projekt_cfk_strukturen

„Technische und wirtschaftliche Integration von CFK-Strukturen in den Werkzeugmaschinenbau“

Das IGF-Vorhaben 409 ZN der Forschungsvereinigung VDW-Forschungsinstitut e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das Forschungsvorhaben wurde in Kooperation des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschine (PTW) mit dem Fachgebiet Konstruktiver Leichtbau und Bauweisen (KluB) durchgeführt.

Die Hersteller von Werkzeugmaschinen sehen sich einem globalen Wettbewerb ausgesetzt, der insbesondere durch den Aufbau entsprechender Kapazitäten in den asiatischen Ländern getrieben wird. Um in diesem Wettbewerb bestehen zu können, sind stetige Verbesserungen und Innovationen notwendig. Zum Erreichen hoher Antriebsdynamiken und zur Steigerung der Vorschubgeschwindigkeiten muss entweder die bewegte Masse reduziert oder die Antriebsleistung erhöht werden. Letzteres ist im Hinblick auf die steigende Bedeutung des Energieverbrauchs und die höheren Anschaffungskosten keine zielführende Lösung. Im Gegensatz dazu kann der Leichtbau einen bedeutenden Beitrag liefern und eine tragende Rolle spielen, wenn es darum geht, die Geschwindigkeiten der Maschinen zu erhöhen. Dabei dürfen jedoch keinesfalls höchste Ansprüche an die Maschinengenauigkeit oder der Kostendruck vernachlässigt werden.

Der klassische Strukturleichtbau mit Aluminium als Werkstoff, der Einsatz von Blechstrukturen und der topologieoptimierte Guss können mittlerweile als Stand der Technik angesehen werden und stößt an seine Grenzen. Als Gründe für den zögerlichen Einsatz und die bisher fehlende Erprobung alternativer Werkstoffe werden von Werkzeugmaschinenherstellern die Punkte Bauteilfestigkeit, Kühlschmiermittel-Verträglichkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen Spänebeschuss und insbesondere höhere Material- und Fertigungskosten genannt.

Problemstellung

Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, zu analysieren und zu testen, wie Komponenten aus CFK durch gezielte Optimierung ihres dynamischen und thermischen Verhaltens zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit führen können.

Projektziele

An Hand zweier ausgewählter Komponenten aus den Maschinen der beteiligten Projektpartner soll die Steigerung der Leistungsfähigkeit untersucht werden. Dazu werden beide Komponenten als CFK-Demonstratoren konstruiert und im Betrieb erprobt. Die Kosten sollen im Vergleich zu herkömmlichen Bauteilen durch eine werkstoffgerechte Konstruktion mit Halbzeugen, den Verzicht auf teure Fertigungsverfahren sowie der Ausnutzung von Sekundäreffekten im Vergleich zu bisherigen FKV-Lösungen gering gehalten werden. Zur Untersuchung des Einflusses von KSS auf CFK-Bauteile werden Langzeitversuche durchgeführt.

Ablauf und Ergebnisse

Zur Umsetzung des Vorhabens wurden folgende Arbeiten durchgeführt:

1. Potenzialanalyse, Auswahl und messtechnische Untersuchung möglicher Komponenten

2. Neukonstruktion der umzusetzenden CFK-Demonstratoren

3. Abschließende Untersuchungen und Vergleich der Ergebnisse

4. Parallele Versuche zur Untersuchung der Umgebungseinflüsse

Eine Zusammenfassung des Projekts und der erzielten Ergebnisse kann hier nachgelesen werden.

Projektpartner

Chiron Werke GmbH & Co. KG
DANTO Invention
DATRON AG
Franz Kessler GmbH
Gebrüder Heller Maschinenfabrik GmbH
GROB-Werke GmbH & Co. KG
HPI – Die Maschinenbauer
Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH
Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG
Trumpf GmbH & Co. KG