Schlitten für Fräsmaschinen auf CFK-Basis

Versuchsaufbau zur Messung von Dämpfungs- und Eigenschwingungsverhalten

Die Roschiwal + Partner Ingenieur GmbH in Augsburg hat gemeinsam mit der SGL Group einen Schlitten für Fräsmaschinen auf CFK-Basis entwickelt und gebaut. Der Prototyp hat bereits auf der EMO 2011 in Hannover Premiere gefeiert und spontan ein breites Interesse in der Fachwelt ausgelöst.

Der Einsatz von Carbonfasern in Werkzeugmaschinen fand auch bei Professor Paul Helmut Nebeling, Lehrstuhlinhaber für Werkzeugmaschinen, Fertigungssysteme und Steuerungstechnik an der Hochschule Reutlingen besondere Beachtung. Den Wissenschaftler interessierte besonders das Dämpfungs- und Eigenschwingungsverhalten der CFK-Konstruktion im Vergleich zu einer herkömmlichen Stahlpinole. Um aussagefähige Vergleichszahlen zu erhalten, ließ er am Institut den CFK-Schlitten exakt aus Stahlblech nachbauen.

Eine zwischenzeitlich gestartete Versuchsreihe wird mit Versuchsobjekten und Aufbau im Rahmen einer gemeinsamen Messepräsentation auf der diesjährigen AMB in Stuttgart präsentiert. „So viel lässt sich bereits heute sagen: Eigenschwingungs- und Dämpfungsverhalten der CFK-Pinole sind signifikant besser als die der Stahlkonstruktion“, kommentiert Professor Nebeling den Status quo der Resultate. Er geht davon aus, dass validierte Werte bereits zur AMB 2012 vorliegen.

„Wenn sich die ersten Anzeichen der Versuche bestätigen, lassen sich die Bearbeitungszeiten durch die CFK-Pinole messbar senken, denn das bessere Dämpfungsverhalten ermöglicht höhere Schnittgeschwindigkeiten. Darüber hinaus würde das im Vergleich zum Stahlschlitten optimierte Schwingungsverhalten eine verbesserte Oberflächenqualität nach sich ziehen – Eigenschaften also, die unmittelbar dem Anwender spanabhebender Bearbeitungsmaschinen zugute kommen“, ergänzt Robert Merk, technischer Geschäftsführer bei Roschiwal + Partner.

Der höhere Vorschub und die bessere Qualität sind das Resultat der Grundkonstruktion des neuen Schlittens, dessen 12 bis 14 Kohlefaserlagen auf die unterschiedlichen Kraftflüsse ausgerichtet sind. Zwei trapezförmige, über die gesamte Höhe der Pinole verlaufende Schubstege leiten die Reaktionskräfte aus der Vorschubbewegung in die tragenden Wände, und ein Hartschaumkern sorgt sowohl für die exakte Formgebung der CFK-Lagen als auch für die notwendige Dämpfung.

Leichtbau entlastet

Die CFK-Konstruktion bringt auch eine deutliche Gewichtsreduktion. Mit lediglich noch rund 30 Kilogramm statt der 75 Kilogramm der Leichtbaukonstruktion aus Stahlblech, sind schnellere Bewegungen möglich und die gesamte Maschine wird entlastet. Die Antriebe erzeugen bei gleicher Leistung bessere Beschleunigungs- und Bremswerte, was die Durchlaufzeiten verkürzt und die Fertigungskosten senkt. Bei identischen Werten erfordert das geringere Massenträgheitsmoment eine vergleichsweise geringere Antriebsleistung. Ebenso lassen sich die Massen der nachgelagerten Baugruppen wie Kreuzschlitten, Querbalken oder Maschinenständer bei Bedarf reduzieren, denn alle Bauteile, die die Beschleunigung des Schlittens belasten, werden durch die leichtgewichtige CFK-Pinole entlastet. Die gesamte Konstruktion ist ebenso zum Patent angemeldet wie technische Detaillösungen und wird dem deutschen Werkzeugmaschinenbau erneut einen internationalen Wettbewerbsvorteil bescheren.

John Großpietsch

Autor: John Großpietsch

Share This Post On