Novemberpogrom - Österreich Journal

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 125 / 28. 11. 2013
Sie sind in der Armbanduhr und im Autofahrwerk
genauso wichtig wie bei Meßgeräten
oder Raumfahrzeugen: Federn sind
allgegenwärtig und werden auf den ersten
Blick manchmal als technische Trivialität
betrachtet. Zu Unrecht, wie Richard Zemann
von der TU Wien weiß. Bei ihrer Herstellung
gibt es viel zu verbessern. Sein Team fand
einen Weg, kompliziert geformte Federn aus
Faser-Kunststoff statt aus Stahl zu erzeugen.
Das spart Gewicht und bringt ein hervorragendes
Materialverhalten.
Kohlenstoff und Harz
Karbonfasern sind extrem belastbar. Nur
einige Mikrometer dick sind die Filamente,
die das Forschungsteam von Richard Zemann
am Institut für Fertigungstechnik und
Hochleistungslasertechnik der TU Wien verwendet,
doch ihre Länge kann in die Kilometer
gehen. Bündelt man diese dünnen Fasern,
erhält man eine leichte aber extrem
steife Struktur. Damit die Fasern in Form
bleiben, bettet man sie in einer Matrix ein,
zum Beispiel in Epoxidharz. „Das Harz
selbst nimmt im optimalen Fall keine Kräfte
auf, aber es bindet die Kohlenstofffasern aneinander
und sorgt so für die nötige
Stabilität“, erklärt Richard Zemann.
Daß die Eigenschaften dieser Fasermaterialien
für ihren Einsatz bei der Herstellung
von Federn sprechen, ist recht offensichtlich:
Ihre Dichte ist extrem gering – sie beträgt
weniger als ein Viertel der Dichte von
Stahl – und gleichzeitig übertreffen Faser-
Kunststoff-Verbunde Stahl teilweise in ihrer
Steifigkeit.
Trotzdem wurden Faserverbundwerkstoffe
bisher nur für vergleichsweise einfache
Blattfedern eingesetzt, weil die Herstellungsverfahren
für kompliziertere spiralförmige
oder schraubenförmige Formen fehlten.
Das Team der TU Wien konnte allerdings
mit dem Projektpartner, der Federnfabrik
Tmej, einen Prozeß entwickelt, der
die Herstellung aller wichtigen Federgestalten
erlaubt. Wie das genau funktioniert, will
Richard Zemann derzeit noch nicht verraten:
„Wir stellen jedenfalls zuerst einen dicken
Draht her, der danach zu einer schraubenförmigen
Feder umgeformt werden kann.“
Wissenschaft & Technik
Federleicht
Weg mit überflüssigen Kilos: In der Industrie ist Masseeinsparung ein
wichtiges Thema. An der TU Wien ersetzt man daher bei der
Federherstellung massiven Stahl durch leichte Faserwerkstoffe.
Fotos:TU Wien
100.000 Belastungen
und kein bißchen müde
Die Resultate können sich jedenfalls jetzt
schon sehen lassen: Erste Spiralfedern konnten
100.000 Belastungszyklen unbeschadet
oben: Schraubendruckfeder
unten: Spiralfeder
»Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at
überstehen. „Wir haben den Versuch dann
einfach abgebrochen – die Federn zeigten
überhaupt keine Ermüdung und hätten sicher
noch eine viel größere Zahl von Belastungen
ausgehalten“, sagt Richard Zemann.
Der Herstellungsprozeß wird nun noch
für die Serienanwendung verbessert. Forschungsbedarf
gibt es noch hinsichtlich der
Harz- bzw. Kunststoffkomponente: Die
Kohlenstofffasern halten die oftmalige Belastung
zwar problemlos aus, aber die Matrix
rundherum könnte irgendwann doch
geringfügig ihre Form ändern. An der TU
Wien werden derzeit noch Ideen zur Verbesserung
der Kunststoffkomponente untersucht.
Die neuartigen Federn sind äußerst korrosions-
und chemikalienbeständig. Der entscheidende
Vorteil ist allerdings die Gewichtsersparnis.
Bei gleicher Steifigkeit
reduziert sich die Masse um 70 bis 80 Prozent
verglichen mit herkömmlichen Stahlfedern.
Gerade in der Automobilindustrie ist
man sehr auf Gewichtseinsparungen bedacht
– eine geringere Masse bedeutet letztlich
auch weniger Treibstoffverbrauch. Ganz
entscheidend ist das Thema Gewicht natürlich
im Luft- und Raumfahrtbereich.
„Zunächst werden sich Karbon-Faser-
Verbund-Federn sicher im gehobenen Marktsegment
durchsetzen“, prognostiziert Richard
Zemann, „doch langfristig soll die
neue Technologie auch in Massenprodukten
verwendet werden – das ist unser erklärtes
Ziel.“
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http://www.tuwien.ac.at
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