Neue Maschinen für neue Materialien

Spezielle Bauteile erfordern besondere Maschinen und individuelle Verarbeitungstechniken. Der Trend geht dabei zur Hochleistungsbearbeitung: In immer kürzerer Zeit muss mehr Material umgesetzt werden können. Vorraussetzung dafür ist die in den vergangenen Jahren weiterentwickelte Maschinentechnologie.

Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) testet derzeit eine Drehmaschine mit einer dreifach höheren Leistung als herkömmlich. Bei bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute steht eine Spindelleistung von 145 kW zur Verfügung. Neben dieser Drehmaschine ist ab sofort auch ein Hochleistungsbearbeitungszentrum im Einsatz. Diese Maschine mit Verfahrwegen von 1,25 x 1 x 1 m³ besitzt eine Aerospace-Spindel, so dass bei 30.000 Umdrehungen je Minute eine Leistung von 95 kW bereitgestellt wird.

Als eines der wenigen Forschungsinstitute in Deutschland verfügt das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover über Werkzeugmaschinen der modernsten Leistungsklasse, mit denen unter anderem neue Werkzeugkonzepte für Bauteile in der Luftfahrttechnik erarbeitet werden können.

Hochleistungsbearbeitung ist seit Jahren ein Forschungsgebiet des IFW; die hier entwickelten Prozesse und Maschinen ermöglichen die Hochleistungszerspanung von Luftfahrtmaterialien wie Aluminium- oder Titanlegierungen.

Eine besondere Herausforderung in der Zukunft stellen Werkstoffverbunde wie Karbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) dar. Zukünftig im Luftfahrtsektor verstärkt eingesetzt, sind sie in der Werkzeugmaschinen- und Prozessentwicklung von besonderem Interesse.

An die Materialien und ihre Verarbeitung werden dabei hohe Ansprüche gestellt: Die Herstellung der oft großen Bauteile ist kostenintensiv und Nachbesserungen oder Reparaturen sind in sicherheitsrelevanten Bereichen nicht zulässig.

Für die Verbindung von Strukturbauteilen aus CFK-Materialien werden meist Nietbohrungen benötigt, die hohe Anforderungen an Form- und Maßgenauigkeit aufweisen. Da hierbei nicht nur das CFK alleine bearbeitet wird, sondern oft auch Komponenten aus anderen Werkstoffen – zum Beispiel Aluminium oder Titan – müssen die Werkzeuge gleichzeitig zwei Materialien optimal bearbeiten. Dies geht nur mit besonderen Werkzeugen und speziell abgestimmter Prozessführung.

Die Entwicklung einzelner praktischer Anwendungen in einem Forschungsinstitut durchzuführen, bietet hier große Vorteile: Es ist eine gezielte Weiterentwicklung der Prozesse und Werkzeuge mit Hilfe der derzeit verfügbaren Maschinen an ihren Leistungsgrenzen möglich.

Im Allgemeinen finden Technologieentwicklungen beim Maschinennutzer, also in den Unternehmen, statt. Während der Entwicklungs- und Testphasen fallen dort die Maschinen für die Produktion aus, dadurch entstehen Zeitverluste und Kosten. Oft besitzen die Werkzeughersteller selbst keine eigenen Bearbeitungsmaschinen in dem entsprechenden Leistungsbereich, so dass sie nur unter suboptimalen Bedingungen entwickeln können. Dagegen bietet das IFW die Möglichkeit, die Werkzeuge von heute an Maschinen von morgen zu testen und weiter zu entwickeln.