektiver, verfahren oder mit kleineren Motoren bewegen als die Stahlvarianten. Während der Bearbeitung wärmen sich die Systeme in den Werkzeugmaschinen allmählich auf, dehnen sich dabei aus und es kommt präzisionsmäßig zu Beeinträchtigungen. Das Problem tritt insbesondere bei carbonfaserverstärkten Bauteilen nicht auf, weshalb man sich unter Umständen eine aufwendige Kühlung sparen kann. Und auch die Eigenschaft, Vibrationen sehr gut zu dämpfen, kann im Maschinenbau punkten. Die Folge ist, dass eine Maschine, an den richtigen Stellen mit CFK aufgebaut, eine längere Standzeit hat. Auch könnten mit Composites steifer gebaute und dennoch kompakte und leichte Maschinen schwer Zerspanbares, wie die Titanlegierungen oder Inconel, wirtschaftlicher in Form bringen.

H-CFK heißt ein Werkstoffmix auf Basis von CFK. Das Unternehmen Herbert Hänchen nutzt ihn für die Herstellung von Leichtbau-Hydraulikkomponenten.
H-CFK heißt ein Werkstoffmix auf Basis von CFK. Das Unternehmen Herbert Hänchen nutzt ihn für die Herstellung von Leichtbau-Hydraulikkomponenten. (Bild: Herbert Hänchen)

Studien belegen den Nutzwert von CFK & Co.

Trotz dieser offensichtlichen Vorteile brach bei den meisten Vertretern der Branche kein Hype um diese Hightechmaterialien aus. Ein Grund, den viele anführen, ist, dass die Stückzahlen zu gering seien, um eine entsprechende Entwicklung vertretbar zu machen. Weil diese Werkstoffe nicht mit Metallen verschweißt werden können, stellt auch die haltbare Verbindung zwischen CFK-Bauteilen und den metallischen Anbindungsstellen einer Maschine die Experten vor Probleme.

Eine Studie, die von Roland Berger Strategy Consultants und dem VDMA-Forum Composite Technology veröffentlicht wurde, bestätigt zwar den homöopathischen Anteil dieser Werkstoffe im Maschinenbau, prognostiziert aber ein moderates Wachstum und erkennt sie als Enabler bei vielen technischen Problemen, die noch kommen werden.

Es tut sich in Sachen CFK-Maschinenteilen durchaus etwas

Besieht man sich das Geschehen etwas genauer, so fallen einem durchaus einige Trends auf: CFK-Roboterarme, -Greifer, GFK-Blattfedern für Volvo, die bereits in Millionenstückzahlen geliefert wurden, und Leichtbau-Hydraulikzylinder aus Carbon oder Frässpindelgehäuse sind nur einige der „Hidden Champions“, die man dann aufstöbert. Auch zu CFK-Platten und -Profilen greifen einige Maschinenbauer, weil es mittlerweile Klebstoffe gibt, die Metalle und CFK sicher miteinander verbinden können. Das verlangt natürlich, dass man gewisse lieb gewonnene Pfade verlassen und unter Umständen Experten ins Haus holen oder befragen muss, die mit den anisotropen Eigenschaften faserverstärkter Bauteile vertraut sind. So bleiben Enttäuschungen aus, für die die Composites an sich nichts können.

Wenn man weiß, dass ein CFK-Teil, denken wir mal an den vor einigen Jahren von MAP Werkzeugmaschinen und dem Fraunhofer-IPT entwickelten Z-Schlitten, nur 60 % des Stahlpendants auf die Waage bringt, lohnt sich ein Umdenken vielleicht doch. MM

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