Maschinen mit mehr Dynamik

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Experten erwarten vom Maschinenbau Wachstumsimpulse für Composites.

Automobilindustrie, Bauwesen Luftfahrt und Windkraft sind die großen Abnehmerbranchen für Faserverbundwerkstoffe, in denen zunehmend Serienanwendungen realisiert werden. Dagegen fristet der Maschinenbau als Einsatzgebiet für Compositestrukturen zurzeit noch ein Schattendasein. Zu klein sind die Stückzahlen, zu komplex die Herausforderungen. Doch geringe Dichte und Masse, hohe Festig- und Steifigkeit, Abrasios-, Korrosions-, Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit, einstellbare Wärmeausdehnung, elektrische Leitfähigkeit oder Isolation sowie die Möglichkeit, intelligente Komponenten zu integrieren, machen die Werkstoffe zunehmend interessant für Maschinenhersteller.

Eine Vielzahl an Nischen

Ob Greifsysteme, Kegel, Pleuel, Hubbalken und Rotor­bügel, Schaufelblätter, Roboterarme, Federn, Antriebs­wellen, Walzen oder Komponenten für Textil- und Werkzeugmaschinen – bereits heute existieren viele Anwendungen im Maschinenbau, die mithilfe von GFK oder CFK realisiert werden. „Derzeit gibt es noch keine hohen Volumina oder großen Serien, aber eine Vielzahl unterschiedlicher Nischen mit Potenzial“, heißt es dementsprechend in der Studie „Serienproduktion von hochfesten Faserverbundbauteilen – Perspektiven für den deutschen Maschinen- und Anlagenbau“, die bereits 2012 von Roland Berger Strategy Consultants und dem VDMA-Forum Composite Technology veröffentlicht wurde. Die Experten prognostizieren ein moderates Wachstum. Aktuellere Studien stützen diese Prognose. Demnach wird der Maschinenbau immer stärker als eine der Anwenderindustrien im Verbundwerkstoffmarkt benannt, von der maßgebliche Wachstumsimpulse erwartet werden.

Prädestiniert für bewegte Komponenten

Besonders für bewegte Komponenten werden die Materialien zunehmend verwendet. „Ein Forschungsschwerpunkt ist beispielsweise die Entwicklung von hochdämpfenden Leichtbauverbundwerkstoffen, mit denen eine Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit und -geschwindigkeit, der Lebensdauer sowie ein geringerer Werkzeugverschleiß erzielt werden können“, heißt es in dem Report „Bestandsaufnahme Leichtbau in Deutschland“ des VDI Zentrums für Ressourceneffizienz.

Innerhalb der Composites sind die Einsatzgebiete und damit die Marktperspektiven für die einzelnen Faserverbunwerkdstoffe unterschiedlich. GFK wird im Anlagenbau vor allem in Form von Profilen oder als Rohre und Tanks, die mit dem Schleuder- oder Wickelverfahren hergestellt werden, eingesetzt. Jedoch ist das Segment „das einzig rückläufige im europäischen GFK-Markt“, heißt es im Composites-Marktbericht 2017. Für CFK gilt: kleiner Marktanteil, große Wachstumsaussichten. Zwar seien Anlagen- und Maschinenbauer noch zögerlich beim Einsatz, doch immer häufiger überzeugten diese Materialien hier die Entscheider, schätzen die Experten von Carbon Composites ein. Denn diese Werkstoffe ermöglichten in den diversen Anwendungen die erhebliche Reduktion bewegter Massen. Dies und eine hohe Schwingungsdämpfung seien für eine hochpräzise Werkzeugmaschine von Vorteil. Denn so ließen sich kleinere Antriebe und eine Auslegung für verringerte­ Bearbeitungskräfte realisieren, heißt es. In der Folge steigen die Genauigkeit und damit die Qualität. Die Lebensdauer der Maschine und die Standzeiten der Werkzeuge erhöhen sich ebenfalls.

Verbundwerkstoffe im Maschinenbau werden vor allem als Sandwich- und Profilkonstruktionen in Form von CFK-Platten und -Profilen eingesetzt, CFK-Halbzeuge werden zunehmend durch Kleben gefügt. Die Bauteile eignen sich für sehr steife Konstruktio­nen, die selbst dann noch eine hohe Positioniergenauigkeit zulassen, wenn enorme Beschleunigungskräfte­ wirken. Durch die gezielte Auswahl von Fasern und einen entsprechenden Lagenaufbau werden bei sehr geringem Gewicht vorteilhafte E-Module erreicht, die annähernd doppelt so hoch sind wie die von Stahl. CFK-Bauteile lassen sich außerdem auf eine minimale Wärmeausdehnung hin auslegen.

mg

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