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DER KONSTRUKTEUR 6/2015

DER KONSTRUKTEUR 6/2015

WERKSTOFFTECHNIK In der

WERKSTOFFTECHNIK In der Gegenüberstellung Carbon-Bauteile überzeugen durch ihre schwingungsdämpfende Eigenschaft Schwingungen sind eine der Hauptstörgrößen im Maschinenbau. Sie können aber durch eine gezielte Werkstoffauswahl beeinflusst werden. Besonders der Einsatz von CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) macht die Verschiebung des kritischen Eigenfrequenzbereichs und die Verbesserung der Dämpfung im Vergleich zu Aluminium und Stahl möglich. Die Karl Mayer Composite Parts nutzt zur Herstellung von CFK-Bauteilen ein Verfahren, mit dem das Dämpfungsverhalten von Maschinenkomponenten nochmals deutlich optimiert werden kann – durch die Möglichkeit, Funktionsschichten in das CFK-Laminat einzubringen. Eigenschaften von Carbon Maschinenschwingungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Produktivität und die Präzision einer Maschine. Bei Werkzeugmaschinen beispielsweise wirken sich Resonanzerscheinungen, bei denen die Maschinenstruktur mit einer Schwingung in Und im Textilmaschinenbau sind mitunter Drehzahlen zu reduzieren, um Arbeitsschutzrichtlinien für Lärmbelastung einzuhalten. In allen Fällen führen die speziellen Schwingungseigenschaften von CFK zu einer Verschiebung der kritischen Drehzahlbereiche. Konkrete Ursache für den positiven Effekt ist der hohe spezifische E-Modul von CFK. Der E-Modul fließt neben der Dichte in die Bestimmung der Eigenfrequenzen von Maschinenkomponenten ein. Zudem besitzt Carbon im Vergleich zu Aluminium und Stahl eine höhere Abklingkonstante und ermöglicht damit verkürzte Abklingzeiten. Und die akustische Dämpfung von Carbon reduziert mitunter die Körperschallemission CFK Profil mit Elastomerschicht Um die positiven Schwingungseigenschaften von CFK zu visualisieren, hat Karl Mayer Composites Parts einen vergleichenden Versuch mit typischen Konstruktionswerkstoffen aus dem Maschinenbau durchgeführt. Die Gegenüberstellung umfasste vier Vierkantprofile mit gleicher Steifigkeit – eine typische Anforderung bei der Bauteilsubstitution mit Carbon, – jeweils ein Profil Die positiven Schwingungseigenschaften von Carbon wurden nochmals verbessert Höhe der Eigenfrequenzen angeregt wird, negativ auf die Bauteilqualität aus. In der Automatisierungstechnik müssen häufig Abklingzeiten eingehalten werden, um präzise Positionier- und Greifprozesse durchzuführen. von Maschinen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt von reduzierten Maschinenschwingungen ist ein geringerer Verschleiß an Lagern und sonstigen beweglichen Maschinenkomponenten. 01 Vergleich spezifischer Eigenschaften Metalle und Faserverbundwerkstoffe 12 Der Konstrukteur 6/2015

WERKSTOFFTECHNIK aus Stahl, aus Aluminium und eines aus CFK. In ein viertes CFK Profil wurde eine Funktionsschicht aus einem Elastomeren eingebracht. Die Messungen zeigen das Abklingverhalten der Profile in freier Schwingung bei einer Anregung von ca. 550 Hz. Das logarithmische Dekrement aus dem sich die Abklingkonstante einfach herleiten lässt, ist bei Stahl um den Faktor 2 geringer als bei CFK und bei Aluminium sogar um den Faktor vier geringer als bei CFK. Durch den Einsatz der elastomeren Funktionsschicht lässt sich die Dämpfung des CFK um weitere 50 % steigern. Übersetzt in eine maschinenbautypische Anwendung bedeutet dies, dass ein Aluminiumträger etwa die sechsfache Zeit wie ein gleichsteifes Carbonprofil mit elastomerer Funktionsschicht benötig, um bei der gezeigten Anregung wieder den Ruhezustand zu erlangen. Bilder: Karl Mayer Textilmaschinen GmbH www.karlmayer-composites.com STATEMENT Dr. Michael Döppert, Chefredakteur In Werkstoffen liegen nach wie vor unerschöpfliche Entwicklungs- und Optimierungspotenziale für den Maschinenbau. Vor allem die intelligente Kombination unterschiedlicher Materialen schafft letztlich aus Sicht der Entwicklung neue konstruktive Freiräume, aber auch neue Herausforderungen für eine marktgerechte, sprich wettbewerbsfähige Umsetzung. 02 Vergleich Schwingungsverhalten Aluminium, Stahl, CFK, CFK+Elastomer Strukturbauteile aus Carbon Karl Mayer Composite Parts ist ein Geschäftsfeld der Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH. Das familiengeführte Unternehmen ist ein Marktführer im Bereich Kettenwirkmaschinen und Kettvorbereitungsanlagen. Seit 2007 werden Strukturbauteile aus Carbon in den eigenen Maschinen serienmäßig eingesetzt, um die bekannten Nachteile der Metalle zu vermeiden. Zur Herstellung dieser hochbelasteten Carbon- Bauteile wurden im eigenen Haus eine Fertigung mit innovativen Fertigungsverfahren und eine Entwicklung mit tiefem Werkstoffwissen über Faserverbunde aufgebaut. Karl Mayer Composite Parts bietet dieses Wissen Kunden mit dem Fokus Maschinenbau an. Der Konstrukteur 6/2015 13 Goodfellow.indd 1 21.01.2014 08:51:32

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