Ausgabe - 06 - 2012 - Produktion

16 · Fertigung · Produktion · 9. Februar 2012 · Nr. 6
Aerospace
Leichtbau – Alles andere als leicht!
Sebastian Moser, Produktion Nr. 6, 2012
Der Dreamliner wurde für Boeing beinahe zum Alptraum, weil die
Bearbeitung von CFK dramatisch unterschätzt wurde. Wettbewerber
Airbus kann beim Modell A350 von aktuellen Fortschritten profitieren.
Landsberg (sm). „Ein kleiner
Schritt für einen Menschen, aber
ein großer für die Menschheit“, so
brachte der US-amerikanische Astronaut
Neil Armstrong den ersten
Schritt eines Menschen auf dem
Mond und die Aufbruchsstimmung
vor über vierzig Jahren auf
den Punkt. Alles schien möglich:
Bemannte und unbemannte
Raumflüge, Flugreisen mit doppelter
Schallgeschwindigkeit, die gigantische
Boeing 747 nahm den
Linienbetrieb auf und Tauchboote
erreichen die tiefsten Stellen der
Ozeane. Vierzig Jahre später stößt
Boeing-Vize Jim Albaugh anlässlich
der Übergabe der ersten Boeing
787 Dreamliner ins gleiche
Horn: „Ihr habt keine Ahnung, was
ihr erreicht habt. Nur selten in seinem
Leben hat ein Mensch die
Gelegenheit, so etwas mitzuerleben“,
ließ er seine Mitarbeiter wissen.
Und die hatten eine Aufmunterung
bitter nötig: Immer wieder
musste die Auslieferung verschoben
werden, der Druck auf die
Mitarbeiter war enorm. Erst drei
Jahre nach dem geplanten Auslieferungsstart
konnte Erstkunde All
Nippon Airways seine erste 787 in
Empfang nehmen. Denn der Vogel
hat es in sich: Statt Aluminium besteht
die Hülle der Boeing 787
Dreamliner zu mehr als 50 % aus
dem leichten Verbundstoff CFK.
Und die Probleme bei der Bearbeitung
dieser neuen Materialien
hatte der amerikanische Branchenriese
dramatisch unterschätzt.
Die gleiche Erfahrung muss jetzt
auch der europäische Wettbewerber
Airbus mit dem Konkurrenzmodell
A350 machen: Leichtbau ist
alles andere als leicht! Immerhin
war es von den Europäern klug, in
diesem Fall den Amerikanern den
Vortritt zu lassen und von deren
Erfahrungen zu profitieren. Ein
Mann der ersten Stunde bei der
So sieht der von Mapal entwickelte Fräser für CFK aus. Er verfügt über Ausblaslöcher
zur Senkung der Prozesstemperatur. Bild: Mapal
spanenden Bearbeitung von CFK
ist Dr. Peter Müller-Hummel, der
heute beim Präzisionswerkzeughersteller
Mapal in Aalen für die
Luftfahrtbranche zuständig ist. Vor
rund acht Jahren war er bei einem
namhaften Unternehmen der Luftfahrtindustrie
für die Beschaffung
von Bearbeitungszentren und
Werkzeugen zur Bearbeitung von
CFK zuständig.
„Wir betraten damals absolutes
Neuland, denn es lagen fast keine
Erfahrungen bei der CFK-Bearbeitung
vor“, erinnert er sich. Deshalb
griff man zunächst auf die Erfahrungen
bei der Metallzerspanung
zurück. Schnell stellte sich jedoch
heraus, dass der Werkstoff „zerfasert
bzw. delaminiert“, das Werkzeug
überhitzt und die Bearbeitungsergebnisse
insgesamt unbefriedigend
waren. Eine Studie des
Experten und seines Teams belegte
bald, dass klassische Frässtrategien
für CFK ungeeignet sind. Wichtigstes
Ergebnis: Bei Metall muss
Ausgezeichnet
SHW gewinnt Nortec Award
Produktion Nr. 6, 2012
Der diesjährige Nortec Award
stand unter dem Motto „Nachhaltigkeit
in der Industrieproduktion“.
Gewonnen hat das Unternehmen
SHW Werkzeugmaschinen
GmbH.
Hamburg (sm). „Angesichts immer
höherer Umweltbelastungen,
Ressourcenknappheit und steigender
Energiekosten wird eine nachhaltige
und effiziente Industrieproduktion
immer wichtiger. Dabei
spielen die Werkzeugmaschinen
eine immer wichtigere Rolle. Wir
freuen uns, den diesjährigen Nortec
Award an ein Unternehmen zu
verleihen, welches das Thema
Nachhaltigkeit in der Industrieproduktion
mit der eingereichten Lösung
in allen Facetten der Entwick-
lung, Konstruktion und Ausrüstung
einer Großwerkzeugmaschine
konsequent umgesetzt hat“, sagt
Prof. Peter Hornberger von der
Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Hamburg und Mitglied
der Nortec Award Jury. Gewonnen
hat das Unternehmen
SHW Werkzeugmaschinen GmbH
mit der energieeffizienten und 200
Tonnen schweren Fräsmaschine
PowerForce 8.
„Wir arbeiten intensiv daran,
Komponenten und Prozesse darauf
einzurichten, dass sie energieeffizient
konstruiert, produziert
und betrieben werden können. Im
Rahmen eines ganzheitlichen Konzeptes
haben wir durch den Bau
eines eigenen Kraftwerkes, die Installierung
einer Photovoltaikanlag
und intelligente Gebäudetechnik
optimale Produktionsbedingungen
geschaffen. Dies führen wir auf
Auf den ersten Blick sieht der Dreamliner (im Hintergrund) wie viele andere Flugzeuge aus. Bild: Boeing
Metallbearbeitungsstrategien
sind für CFK ungeeignet
Die Power Force 8 ist die größte Maschine,
die SHW je gebaut hat. Sie
wiegt 200 Tonnen. Bild: SHW
der Span schmelzen, bei CFK muss
er sauber brechen. Um dies zu gewährleisten,
wechselten die Fachleute
zunächst von Gleich- auf Gegenlauffräsen,
erhöhten dann den
Vorschub und senkten die Schnittgeschwindigkeit.
Ein weiteres Problem
bestand in dem Zusetzen des
Werkzeugs durch die erhitzten
klebrigen Stäube. Spätestens jetzt
war klar: Ein neues Werkzeug muss
her!
Müller-Hummel erklärt: „Wir
entschieden uns für ein Fräserdesign
mit vier bzw. fünf Schneiden,
damit zumindest immer eine
Zahnflanke sicher im Eingriff ist
und Vibrationen prozesssicher gedämpft
werden. Um die Stäube bei
hohen Zeitspanvolumen prozesssicher
abzuführen, wurden unterschiedliche
Konzepte für das Ausblasen
der Stäube konzipiert. Besonders
gut hat sich dabei die Idee
einer zentralen Bohrung durch das
Werkzeug bewährt. Das besondere
daran ist, dass der Austritt der Blasbohrung
im Bereich der Schneide
in Richtung der Absauganlage ausgerichtet
werden kann. Insbesondere
die Austrittsichtung nach
Der Nortec Award 2012
Zusammen mit der Fachzeitung Produktion
lobte die Hamburg Messe
und Congress GmbH zum Thema
„Nachhaltigkeit in der Industrieproduktion“
den Nortec Award 2012
aus. Aussteller der Nortec bewarben
sich mit ihren Lösungen zu den verschiedenen
Stationen der Wertschöpfungskette
in der Produktion
hinsichtlich der Ressourcennutzung,
zu energieeffizienten Maschinen
der Produktseite konsequent fort.
Die PowerForce 8 ist die größte
energieeffiziente Maschine, die wir
je gebaut haben“, sagt der geschäftsführende
Gesellschafter
Anton Müller.
Die PowerForce 8 ist eine Fahrständerfräsmaschine.
Um eine
Energieeinsparung von
66 000 kWh/Jahr zu erzielen, wurden
konsequent alle heute technisch
möglichen Lösungen eingearbeitet:
Mit intelligenter Steuerung
und dazu passenden Kompo-
hinten war sehr erfolgreich, da einige
Absauganlagen im Bereich
der Spindel angeordnet sind und
die CFK-Stäube so nahezu vollständig
abgesaugt werden können.
Des Weiteren bleibt beim Einsatz
dieser Technologie die Temperatur
am Werkzeug etwa 8-fach geringer
als bei der konventionellen Bearbeitung.
Damit ist gleichzeitig ein
sicherer Abtransport der gesundheitssschädlichen
Stäube gewährleistet.“
Zerspanung von CFK muss
wirtschaftlicher werden
Die ersten Anwendungen wurden
2009 bei einem Kanadischen
Flugzeughersteller etabliert. Auch
eine Serienanwendung bei dem
größten Flugzeuhersteller in
Deutschland bestätigte erneut die
Funktionalität. Welche Vision hat
der Mapal-Mann heute? „Wir arbeiten
weiter an der Entwicklung
noch effizienterer Werkzeuge.
Mein Traum ist, dass eines Tages
die Zerspanung von CFK ähnlich
wirtschaftlich wie die von Metall
wird.“
oder umweltfreundlichen Fertigungstechniken.
Eine unabhängige
Jury untergliederte sieben Bewerbungen,
die in die engere Auswahl
gekommen waren, in die drei Bereiche:
Hersteller von Werkzeugmaschinen,
von Werkzeugen und Betriebsmitteln
sowie Anbieter von Ingenieurdienstleistungen
und prüfte
die eingereichten Lösungen nach
Faktoren der Nachhaltigkeit.
nenten gelang es zum Beispiel die
Blindleistung wesentlich zu reduzieren,
Hydraulikkomponenten zu
ersetzen, effizient zu kühlen und zu
schmieren, Wärmequellen durch
geregelte Antriebe zu ersetzen, die
Einschaltdauer der Gesamtmaschine
und verschiedener Hilfsaggregate
an den Betriebszustand
anzupassen. Insgesamt gelang es,
bis zu 27 % Energie einzusparen,
die Maschine leiser zu machen und
die Bedingungen am Arbeitsplatz
zu verbessern.