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EMO Hannover 2017

Mit CFK zu mehr Dynamik

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Kompetenzen bündeln und Erfolg sichern

Eine derartige Unterstützung ist für die Lösung von Fragestellungen im Bereich der Verwendung von FVK-Komponenten im Maschinen- und Anlagenbau unumgänglich, da diese Werkstoffe aufgrund ihrer anisotropen Eigenschaften hier eher selten Anwendung finden. „Bislang besteht diese vornehme Zurückhaltung gegenüber des FVK-Einsatzes, weil anders als bei konventionellen Werkstoffen nicht auf existierende Konstruktions- und Auslegungsstandards zurückgegriffen und daher nicht ohne weiteres eine Vorhersage getroffen werden kann, wie sich ein FVK-Bauteil im Zusammenspiel mit der restlichen Maschinenstruktur dynamisch verhält“, erklärt der Aachener Wissenschaftler. „Fehler entstehen, wenn ein Bauteil zum Beispiel nur auf die Steifigkeit in eine Achsrichtung ausgelegt wird, jedoch die Steifigkeit in den weiteren Achsrichtungen unberücksichtigt bleibt. Wenn wir aber mit Simulationstools sowohl FVK-Komponente als auch die Werkzeugmaschinendynamik fein aufeinander abstimmen, kann nichts schiefgehen. Zur Lösung der Problemstellung werden daher die notwendigen Kompetenzen innerhalb dieses Projekts in unserem Hause vereint."

Lasern statt Kleben

Kritisch ist auch das Verbinden von CFK mit Metallen. Bisher kam hier ein Klebeverfahren zum Einsatz, das allerdings laut Tzanetos vier Nachteile aufweist:

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1. Die CFK-Fläche muss mechanisch bearbeitet werden. Dies führt zu Unstetigkeit und Schwächung der CFK-Eigenschaften.

2. Es garantiert nur eine niedrige Festigkeit (pro Fuge: 10 bis 40 Megapascal).

3. Es hängt stark ab von den Umgebungsbedingungen (zum Beispiel Temperatur, Verunreinigungen, Späne, Kühlschmierstoff).

4. Geklebte Verbindungen besitzen eine niedrige Verschleißfestigkeit.

Alle diese Nachteile behebt ein Laserverfahren. Doch nicht nur die Verbindungstechnik sieht der MAP-Niederlassungsleiter als problematisch an. „Um die exakten Positionier- und Wiederholgenauigkeiten der Maschine auch bei hoher Dynamik zu gewährleisten, schaben wir unter anderem die Auflagen der Linearführungen manuell ab“, sagt Tischmann. „Es ist für uns nun eine enorme Herausforderung, das auch bei CFK hinzubekommen.“

Trotz aller Schwierigkeiten habe sich der Wechsel zu CFK gelohnt, meint der Experte mit Blick auf die EMO Hannover. Der Werkzeugmaschinenhersteller denkt an einen gemeinsamen Infostand mit dem Fraunhofer-IPT, um die Fortschritte und Vorgehensweisen mit diesem „neuen Werkstoff“ vorzustellen. „Prinzipiell möchten wir am Ende dieses Projektes eine dynamische, präzise und vor allem kraftvolle Maschine auf den Markt bringen“, erklärt Tischmann. „Diese soll sich speziell im Aerospace-Bereich etablieren.“

EMO Hannover inspiriert auch die Wissenschaft

Auch der IPT-Wissenschaftler sieht Kooperationsprojekte wie das mit der MAP Werkzeugmaschinen GmbH als eine gute Möglichkeit, um im Austausch mit der Industrie neue Wege zu gehen. Das aktuell noch laufende Projekt hat den Aachenern Mut gemacht, mit Industriepartnern in Sachen CFK weiter voranzugehen. Weiterführende Anregungen zu vergleichbaren Werkstoff-Fragen und zum Leichtbau erhalten Tzanetos und Kollegen aus der Wissenschaft im September auf der EMO Hannover.

* Nikolaus Fecht ist ein Fachjournalist aus Gelsenkirchen

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