Leichtbau für Maschinen CFK macht der Werkzeugmaschine Beine

Autor / Redakteur: Jürgen Klinger / Peter Königsreuther

Während sich CFK im Aerospacebereich sowie nun auch bei den Autobauern in der Serienfertigung durchsetzt, reagieren die Anlagen- und Maschinenbauer noch verhalten auf den Leichtbauwerkstoff. Doch immer häufiger führen diese Materialien auch dort zu deutlichen Verbesserungen.

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(Bild: SGL)

Faserverbundwerkstoffe eröffnen aufgrund ihrer herausragenden Materialeigenschaften auch dem Maschinenbau viele Vorteile und halten ein hohes Innovationspotenzial bereit. Bauteile aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) zeichnen sich durch ein geringes Eigengewicht und eine hohe Verwindungssteifigkeit aus. Zudem haben sie gute Dämpfungseigenschaften gegen Schwingungen. Eine im letzten Jahr veröffentlichte Studie der Roland Berger Strategy Consultants sowie des VDMA-Forums Composite Technology kommt zu dem Ergebnis, dass auch bei Maschinen der Leichtbau mit CFK inzwischen ein Schlüsselthema ist.

CFK-Komponenten erhöhen Präzision und Lebensdauer

Gleichwohl sind die Einsatzmotive von CFK-Komponenten, speziell im Vergleich zum Fahrzeugbau, anders gelagert: Steht bei den Automobilherstellern die Senkung des Energieverbrauchs durch leichtere Fahrzeuge im Vordergrund, sind im Maschinenbau die Steigerung der Produktionseffizienz und Bearbeitungsqualität sowie die Begrenzung oder wenn möglich sogar die Vemeidung von Maschinenschwingungen das erste Ziel. Denn Schwingungen schränken die Prozessdynamik ein, tragen zu einem erhöhten Verschleiss von Maschinenkomponenten und Werkzeugen bei und führen zu ungenauen Bearbeitungsergebnissen. Die durch CFK-Konstruktionen erreichbare drastische Gewichtsersparnis erhöht die Dynamik der Achsen, lässt höhere Geschwindigkeiten zu und entlastet die gesamte Maschine.

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Verkürzte Taktzeiten durch leichtere Maschinenteile

Die Antriebe erzielen etwa bei gleicher Leistung bessere Beschleunigungs- und Bremswerte als bei herkömmlichen Komponenten, was die Taktzeiten verkürzt und die Fertigungskosten senkt. Diese Erkenntnisse werden von den Versuchsreihen und Forschungsarbeiten renommierter Institute gestützt. So haben beispielsweise die Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen in verschiedenen Projekten den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen im Maschinenbau untersucht. Auch sie kommen zu dem Ergebnis, dass Faserverbundwerkstoffe ein hohes Einsatzpotenzial im Bereich der Werkzeugmaschinen tragen. Unter anderem, weil sie eine höhere Achsdynamik und die Verwendung kleinerer Antriebsmotoren und Führungselemente erlauben und damit erheblich zur Steigerung der Energieeffizienz beitragen.

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