Optimierter Leichtbau-Werkzeugmaschinenschlitten

Projektleiter: Prof. Dr. sc. techn. Detlef Kochan

Kooperationspartner: Schwäbische Werkzeugmaschinen GmbH, Leibniz-Institut für Polymerforschung e.V., Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH,
Schmuhl Faserverbundtechnik GmbH & Co. KG

Im Gegensatz zu klassischen Anwendungsfeldern auf dem Gebiet der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie kommt dem Material- und Strukturleichtbau im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus bisher eine untergeordnete Position zu. Dem gegenüber stehen auf anderen Anwendungsgebieten bereits erzielte hervorragende Verhältnisse aus Dichte und Steifigkeit bei sinkenden Halbzeugkosten der Faserkunststoffverbunde als Wandlungstreiber.

Übergeordnetes Projektziel ist daher die Beherrschung des statischen, dynamischen und thermischen Verhaltens eines FKV-Werkzeugmaschinenschlittens unter Anwendung des Tailored-Fiber-Placement (TFP), das als textiles Fertigungsverfahren beanspruchungsgerechte, variabelaxiale Verstärkungsfaserverläufe innerhalb des anisotropen Verbundwerkstoffes zulässt und somit eine signifikante Massereduktion bei gleichbleibender Steifigkeit gegenüber der konventionellen Stahlblech-Rahmenkonstruktion verspricht.

Teilvorhaben der Arbeitsgruppe Produktionstechnik am ZAFT ist dabei neben der topologieoptimierten und funktionsgerechten Auslegung einer referenzierten Baugruppe die Untersuchung und Beherrschung des komplexen Systems Maschine – Werkzeug – Werkstück – Prozess unter Einfluss der Kombination metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe. Für die resultierende Prozesskette erfolgt eine umfassende ökonomisch-technologische Relevanzbewertung.

Die Arbeitsgruppe Komplexe Strukturkomponenten des Leibniz-IPF nimmt darauf aufbauend die Auslegung als variabelaxiales FKV-Bauteil entsprechend der hohen Steifigkeitsanforderungen an die anisotrope Struktur vor.

Die Herstellung eines Demonstrators erfolgt durch die Industriepartner HighTex und Schmuhl, deren Teilvorhaben sich auf die Verfahrensführung im TFP-, bzw. Bauteilkonsolidierungsprozess beziehen. Eine experimentelle Erprobung erfolgt abschließend auf einer Versuchsmaschine des Unternehmens Schwäbische Werkzeugmaschinen.