Fast die gesamte Industrie entdeckt die Kohlefaser für den Leichtbau, nur der Werkzeugmaschinenbau hat noch Bedenken. So wird etwa gefragt, wie Stahlführungen und Carbon ohne Genauigkeitsverlust zusammengehen. Xperion-Ingenieure haben dafür eine sehr solide, maschinenbautechnische Lösung gefunden.
Der Einsatz von CFK wird in der Industrie immer mehr diskutiert. Vielfach findet ein regelrechtes Umdenken statt. Sowohl der eher konservative Maschinenbau als auch die so preissensible Automobilbranche haben die Kohlenstofffaser für den Leichtbau entdeckt. Immer noch zurückhaltend zeigt sich jedoch der Werkzeugmaschinenbau.
Dabei könnten insbesondere bei großen Bauteilen, die beschleunigt werden, wie etwa Trägerbalken oder Z-Achsen, die einzigartigen Materialeigenschaften des CFK so richtig zur Entfaltung kommen. Inzwischen lassen sich Carbon Composites mit einer deutlich höheren – fast doppelt so hohen – Steifigkeit wie Stahl herstellen und wiegen bei gleichem Querschnitt lediglich 20 %. Diese Eigenschaft, das Verhältnis von Elastizitätsmodul zu Dichte, ist der Maßstab im Leichtbau. Die hohe spezifische Steifigkeit der CFK-Komponenten führt zu höheren Eigenfrequenzen – ein Segen bei schwingungssensiblen Anwendungen. Durch gezielte Faserorientierung lässt sich die Eigenfrequenz sogar auf die jeweilige Anwendung justieren. Hinzu kommt die 5-fach höhere Dämpfung gegenüber Stahl. Die Dämpfungsgrade lassen sich durch weitere Technologien auf das 50-fache steigern – und das mit korrosionsfreiem Material.
Bei den oben genannten Trägerbalken und Z-Achsen liegen die Vorzüge von CFK auf der Hand. Dennoch ist man im Werkzeugmaschinenbau noch zurückhaltend – warum? Auf Nachfrage kristallisieren sich nachvollziehbare Bedenken im Hinblick auf das Anbringen von Führungselementen und die Aufrechterhaltung der Präzision heraus: Ein CFK-Trägerkörper und eine Stahl-Führungsschiene besitzen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine starre Verbindung würde bei schwankenden Einsatztemperaturen zu einer Verwerfung führen – dem sogenannten Bimetalleffekt. Ein krummer Träger könnte mit aufwändiger Kompensierung noch verwendet werden. Aber ein durch schwankende Temperaturen instabiler Träger stellt keine Wiederholgenauigkeit sicher. Diese Problematik galt bisher als ungelöst.
Der Faserverbundspezialist Xperion Components bietet auch hier eine funktionierende Lösung. Auf der EMO (Halle 6, Stand J38) präsentiert Xperion seine patentierte Lösung im Rahmen seiner Produktlinie X-Girder. Das System wurde praxisorientiert konstruiert und getestet; statt Theorien standen bewährte Maschinenbauprinzipien im Vordergrund. Die Führungsschiene wird axial schwimmend montiert. Die Fixierung erfolgt durch segmentierte Klemmelemente, die einen festen Anker bilden und zugleich eine axiale Ausdehnung der Schiene zulassen und so den Bimetalleffekt eliminieren. Zu einer überraschenden Erkenntnis hat das Stick-Slip-Verhalten der Schiene geführt, das sich bei höheren Anzugsmomenten verbessert. Dadurch erübrigen sich auch die Bedenken hinsichtlich der Wiederholgenauigkeit.
James Royal Schildknecht Leiter Vertrieb bei der Xperion Components GmbH & Co. KG, Laudenbach
Teilen:
