Zerspanung Massenreduzierter Hybridscheibenfräser drückt Energiekosten

Beim Holzfräsen setzt der Praktiker auf ein Kombinationswerkzeug mit mehreren Scheibenfräsern, um Zeit zu sparen. Doch das ist recht schwer. Forscher haben das Problem jetzt entschärft.

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Weil mit dem üblichen Kombinationsscheibenfräser aufgrund seines hohen Gewichts auch mehr Energie benötigt wird, um Holz zu bearbeiten, ist die Gewichtsreduktion ein guter Hebel, um produktiver zu werden. Die Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) haben deshalb carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) verwendet, der bekanntlich sehr leicht, aber hochstabil ist. Das Ergebnis ist ein hybrid aufgebauter Scheibenfräser, der circa 65 % leichter ist als der konventionelle Kombinationsfräser aus Stahl oder Aluminium, wie es heißt.

Verschleißteile können ausgetauscht werden

Michael Lorenz, Abteilung Leichtbautechnologien am Fraunhofer-IPA, und Samuel Tröger von Keim Kunststofftechnik, haben deshalb das Fräswerkzeug mit einem hohen CFK-Anteil entwickelt und hergestellt. Absolut gesehen, wiegt es nur noch rund 1 kg (Stahlvarianten etwa 3 kg, Aluminiumtypen rund 1,5 kg). CFK verleiht dem Werkzeug die nötige Steifigkeit und erhöht sogar dessen Belastbarkeit, merkten die Experten an. Die nötigen Schnittstellen zur Maschinenspindel und zum Schneidenhalter bestehen aber weiterhin aus metallischen Werkstoffen.

Ein 3D-Legeverfahren, das Keim Kunststofftechnik speziell entwickelt und patentiert hat, legt die einzelnen CFK-Fasern dazu nach zuvor festgelegten Bahnen ab. Sie werden symmetrisch angeordnet, um die auf die Frässcheibe einwirkenden Prozesskräfte zu kompensieren. Dabei werden die Fasern mithilfe eines Industrieroboters ressourceneffizient verklebt. „Das Fräswerkzeug wurde so ausgelegt, dass verschiedene Komponenten, die einem erhöhten Verschleiß unterliegen, im Bedarfsfall ausgetauscht werden können“, lässt Lorenz wissen.

CFK-Frässcheiben erweisen sich als äußerst robust

Im Rahmen vieler Tests hat man das neu entwickelte CFK-Werkzeug verschiedenen Belastungen ausgesetzt, um dessen Verhalten auch in Extremsituationen zu erfahren. Bei einer Hochgeschwindigkeitsprüfung etwa wurde der Scheibenfräser mit einer deutlich erhöhten Drehzahl getestet. Erst bei 17.000 min^-1 traten erste leichte Schäden auf, betonen die Protagonisten des Projekts. Das entspricht aber der dreifachen Geschwindigkeit als sie im Praxisbetrieb üblich ist, heißt es.

„Insgesamt haben die Versuche ergeben, dass ein aus CFK gefertigtes Fräswerkzeug bessere Eigenschaften hat als herkömmliche Varianten aus Stahl oder Aluminium“, betont Lorenz.

Weil die Fertigung von Scheibenfräsern mit CFK-Anteil allerdings recht zeitintensiv ist, ist sie derzeit noch nicht für die Massenproduktion geeignet. Einzelne Produktionsschritte werden auch noch manuell ausgeführt. Dadurch komme es beim Herstellungsprozess des Fräswerkzeugs unweigerlich zu Schwankungen in der Qualität. Diese sollen sich allerdings minimieren lassen, wenn alle Vorgänge in Zukunft automatisiert seien. Momentan arbeiten Lorenz und sein Projektpartner daran, den Prozess so zu optimieren, dass die wirtschaftliche Fertigung größerer Stückzahlen in einer gleichbleibenderen Qualität klappt, informiert das IPA.

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