Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leichte Werkstoffe, schwere Aufgaben

20.02.2014
Faserverbundwerkstoffe haben attraktive Eigenschaften, sind aber schwer zu bearbeiten. An der TU Wien gelang es, spezielle Bearbeitungsmethoden für Faserverbundmaterialien zu entwickeln.

Warum sollte man Metall verwenden, wenn man auch Faser-Kunststoff-Verbunde einsetzen kann?


Unbrauchbares Ergebnis mit herkömmlichen Methoden
TU Wien


Sauberes Ergebnis mit den Methoden aus dem FIBRECUT-Projekt
TU Wien

Faserverbundwerkstoffe sind leicht und belastbar, mit ihnen lassen sich sparsamere Autos oder leistungsfähigere Industriemaschinen bauen. Allerdings sind sie mit herkömmlichen Methoden schwierig zu bearbeiten. Das saubere Zuschneiden, das Bohren von Schraubenlöchern, der letzte Schliff ist bei Faserverbundwerkstoffen heikel und aufwändig.

An der TU Wien versucht man dieses Problem zu lösen: Durch neue Bearbeitungsmethoden soll die Fertigung von Produkten aus Faserverbundwerkstoffen ähnlich billig und einfach werden wie die Fertigung von Metallteilen.

Der Trick liegt im Kohlenstoff

Das Forschungsteam von Richard Zemann (Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik, TU Wien) verwendet Kohlenstofffasern, die nur einige Mikrometer dick sind. Damit sie ihre Form behalten, bettet man sie in Harz ein. So entsteht eine leichte, aber extrem steife Struktur. „Durch die festen Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen erzielt man in Faserrichtung extrem gute mechanische Eigenschaften“, erklärt Richard Zemann. Die Werkstücke wiegen nur ein Viertel dessen, was ein Stahlwerkstück desselben Volumens auf die Waage bringt, und trotzdem können die Kohlenstoff-Werkstoffe Stahl in ihrer Steifigkeit sogar übertreffen.

Besonders interessant sind diese Werkstoffe etwa für die Auto- oder die Flugzeugindustrie: Jedes eingesparte Kilogramm bedeutet eine Reduktion des Treibstoffverbrauchs und des CO2-Ausstoßes. „In der Industrie blickt man schon seit Jahren mit großem Interesse auf Faserwerkstoffe“, sagt Richard Zemann – trotzdem haben sich die Fasern in der Fertigung von Massenprodukten noch nicht durchgesetzt, und dafür gibt es einen entscheidenden Grund: Die feine Endbearbeitung der Werkstoffe ist sehr schwierig.

Platten formen ist einfach, Löcher bohren ist schwer

In der Metallindustrie gibt es gut erprobte, weitverbreitete Verfahren der Endfertigung: Zerspanen, Bohren oder Fräsen ist bei Metallteilen kein Problem. Versucht man allerdings, mit denselben Methoden Faserverbundplatten zu bearbeiten, schädigt man das Material. Es entstehen unbrauchbare Bohrlöcher und Schnittlinien, die dann aufwändig per Hand nachbearbeitet werden müssen – und das ist für Massenproduktion natürlich viel zu teuer.

„Man denkt zwar auf der ganzen Welt darüber nach, wie man aus Karbonfasern am besten Werkstücke formt – doch mit der Endbearbeitung beschäftigen sich nur wenige Forschungsgruppen“, sagt Zemann. Er gründete daher die Initiative Fibrecut – ein Projekt, das neue Methoden für die automatisierte Endbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen hervorbringt. Ein theoretisches Modell wird entwickelt, das die physikalischen Vorgänge beim Zerspanen beschreibt.

Damit lässt sich dann abschätzen, wie man in einer bestimmten Situation das beste Ergebnis erzielt werden kann. Wenn man Parameter wie die Drehzahl und die Vorschubgeschwindigkeit eines Bohrers richtig anpasst, kann man plötzlich bessere Ergebnisse erhalten. Getestet werden auch Assistenzsysteme wie ein Schwingtisch, der das Werkstück während eines Schneide- oder Bohrprozesses in Bewegung versetzt. An weiteren Verbesserungen wird gearbeitet: Ganz neue Bearbeitungswerkzeuge mit Beschichtungen werden entwickelt, die speziell auf Faserverbundwerkstoffe ausgelegt sind.

Die Ergebnisse sind eindeutig: Mit den richtigen Zerspanungsmethoden lassen sich die Faserverbundwerkstoffe tatsächlich bearbeiten. „Es ist nicht unmöglich, man braucht einfach viel Know-How, das es in der Industrie heute einfach noch nicht in ausreichendem Maß gibt“, erklärt Richard Zemann. Daher ist in der Industrie auch der Bedarf nach akademischen Kooperationspartnern sehr hoch.

Vom Auto bis zur Fertigungsanlage

Freilich werden die Faserverbundwerkstoffe in nächster Zeit sicher noch teurer sein als herkömmliche Ware. „Man wird nicht unbedingt Stoßstangen oder Kotflügel aus Kohlenstofffasern bauen, weil diese Teile oft ersetzt werden müssen“, meint Richard Zemann. Doch viele andere Teile des Autos, die etwas geschützter im Inneren des Fahrzeuges liegen, werden wohl bald aus Faserwerkstoffen hergestellt werden. Für die Flugzeug- und Raumfahrtindustrie ist das Material besonders attraktiv, dort spielt die Einsparung von Gewicht eine noch größere Rolle. Doch nicht nur für Fahrzeuge sind Faserverbundwerkstoffe sinnvoll: Von der Papierwalze, die aufgrund des leichtere Materials größer dimensioniert werden kann, bis zum Hydraulikzylinder aus Karbonfasern gibt es unzählige Anwendungsmöglichkeiten.

„Dass sich Faserwerkstoffe durchsetzen werden, steht für mich heute außer Frage“, ist Richard Zemann überzeugt. „Einen Technologievorsprung werden jene Unternehmen haben, die als erste die richtigen Bearbeitungsmethoden einsetzen – und dafür brauchen sie Forschungskompetenz.“

Rückfragehinweis:
Dipl.-Ing. Richard Zemann
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Technische Universität Wien
Adolf Blamauerg. 1-3, 1030 Wien
T: +43-1-58801-31165
richard.zemann@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Studie InLight: Einblicke in chemische Prozesse mit Licht
22.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Eigenschaften von Magnetmaterialien gezielt ändern
16.11.2016 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie