Lasertechnik für den perfekten Stent

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DIE FERTIGUNGSWELT VON MORGEN
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Fertigungswelt von Morgen!
www.swisstecag.com
Unsere Titelstory „Edelstahl kann mehr“ finden Sie auf Seite 16
ISSN 0939-2629/B 25800
www.werkstoffzeitschrift.de
Ausgabe 5/September 2015
Inhaltsverzeichnis
IMPRESSUM
Fachzeitschrift
WERKSTOFFE in der Fertigung
Werkstofftrends: CO2 als Rohstoff
Seite 3
Europäische Werkstoffnachrichten aus Jülich: Horizont 2020
Seite 4
Wissenstransfer aus Bayern:
Additive Fertigung – Wegbereiter für die Produktion von Morgen
Seite 6
Wissenswertes aus NRW:
Der Megatrend Kleben bestimmt die Zukunft
Nachrichten aus dem Steinbeis Zentrum
Seite 8
Seite 10
IMKK aktuell:
1. Clusterdialog; Hannover Messe 2016
Seite 11
Nachrichten des Deutschen Kupferinstituts
Seite 12
Nachrichten der Initiative Zink
Seite 14
Nachwachsende Rohstoffe: BIO statt FOSSIL
Seite 15
Kunststoff-Netzwerk Franken:
Oberflächentechnologien – von der Vorbereitung bis zum
fertigen Bauteil
Seite 18
AVK: Herbstseminare; 13th World Pultrusion Conference
Seite 20
Thema:
Verbindungstechnik: Neue Verfahrenstechnologie – Kombination
von Flach-Clinchen mit modernen Klebstoffen
Seite 21
Lötgerechte Prozessauslegung zur Sandwichherstellung
Seite 24
Kunststoffe: Wahl des Kühlschmierstoffkonzeptes als
Schlüssel zum Erfolg
Seite 26
Keramik: Nanoskalige Werkzeugwerkstoffe für Fertigungsaufgaben
im Maschinenbau
Seite 30
Leuchtende Aussichten – Unzerstörbare Bauteilmarkierungen
für die Metallverarbeitung
Seite 32
Analyse: Zerstörungsfreie Bauteilanalyse mit Terahertz-Wellen
Seite 33
Titelstory:
Seite 36
Lagerlogistik:
Der Apfel Lagerturm LTL – ein Quantensprung in der modernen
Lagerung
Seite 38
Messen und Termine
Seite 40
Sonderteil Messebau
Seite 48
Produkte, Innovationen
Seite 49
Beilagenhinweis
Liebe Leserinnen und Leser,
bitte beachten Sie, den in der Gesamtauflage
beiliegenden Flyer von der Messe
Schüttgut & Recycling.
Herausgeber und Verlag:
HW-Verlag
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D-86415 Mering
Postfach 60, D-86407 Mering
Telefon 08233 32761
Telefax 08233 32762
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Redaktion:
Amira Malik, Anschrift des Verlages
Vertrieb und Anzeigen-Koordination:
Dipl. oec. Tea Malik, Anschrift des Verlages
Erscheinen:
zweimonatlich, jeweils am Monatsende
Gestaltung & Satz:
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sind wir auch berechtigt, anderweitig darüber zu
verfügen.
2Werkstoffe 5/2015
Werkstoffe
Werkstofftrends
CO2 als Rohstoff
Dr. Diana Freudendahl, Stefan Reschke, Dr. Ramona Langner
Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist
eine Reduktion der Emission von Treibhausgasen wie Kohlendioxid oder Methan von
größtem Interesse. Mit einem Anteil von
mehr als 60% bildet CO2 den Hauptbestandteil dieser Gase. Aktuell wird ein Ausstoß
von über 31 Gt CO2/Jahr und eine Atmosphären-Konzentration von annähernd 400
ppm verzeichnet. Dies entspricht einem Anstieg von über 40% gegenüber 280 ppm im
18. Jhd. – vor Beginn der Industrialisierung.
Es wurden bereits einige Strategien entwickelt, um den Gesamt-CO2-Ausstoß zu verringern, beispielsweise durch Einsatz von
Technologien mit höherer Energieeffizienz
oder mit Hilfe erneuerbarer Energien.
Zur Reduktion der aktuellen CO2-Konzentration in der Atmosphäre wird auch bereits
seit längerem die Abscheidung sowie die
unterirdische oder ozeanische Speicherung von CO2 (Carbon Capture and Storage,
CCS) erforscht und eingesetzt. Diese CCSTechnologien sind jedoch noch nicht soweit
ausgereift, dass sie derzeit effizient genutzt
werden können. Zum Teil stehen sie auch
in der Kritik. Daher rücken nun auch Technologien zu CO2-Abscheidung und Recycling
bzw. Verwendung (Carbon Capture and Usage, CCU) in den Vordergrund, die langfristig
im Stoffkreislauf von CO2 eine Rolle spielen
können.
CO2 ist grundsätzlich ein stabiles und reaktionsträges Molekül, kann jedoch unter
entsprechenden Bedingungen mit den richtigen Reaktionspartnern umgesetzt werden.
Dies wird zum Beispiel bei der Photosynthese von Pflanzen und Algen eindrucksvoll
unter Beweis gestellt. Im Jahr 1868 gelang
es bereits, im Labor aus CO2 und Ammoniak Harnstoff herzustellen. Diese Reaktion
wird auch heute noch industriell genutzt, da
Harnstoff ein Bestandteil von Dünge- und
Futtermitteln ist, sowie als Rohstoff in der
chemischen und pharmazeutischen Industrie eingesetzt wird. Dabei ist das CO2 chemisch so gebunden, dass es nicht wieder
in die Atmosphäre freigesetzt wird. Derzeit
wird vermehrt an weiteren Möglichkeiten
für CCU geforscht, wobei verschiedene Möglichkeiten in Betracht kommen.
Die direkte Nutzung von CO2 als Nährstoffquelle für Mikroorganismen kann zur Erzeugung von Kraftstoffen, Chemikalien,
Biopolymeren und Nährstoffen genutzt werden. Dabei wird das Treibhausgas teilweise
direkt, häufig jedoch erst nach sehr guter
Reinigung, zu den Nährmedien der Mikroor-
Werkstoffe 5/2015
ganismen geführt. Unter optimierten Bedingungen konnten mit Mikroalgen ein hoher
photosynthetischer Umsatz, eine schnelle
Produktion und eine hohe Produktvariabilität (z.B. verschiedene Zucker) beobachtet
werden. Dabei wird CO2 biologisch gebunden und die Gesamtbilanz des Treibhausgases verbessert. Derzeit ist die Produktion
mit Mikroalgen noch nicht wirtschaftlich,
weshalb u.a. die Stoffwechselwege der Organismen biotechnologisch weiter optimiert
werden müssen. Eine größere Produktionsanlage zur Herstellung von Biokunststoffen
(Polyhydroxyalkanoate) mit Hilfe zweier spezieller Bakterienstämme, die CO2 als Nährquelle nutzen können, gelang bereits 2013.
Produkt-Extraktionen aus solchen Mikroorganismen sind häufig aufwändig, können
jedoch mit sogenannten überkritischen Fluiden, wie z.B. überkritisches CO2, verbessert
werden, so dass die Produktionskosten langfristig sinken könnten. Teilweise fällt bei der
Verstoffwechslung von CO2 durch Mikroalgen Calziumcarbonat aus, was als potentieller Langzeitspeicher für das Treibhausgas
dienen kann. Diese Carbonate können beispielsweise auch zur Stabilisierung und Lagerung von toxischen Verbindungen genutzt
oder im Bauwesen eingesetzt werden.
Eine technische Möglichkeit zur direkten
Nutzung stellt die direkte Elektrolyse des
CO2 in einer Carbonat-Schmelze dar, wie
kürzlich im Labormaßstab gezeigt werden
konnte. Dabei bilden sich an einer Stahlelektrode Carbonfasern, die vielfältige Einsatzmöglichkeiten aufweisen.
Prinzipiell können aus CO2 und geeigneten
Reaktionspartnern verschiedene Basischemikalien hergestellt werden. Aktuell steht
die Entwicklung neuer und besserer katalytischer Methoden zur chemischen Fixierung
von CO2 im Vordergrund. Damit können der
Energieverbrauch und somit die Kosten solcher Prozesse gesenkt und die Wirtschaftlichkeit verbessert werden.
Beispielsweise kann Ameisensäure, die
u.a. für die Textil- und Lederindustrie von
Interesse ist, aus der direkten Reaktion von
Wasserstoff mit CO2 hergestellt werden. Dabei sind die Ausbeuten z.B. abhängig von
dem Katalysator, dem vorherrschenden
Druck beider Gase und der Temperatur.
Typischerweise werden Metallkomplexe
(Ruthenium, Iridium) als Katalysatoren
eingesetzt. Die katalytische Reaktion von
Ethen mit CO2 führt zur Acrylsäure. Durch
Polymerisation wird ein Kunststoff (Polya-
crylsäure) erhalten, der große Wassermengen binden und daher z.B. zum Aufsaugen
von Flüssigkeiten eingesetzt werden kann.
Wird Acrylsäure vor der Polymerisation modifiziert (verestert), können verschiedene
Kunststoffe (Polyacrylate) hergestellt werden, die z.B. in Lacken Verwendung finden.
Aus sogenannten Carbamaten, die u.a. aus
CO2-basierten Alkoholen hergestellt werden
können, können durch Polymerisation Polyurethan-Kunststoffe erhalten werden. In
Form von Schäumen ist die Nutzung dieser
Kunststoffe z.B. zur Herstellung von Matratzen denkbar.
Eine direkte Umsetzung von CO2 mit CH-Bindungen, wie sie beispielsweise im
Methan vorliegen, ist noch nicht zufriedenstellend gelungen, wird aber weiterhin
erforscht. Bei aktuellen Forschungsbemühungen stehen jedoch Energie-Rohstoffe
aus CO2 im Fokus. Im Pilotmaßstab konnte
z.B. aus CO2 und Wasser(stoff) kürzlich ein
Rohstoffgemisch hergestellt werden, das
die Grundlage für Benzin, Diesel und Methanol bildet. Dazu wurde Elektrizität aus
erneuerbaren Energien für die Elektrolyse
genutzt. Eine Kommerzialisierung sowie die
Erweiterung der Produktion sind geplant.
Davon kann langfristig auch die Werkstoffforschung profitieren, die so erhaltene Rohstoffe als Basischemikalien einsetzen kann.
Um CCU umfassend ökologisch betrachten
sowie Vor- und Nachteile gut einschätzen zu
können, werden zukünftig auch aussagekräftige Life-Cycle Assessments (LCA) benötigt. Erste Ansätze dazu wurden bereits vorgestellt. Hürden für eine breite Verwendung
von CO2 als Rohstoff sind z.B. die hohen Kosten für die Abscheidung und Reinigung des
Gases, der Gesamtenergieverbrauch der
Prozesse sowie der eingeschränkte Markt.
Trotzdem sind zunehmende Forschungsförderungen und aktivitäten, insbesondere
vor dem Hintergrund des Klimawandels,
als starke treibende Kräfte anzusehen und
eine solargestützte Umsetzung von CO2 in
Chemikalien, Werk- und Brennstoffe langfristig möglich. Insbesondere die Kopplung
der Prozesse mit Sonnenenergie könnte zukünftig bei der katalytischen Synthese von
Basischemikalien zu Erfolgen führen.
*Fraunhofer Institut für
Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen
Appelsgarten 2, 53879 Euskirchen
berichtet in jeder Ausgabe exklusiv
über Werkstofftrends
3
Europäische Nachrichten aus Jülich
Horizont 2020
Im Oktober 2015 wird die EU-Kommission das Arbeitsprogramm 2016–2017
zum Rahmenprogramm für Forschung
und Innovation – Horizont 2020 veröffentlichen.
Um Interessenten eine möglichst frühzeitige Orientierung zu ermöglichen und
die Bildung von Konsortien zu erleichtern, wurden Anfang September Entwürfe
(„Orientation Papers“) zu den verschiedenen Programmteilen bereitgestellt.
Der Schwerpunkt der Ausschreibungen
mit Werkstoff-Fokus befindet sich im
Abschnitt Nanotechnologies, Advanced
Materials, Biotechnology and Advanced
Manufacturing and Processing – NMBP
der Säule 2 Leadership in enabling and
industrial technologies. Die Ausschreibungsthemen dieses Programmteils
sind auf Maßnahmen für Forschung
und Innovation zur Verbesserung der
Wettbewerbsfähigkeit der europäischen
Industrie ausgerichtet. Weitere NMBPAusschreibungsthemen, die Beiträge zur
europäischen Kreislaufwirtschaft liefern
sollen, sind im Programm Cross-cutting
activities (Focus Areas) enthalten. Das
Budget der NMBP-Themen für die beiden
Jahre wird ca. 1 Mrd. € betragen.
Für die anwendungsorientierte Umsetzung der Forschungsergebnisse ist die
Beteiligung von kleinen und mittelständischen Unternehmen von besonderer
Bedeutung. Sämtliche für die Antragstellung notwendigen Dokumente und
Informationen stellt die EU-Kommission
nach der Veröffentlichung des Arbeitsprogramms auf dem Teilnehmerportal bereit
(http://ec.europa.eu/research/participants/portal/desktop/en/home.html)
Übersicht über die Ausschreibungsthemen mit Werkstoffrelevanz
Zahlreiche
NMBP-Ausschreibungsthemen sind als themenübergreifende Aktivitäten angelegt. Das bedeutet, dass
häufig neben Werkstoffaspekten auch
Beiträge aus der Nanotechnologie, der
Produktionstechnologie und oder der Biotechnologie adressiert werden. Folgende
Themen für kooperative Forschungs- und
Innovationsprojekte mit Werkstofffokus
sind im Programmteil Nanotechnologies,
Advanced Materials, Biotechnology and
Advanced Manufacturing and Processing – NMBP für das Ausschreibungsjahr
2016 vorgesehen:
Energieeffizientes Bauen (Energy-Efficient Buildings – EEB):
•Highly efficient insulation materials
with improved properties
•New technologies and strategies for
the development of pre-fabricated elements through the reuse and recycling
of construction materials and structures
Materialforschung (Advanced Materials
and Nanotechnologies for high added value Products and Process Industries):
•Novel hybrid materials for heterogeneous catalysis
•Advanced Materials for Power Electronics based on wide bandgap semiconductor devices technology
•Innovative and sustainable materials
solutions for the substitution of critical
raw materials in the electric power system
Umweltfreundliches Fahren (Green Vehicles):
•Affordable weight reduction of high-volume vehicles and components taking
into account the entire life-cycle
Medizinische Anwendungen (Advanced
Materials and Nanotechnologies for
Healthcare):
•Biomaterials for diagnosis and treatment of multiple sclerosis
Energietechnologien (Advanced Materials and Nanotechnologies for Energy Applications):
•Advanced materials solutions and architectures for high efficiency solar energy harvesting
•Advanced materials enabling the integration of storage technologies in the
electricity grid
Modellierung/Simulation (Modelling for
the Development of Nanotechnologies
and advanced Materials):
•Advancing the integration of Materials
Modeling in Business Processes to
enhance effective industrial decision
making and increase competitiveness
•Network to capitalise on strong European position in materials modelling
and to allow industry to reap the benefits
Risikoabschätzung (Science-based Risk
Assessment and Management of Nanotechnologies, Advanced Materials and
Biotechnologies):
•Analytical techniques and tools in support of nanomaterial risk assessment
Im Arbeitsprogrammteil Cross-cutting activities (Focus Areas) sind die folgende
werkstoffrelevanten
Ausschreibungsthemen als Beiträge zur europäischen
Kreislaufwirtschaft (Industry 2020 in the
Circular Economy) für das Jahr 2016 enthalten:
Pilotanlagen (Pilots):
•Pilot lines for manufacturing of materials with customized thermal/electrical
conductivity
Industrielle Fertigung (Factories of the
Future – FOF):
•New product functionalities through
advanced surface manufacturing processes for mass production
Prozessindustrie (Sustainable Process
Industries – SPIRE):
•Systematic approaches for resourceefficient water management systems
in process industries
•Industrial technologies for the valorisation of European bio-resources into
high added value process streams
•Industrial furnace design addressing
energy efficiency in new and existing
furnaces
Antragsverfahren und Fördermodalitäten
Das Antragsverfahren kann ein- oder
zweistufig (zunächst Projektskizze, im
Erfolgsfall Vollantrag) verlaufen, wobei
zu jedem Ausschreibungsthema das
entsprechende Verfahren festgelegt ist.
Die genauen Rahmenbedingungen können dem jeweiligen Teil des Arbeitsprogramms entnommen werden. Die Förderquote bei forschungsintensiveren
Themen (Research and Innovation Action) wird in der Regel bei 100 % und bei
anwendungsnahen Themen (Innovation
Action) 70 % der direkten Projektkosten
betragen. Zur Deckung der Overheadkosten wird eine Pauschale von 25 % der
direkten Projektkosten gewährt.
Beratung und Unterstützung
Zur Identifizierung der für die einzelnen
Ausschreibungsthemen zuständigen Nationalen Kontaktstellen wurde auf der
Internetseite der NKS Werkstoffe eine interaktive Suche eingerichtet: https://www.
nks-werkstoffe.de/index.php?index=112
Für die Unterstützung der Bildung erfolgversprechender Konsortien zu den aktuellen Ausschreibungsthemen steht die
Partnersuchplattform NMP TeAm zur Verfügung: https://www.nmp-partnersearch.eu
4Werkstoffe 5/2015
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Die LAPP Insulators Alumina fertigt seit über 45 Jahren Halbleitergehäuse für die Hochleistungselektronik. Sie ist im Bereich der keramischen Gehäuse mit hohen Leistungsdurchsätzen
> 1 GW Qualitätsführer. Pro Jahr werden hier rund 300.000 Thyristorgehäuse gefertigt. Als
Schlüsseltechnologie dient das vakuumdichte Hartlöten von Aluminumoxid-Keramik mit Metallen wie Kupfer oder Ni-Fe-Legierungen, Edelstahl bis zum Titan. LAPP Insulators Alumina stellt als
Technologieführer im Bereich metallkeramische Fügetechnik für elektrische Anwendungen Produkte für die Vakuum-, Medizin-, Laser-, Mess-, Plasma-, Beschleuniger-, Sensor-, Hochfrequenz-,
Mikroreaktor-, sowie Energietechnik her. Die Wurzeln der LAPP Insulators Alumina gehen auf
die Keramiksparte des weltbekannten Unternehmens Siemens zurück. Die Mitarbeiter der LAPP
Insulators Alumina produzieren neben den Thyristor- und Dioden-Gehäusen auch metallisierte
Vakuumschaltrohrkeramiken, sowie Vakuumdurchführungen und kundenspezifische Sonderbauteile. Bei Vakuumdurchführungen und Vakuumisolatoren wird neben kundenspezifischen Sonderanfertigungen ein Standardprogramm
angeboten. Dieses entspricht den geltenden Designs (ISO, CF) in der Vakuumtechnik und kann somit direkt verbaut werden. Das Standardprogramm der Stromdurchführungen umfasst dabei den Spannungsbereich von 1 kV bis 8 kV bei Stromstärken bis 80A.
Mit dem Spezial-Know-how im Bereich des Keramik-Metall-Verbundes wird ein Großteil der Elektronik abdeckt: vom bondfähigen keramischen Substrat über Laserstrahlerzeugerröhren bis hin zu Kicker-Tubes für Teilchenbeschleuniger. Die Konstruktion derart anspruchsvoller Bauteile geschieht bei LAPP Insulators Alumina durch die FEM-gestützte Bauteilauslegung zur Ermittlung der mechanisch-thermischen Beanspruchungen. Hierdurch sind schon im Vorfeld Konstruktionsversionen vergleich- und bewertbar und zwar bevor das
erste Bauteil in die Produktion geht. Aufwändige Trial-Error-Schleifen entfallen. Verbundbauteile aus Metall- bzw. Keramikkomponenten
weisen durch Ihren Aufbau sowohl keramische Vorteile wie z. B. elektrische Isolation oder Verschleißschutz als auch metallische Vorteile
wie z. B. Schweißbarkeit auf. Dabei ist der hartgelötete Verbund vakuumdicht. Unsere Kunden profitieren von einem multifunktionalen
und integrierten Bauteil. Die LAPP Insulators Alumina bietet eine Fülle von Prozesstechnologien vom Passiv- und Aktiv-Lötverfahren
bis zu Glaslottechniken für Keramik/Keramik-Verbindungen.
Die Kunden profitieren vom Verständnis über die gesamte Herstellungskette, von der Pulveraufbereitung bis zum fertigen Bauteil. Die
neuste Produktfamilie sind Aluminiumoxidkeramiken für die Millioreaktionstechnik. Diese miniaturisierten und kompliziert geformten
keramischen Bauteile werden bei LAPP Insulators Alumina mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt.
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Wissenstransfer aus Bayern
In der Rubrik „Wissenstransfer aus Bayern“ stellt die Bayern Innovativ GmbH regelmäßig aktuelle Trends aus Wirtschaft und Wissenschaft vor.
Additive Fertigung – Wegbereiter für die Produktion von Morgen
Komplexe Strukturen aus Metall – Durch den Einsatz von Lasersintern oder Elektronenstrahlschmelzen können Geometrien realisiert werden, die mit klassischen Methoden nicht möglich sind.
Bildquelle: Bayern Innovativ
Sie wird einen fundamentalen Einfluss auf das Produktverständnis in der Gesellschaft
haben, mehr noch als das Internet. Sie hat das Potenzial, Herstellungsprozesse in einer bisher ungeahnten Weise zu revolutionieren. Sie wird einen gigantischen Einfluss
auf das Produktdesign und die Beeinflussung der Produkteigenschaften haben. Die
Erwartungen sind hoch und Prognosen kühn. Die Rede ist von der Additiven Fertigung.
Dabei macht sie nicht nur im privaten und semiprofessionellen Bereich Zukunftsvisionen a la Star Trek zur Realität sondern ermöglicht vollkommen neue Ansätze im Produkt- und Multimaterialdesign. Die Rede ist von der Additiven Fertigung.Begriffe wie
rapid prototyping, generative oder additive Fertigung und insbesondere 3D-Druck sind
in diesem Zusammenhang in den letzen Jahren immer häufiger zu hören. Die dahinter
verborgenen Prozesse stehen für Individualität, Flexibilität und gestalterische Freiheit.
Sie beflügeln die Kreativität und helfen dabei neue Konzepte zu finden und schnell
umzusetzen. Und dies nicht nur in der Industrie sondern immer häufiger sogar in den
alltäglichen Lebensbereichen. Doch was steckt hinter dieser Technologie und welche
Möglichkeiten bietet sie?
Die direkte Erzeugung von dreidimensionalen Objekten aus Energie wurde
Ende der 1980er Jahre in der Kult-Serie
„Star Trek: The Next Generation“ mittels
eines sogenannten „Replicators“, eines
Wundergerätes, das dreidimensionale
Objekte aus dem Nichts entstehen ließ,
erreicht. Von dieser Technologie ist die
generative oder auch additive Fertigung
zwar noch einige Entwicklungssprünge
entfernt, aber die gegenwärtig gezeigten
Verfahren und resultierenden Produkte
legen den Vergleich zum Sience-FictionCounterpart bereits nahe. Beschäftigten
sich bis vor einigen Jahren vorwiegend
Industrie und Forschung mit dieser innovativen Fertigungstechnologie, so ist heute eine große Faszination bei den Endverbrauchen zu finden. Auch wenn diese
Technologie zunehmend nicht mehr nur
in Industrie und Forschung Verwendung
findet, steht sie immer noch am Anfang
ihres nutzbaren Potenzials. Bis zu ihrer
vollen Entfaltung auch im Hinblick auf
Großserienfertigung und komplexe Anforderungsprofile werden sicherlich noch
einige Innovationssprünge nötig sein.
Additive Fertigung auf dem Weg
in die Serie
Dennoch stellt die additive Fertigung
gerade im industriellen Umfeld und
insbesondere in der Kombination mit
den Werkstoffen Metall und Kunststoff
schon heute den Stand der Technik dar.
So hat Airbus im Juli 2014 eine bionisch
geformte und in der additiven Fertigung
hergestellte Halterung in ein A350-Testflugzeug eingebaut und erste Flüge absolviert. Das „gedruckte“ Bauteil bestand
aus Titanpulver. Auch Premium Aerotec
setzt auf die additive Fertigung und will
2016 erste metallische Serienbauteile
für die Luftfahrtindustrie liefern. Aber
nicht nur Metall und Kunststoff, sondern
auch Keramiken oder Sand kann additiv
verarbeitet werden, wenn auch ihre Bedeutung für die industrielle Produktion
noch gering ist. Neben der Industriefertigung boomt der Markt der „Do it your
self“-Bewegung, das sogenannte Maker
Movement. Diese kann bezüglich des
Reifegrades eher in einem frühen technologischen Stadium eingeordnet werden
und trägt maßgeblich zum Hype des 3D
Drucks bei. Leistbare 3D-Druckmaschinen aus dem Supermarktsegement für
Zuhause oder Onlineplattformen wie
Thingivers, auf der digitale Designs geteilt
werden begünstigen diesen Prozess einer
wenig kostspieligen Produkterzeugung im
„Hobbybereich“.
Grundlagen der Additiven
Fertigungsverfahren
Generell werden unter dem Begriff „Additive Fertigung“ alle Herstellungsverfahren zusammengefasst, welche ein
Pulvermaterial, einen Schlicker oder ein
Harz zur schichtweisen Erzeugung von
Bauteilen nutzen. Dabei entsteht dann
Lage für Lage ein dreidimensionales
Bauteil, dessen Komplexität von der Auflösung der strukturerzeugenden Einheit
und dessen Oberflächenqualität von den
minimal notwendigen Schichtdicken abhängen. Durch diese Schichtbauweise
können geometrisch hochkomplexe Bauteile erzeugt werden, welche bisher noch
nicht oder nur mit großem Aufwand realisierbar sind. Bestes Beispiel hierfür ist
die direkte Integration von Kühlkanälen
in Werkzeuge. Durch diesen „bottom-up“
Ansatz bilden diese Methoden daher einen Gegensatz zu den klassischen spanenden Verfahren wie Drehen, Bohren
oder Fräsen, bei welchen Material abgetragen wird.
Derzeit werden industriell vor allem
Strahlschmelzverfahren wie zum Beispiel das selektive Laserstrahlschmelzen
(SLM) bzw. Sintern (SLS) oder das selektive Elektronenstrahlschmelzen (electron
beam melting; EBM) und Extrusionsverfahren wie das fused deposition modeling (FDM), insbesondere bei Metallen
6Werkstoffe 5/2015
Wissenstransfer aus Bayern
und Polymeren, eingesetzt. Aber auch
das älteste additive Fertigungsverfahren
– die Stereolithographie (SLA) – erlebt in
den letzten Jahren im Bereich des Polymerdrucks und der additiv gefertigten
technischen Keramiken eine Renaissance. Die schichtweise dreidimensionale Herstellung von Objekten ist somit
keine „neue Erfindung“. Schon Ende der
1980er bis Anfang der 1990er Jahre wurden unter dem Begriff des Rapid Prototyping die ersten Versuche auf Basis der
Stereolithographie (SLA) unternommen.
Anwendungspotenziale für die
Additive Fertigung
Eine der hervorstechendsten Eigenschaften der additiven Fertigung ist, dass keine
Werkzeuge mehr zur Herstellung von individuellen Produkten benötigt werden und
somit geometrische Restriktionen wie
Hinterschnitte entfallen können. Außerdem können beispielsweise Leichtbaupotenziale durch die Nutzung von bionischen Strukturen direkt durch die additive
Fertigung im Produkt umgesetzt werden.
Dies sind Vorteile für die heutigen Einsatzgebiete der additiven Fertigung: kleine Stückzahlfertigung in Kombination mit
individuellen Kundenanforderungen, die
Fertigung nach Bedarf bzw. vor Ort oder
auch die Herstellung von Ersatzteilen für
ältere Serienprodukte und natürlich der
Einsatz zur Verkürzung der Iterationszeit
bei der Produktentwicklung.
Ein gutes Beispiel für kleine Stückzahlen
mit individuellen Anforderungen ist der
Werkzeugbau. Hier können Kühlkanäle
in das Werkzeug integriert werden, die
mit klassischen Bearbeitungsmethoden
nicht darstellbar sind. Effiziente und wirtschaftliche Spritzgussverfahren können
so umgesetzt werden, da diese individuellen Werkzeuge kürzere Zykluszeiten ermöglichen. Was im Bereich der Fertigung
vor Ort möglich wäre, lässt sich am Beispiel des additiven Fertigungsprojektes
der europäischen Raumfahrtorganisation
ESA zeigen. Hier wird die additive Fertigung als vielversprechendes Verfahren
angesehen, um im All vor Ort nicht nur
Bauteile sondern auch eine ganze Mond-
station zu drucken. Erste Versuche auf
der internationalen Raumstation ISS werden seit 2014 erfolgreich durchgeführt.
Zwar erscheint dieser spezielle Fall noch
wie Science Fiction, aber gerade die Vorstellung Standort unabhängig, schnell
und individuell Bau- oder Ersatzteile herstellen und liefern zu können, hat für die
industriellen Anwender eine hohe Bedeutung. Bei der Betrachtung der Prozesskette „Additive Fertigung“ wird schnell
deutlich, dass es sich um einen hochkomplexen Fertigungsprozess handelt,
bei dem zahlreiche Wechselwirkungen
entscheidend sind. Beim Produktdesign
müssen so, neben den Produktanforderungen auch die speziellen Randbedingungen des Fertigungsverfahrens, wie
Lage im Bauraum, Stützstrukturen oder
Pulverausbringung, beachtet werden. Außerdem müssen die eingesetzten Werkstoffe auf die jeweilige dreidimensionale
Fertigungsmethode abgestimmt sein,
um im Zusammenspiel mit der Maschinentechnologie Bauteile mit reproduzierbaren Eigenschaftsprofilen zu erzeugen.
Trotz dieser Herausforderungen bietet
die additive Fertigung für Industriezweige
wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Werkzeug- und Formenbau oder
auch Maschinenbau und Medizintechnik große Chancen. Gerade in Bayern
sind mit Anwenderfirmen wie MTU Aero
Engines, Airbus, BMW oder auch Siemens eine Vielzahl von Vorreitern in diesem Bereich tätig. Zusammen mit den
Maschinenbauern wie EOS, Concept
Laser, volxeljet oder auch ExOne und innovativen Dienstleistern wie der FIT AG
oder alphaform kann hier fast die gesamte Prozesskette „Additive Fertigung“
abgebildet werden. In Kombination mit
hervorragenden Forschungseinrichtungen wie der TU München, der FAU Erlangen-Nürnberg, der Uni Bayreuth oder
auch dem SKZ in Würzburg, bietet sich
hier eine herausragende Basis um Innovationssprünge und Markthemmnisse
zielgerichtet anzugehen. Ein wichtiger
Baustein ist die Netzwerkarbeit, da die
additive Fertigung eine disziplinübergreifende Zusammenarbeit in Forschung und
Entwicklung benötigt.
Plattformentwicklung für die
Additive Fertigung im Cluster
Neue Werkstoffe
Konzepte für die Zukunft – Aufbau einer Mondbasis durch Nutzung der Additiven Fertigung.
Bildquelle: ESA
Werkstoffe 5/2015 Die Additive Fertigung als verbindendes
Fertigungsthema zwischen unterschiedlichen Werkstoffen und Branchen ist
ein wichtiges Feld für den Cluster Neue
Werkstoffe, der sich netzwerkseitig seit
2013 intensiv damit beschäftigt. Durch
die Bildung von Expertenkreisen oder
das Anstoßen von Kooperationsprojekten
Neue Wege in der Keramik – Herstellung von
filigranen und komplexen Bauteilen durch
Stereolithographie Bildquelle: Lithoz GmbH
zwischen Industrie und Forschung treibt
er die in Bayern vorhandenen Kompetenzen und Möglichkeiten im Bereich des
3D-Drucks voran. Ein wichtiges Werkzeug
ist die Konzeption und Organisation von
regionalen und überregionalen Netzwerkveranstaltungen, die die Fragen nach
Möglichkeiten und Herausforderungen
beantworten und Transparenz schaffen
Diese Werkzeuge haben das Ziel, die
in Bayern vorhandenen Kompetenzen
und Möglichkeiten im Bereich des 3DDrucks darzustellen und die Technologie
in Bayern voranzubringen. Im hochdynamischen Markt der additiven Fertigung
ist die ständige Weiterentwicklung von
neuen Ideen und Innovationen wichtig.
Nur so kann technologischer Vorsprung
gehalten und ausgebaut werden. Allerdings gilt auch hier wie allgemein bei der
Netzwerkarbeit: Nur wer mitmacht und
sich aktiv einbringt, kann profitieren.
Autoren: Christian Potzernheim-Zenkel, Marcus
Rauch, Nicola Socha
Welchen Mehrwert bietet die Additive
Fertigung für die Produkte von Morgen? Welche Möglichkeiten bieten
sich für Wirtschaft und Handwerk in
der Region? Mit welchen Materialien
kann bereits additiv gefertigt werden?
Antworten auf diese Fragen gibt der
Bayerische Werkstofftreff des Clusters Neue Werkstoffe in Kooperation
mit den Neuen Materialien Bayreuth
und der Universität Bayreuth am 28.
Oktober 2015 am Fraunhofer-Zentrum
Hochtemperaturleichtbau in Bayreuth.
Unter dem Titel „Innovative Technologien zur generativen Fertigung von
komplexen Bauteilen“ werden Verfahren wie die Stereolithographie zur Herstellung metallischer und keramischer
Bauteile, das Plattenpresslöten für
große Bauteile sowie neue Ansätze im
Fused Deposition Modelling und die
dahinterstehenden Köpfe dargestellt.
Weitere Informationen unter:
www.bayern-innovativ.de/termine
7
Wissenswertes aus NRW
Der Megatrend Kleben bestimmt die Zukunft
Innovation, Vernetzung und Kreativität
– das sind die treibenden Kräfte hinter
nützlichen Erfindungen, die das Leben
leichter machen, Probleme lösen oder
Prozesse revolutionieren. Dafür müssen
Unternehmen auf ihre Kunden zugehen
und Trends erkennen. So entwickeln bei
3M über 7.000 Forscher und Entwickler
auf der Basis von 45 Technologieplattformen jährlich viele neue Produkte.
Dazu gehören innovative Klebstoffe für
den automobilen Leichtbau und weitere
Industriebereiche.
Das Kleben in industriellen Fertigungsprozessen ist nicht nur ein Megatrend,
sondern auch die Fügetechnik des 21.
Jahrhunderts – mit Potential für viele
schon gedachte, aber bisher unverwirklichte Anwendungen. Ein Blick auf den
rasanten Einzug der Klebtechnologien
in zahlreiche Fertigungsbereiche macht
deutlich: In den vergangenen 25 Jahren
ist das Kleben einfacher, schneller und
sicherer geworden. Heute können moderne Materialien mit niederenergetischen
Oberflächen miteinander verbunden werden. Auch strukturelle Verbindungen zwischen unterschiedlichen Materialien und
Oberflächen wie Glas, Carbon oder Stahl
sind mittlerweile möglich.
Dabei brauchen neuartige Konstruktionsklebstoffe den Vergleich mit den mechanischen Fügeverfahren wie Schrauben
oder Nieten nicht zu scheuen. Sie erzielen ermüdungsfeste, sichere Verbindungen und sind hitzebeständiger oder
geruchsärmer als ihre Vorläufer. Obwohl
sie auch weiterhin in hybriden Prozessen
mit mechanischen Fügeverfahren eingesetzt werden, zeigt sich ein deutlicher
Trend zur reinen Klebstoffverbindung.
Das liegt vor allem daran, dass das Kleben ohne Hitzeentwicklung und ohne
beschädigte Oberflächen auskommt. Ein
Plus vor allem für Metalle, die aufgrund
von Materialverletzungen anfällig für Korrosionsschäden werden.
Am Hauptsitz der 3M Deutschland GmbH in Neuss hat der amerikanische Multitechnologiekonzern
3M im Jahr 2001 mit dem Customer Technical Center sein größtes Labor in Europa errichtet.
ckelte Materialien neu entwickelte Klebstoffe, die für diese Fragen eine Lösung
bieten.
Eine Antwort darauf sind beispielsweise
3M Klebstoffe, die dank integrierter Glaskugeln für eine zusätzliche Stabilisierung
des gesamten Prozesses sorgen, weil sie
eine klar definierte Klebstofffuge vorgeben. Damit entfällt das umständliche
Verfahren zum Aufbau einer bestimmten
Schichtstärke – ein wichtiger Einflussfaktor für die spätere Festigkeit. Doch
können Klebstoffe nicht nur extrem lei-
stungsfähig, sondern auch intelligente
Kommunikationspartner sein? Was sich
wie Zukunftsmusik anhört, ist seit der
Erfindung des sogenannten „Ampelklebstoffs“ von 3M bereits Realität. Durch
optische Signale gibt der 2K-Konstruktionsklebstoff Auskunft über den Aushärtungsverlauf (rot, gelb, grün) und die Haltbarkeit (blau). Konstrukteure erhalten so
vor und in der Phase des strukturellen
Klebens einen entscheidenden Vorteil.
Die Technologie der direkten Farbwahlkopplung sorgt für einen sicheren Pro-
Moderne Klebstoffe
kommunizieren
Das Kleben hat also nicht nur Fügeprozesse nachhaltig verändert, sondern wird
auch in Zukunft im Fokus der Konstrukteure bleiben. Besonders klar wird das
bei modernen Materialien, an die viele
Fragen gekoppelt sind. Ist die Oberfläche
niederenergetisch? Muss sie vorbereitet oder gereinigt werden? Welchen
thermischen oder chemischen Belastungen muss die Konstruktion standhalten? Welche Fügepartner sind zu verbinden? Nicht nur aktuell, sondern auch in
Zukunft brauchen vor allem neu entwi-
Dr. Adrian Jung hat den Ampelklebstoff erfunden. Bei 3M können Erfinder 15 Prozent ihrer Arbeitszeit
für die Entwicklung ihrer Ideen bis zur Industriereife nutzen.
8Werkstoffe 5/2015
Wissenswertes aus NRW
zess des strukturellen Klebens von
Metallen und Faserverbundwerkstoffen.
Leichtbau kommt nicht ohne
Kleben aus
Erste Anwendungen stammen aus der
Automobilindustrie. Bei der Verklebung
von Spoilern für einen namhaften Automobilhersteller setzt der Zulieferer auf
die Signale des 3M Scotch-Weld 7270
B/A Hybrid-Konstruktionsklebstoffs. Der
beispielhaft angeführte Spoiler besteht
aus einem Innen- und einem Außenteil.
Gefügt werden polymere Materialien,
wie z.B. PC und ABS, um durch Gewichteinsparungen den Kraftstoffverbrauch
zu senken. Das innen liegende Stützteil
muss der optisch attraktiven Außenschale Halt und vor allem Stabilität geben. Der
2K-Klebstoff fungiert also nicht nur als
praktisches Kommunikationsmittel und
Gewichtsreduzierer, sondern entspricht
höchsten Design- und Sicherheitsanforderungen.
Um die wichtigsten Herausforderungen
im Automobilbereich zu sondieren, beschäftigt sich ein globales 3M Innovationsteam mit den größten Trends der
Branche. Dreh- und Angelpunkt ist die
Frage: Wie lässt sich das Gewicht in
Fahrzeugen weiter reduzieren? Diese
Überlegungen sind zielführend, denn
mittlerweile befinden sich durchschnittlich bis zu 15 Liter Klebstoff in einem
PKW – Tendenz steigend. Auch der Einsatz von doppelseitigen Klebebändern
aus Acrylat-Schaummasse und geklebten
karosserieseitigen Türdichtungen bewirkt
eine Gewichtsreduzierung. Mit primerlosen Klebebändern haften Anbauteile
und Verkleidungen ohne Vorbehandlung
und mechanische Befestigungen. Sie
kleben zuverlässig auf vielen niederenergetischen Oberflächen und mittelenergetischen Automobillacken. Ein zusätzlicher
Vorteil ist die hohe Anpassungsfähigkeit
des robusten Schaumkerns, der sich
ideal der Oberflächengeometrie von Radkastenverbreiterungen, Spoilern oder
Parksensoren anpasst. Durch den Einsatz dieser Klebelösungen sowie weiterer
Leichtbaumaßnahmen lassen sich bei
einem durchschnittlichen Mittelklassewagen bis zu 50 Kilogramm einsparen.
Das führt zu einer Verringerung des CO2Ausstoßes um sechs Gramm pro Kilometer. Bezogen auf ein Autoleben bedeutet
das eine Einsparung von mehreren Tonnen CO2. Vergleichbare Einsparungswerte
werden auch im Schienenfahrzeug,- Flugzeug- und Schiffsbau erzielt.
Geruchsarme Klebstoffe für
hohe Temperaturen
Dass Klebstoffe nicht nur Fahrzeuge
leichter machen, sondern Anwendern
Werkstoffe 5/2015
Im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung stehen bei 3M der Ausbau und die innovative Weiterentwicklung bestehender sowie neuer Technologien.
die Arbeit erleichtern, ist den neuen,
schnell aushärtenden 2K-Konstruktionsklebstoffe auf Acrylatbasis zu verdanken.
Hier haben die Entwickler von 3M länger
haltbare, geruchsarme und extrem hitzebeständige Klebstoffe formuliert. Diese
überzeugen im Maschinen-, Anlagen und
Fahrzeugbau durch hohe strukturelle
Festigkeiten, die in kürzester Zeit selbst
auf leicht verschmutzten, öligen oder pulverlackierten Oberflächen erzielt werden.
Dank intensiver Forschung ist nun eine
schnelle Aushärtung mit einer definierten
offenen Zeit möglich. So erreicht z.B. DP
8805 NS seine Festigkeit fast doppelt
so schnell wie vergleichbare Produkte
und baut innerhalb von neun Minuten
die Scherfestigkeit von über 6,9 MPa bei
überlappenden Klebstellen auf.
Die besondere Stärke der Produkte zeigt
sich auf Pulverlack und Oberflächen, die
sich schwer reinigen lassen oder ölig
sind. Tests belegen die sehr gute Hitzebeständigkeit der neuen Acrylat-Klebstoffe
für das Kleben bereits vor der Pulverbeschichtung. Getestet wurde auf Aluminium und Walzstahl. Der Einbrenntest auf
Aluminium erfolgte unbelastet und belastet eine Stunde bei 204°C. Hier wurden
hohe Festigkeiten unter großer Belastung
und Hitzeeinwirkung erzielt. Besonders
aussagekräftig ist das Ergebnis auf geöltem Walzstahl. Bei einer simulierten
kathodischen Tauchlackierung (KTL), bei
der Werkstücke 30 Minuten in einem
Tauchbad bei 200°C z.B. mit Pulverlack
beschichtet werden, wird die Langzeitstabilität der Klebstoffe unter Belastung im
Bereich von 40°C bis 100°C bestätigt.
Dem Trend zur Pulverlackierung wird so
mit einer sicheren, prozessbeschleunigenden Klebelösung entsprochen.
Im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung stehen bei 3M der Ausbau und
die innovative Weiterentwicklung bestehender sowie neuer Technologien.
Das Kleben ist längst eine feste Größe in
der industriellen Fertigung. Und auch in
Zukunft werden sicher noch viele überraschende Verbindungen entwickelt, die
auf cleveren Ideen, gut beobachteten
Trends, Innovationsfreude und Erfindergeist basieren.
Der Autor
Dipl.-Ing. Ingo Wagner ist Leiter der technischen Grundlagenforschung für 3M
West Europa und hat in den vergangenen
20 Jahren für 3M in verschiedenen Positionen gearbeitet. Er ist der Erfinder von
26 international erteilten Patentfamilien.
www.3M.de
www.die-erfinder.com
twitter.com/3M_Die_Erfinder
www.facebook.com/3MDeutschland
Dipl.-Ing. Ingo Wagner
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19 9 0 – 2 015
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25
Nachrichten aus dem Steinbeis Zentrum
Enterprise Europe Network initiiert grenzüberschreitende
Kooperation von Kunststoff-Clustern
Mit 75 Mitgliedern ist das unternehmensgetriebene Netzwerk INNONET Kunststoff das größte seiner Art im Südwesten
Deutschlands. Mit Sitz im Nordschwarzwald war die räumliche Nähe zu Frankreich zwar gegeben – aber erst durch
die Unterstützung des Steinbeis-EuropaZentrums und des Enterprise Europe Network konnte das Cluster dauerhafte Kontakte zum Nachbarland aufbauen.
Über das Enterprise Europe Network
nahm das SEZ Kontakt zum franzö-
sischen Cluster Plastipolis, dem größten
französische Kompetenzcluster für die
Kunststoffbranche, in der Region RhôneAlpes auf. Auf der Messe FAKUMA 2014
trafen sich die Clusterakteure erstmalig;
die Kooperation wurde danach mit Unterstützung des SEZ in einem Workshop
gefestigt. Im Januar 2015 besuchte
eine deutsche Delegation des INNONETClustermanagements französische Unternehmen und Forschungseinrichtungen
sowie den Cluster Plastipolis. Einen wei-
teren Schritt gingen die Cluster im Mai
2015, indem sie eine Partnerschaftserklärung auf der Werkzeug- und Formenbaumesse Moulding Expo in Stuttgart
unterzeichneten. Eine gegenseitige Mitgliedschaft, ein enger Austausch sowie
die Zusammenarbeit bei der Ausbildung
und Gewinnung von Fachkräften wurden
vereinbart.
Veranstaltungen im Herbst 2015
Kooperationsbörse auf der
FAKUMA 2015
Am 14.10.2015 organisiert das Enterprise Europe Network im Rahmen der
FAKUMA 2015 eine internationale Kooperationsbörse in Friedrichshafen, um
Unternehmen entlang der gesamten
Wertschöpfungskette zu unterstützen.
Der Schwerpunkt liegt auf Technologien,
Produkten und Systemen für die industrielle Kunststoffverarbeitung. Interessierte Teilnehmer können im Vorfeld ein
kurzes Profil mit ihrer Expertise online
stellen, so dass noch vor der Veranstaltung bilaterale Gespräche geplant werden können.
Themenschwerpunkte:
• Biobasierte Materialien
• Verbundwerkstoffe
• Testen von Methoden und Messtechnik
• Industrie 4.0 (Digitalisierung)
• Modernste Fertigungsverfahren
• Funktionale Integration
•M
aterialeffizienz und nachhaltige
Kunststoffverwertung
5 Schritte zur Anmeldung und Umsetzung
• Registrieren Sie sich für dieses Event.
• Stellen Sie Ihr Kooperationsprofil ein.
•S
uchen Sie geeignete Partner für bilaterale Gespräche.
•S
ie erhalten Ihre persönliche Agenda,
mit Zeitplan und Gesprächspartnern.
•D
iskutieren Sie das Potential für künftige Kooperationen.
Deadlines:
1. Juli bis 2. Oktober: Registrierung und
Einsendung der persönlichen Profile
1. September bis 10. Oktober: online-
Buchung der bilateralen Gespräche.
www.b2match.eu/fakuma2015
Dr. Aude Pélisson-Schecker
Email: [email protected]
Rohstoffdialog Baden-Württemberg: „Remanufacturing im
Mittelstand – Chance für neue
Geschäftsmodelle?“
Remanufacturing unterzieht ausgediente
Produkte einer Wiederaufbereitung und
schont dadurch die Ressourcen. Beim
Remanufacturing – oder auch: Refabrikation – werden beispielsweise gebrauchte
Verbundbauteile im Fahrzeugbau, aber
auch Roboter, Pumpen oder Eisenbahnfahrzeuge komplett demontiert und nach
einer Reinigung, Prüfung und gegebenenfalls Ersatz von Komponenten zurück in
den Warenkreislauf geführt.
Welche Vorteile und Chancen ergeben
sich durch dieses neue Verfahren für den
Mittelstand? – Welche Geschäftsmodelle
erscheinen im Kontext von Remanufacturing adäquat für den Mittelstand? Diesen
und weiteren Fragen wird der Rohstoffdialog – einer Initiative des Ministeriums
für Finanzen und Wirtschaft BadenWürttemberg – mit Experten aus dem
Gebiet des Remanufacturing nachgehen.
Der Workshop findet in Zusammenarbeit
mit dem Steinbeis-Europa-Zentrum und
dem Enterprise Europe Network statt.
Olga Marschalek
Zertifikatslehrgang „Das 1x1
der Antragstellung“ Staffel 4
Dreitägiger Zertifikatslehrgang zur
Steigerung der Kompetenz in internationaler Innovations- Forschungsförderung am 12./13.10.2015 und
06.11.2015 in Karlsruhe
Eine Finanzierung von internationalen
Innovations- und Forschungskooperationen ist verlockend. Es gibt zahlreiche
Förderprogramme, die Innovation und Exzellenz in Unternehmen und Institutionen
vorantreiben möchten. Viele Unternehmen zögern jedoch, einen Antrag für ein
Innovations- bzw. Forschungsvorhaben
zu stellen. Zu unübersichtlich ist dessen
Ausarbeitung, zu komplex die Arbeit im
zumeist internationalen Projektteam.
Der Zertifikatslehrgang, angeboten vom
Steinbeis-Europa-Zentrum und der School
of International Business and Entrepreneurship (SIBE), möchte seine Teilnehmer an das Thema der internationalen
Innovations- und Forschungsförderung
heranführen und mit den Facetten der
Antragstellung europäischer Fördermittel
vertraut machen.
Während drei Trainingstagen und einer
Phase des Selbststudiums erhalten die
Teilnehmer das notwendige Know-how,
um erfolgreich die Federführung bei der
Antragstellung für einen eigenen Antrag
zu übernehmen und erarbeiten einen
eigenen Förderantrag. Nach erfolgreichem Abschluss des Lehrgangs erhalten die Teilnehmer ein Hochschulzertifikat im Umfang von 4 Credit Points.
Kontakt:
Steinbeis-Europa-Zentrum
Hannah Schöberle
10Werkstoffe 5/2015
IMKK aktuell
1. Clusterdialog des IMKK e.V. am 29. September 2015
Die Auftakt-Veranstaltung der Reihe „Cluster im Dialog“ findet am 29. September
ab 15 Uhr in die Stadthalle von Ransbach-Baumbach statt. Mit der Veranstaltung will der Innovationscluster MetallKeramik-Kunststoff (IMKK e.V.) mit den
Wirtschaftsförderungsgesellschaften der
Landkreise Altenkirchen, Neuwied und
Montabaur, der IHK Koblenz, der HwK
Koblenz, der Investitions- und Strukturbank ISB sowie dem Ministerium für Wirtschaft, Klimaschutz, Energie und Landesplanung des Landes Rheinland-Pfalz auf
die Kompetenzen und Leistungsspektren
der im Cluster tätigen Forschungs- und
Entwicklungsinstitute (F&E) aufmerksam
machen und Neugierde wecken.
Die F&E-Institute mit ihren hochqualifizierten Mitarbeitern entwickeln in Zusammenarbeit mit Auftraggebern das
Werkstoff-Knowhow im Bereich der Metalle, Kunststoffe, Keramik, mineralischer
Werkstoffe und der Oberflächentechnik
kontinuierlich weiter und leisten einen
essentiellen Beitrag für die Wettbewerbsund Zukunftsfähigkeit der Unternehmen
in der Region. In gemeinsamen Projekten
bündeln sie ihre sich ergänzenden Werkstoffkompetenzen und entwickeln innovative Material- und Produktionskonzepte.
Ob neuartige Werkstoffe, Fertigungsverfahren, die Integration eines neuen Werkstoffes in bestehende Produktlinien - die
Synchronisation der an diesen komplexen
Prozessen Beteiligten und die Zusam-
menführung der unterschiedlichen Kompetenzen stellen eine große Herausforderung dar.
„Der IMKK e.V. und seine F&E-Institute
möchte Sie dabei unterstützen diese Herausforderung erfolgreich zu meistern“,
erklärt der Vorstandsvorsitzende des
IMKK e.V. Hans-Theo Macke. „Durch die
branchenübergreifende Zusammenarbeit
und die innovationstreibende Verbindung
der Werkstoffe entstehen neue zukunftsweisende Entwicklungsperspektiven. Viele innovative Unternehmen in unserer
Region betreiben daher zunehmend Produktentwicklung mit den Transferinstituten des IMKK e.V., vielen anderen sind
diese Angebote direkt vor ihrer Haustüre
noch nicht bekannt. Dies möchten wir
durch diese Veranstaltung ändern.“
Für den ersten Clusterdialog am 29.
September ab 15 Uhr konnte der Verein
Prof. Dr. Walter Wincheringer von der
Hochschule Koblenz, Fachrichtung Maschinenbau, als Festredner gewinnen. Er
wird zur Industrie 4.0 und der Einrichtung
eines digitalen Produktionslabors an der
Hochschule sprechen.
Informationen und Anmeldung unter
www.metall-keramik-kunststoff.de.
die Schwerpunktbranchen in den Landkreisen Altenkirchen, Neuwied und Westerwald mit mehr als 800 Betrieben und
25.000 Arbeitsplätzen. Als Triple-HelixCluster, in dem Wirtschaft, Politik und Forschung eng miteinander verknüpft sind,
bildet der IMKK e.V. eine Plattform für
regionale, mehrheitlich mittelständisch
geprägte Unternehmen, Forschungsinstitute, Universitäten, Kommunen und
Verbände, um durch Kooperation und
Networking ihre Wettbewerbsfähigkeit zu
erhöhen, neue Märkte zu erobern und von
Forschungs- und Entwicklungsprojekten
zu profitieren. Sukzessive wird der Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff
als branchenfokussierte Dachmarke über
die Grenzen des Landes und des Bundes
hinaus etabliert und positioniert. Herausforderungen wie die Energiewende, ein
effizientes Ressourcenmanagement und
die Gestaltung zukunftsfähiger Arbeitsplätze sieht der IMKK e.V. als Chance, die
internationale Wettbewerbsfähigkeit des
Mittelstandes in sich ständig wandelnden
globalisierten Märkten zu stärken.
Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff (IMKK e.V.)
Weitere Informationen unter
www.metall-keramik-kunststoff.de
Diese Veröffentlichung wurde vom Land
Rheinland-Pfalz kofinanziert.
Metall, Keramik, Kunststoff, mineralische
Baustoffe und Oberflächentechnik sind
Gemeinsam zur Hannover Messe 2016
Bereits zum 6. Mal bietet der Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff e.
V. (IMKK e. V.) auch im kommenden Jahr
Unternehmen der Region Mittelrhein die
Möglichkeit, sich während der internationalen Leitmesse „Industrial Supply“
innerhalb der Hannover Messe 2016
vom 25. bis 29. April an einem Gemeinschaftsstand zu beteiligen. Firmen aus
den Bereichen Neue Werkstoffe und
Verfahrenstechniken, effiziente Leicht-
baulösungen sowie innovative Komponenten und Systeme wird auf diesem
Weg ermöglicht, die internationalen TopEntscheider aus den unterschiedlichsten
Anwendungsindustrien zu treffen.
Dazu wird auch 2016 das erfolgreiche
und bewährte Konzept einer sehr attraktiven Standplatzierung, günstigen Beteiligungskosten (5.000 Euro für Mitglieder
und 7.500 Euro für Nichtmitglieder) und
weitest gehendem Full-Service-Angebot
des IMKK e. V. als Dachmarke rund um
den Messeauftritt wieder umgesetzt.
An der Teilnahme interessierte Unternehmen wenden sich bitte an den Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff e. V.
Kontakt
Gudrun Hummerich . Innovationscluster
Metall-Keramik-Kunststoff e.V.
Rheinstraße 60a . 56203 Höhr-Grenzhausen . Tel: (02624 9473210)
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Werkstoffe 5/2015
11
Diskussionsrunde mit Experten aus Wasserwirtschaft,
Industrie und Verbänden / Expertenpanel geplant
Schon seit langem wird Ursachenforschung betrieben: Warum gibt es die
Schadenshäufung im Wasserversorgungsgebiet Holsterhausen?
Die betroffenen Kupferrohrhersteller arbeiten ebenso fieberhaft wie das Deutsche Kupferinstitut daran, eine Erklärung
zu finden. Auch relevante Forschungsinstitute haben sich des Themas bereits
angenommen – doch bisher ohne überzeugenden Lösungsansatz.
Die ungeklärte Situation führt deshalb
immer wieder zu zahlreichen Spekulationen und Falschdarstellungen über den
Hintergrund der Auffälligkeiten. Insbesondere die in die Schadenfälle involvierten
Verarbeiter, die teilweise um ihre Existenz
fürchten müssen, suchen die Öffentlichkeit. Um Licht ins Dunkel und die Diskussion auf eine objektive und zielführende
Ebene zu bringen, hatte das Deutsche
Kupferinstitut nun zu einem Expertengespräch eingeladen, in dem sich Vertreter
der Wasserwirtschaft, der Industrie und
aus Verbänden dem Problem aus einer
anderen Perspektive genähert haben.
Gleichzeitig steht als mittelfristiges Ziel
die Etablierung eines unabhängigen Expertenpanels im Fokus, dessen Einberufung durch das Kupferinstitut erfolgen
soll.
Das Ergebnis der Diskussion zeigte dabei
eindringlich, dass zur Lösung der ungeklärten Schadensfälle in Holsterhausen
unbedingt eine allgemein gültige Datenbasis von allen Beteiligten zusammengestellt werden muss, wobei alle Fakten auf
den Tisch müssen. Das Institut für Schadenverhütung und Schadenforschung der
öffentlichen Versicherer IFS hat im Laufe
der Jahre Tausende Leitungswasserschäden an allen möglichen Materialien hinsichtlich ihrer Ursache untersucht – wobei laut IfS keine besorgniserregenden
Entwicklungen auftraten.
Systematische Auswertungen zeigen: Die
Ursachen sind vielfältig – eine einfache,
allgemeine Lösung zur Vermeidung von
Leitungswasserschäden gibt es nicht und
wird es in absehbarer Zeit nicht geben.
„Leitungswasserschäden stellen ein multifaktorielles Problem dar, das sich nicht
durch einen einfachen Lösungsansatz
steuern lässt und ursachenseitig oft unklar sind “, so das IfS zusammenfassend.
Das Deutsche Kupferinstitut hatte deshalb nun Vertreter des ZVSHK, des für
Holsterhausen zuständigen Wasserbehandlers Kurita und des TZW Karlsruhe
sowie betroffene Verarbeiter und Kupferrohrhersteller zu einer konstruktiven
Diskussion mit der SHK-Fachpresse ein-
geladen, um einer Erklärung näherzukommen.
Kein bundesweites Phänomen
Um aufzuzeigen, welche Mutmaßungen
zu den Ursachen kursieren, wurden in
der Expertenrunde die verschiedenen
Hypothesen betrachtet. Dabei stellte Dr.
Klassert, Geschäftsführer des Deutschen
Kupferinstituts, direkt klar, dass eine generelle Zunahme von Schadensfällen im
deutschlandweiten Bestand entgegen gelegentlich geäußerten Vermutungen nicht
zu beobachten ist, weder innerhalb noch
außerhalb der Gewährleistungsfristen
des Handwerks. Das hat auf Nachfrage
auch das Institut für Schadensforschung
in Kiel sowie der Gesamtverband der
Deutschen Versicherungswirtschaft e.V.,
Berlin, bestätigt. Andreas Braun vom
ZVSHK konnte diese Einschätzung nur
unterstreichen: „Auch wir haben keine
Kenntnisse darüber, dass es in anderen
Regionen als im Wasserversorgungsgebiet Holsterhausen zu Schadenshäufungen gekommen ist. Es bleibt die
Tatsache einer regional beschränkten
ungewöhnlich hohen Anzahl von Schäden konzentriert auf einzelne Gebäude
innerhalb nur eines Wasserversorgungsgebietes.
Ameisennestkorrosion
unwahrscheinlich
Auch die vermutete neuartige Schadensursache Ameisennestkorrosion kann aller
Wahrscheinlichkeit nach ausgeschlossen
werden, denn diese wurde nicht in Trinkwasser-Installationen, sondern in Wärmetauschern beobachtet.
Korrosion durch falsche
Lagerung?
Korrosionsentstehung während der Zeitspanne der Lagerung im Handel war in
der Vergangenheit, also weder vor, noch
nach dem Jahr 2000 und somit der Einführung der halbharten Rohre, jemals ein
Thema. Auch heute werden keine solchen
Phänomene berichtet.
Keine Korrelation zwischen
Schäden und Markteinführung
halbharter Rohre nachgewiesen
Von verschiedensten Seiten wurde in
Zusammenhang mit den Schäden in
Holsterhausen auch die Hypothese aufge-
stellt, dass der Einsatz halbharter Rohre
ursächlich sein könnte. Diese Rohre wurden in Deutschland im Jahr 2000 auf
Wunsch des ZVSHK aufgrund ihrer besseren Verformbarkeit eingeführt. Innerhalb
Europas werden halbharte Rohre jedoch
traditionell in vielen Ländern schon seit
mindestens Mitte des 20. Jahrhunderts
flächendeckend eingesetzt. Bereits 2001
haben sie in Deutschland die harten
Rohre bei den kleineren Durchmessern
(Durchmesser bis zu 28 mm) im Markt
verdrängt. „Die ersten betroffenen Objekte im Raum Holsterhausen wurden jedoch erst im Jahre 2005 ausgeführt, die
ersten Schadensmeldungen erreichten
uns im Jahre 2007“, unterstreicht Klassert: „Wie wir festgestellt haben, ein viel
zu langer Zeitabstand, sowohl für die äußerst unwahrscheinliche, innerhalb von
Wochen zum Durchbruch führende ameisensäure-induzierte Korrosion, als auch
für eine eventuelle Ursachenvermutung
im halbharten Rohr. Und darüber hinaus
sind die ab 2000 bis 2005 im Versorgungsgebiet Holsterhausen installierten
Anlagen, die 2000 weitestgehend und ab
2001 vollständig in halbhart ausgeführt
wurden, unauffällig.“
Welchen Einfluss hat das
Wasser?
Einen interessanten neuen Ansatz für die
Suche nach der Schadensursache diskutierten die Experten mit Dr. Torsten Richter von der Firma Kurita, einem internationalen Spezialisten für die Wasser- und
Prozessbehandlung industrieller Anlagen
und verantwortlich für die seit Herbst
2014 durchgeführte Phosphatierung im
Versorgungsgebiet Holsterhausen.
Richter: „Unseres Wissens – und nach offizieller Verlautbarung des Wasserversorgers – wurde die Phosphatierung durchgeführt, weil es im Versorgungsgebiet
Holsterhausen zu Trübungen gekommen
ist.
Dieser rein kosmetische Aspekt ist jedoch nach Trinkwasserverordnung § 11,
“Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren“ kein Grund, eine Behandlung
des Trinkwassers durchzuführen.“ Richter weiter: „Man muss jedoch beachten,
dass sich die Trinkwasserverordnung rein
mit hygienischen Aspekten beschäftigt
und nicht auf korrosive Auswirkungen abzielt. Generell findet man auch nirgends
absolute Aussagen über Korrosion, sondern nur über Korrosionswahrscheinlichkeiten – grundsätzlich müssen verschiedene Bedingungen zusammenkommen.“
12Werkstoffe 5/2015
Erstaunlicherweise konnte das Deutsche
Kupferinstitut nach Einsatz der Phosphatierung einen eklatanten Rückgang der
Schadensfälle beobachten, was auf einen direkten Zusammenhang zwischen
Wasserbehandlung und Schäden hinweisen könnte.
Richter: „Wasserwerke dosieren natürlich
auch, um ihr eigenes Netz zu schützen.
Selbstverständlich haben Inhibitoren
dabei Wirkungen auf die eingesetzten
Werkstoffe wie Kupfer. Wenn ein Wasserversorger z.B. die Behandlung durch
Inhibitoren einstellt, kommt man wieder
– zum Teil innerhalb kürzester Zeit – zum
ursprünglichen Wasser mit allen seinen
Problemen zurück. Eine Inhibitorbehandlung ist eigentlich aber eine Dauerdosierung, die allerdings nur Symptome, nicht
Ursachen bekämpft.“ Zum Thema Enthärtung ergänzt Turkovic: „Bei einer Umstellung von hartem auf weiches Wasser
können sich z.B. die Eisenkorrosionsmechanismen verändern.“
Erwiesenermaßen leiden die Wasserwerke selbst in hohem Maß darunter,
dass die so definierten Trinkwässer in ih-
ren eigenen Verteilnetzen mit den verfügbaren Werkstoffen häufig nicht kompatibel (Korrosion, Schwebstoffe/Trübungen)
sind.
Dementsprechend werden in Deutschland etwa 50 % aller Trinkwässer nicht
naturbelassen, sondern nachbehandelt
an den Verbraucher ausgeliefert.
Die Experten waren sich darin einig, dass
hier für die Werkstoffseite ein großes
Problem liegt: Während die Wasserwerke
ihre Schutzmaßnahmen für ihr eigenes
Rohrnetz wechselnden Wasserqualitäten
anpassen können, sind die mit diesem
Wasser belieferten Gebäudeeigentümer
eventuellen
korrosionsverändernden
Änderungen der Wasserbeschaffenheit
ohne jegliche Handlungsoption ausgeliefert.
Dazu gehört sicherlich auch, Aspekte zu
beleuchten, die bislang eher als unwahrscheinliche Ursachen gehandelt worden
sind.
Birgit Schmitz M.A.
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Die Diskussion zeigte in vielerlei Hinsicht,
dass eine völlig neue Betrachtung der
Vorgänge in Holsterhausen notwendig ist,
wobei vorab unbedingt eine gemeinsame
Datenbasis geschaffen werden muss.
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Werkstoffe 5/2015
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13
Nachrichten der Initiative Zink
Verzinkte Oberfläche und Zinkblech nach
Cradle to Cradle zertifiziert
Bei Cradle to Cradle werden ein biologischer und
ein technischer Kreislauf als zwei jeweils in sich
geschlossene Prinzipien definiert.
(Bildquelle: EPEA)
Knapper werdende Ressourcen, steigende Energiekosten und klimaschädigende Kohlendioxidemissionen: Vor
diesem Hintergrund sind innovative
Lösungen für die Produktion industrieller Güter mehr denn je gefragt. Das
Cradle-to-Cradle-(C2C-)Designkonzept ist
hierfür eine grundlegend neue Herangehensweise. Die dahinterstehende Idee:
Verbrauchs- und Gebrauchsgüter so zu
konzipieren und zu realisieren, dass eine
100-prozentige Rückgewinnung aller verwendeten Materialien möglich ist und
einmal geschöpfte Werte für Mensch
und Umwelt erhalten bleiben. Weltweit
wurden inzwischen über 2.000 Produkte
nach C2C-Kriterien designt und produziert – darunter auch eine stückverzinkte
Stahloberfläche und Titanzinkblech für
den Einsatz an Dach und Fassade.
Bekannt wurde das C2C-Designkonzept
– zu Deutsch: von der Wiege bis zur Wiege – durch den Gründer der EPEA Internationale Umweltforschung GmbH, Prof. Dr.
Michael Braungart, und den Architekten
William McDonough. Cradle to Cradle
kennt – wie die Natur – keinen Abfall, keinen Verzicht und keine Einschränkungen.
Über Kreisläufe werden die richtigen Materialien zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort eingesetzt. Die C2C-Designkonzept steht dabei im direkten Gegensatz
zum Modell „Von der Wiege zur Bahre“
(Cradle to Grave), in dem Materialströme
oftmals wenig Rücksicht auf Ressourcen
nehmen. „Natürlich wird versucht, innerhalb des bisherigen linearen Produktionsprozesses Verbesserungen zu erreichen.
Doch trotz Recycling und Abfallreduzierung bleibt es ein System, das nur bis zur
Mülltonne denkt und Verschwendung in
Kauf nimmt. Entscheidend ist bei Cradle
to Cradle deshalb, erst einmal nach Effektivität und erst dann nach Effizienz zu
fragen. In diesem Sinne kommt es darauf
an, alle Produkte noch einmal neu zu erfinden, sodass sie nützlich und nicht einfach nur weniger schädlich sind“, erklärt
Prof. Braungart. Bei Cradle to Cradle werden ein biologischer und ein technischer
Kreislauf als zwei jeweils in sich geschlossene Prinzipien definiert. Die Materialien
für Produkte werden den Kreisläufen
entnommen und nach der Nutzung wieder in diese zurückgegeben. Die dem
biologischen Kreislauf entnommenen
organischen Stoffe – beispielsweise kosmetische Produkte oder Verpackungen
– kommen in den Kompost. Beim technischen Kreislauf werden sogenannte
Gebrauchsgüter, die nach ihrer Nutzung
noch intakt sind, durch chemische oder
mechanische Prozesse so behandelt,
dass man ihre Bestandteile zurückgewinnt und für eine weitere Verwendung
nutzbar macht.
Bisher wurden weltweit über 2.000 Produkte nach Cradle-to-Cradle-Kriterien
entworfen und produziert – die nachhaltige Gestaltung des Feuerverzinkungsprozesses für duroZINQ-Oberflächen
gehört dazu. „Die Wiederverwertung der
eingesetzten Stoffe, der entstehenden
Zwischenprodukte und des Endprodukts
zu fördern, ist wesentlicher Bestandteil
unserer Nachhaltigkeitsstrategie“, sagt
Dr. Thomas Pinger, bei Voigt & Schweitzer
verantwortlich für Nachhaltigkeit und Innovationsmanagement, „deshalb achten
wir nicht nur darauf, umweltverträgliche
Rohstoffe zu verwenden, sondern haben
auch Recycling über alle Prozesse hinweg
etabliert.“ So werden die abgearbeiteten
Reinigungslösungen sowie die angereicherten Spüllösungen aufbereitet und die
eingesetzten Betriebshilfsstoffe für die
Traversierung werden wiederverwendet
oder kommen in den Altmetallkreislauf.
Die am Zinkkessel anfallenden Stoffe
wie Zinkasche und Hartzink werden auf
einer eigenen Linie in einem Zinkaufbereitungsunternehmen recycelt. Das daraus gewonnene Sekundärzink wird wieder dem Verzinkungsprozess zugeführt.
Ebenfalls gesammelt werden die über
Alle im Park 20|20 – ein Gewerbepark bei
Amsterdam – eingesetzten Baustoffe müssen
die C2C-Kriterien erfüllen.
(Bildquelle: RHEINZINK)
Ressourceneffektivität statt nur -effizienz gemäß
C2C stellt die nachhaltige Gestaltung des Feuerverzinkungsprozesses für Oberflächen unter
Beweis. (Bildquelle: Voigt & Schweitzer)
die Filteranlagen am Verzinkungskessel
aufgefangenen zinkreichen Stäube, die
dann erneut bei der Flussmittelherstellung eingesetzt werden.
Auch die Produktlinie RHEINZINK-prePATINA ist C2C-zertifiziert. Zu ihren Eigenschaften unter C2C-Aspekten zählt,
dass sämtliche während der Herstellung
anfallenden Reste dem Produktionsprozess wieder zugeführt werden können,
die Menge des eingesetzten Rohmaterials exakt dem Gewicht des Fertigprodukts entspricht und das Titanzink fast
vollständig recycelt wird. Zudem hat das
Material die Fähigkeit, eine schützende
Patina zu bilden, weshalb die Dach- und
Fassadenelemente während des gesamten Lebenszyklus keine Reinigung, Pflege oder Wartung benötigen. „Qualität,
Umweltfreundlichkeit und Langlebigkeit
von Produkten gewinnen zunehmend
an Bedeutung, der ökologische Hausbau entwickelt sich zum Standard der
nächsten Jahrzehnte. Die Zertifizierung
nach den Kriterien von Cradle to Cradle
entspricht unserem Anspruch an umweltverträgliches Handeln und dokumentiert,
dass unsere Produkte die Anforderungen
des nachhaltigen Bauens erfüllen“, beschreibt Dr. Marianne Schönnenbeck,
Leiterin der Abteilung Forschung und Entwicklung/Umwelt, den Stellenwert, den
das Cradle-to-Cradle-Designkonzept für
Rheinzink hat.
Kontakt:
Dr.-Ing. Sabina Grund INITIATIVE ZINK in der WirtschaftsVereinigung Metalle
Am Bonneshof 5 40474 Düsseldorf
Fon: 0211 47 96 166 Fax: 0211 47 96 25 166
E-Mail: [email protected] Internet: www.zink.de
14Werkstoffe 5/2015
Nachwachsende Rohstoffe
BIO statt FOSSIL
Neue Weichmacher auf dem Vormarsch?
Abstract
Biobasierte Weichmacher rücken in der
öffentlichen Wahrnehmung immer weiter
in den Fokus. Die industrielle Herstellung neuer biobasierter Komponenten
wie der Bernsteinsäure ermöglichen die
Entwicklung neuer Weichmacherklassen.
„Bio“ bedeutet aber nicht, dass die Eigenschaften der neuen Weichmacher a priori denen der alten Weichmacherklassen
überlegen sind. Im Gegenteil muss auf
Migration und Verträglichkeit genau geachtet werden.
Stand der Technik
Kunststoffe stellen heutzutage eine
große Werkstoffklasse dar, deren Eigenschaften häufig zielgerichtet an Kundenanforderungen angepasst werden.
So sind zum Beispiel Festigkeit, Härte,
Flammfestigkeit, Leitfähigkeit, aber auch
Prozessfähigkeit keine immanenten Eigenschaften sondern können durch das
Compoundieren des jeweiligen Kunststoffes mit ausgewählten Zusatzstoffen
maßgeschneidert angepasst werden.
Die Einstellung der mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe durch den
Zusatz von Weichmachern macht dabei
mengen- wie umsatzmäßig den größten
Anteil der Weichmacherverwendung aus.
Hier bietet die Chemie durch molekulares
Design von zurzeit gut verfügbaren Ausgangsstoffen wie Säuren und Alkoholen
eine breite Palette für die Synthese von
Weichmachern an. Die Verfügbarkeit der
derzeit im wesentlichen fossil basierten Rohstoffe ist aber nicht unendlich
und die Weichmacher müssen sich dem
gesellschaftlichen Diskurs hinsichtlich
unserer Rohstoffversorgung in der Zukunft stellen. Dies führte in den letzten
Jahren dazu, dass große Player im Markt
der Weichmacher inzwischen (teil)biobasierte Weichmacher anbieten, wobei der
Einfluss der in Teilen ökotoxikologischen
Bedenklichkeit der größten Weichmacherklasse (Phthalatweichmacher) und
der Weigerung der Verbraucher Produkte
mit Phthalatweichmachern zu kaufen,
einen nicht unerheblichen „Market-Pull“
für Alternativen ausgeübt haben. Schon
lange im Markt befindliche (teil)biobasierte Weichmacherklassen, wie Citrate,
Sebacate, Azelate oder auch auf Fettsäuren basierende epoxidierte Öle werden
inzwischen mit einem grünen Anstrich
vermarktet. Zugleich sind aber auch weltweit Forschungsaktivitäten im Gange, um
biobasierte Rohstoffe für Weichmacher
Werkstoffe 5/2015
Abb. 1: Reaktionspfad von Ethanol zu höheren Alkoholen
mit alten und neuen Verfahren aus „Biomasse“ herzustellen. Für die aus Zuckern
fermentativ erzeugte Bernsteinsäure sind
diese Entwicklungen inzwischen industrieller Stand der Technik, die Entwicklung
von biobasierten höheren Alkoholen
steht dagegen noch am Anfang der Entwicklung.
Biobasierte höhere Alkohole sind heute
im wesentlichen Pflanzenöl-stämmig, außerdem werden durch Hydroformylierung
fossilbasierter Olefine und ggf. anschließender Aldolkondensation im world-scale
Maßstab mittelkettige verzweigte und unverzweigte Alkohole hergestellt. Isononanol oder 2-Ethylhexanol sind dabei die am
Häufigsten verwendeten Alkohole für die
Herstellung von Weichmachern. Deren
Herstellung basiert in der Regel auf fossilen Rohstoffen, weshalb daraus hergestellte Weichmacher meistens maximal
teilbiobasiert sind. Am Fraunhofer Institut
Umsicht wurde in den letzten Jahren ein
Verfahren entwickelt, mit welchem höhere Alkohole auf Basis von Ethanol oder
anderen einfachen primären Alkohlen
(Propanol, Butanol) hergestellt werden
können. Bei diesem kontinuierlichen, heterogen-katalytischen Verfahren werden
aus den fermentativ herstellbaren Rohstoffen mittels Kondensationsreaktion
höhere lineare und verzweigte Alkohole,
wie 2-Ethyl-Butanol, 2-Ethyl-Hexanol,
2-Butyl-Octanol, n-Hexanol und n Octanol
hergestellt. Bei der Reaktion entsteht immer ein Gemsich der betreffenden Alko-
hole mit dem bei jedem Reaktionsschritt
entstehenden Wasser.
Dieses Gemisch kann direkt mit Bernstein- oder Zitronensäure verestert werden, sodass vollständig biobasierte Ester
entstehen, die als Weichmacher eingesetzt werden können.
Neue Weichmacher
Die Verfügbarkeit von biobasierter Bernsteinsäure führte in den letzten Jahren
zur Entwicklung von Weichmachern auf
Basis von Bernsteinsäurediestern durch
die chemische Industrie (LanXess, Oxea,
Proviron). Ein Kennzeichen dieser neuen
Klasse der „Succinate“ ist neben dem
Einsatz einzelner fossilbasierter mittelkettiger Alkohole die Verwendung von
Alkoholgemischen, die zu stabileren Produkteigenschaften führt. Im Gegensatz
zu Phthalat-basierten Weichmachern,
die eine gewinkelte Struktur und Verzweigungen in der Alkoholkette aufweisen, sind Succinate linear aufgebaut und
neigen daher bei symmetrischer Veresterung mit steigender Kettenlänge des
Alkohols eher zum Kristallisieren (Abb. 2).
Vollbiobasierte Weichmacher sind durch
die Veresterung von biobasierter Bernsteinsäure mit biobasierten Alkoholen
möglich, wobei ein Gemisch aus Succinaten mit linearen und verzweigten Ketten entsteht. Die Verwendbarkeit dieser
Weichmacher in allen Thermoplasten ist
aber a priori nicht abzuleiten. Wie bei den
Abb 2: A: oben Didecylsuccinat (Schmp. ~28°C); Mitte: Decyl-Octylsuccinat; Unten Dioctylsuccinat
(Schmp.: ~8 °C); B: Bis-2-Ethylhexyl-Phthalat
15
Nachwachsende Rohstoffe
Abb. 3 Giessfilme mit voll biobasierten Weichmachern: Eintrübungen bei CA, PLA (beide
10 % Diethylbutylsuccinat) und PMMA (15 %
Didecylsuccinat); klare Filme bei PVC, PS und
PMMA (alle Diethylbutylsuccinat 20%)
Azelaten, Sebazaten und Citraten sind zusätzlich die Polarität und Verträglichkeit
(~Mischbarkeit) zu berücksichitgen.
Die Untersuchung der hergestellten
Weichmacher in fünf eher spröden und
harten Thermoplasten (Polymilchsäure
(PLA), Celluloseacetat (CA), Polyvinylchlorid (PVC), Polymethylmethacrylat (PMMA)
und Polystyrol (PS)) zeigte, dass die Verträglichkeiten nur im Falle von PVC und
PS gut sowie begrenzt auch bei PMMA
(10 % Weichmacher) gegeben sind. Dieser Befund lässt sich sowohl strukturell
mit der stark polarisierenden Kraft des
Polydipols im PVC bzw. des polarisierbaren aromatischen Ringes in PS als
auch mit der strukturellen Ähnlichkeit von
PMMA und kurzkettigen Bernsteinsäurediestern deuten. Die biobasierten Kunststoffe Polymilchsäure und Celluloseaceat
hingegen weisen nur geringe Verträglichkeiten auf, was sich auch optisch durch
Eintrübung der Filme bemerkbar macht
(Abb. 3).
Betrachtet man die Weichmacherwirkung, so stellt man fest, dass mit steigender Kettenlänge des Alkohols die
Wirkung abnimmt und Verzweigungen
dagegen im Allgemeinen förderlich sind.
In Abb. 4 sind die an Gießfilmen gemessenen Glaspunkte für PLA und CA gezeigt.
Zugleich ist der theoretische Erwartungswert nach Fox dargestellt.
Die mit kürzeren Ketten steigende Performance der Succinatester hinsichtlich
des Glaspunktes geht alleridngs einher
mit fallenden Siedepunkten der Verbindungen, so dass im Falle des CA bei der
Verarbeitung (Temperatur bis 250°C)
Abb. 4: Glaspunkte von PLA und CA mit biobasierten Weichmachern; die Fox-Gleichung beschreibt die
ideale Mischung der freien Volumina (ohne thermische Effekte).
große Mengen verdampfen können. Die
relativ geringe Weichmacherwirkung sowie der potentielle Verlust an Weichmacher lassen den Einsatz der Succinatweichmacher für CA daher nicht sinnvoll
erscheinen. Geringe molare Massen der
Succinate führen neben den geringen
Siedepunkten auch zu erhöhter Migration von Weichmachern an die Oberfläche
des Polymers, weshalb Succinatweichmacher in höheren Konzentrationen und
niedrigem Molekulargewicht in PVC nur
für Tieftemperaturanwendungen geeignet sind. In diesem Fall sind sie dann jedoch besser geeignet als fossil basierte
Alternativen, wie Diethylhexyladipat oder
Diethylhexylphthalat.
Hinsichtlich des Migrationsverhalten sind
beispielsweise oligomere Succinate aus
terminierenden Monoalkoholen, verbrückenden Dialkoholen und Bernsteinsäure
besser geeignet. Bei kurzkettigen verbrückenden Alkoholen, wie z.B. Propandiol,
verbessert sich zudem der polare Charakter der Verbindungen, was der Verträglichkeit mit polaren Thermoplasten
förderlich ist. Bei der Oligomerisierung
von
Ester-basierten
Weichmachern
verschlechtert sich aber die Weichmachereffizienz, so dass die Verwendung
von oligomeren esterbasierten Weichmachern anstatt des zugrundeliegenden
monomeren Weichmachers a priori keine
Alternative darstellt. In den Bereichen,
in denen aber heute schon oligomere
Weichmacher eingesetzt werden, können
gezielt designte biobasierte oligomere
Succinatweichmacher eine Alternative
sein. Insbesondere sollte der Bereich der
oligomeren Adipinsäure-basierten Weichmacher substituierbar sein.
Ausblick
Die Veresterung der Zitronensäure oder
weiterer biobasierter Säuren wie Azeleinund Sebazinsäure mit biobasierten Alkoholen kann bei entsprechender Marktverfügabrkeit sofort zum Austausch der auf
den Markt befindlichen teilbiobasierten
Citrate wie z.B. Acryltributylcitrat führen.
Weitere neue Weichmacherklassen, wie
die auf Lävulinsäure (darstellbar aus
Glucose und Fructose) basierenden Ketalester (Ketalisierung der Oxo-Funktion
4-Oxo-Pentansäure und Veresterung der
Säurefunktion) müssen aber ihre Anwendbarkeit in der industriellen Praxis,
ebenso wie oligomere Succinatweichmacher, erst langfristig beweisen.
Autoren:
Dr.-Ing.Andreas Menne
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT,
Oberhausen
Geschäftsfeld Biofuels & Biorefinery
Kontakt für Polymerwerkstoffe/Weichmacher: Dr. Rodion Kopitzky
www.umsicht.fraunhofer.de
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Kunststoff-Netzwerk Franken
Oberflächentechnologien – von der Vorbereitung
bis zum fertigen Bauteil
Kunststoffteile mit hochwertigen Oberflächenstrukturen stellen extrem hohe
Ansprüche an den Verarbeitungsprozess
und sind häufig das Qualitätsmerkmal
Nummer eins für Sichtbauteile. Die Realisierung hochwertiger Oberflächen beginnt mit der Materialauswahl und führt
über die Prozessführung und die Gestaltung des Spritzgießwerkzeuges bis hin
zu den Technologien für die Oberflächenveredelung. Auch Aspekte wie Vorbehandlungsmethoden, Design und Messtechniken spielen hierbei eine Rolle. Vor
diesem Hintergrund konzentrierte sich
die diesjährige Gemeinschaftsinitiative
„Treffpunkt Kunststoff“ des KunststoffNetzwerk Franken e.V. und des Cluster
Neue Werkstoffe im Rahmen ihrer Tagung „Oberflächentechnologien – von der
Vorbereitung bis zum fertigen Bauteil“
auf das Leitthema Oberflächen. Rund
60 Fachexperten aus ganz Deutschland
trafen sich am 09. Juli 2015 in Bayreuth
zum ersten Teil des zweigliedrigen Treffpunktes Kunststoff mit den Schwerpunktthemen Werkzeugtechnik / Oberflächenvorbehandlung und Optik.
Im ersten Teil der thematisch auf zwei
Reihen aufgeteilten Tagung standen die
Schwerpunkte Werkzeugtechnik, Oberflächenbehandlung, Optik der Bauteile sowie Emotion und Design im Mittelpunkt.
Die thematische Fortsetzung mit den
Schwerpunkten „Haptik und Oberflächenanalytik“ greift dann die Tagung am 10.
November 2015 im Kunststoffcampus
Bayern in Weißenburg auf.
Trends und Innovationen in der
Konsumgüterindustrie und im
Automobilinterieur
Zwei Branchen, in denen das Design
und im speziellen das Oberflächendesign wichtig ist, sind die Automobilindustrie und der Konsumgüterbereich. Zwar
haben sie im ersten Moment nicht viel
gemeinsam, allerdings zeigt sich bei genauerer Betrachtung ein großes Quervernetzungs- und Lernpotenzial. Gerade
im Bereich der Schreibgeräte wird häufig
unterschätzt, welche hohen Anforderungen an deren Oberfläche gestellt werden,
insbesondere wenn es um Themen wie
Handschweiß oder Hautcremes geht,
beide Themen sind übrigens auch im
Automobilinterieur eine große Herausforderung. Die Herausforderungen beim
Design von Stiften sind zum einen, dass
die Umsetzung sowohl in Handarbeit als
auch in Großserie machbar und zum anderen, dass eine Vielzahl an unterschied-
lichen Oberflächen für eine Stiftserie
vorhanden sein muss. Bei der Nutzung
von unterschiedlichen Oberflächen ist die
Wiedererkennung der Coporate Identity
und des eigenen Designs wichtig. Hervorragend illustrieren lässt sich dies am Beispiel des „Grip 2011“, einer Schreibgeräteserie von Faber-Castell, bei welchem
innovatives Oberflächendesign mit den
Castellschen Noppen sowohl auf Holz
als auch auf Kunststoff realisiert wurde. Dieser Trend, innovative Designs auf
unterschiedlichsten
Grundmaterialien
darzustellen, findet sich auch in der Automobilindustrie. Hier geht die Entwicklung
insbesondere im Innenraum hin zu vollflächigen Bauteilen mit durchgehenden
Strukturen, wie beispielsweise überlangen Lamellen, filigranen Chromapplikationen und Hochglanzoberflächen,
in piano black oder piano white, auf
unterschiedlichsten Trägermaterialien.
Gerade bei den Hochglanzoptiken wäre
es fertigungs- und kostentechnisch interessant, diese Teile spritzblank aus der
Spritzgussmaschine zu bekommen, um
z.B. eine Lackierung zu vermeiden. Herausforderungen bestehen hierbei in der
Chemikalienbeständigkeit, der Sprödheit
oder auch der Schmutzanfälligkeit und
im höheren Prozessaufwand. Verbesserungspotenziale liegen hier zum einen
in der Fertigungstechnik durch die Nutzung von neuartigen Temperierverfahren,
zum anderen in der gezielten Werkstoffentwicklung um die Eigenschaften zu
optimieren. Im Moment sind Folien- und
Lackiertechnologien für die Herstellung
von Hochglanzoberflächen immer noch
erste Wahl. Im Bereich der Chromappli-
Bildquelle: Berlac
kationen ist vor allem die REACH Verordnung ein Treiber für neue Entwicklungen und Innovationen. Eine wichtige
Eigenschaft, die bis heute nur mit dem
klassischen Verchromen erreicht wird, ist
der „cool touch“ Effekt sowie eine abriebfeste Oberfläche. Neue Entwicklungen
zur Erzeugung von Chromeffekten sind
Technologien wie Heißprägen, Lackieren
oder PVD Beschichtungen. Diese bieten
Vorteile wie eine einfache Handhabung,
REACH Konformität und ein gutes PreisLeistungsverhältnis, allerdings können
sie keinen „cool touch“ Effekt erzeugen.
Weitere wichtige Zukunftsthemen neben
den verchromten und hochglänzenden
Oberflächen sind die Erzeugung von
Glasoptiken mittels des Kunststoffspritzgusses. Ein solcher Effekt kann sich mittels 1-K- oder 2-K-Technologien sowie
durch In Mould Decoration (IMD) oder In
Mould Labeling (IML) erzeugen lassen,
auch berührungssensitive Oberflächen,
bei denen durch die Integration von kapazitiven Schaltern und Reglern ein 3D
Design ohne Tastenspalten realisiert werden kann stellen ein aktuelles Entwicklungsthema dar. Dass gerade in diesem
Bereich eine hohe Kompetenz in Oberfranken vorhanden ist, zeigten die beiden
Firmen Dr. Schneider Kunststoffwerke
GmbH und Kunststoff Helmbrechts AG in
ihren Vorträgen.
Hochwertige Oberflächen
brauchen Werkzeugtechnik und
Oberflächenvorbehandlung
Gerade die Themen Hochglanz- und Glasoptiken können durch die optimale Wahl
18Werkstoffe 5/2015
zusätzlichen Lackiervorgang verzichtet
werden kann. Durch die Nutzung von entsprechend optimierten Pigmenten lassen
sich unterschiedliche Oberflächeneffekte
erzielen. So können relativ kratzfeste Metallic-Effekte erzeugt werden, da durch
die Durchfärbung des Bauteils Kratzer
weniger sichtbar sind. Die Effekte an der
Oberfläche hängen von der eingesetzten
Form, Größe, Anzahl und Art der Pigmente ab. Es ist sogar möglich Chromeffekte und starke Glanz-und Glitzereffekte
zu realisieren.
Bedeutung von Emotionen bei
der Produktgestaltung
der Werkzeuge bereits in hochwertigen
Oberflächenqualitäten aus dem Werkzeug heraus realisiert werden. So können
mit der variothermen Werkzeugtechnik
im Spritzgussprozess Bindenähte vermieden, die Abbildung von Hochglanz- und
Strukturoberflächen verbessert sowie
eine Reduzierung der Eigenspannungen
und kürzere Zykluszeiten realisiert werden. Das variotherme Spritzgussverfahren wird bereits in automobilen Serienanwendungen eingesetzt. Doch auch die
Verfahrenskombinationen in Verbindung
mit dem Spritzgießprozess bieten Potenziale für erstklassige, hochbeanspruchbare
Oberflächen, wie sich beim Skinform/Colourformverfahren zeigt. Hier werden der
Spritzguss- und Beschichtungsprozess
direkt im Werkzeug kombiniert. In einem
ersten Schritt wird das thermoplastische
Trägermaterial zum Bauteil gespritzt und
anschließend mit einem Polyurethan
überflutet und es fällt ein fertiges Bauteil aus der Maschine. Hierdurch können
einerseits hochglänzende mehrfarbige
oder transparente Oberflächen und andererseits eine genarbte, lederähnliche
Oberflächen aber auch ein Soft-TouchEffekt erzeugt werden.
Um Oberflächen beschichten zu können,
muss zunächst die Frage nach der Haftung an der Oberfläche gestellt werden.
Neben komplexen chemischen und/oder
physikalischen Zusammenhängen wie
der Benetzbarkeit, der Oberflächenladung oder der Oberflächenzusammensetzung, kommt es auch auf relativ triviale
Aspekte an, wie die Nutzung von sauberen Handschuhen, silikonfreien Saugern oder bei der Verpackung von Teilen
auf Polyethylenbeutel oder Noppenfolie
zu verzichten. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Sauberkeit der Oberfläche und
somit die Oberflächenreinigung. Je nachdem, welche Verunreinigungen vorliegen,
werden auch die entsprechenden Reingungsmethoden gebraucht. Interessante
Methoden zur Entfernung von Schmutzfilmen und Partikel ist die CO2-Reinigung
Werkstoffe 5/2015
Bildquelle: Faber Castell
sowie die Schwertbürstentechnologie.
Letztendlich gilt der Grundsatz, dass die
Teile so sauber wie nötig, aber nicht so
sauber wie möglich sein sollen. Wenn es
dann um die Anpassung der Oberflächenenergie geht, kommen Technologien wie
Beflammung, Coronabehandlung, Atmosphären- und Niederdruckplasma oder
auch Fluorierung zum Einsatz.
Neue Ansätze für innovative
Oberflächendesigns
Um die Gestaltung der Oberflächen umzusetzen, kann eine Vielzahl von Technologien eingesetzt werden. Eine Möglichkeit ist die Nutzung von Lacksystemen in
der Folientechnologie. Die Grundtechnologie ist das sogenannte Film Insert Moulding (FIM), welches erstmals bei einem
Schalldämpfer bei VW eingesetzt wurde
und heute auch in der Telefonherstellung
und bei Haushaltsgeräten zum Einsatz
kommt. Die Technologie ermöglicht ein
vielseitiges Grafik- und Effektfarbdesign
sowie einen schnellen Designwechsel bei
einer Beständigkeit der Farben. Wichtig
ist hierbei, dass im Spritzgießprozess das
entsprechende Farbsystem, der Folienträger sowie der Haftvermittler mit dem
Spritzgießmaterial exakt abgestimmt
sind. Der Vorteil durch die Nutzung des
Farbsystems in Kombination mit einer
Folie liegt in der hohen Verformbarkeit,
welche 200 bis 300 % betragen kann.
Zudem bietet es eine hohe Individualisierbarkeit und es können Dekor- und
Schutzfunktion, wie Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit, in einem Bauteil realisiert werden.
Ein anderer Ansatz, einen Farbeffekt zu
erzeugen ist die Masseverfärbung. Hierbei wird der Kunststoff durchgängig eingefärbt und man erhält nach dem Spritzguss ein durchgängig farbiges Bauteil.
Dies wird in der Automobilindustrie schon
in ersten Serienprodukten eingesetzt,
wie z.B. dem Seitenschweller des DACIA
Duster. Vorteil hierbei ist, dass auf einen
Doch warum betreibt man den ganzen
Aufwand um die Oberflächengestaltung?
Letztendlich ist die Oberfläche immer der
erste Kontakt- bzw. Bezugspunkt für den
Kunden und vermittelt Emotionen. Diese
Eigenschaft macht man sich bei der Produktgestaltung zu nutze. Ein Schlagwort
hierbei ist „Designing Emotional Identity“,
welches die Firma hoch E erläutert. Eine
emotionale Identität ist eine wichtige Voraussetzung für ein erfolgreiches Produkt
am Markt. Es gibt zehn Basisemotionen,
die für ein Design bzw. eine Beurteilung
eines Designs herangezogen werden
können. Diese Basisemotionen sind in
der Mimik von Menschen ablesbar und
spiegeln die Emotionalität zu einem bestimmten Vorgang oder Produkt wieder.
Die Gemeinschaftsinitiative Treffpunkt
Kunststoffe – von den Partnern Kunststoff-Netzwerk Franken e.V. und dem
Cluster Neue Werkstoffe 2012 ins Leben
gerufen – geht zielgerichtet auf die Anforderungen ihrer Akteure ein. Das bestehende Synergiepotenzial beider Partner
soll Ideen und neue Projekte initiieren, einen branchenübergreifenden Austausch
erleichtern, Kontakte anbahnen sowie exzellenten Technologie- und Wissenstransfer bieten.
Weitere Informationen zum KunststoffNetzwerk Franken e.V. finden Sie unter
www.kunststoff-netzwerk-franken.de und
unter: http://www.bayern-innovativ.de
Bildquelle: Berlac
19
AVK – Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe
Ankündigung von Herbstseminaren
Serienfertigung von Faserverbundbauteilen – Ansätze der wirtschaftlichen
Umsetzung
Erwerben Sie das grundlegende KnowHow über geeignete Verarbeitungsverfahren zur Umsetzung von Serienfertigungen.
Erfahren Sie, welche Schnittstellenproblematiken bei der Umsetzung einer Serie zu beachten sind.
Lernen Sie die unterschiedlichen Vor- /
Nachteile der einzelnen Verarbeitungsverfahren kennen.
Sie wollen sich grundlegend informieren?
Dann melden Sie sich an zu unserem
Seminar „Serienfertigung von Faserverbundbauteilen“ am 19. Oktober 2015.
Link: http://www.avk-tv.de/events.
php?page=&year=2015&month=10
Pressverfahren in der CompositesIndustrie – Evergreens mit Zukunft!
Thermoplast- und Duroplastverarbeitung
in Serie!
Das Formpressen ist in der CompositesIndustrie bereits seit langem bekannt.
Mit der rasanten Entwicklung der faserverstärkten Kunststoffe hat das Pressverfahren eine außerordentliche Renaissance erfahren. Unser Seminar am
27.10.2015 gibt Ihnen einen kompakten
Überblick über die sich bietenden Möglichkeiten und die gängigsten Verfahren.
Link:
http://www.avk-tv.de/events.
Composites-Bauteile – Beispiele von
der Anforderung bis zur Bauteilprüfung
Profitieren auch Sie von der Erfahrung
unserer Composites-Experten!
Der Einsatz von verstärkten Kunststoffen
als „Ersatzwerkstoff“ für bestehende
Bauteile aus Metall ist immer stärker gefragt. Hierbei kann diese Werkstoffklasse
bei einer 1 zu 1 Übernahme der bestehenden Bauteilgeometrie jedoch nicht ihr
volles Leistungspotenzial ausschöpfen,
weshalb der gesamte Werdegang eines
Produkts bzw. einer Produktentwicklung
faserkunststoffgerecht ausgelegt werden
muss.
Wir vermitteln Ihnen anhand eines Beispiels den Werdegang zweier Produkte
(Thermoplast Umformverfahren und Harzinjektionsverfahren)
Sie erhalten Einblick in die Entwicklung
von Faser-Kunststoff-Verbundbauteilen,
Lastenheften, Produktgestaltung, Berechung und Auslegung, Produktionstechnologie und Bauteilprüfung.
Verschaffen Sie sich den Überblick am 4.
November 2015 bei unserem Seminar
„Entwicklung eines Faserverbundbauteils“.
Link:
http://www.avk-tv.de/events.
13th World Pultrusion Conference – Aufruf
zur Vortragseinreichung
Die EPTA – European Pultrusion Technology Association bittet um Vortragseinreichungen zur 13th World Pultrusion Conference, die vom 3. – 4. März 2016 in Prag,
Tschechien, stattfindet. Diese Konferenz
ist die größte Veranstaltung in Europa im
Bereich Pultrusion. Die praxisorientierten
Präsentationen können z.B. nachfolgende Themenbereiche betreffen:
●Marktentwicklung in Europa, USA,
Asien
● Innovative Anwendungen
●Nachhaltigkeit: Technische Möglichkeiten, Recycling, etc.
● Rohmaterialien
○ Glasfaser-Entwicklung
○ Harzentwicklung
● Konstruktion / Prüfung / Berechnung
Die Vortragssprache ist Englisch. Senden
Sie Ihre Einreichung (Titel, Kurzfassung,
Vortragender und Adresse) bitte bis spätestens 16. Oktober 2015 an
[email protected]
Presserückfragen:
Ursula Zarbock
Telefon: +49 (0) 69 / 27 10 77 – 13
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20Werkstoffe 5/2015
Thema – Verbindungstechnik
Neue Verfahrenstechnologie – Kombination von
Flach-Clinchen mit modernen Klebstoffen
Dipl.-Ing. Thoralf Gerstmann1, M.Sc. Stephan
Lüder1, Prof. Dr.-Ing. habil. Birgit Awiszus1,
Dr.-Ing. habil. Frank Riedel2
1
Technische Universität Chemnitz, Professur
Virtuelle Fertigungstechnik
2
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik (IWU) Chemnitz
Innerhalb des Fachartikels werden aktuelle Untersuchungen zum Flach-ClinchKleben vorgestellt. Dieses Umformfügeverfahren ist besonders für Leichtbaukonstruktionen in Mischbauweise
geeignet, da es die Möglichkeit bietet,
eine Vielzahl verschiedener Materialien
zu fügen. Basierend auf dem Stand der
Technik werden experimentelle und numerische Untersuchungen zum konventionellen Flach-Clinchen von Metall-MetallVerbindungen sowie das neuentwickelte
Verfahren Flach-Clinch-Kleben präsentiert.
Ausgangssituation
Das Ziel moderner Fertigungs- und Produktkonzepte ist die Einsparung von Rohstoffen, Kosten und Energie sowohl bereits bei der Herstellung als auch bei der
späteren Nutzung von Produkten. Durch
den Einsatz aktueller Leichtbaustrategien
werden besonders im Automobilbereich
zunehmend verschiedene, an die jeweiligen Gewichts- und Festigkeitsanforderungen angepasster Werkstoffe verwendet [1]. Ein Problem dieses sogenannten
Material-Leichtbaus ist das zuverlässige
Fügen der verschiedenen Materialien.
So können konventionelle Technologien,
wie z. B. das Schweißen, nicht für die
Verbindung von Metallen und Kunststoff
verwendet werden. Weiterhin erfordern
thermische Fügeverfahren eine teilweise
aufwendige Vor- und Nachbereitung der
Schweißnaht und können zum Auftreten
von unerwünschten Effekten, wie z. B.
thermischer Verzug oder Gefügeveränderungen, führen. Vor diesem Hintergrund
gewinnen mechanische Fügeverfahren
zunehmend an Bedeutung.
Ein häufig in der Automobilindustrie eingesetztes mechanisches Fügeverfahren
ist das Clinchen. Hierbei werden zwei
oder mehr Bleche lokal umgeformt und
somit eine form- und kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Trotz der zahlreichen
Vorteile, wie z. B. Materialvielfalt, kurze
Taktzeiten und geringer Aufwand für die
Fügestellenvorbereitung, besteht der entscheidende Nachteil von Clinch-Verbindungen in der prozessbedingten matrizenseitigen Überhöhung der Fügestelle.
Aufgrund dieser Überhöhung können
Werkstoffe 5/2015
Abbildung 1: Verfahrensablauf des Flach-Clinchens
konventionelle Clinch-Verbindungen nicht
in Sichtbereichen (z. B. Außenhaut von
Fahrzeugen) oder Funktionsbereichen
(z. B. Dicht- oder Gleitflächen) eingesetzt
werden [2].
Neben den mechanischen Fügeverfahren
werden im Automobilbau auch zunehmend Klebverbindungen eingesetzt. Im
Vergleich zu den mechanischen punktförmigen Fügeverfahren weist das Kleben hierbei eine höhere Belastbarkeit
gegenüber schwingender und schlagartiger Beanspruchung sowie eine höhere
Verbindungsfestigkeit unter quasistatischer Scherzugbeanspruchung auf [3].
Nachteilig am Kleben ist jedoch die geringe Handhabungsfestigkeit des unausgehärteten Klebstoffs. Dies führt bei der
Herstellung der Produkte zu verlängerten
Taktzeiten, da die Bauteile bis zum vollständigen Aushärten der Klebschicht in
ihrer Lage zueinander fixiert werden müssen.
Um die Vorteile des mechanischen
Fügens und Klebens miteinander zu
verbinden, werden sogenannte Hybridfügeverfahren eingesetzt. Industrielle Anwendungen verwenden hierfür überwiegend die Fixiermethode, bei der in einem
ersten Schritt Klebstoff auf einen oder
beide Fügepartner aufgetragen wird.
Anschließend werden die Teile zueinander positioniert und mechanisch gefügt.
Aufgrund der mechanischen Verbindung
müssen die Bauteile nicht zusätzlich in
ihrer Lage fixiert werden, sondern können direkt weiterverarbeitet werden. Die
Aushärtung des Klebstoffs kann daher
in einem späteren Prozessschritt erfolgen. Weiterhin führt die Kombination
der klebtechnischen und mechanischen
Fügeverfahren zur Nutzung von Synergieeffekten hinsichtlich der Fertigung und
Eigenschaften der entstehenden Verbindungen, wodurch sich neue Verbindungsmöglichkeiten ergeben [3].
Flach-Clinchen
Das an der TU Chemnitz entwickelte und
patentierte Flach-Clinchen bietet die
Möglichkeit, artgleiche sowie artfremde
Werkstoffe in einem einstufigen Prozess
unmittelbar ohne zusätzliche Vorarbeiten
und Hilfselemente mechanisch miteinander zu verbinden. Im Gegensatz zum
konventionellen Clinchen wird anstelle
der formgebenden Matrize ein planer
Amboss als Gegenwerkzeug verwendet
und somit können einseitig ebene ClinchVerbindungen hergestellt werden (siehe
Abbildung 1).
Abbildung 2 stellt schematisch die Verbindungsquerschnitte sowie die geometrischen Kenngrößen (Hinterschnitt
f, Halsdicke tn, Restbodendicke tb und
Überhöhung p) einer konventionellen
Clinch-Verbindung und einer FlachClinch-Verbindung gegenüber. Während
des Flach-Clinchens wird der Werkstoff-
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Verbindungsquerschnitte:
a) konventionelle Clinch-Verbindung, b) Flach-Clinch-Verbindung
21
Abbildung 3: Multimaterialdesign: a) Stahl-Aluminium, b) Aluminium-Polystyrol, c) Aluminium-MDF
(mitteldichte Faserplatte), d) Kartonage-Kartonage
fluss gezielt gesteuert, sodass es innerhalb der Materialebene zur Ausbildung
eines für Clinch-Verbindungen charakteristischen Hinterschnittes zwischen den
Fügepartnern und dem daraus resultierenden Form- und Kraftschluss kommt.
Der entscheidende Vorteil der FlachClinch-Verbindungen ist die ambossseitige Ebenheit, die es ermöglicht, dieses
Fügeverfahren auch im Bereich von Sichtund Funktionsflächen einzusetzen.
Die numerische Analyse des Werkstoffflusses zeigt, dass innerhalb der Fügezone überwiegend Druckspannungen
vorherrschen. Aufgrund dieses Spannungszustandes können mittels FlachClinchens nicht nur Metall-Metall-Verbindungen hergestellt werden, sondern auch
zahlreiche Materialien gefügt werden, die
infolge ihrer Zugspannungsempfindlichkeit nicht mittels konventionellen Clinchens fügbar sind [2, 4, 5] (siehe Abbildung 3).
Flach-Clinch-Kleben
Zielsetzung
Ziel des Flach-Clinch-Klebens ist die Optimierung der Verbindungseigenschaften
durch die Ausnutzung der Vorteile der elementaren Fügeverfahren Flach-Clinchen
und Kleben. Aufgrund der großflächigen
Klebstoff-Zwischenschicht erfolgt eine
gleichmäßigere Spannungsverteilung im
Fügebereich und es werden somit die
Schwingfestigkeit und Verbindungssteifigkeit deutlich erhöht [3]. Weiterhin wird
der Fügespalt gegenüber Gasen und Flüssigkeiten abgedichtet. Zusätzlich kann
die beim Fügen von Metallen mit hoher
Potentialdifferenz auftretende Kontaktkorrosion durch die elektrochemische
Isolation der Fügepartner (KlebstoffZwischenschicht) vermieden werden. Die
Taktzeiten des konventionellen Klebprozesses können verkürzt werden, da die
mechanische Verbindung die Bleche in
ihrer Lage zueinander fixiert, sodass eine
zusätzliche Fixierung der Bauteile bis zur
vollständigen Klebstoffaushärtung entfallen kann. Weiterhin entlastet der mechanische Fügepunkt die Klebverbindung
gegenüber Schälbeanspruchung [3].
Stahl-Aluminium-Verbindung
Für die Untersuchung des Flach-ClinchKlebens von DC04 (stempelseitig, Blechdicke 1,0 mm) und EN AW 1050A (ambossseitig, Blechdicke 1,5 mm) wurde als
Klebstoff-Zwischenschicht der thermisch
aushärtende Strukturklebstoff Betamate
1620 der Firma Dow Automotive Systems verwendet. Nach der Herstellung
der Flach-Clinch-Klebverbindungen wurden die Proben einer Wärmebehandlung
(T = 180 °C, t = 30 min) unterzogen, um
den Einkomponenten-Epoxidharzkleber
auszuhärten.
In ersten experimentellen Versuchen
wurde der Klebstoff als 3 mm Raupe
appliziert. Während des Fügeprozesses
setzt der Niederhalter zeitlich vor dem
Stempel auf, dabei wird ein Teil des
Klebstoffs zwischen den Blechen eingeschlossen. Bei der anschließenden
Umformung kann das eingeschlossene
Klebstoffvolumen nicht weiter aus der
direkten Fügezone verdrängt werden, sodass es zur Entstehung von Klebstofftaschen kommt. Diese Taschen behindern
die Hinterschnittausbildung und führen
letztendlich zu einem Halsabriss und
damit zum Versagen der Flach-ClinchVerbindung (siehe Abbildung 4, links).
Anhand der experimentellen Vorversuche
wurde das Flach-Clinch-Kleben mithilfe der FEM-Software Simufact.forming
numerisch abgebildet und kalibriert
(Abbildung 4, rechts). Die Abweichung
zwischen Simulation und Experiment betrug hierbei sowohl für die Prozesskräfte
als auch die geometrischen Kenngrößen
Hinterschnitt, Halsdicke und Restbodendicke weniger als 10 %.
Aufbauend auf den Vorversuchen konnten die Einflussparameter auf das Fügeergebnis untersucht werden. Durch eine
gezielte Anpassung der Fügeparameter
(Stempelgeschwindigkeit, Werkzeug-Haltezeit und Niederhalterkraft) war es möglich, die Verteilung des Klebstoffs in der
Fügezone und somit die Ausbildung des
Hinterschnittes positiv zu beeinflussen.
Im Hinblick auf die minimale Ausbildung
der Klebstofftaschen hat sich der homogene Klebstoffauftrag mit einer Schichtdicke von 75 µm als vorteilhaft erwiesen.
Die dünne Klebstoffschicht wird während
der Umformung aus der direkten Fügezone verdrängt. Es kommt zur Ausbildung
minimaler Klebstofftaschen, die jedoch
lediglich einen geringen Einfluss auf die
Verbindungskennwerte Halsdicke und
Hinterschnitt besitzen. Der kombinierte
Einsatz von experimentellen und numerischen Untersuchungen ermöglichte es
somit, hochwertige Flach-Clinch-Klebverbindungen herzustellen (Abbildung 5).
Um die Verbindungseigenschaften der
hybriden Flach-Clinch-Klebverbindungen
im Vergleich zu konventionellen FlachClinch-Verbindungen zu beurteilen, wurden Scher- und Kopfzugversuche nach
DIN EN ISO 12996 bzw. DIN ISO 16237
durchgeführt. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die hierbei erzielten Verbindungsfestigkeiten. Die in Klammern angegebenen prozentualen Veränderungen
beziehen sich jeweils auf die elementare
Flach-Clinch-Verbindung ohne KlebstoffZwischenschicht.
Die Auswertung der Tabelle 1 zeigt,
dass der unausgehärtete Klebstoff die
Verbindungsfestigkeit der Flach-ClinchVerbindung beeinflusst. Im Falle einer
Kopfzugbelastung wirkt der Klebstoff wie
eine Art Schmiermittel und es kommt
zum Ausknöpfen der Verbindung. Die
Scherzugkraft wird hingegen aufgrund
der geringeren Abstreckung im Halsbereich der Verbindung geringfügig erhöht.
Nach dem vollständigen Aushärten des
Klebstoffs ist die Beanspruchbarkeit der
Flach-Clinch-Verbindung sowohl gegen
Kopfzug- als auch gegen Scherzugbelastung deutlich erhöht. Der Vergleich der
Verbindungsfestigkeit der elementaren
Klebverbindung und der vollständig ausgehärteten Flach-Clinch-Klebverbindung
Abbildung 4: Halsabriss bei Applikation einer 3 mm Klebstoff-Raupe: Gegenüberstellung Experiment
und Simulation (Oberblech DC04, t = 1,0 mm; Unterblech EN AW 1050A, t = 1,5 mm; Stempeldurchmesser 5 mm; Restbodendicke 0,35 mm)
22Werkstoffe 5/2015
Abbildung 5: Flach-Clinch-Klebverbindung: Gegenüberstellung Experiment und Simulation (Oberblech
DC04, t = 1,0 mm; Unterblech EN AW 1050A t = 1,5 mm; Klebstoffschichtdicke 75 µm; Stempeldurchmesser 5 mm; Restbodendicke 0,35 mm)
Verbindungstyp
Kopfzugkraft [N]
Scherzugkraft [N]
590
1.706
Flach-Clinch-Klebverbindung
(unausgehärtet)
358 (-39,3 %)
1.846 (+8,2 %)
(ausgehärtet)
1.358 (+130,2 %)
5.376 (+215,1 %)
Elementare Klebverbindung
(ausgehärtet)
1.020
5.104
Elementare Flach-Clinch-Verbindung
Tabelle 1: Mechanische Eigenschaften von konventionellen und hybriden Flach-Clinch-Verbindungen
zeigt, dass die finale Festigkeit (Gebrauchsfestigkeit) überwiegend aus der
Klebverbindung resultiert. Dennoch trägt
die zusätzliche mechanische Verbindung
zu einer Steigerung der Kopfzugkraft um
33,1 % und der Scherzugkraft um 5,3 %
bei.
Erweiterung des Anwendungsgebietes
Aktuelle Untersuchungen beschäftigen
sich mit der Erweiterung des Anwendungsgebietes des Flach-Clinch-Klebens.
So soll bspw. durch die Verwendung unterschiedlicher metallischer Werkstoffe
der Festigkeitseinfluss der Grundwerkstoffe auf die Klebstoffverdrängung und
die damit verbundene Ausbildung der
Klebstofftaschen während des Fügens
ermittelt werden. Weiterhin werden Klebstoffe mit unterschiedlichem Fließverhalten (Viskositäts-Scherraten-Kennlinien)
untersucht. Hierfür werden u.a. Zweikomponenten-Klebstoffe verwendet, wie
sie typischerweise für Reparaturanwendungen im Automobilbau eingesetzt werden. Tabelle 2 zeigt die erzielbaren Festigkeitssteigerungen für die Kombination
von zwei Blechen aus EN AW 1050A mit
einer Ausgangsdicke von 1,0 mm (stempelseitig) bzw. 1,5 mm (ambossseitig)
und dem 2K-Klebstoff Teroson EP 5055
(Henkel AG & Co. KGaA) als KlebstoffZwischenschicht. Die in Klammern angegebenen prozentualen Veränderungen
beziehen sich jeweils auf die elementare
Flach-Clinch-Verbindung.
Die Auswertung der Tabelle 2 zeigt ein
ähnliches Verhalten wie für den Klebstoff
Betamate 1620. Im Vergleich zur konventionellen Flach-Clinch-Verbindung führt
der unausgehärtete Klebstoff zu einer
Verringerung der Kopfzugkraft, während
die Scherzugkraft geringfügig erhöht
wird. Nach der vollständigen Aushärtung
des Klebstoffs ist die Beanspruchbarkeit der Flach-Clinch-Verbindung sowohl
gegen Kopfzug- als auch gegen Scherzugbelastung signifikant erhöht. Ebenso
resultiert die Gebrauchsfestigkeit der
vollständig ausgehärteten Flach-ClinchKlebverbindung überwiegend aus der
Klebverbindung. Gegenüber der elementaren Klebverbindung führt die zusätzliche mechanische Verbindung zu einer
Steigerung der Kopfzugkraft um 54,1 %
und der Scherzugkraft um 6,1 %.
Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften von konventionellen und hybriden Flach-Clinch-Verbindungen
Verbindungstyp
Elementare Flach-Clinch-Verbindung
Kopfzugkraft [N]
Scherzugkraft [N]
244
530
(unausgehärtet)
163 (-33,2 %)
579 (+9,2 %)
(ausgehärtet)
655 (+168,4 %)
3.009 (+467,7 %)
Elementare Klebverbindung
(ausgehärtet)
425
2.835
Werkstoffe 5/2015
Zusammenfassung
Mithilfe des Flach-Clinchens können
sowohl artgleiche als auch artfremde
Werkstoffe in einem einstufigen Prozess
unmittelbar ohne zusätzliche Vorarbeiten und Hilfselemente gefügt werden. Im
Gegensatz zum konventionellen Clinchen
ist die Flach-Clinch-Verbindung einseitig
komplett eben, sodass dieses Fügeverfahren auch im Bereich von Sicht- und
Funktionsflächen eingesetzt werden
kann. Weiterhin können aufgrund des
vorherrschenden
Druckspannungszustandes nicht nur Metall-Metall-Verbindungen hergestellt werden, sondern auch
zahlreiche Materialien gefügt werden, die
infolge ihrer Zugspannungsempfindlichkeit nicht mittels konventionellen Clinchens fügbar sind.
Durch den kombinierten Einsatz mit
Klebstoff können die Verbindungseigenschaften von Flach-Clinch-Verbindungen
weiter verbessert werden. So weisen diese Hybridfügeverbindungen eine höhere
Belastbarkeit gegenüber schwingender
und schlagartiger Beanspruchung sowie
eine höhere Verbindungsfestigkeit unter
quasistatischer Kopf- und Scherzugbeanspruchung auf. Nach dem Fügen wird
die Handhabungsfestigkeit bis zum Aushärten des Klebstoffs durch die mechanische Verbindung der Bleche erzielt. Somit kann die Taktzeit verkürzt werden und
die Bauteile direkt weiterverarbeitet werden. Die endgültige Gebrauchsfestigkeit
der Verbindung wird nach dem vollständigen Aushärten des Klebstoffs erreicht.
Um eine größtmögliche Flexibilität im Fertigungsprozess zu gewährleisten, wurde
bei der Verfahrensentwicklung darauf
geachtet, dass sowohl Flach-Clinch-Verbindungen mit als auch ohne KlebstoffZwischenschicht mit demselben Werkzeugsatz herstellbar sind.
Danksagung
Das Forschungsvorhaben wurde mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Für diese Förderung danken die Autoren.
Literatur
[1]Kienzle, S.: Leichtbau bei Mercedes-Benz.
Leichtbau-Gipfel 2015. Würzburg, 2015.
[2]Gerstmann, T.; Awiszus, B.: Recent developments in flat-clinching. In: Computational Materials Science 81 (2014), S. 39–44.
[3]Merkblatt DVS/EFB 3450‑1: Hybridfügen –
Clinchkleben – Stanznietkleben – Überblick.
Düsseldorf: Verlag für Schweißen und verwandte
Verfahren DVS-Verlag GmbH, 2007.
[4]Beyer, U.: Multi-Material-Fügen mittels FlachClinch-Technologie. Dissertation. Technische Universität Chemnitz, 2012.
[5]Lüder, S.; Gerstmann, T.; Awiszus, B.: Innovative Fügetrends: Flach-Clinchen. In: wt Werkstatttechnik online 10/104 (2014), S. 625–630.
23
Lötgerechte Prozessauslegung zur Sandwichherstellung
Autoren: Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter
Groche, M. Sc. Arne Mann
Motivation und Zielsetzung
Leichtbau ist Gegenstand der Forschung
mit dem Ziel eines verantwortungsvollen
Umgangs mit Ressourcen. Hierbei sind
Gewichts-, aber auch Materialeinsparungen als Vorteile zu nennen. Bei auftretender Biegebeanspruchung werden
diese Vorteile wirkungsvoll durch den
Einsatz von Sandwichstrukturen umgesetzt. Sandwichstrukturen erhalten ihre
hohe gewichtsspezifische Biegesteifigkeit, indem dehnsteife Materialien in
den hochbelasteten Außenschichten der
Struktur angeordnet werden. Der für ein
hohes Biegewiderstandsmoment nötige Abstand der Deckbleche kann durch
Abstandshalter oder Füllstoffe erreicht
werden. Bei der vorliegenden Sandwichstruktur (Abbildung 1 a) wird der Deckschichtabstand durch kragengezogene
Verbindungselemente (Abbildung 1 b)
eingestellt. Mit der vorliegenden Bauweise kann ohne zusätzlichen Werkstoff die
ertragbare Maximalkraft im 3-Punkt-Biegeversuch mehr als verdoppelt werden.
Prozessbeschreibung
Der Herstellungsprozess der Sandwichstruktur untergliedert sich in fünf Arbeitsschritte. Er beginnt mit der Vorlochherstellung. Beide Deckbleche weisen das
gleiche Lochbild auf. Als Folgeschritt werden aus den Vorlöchern Kragen gezogen.
Diese weisen, spezifisch für oberes und
unteres Deckblech, einen unterschiedlichen Durchmesser auf. So können in
einem weiteren Arbeitsschritt, nach dem
Ausrichten beider Bleche zueinander, die
Kragen ineinander gefügt werden (Abbil-
dung 1 b). Als letzter Schritt wird ein Lotformling in die Kragenverbindung eingelegt. Der Lotformling und die Fügestelle
können durch unterschiedliche Verfahren
erwärmt und so die Lötverbindung hergestellt werden. Im Rahmen des Projektes
wird die Lötverbindung unter anderem
durch das Induktionslöten und das Ofenlöten herstellt.
Lötgerechte Auslegung des
Kragenziehens
Das Kragenziehen ist in der VDI Richtlinie 3359 als „Fertigungsverfahren zur
Herstellung von Blechdurchzügen durch
Zugdruckumformen mit Stempel und
Ziehring zum Aufstellen von geschlossenen Rändern an ausgeschnittenen
Öffnungen“ beschrieben [1]. Dabei dringt
der Stempel in ein durch Bohren hergestelltes Vorloch ein und weitet dieses
auf den Zieldurchmesser auf. Durch das
Aufweiten des Vorlochs nimmt die Blechdicke mit zunehmender Kragenhöhe ab.
Als prozessbeschreibende Größe wird
das Aufweitverhältnis verwendet [1]. Dies
beschreibt den Quotienten von Kragendurchmesser zu Vorlochdurchmesser. Als
Werkstoff kommt DC01 der Blechdicke
0,88 mm zum Einsatz. Die Vorlöcher werden gebohrt und ermöglichen auf diese
Weise ein größeres Grenzziehverhältnis
als durch Stanzen, da eine geringere Materialbeeinflussung vorliegt. In dem vorliegenden Fall können Aufweitverhältnisse
bis zu 3,8 erreicht werden.
Die für Untersuchungszwecke hergestellte Sandwichstruktur weist einen
Deckschichtabstand von 10 mm auf.
Der Abstand der Deckschichten ist durch
Kragen möglichst kleinen Durchmessers
realisiert, um das Sandwich für eine
breite Nutzung zu qualifizieren. Aus dem
Ineinanderstecken der Kragen resultiert
eine Überlappung von oberem und unterem Deckblech. Diese Überlappung
dient als Verbindungsfläche zwischen
oberem und unterem Deckblech. Die eingesetzte Lötverbindung soll mindestens
die Werkstofffestigkeit der Deckbleche
aufweisen. Rechnerisch reicht eine Überlappungslänge in Höhe der Blechdicke
aus, um die geforderte Tragfähigkeit zu
erreichen. Um sicherzustellen, dass die
Tragfähigkeit ausreichend hoch ist, wird
die doppelte Blechdicke (1,76 mm) als
Überlappung angestrebt. Ein weiteres
Ziel ist es, eine lötgerechte Fügestelle zu
erhalten (Abbildung 1 c)). Lötgerecht bedeutet in diesem Sinne, dass der Lötspalt
maximal 0,2 mm betragen darf. Auf diese
Weise reicht der kapillare Fülldruck aus,
um beim Einsatz von Flussmittel eine
vollständige Spaltfüllung zu erreichen
[2, S. 66]. Gelötet wird, wie vorangehend
beschrieben, mit eingelegten Lotformlingen. Als Lot wird zu Versuchszwecken
aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur Ag 155 (DIN EN ISO 17672:2010)
verwendet. Des Weiteren muss der verwendete Lotformling vollständig am Lötspalt anliegen, damit sich der kapillare
Druck aufbauen kann. Der Lötspalt sollte
parallel verlaufen oder verengend gestaltet werden, um eine vollständige Füllung
zu erreichen. Einfache geometrische
Größen, wie die Kragenhöhe können in
Grenzen durch empirische Gleichungen
bestimmt werden. Genaue geometrische
Aussagen bzgl. des Lötspalts können auf
diese Weise aber nicht getroffen werden. Aus diesem Grund wurde für die
Auslegung des Lötspalts auf eine FiniteElemente Berechnung zurückgegriffen.
Das Ergebnis der Auslegung der FE-Berechnung mit den oben beschriebenen
Zielen ist in Abbildung 1 c in einem axi-
Abbildung 1: a) Isometrische Ansicht der Sandwichstruktur, b) Schnittansicht durch eine Kragenverbindung, c) Ergebnis der Simulation des Kragenziehens
sowie der Kragenverbindung, d) Schliffbild einer Kragenverbindung
24Werkstoffe 5/2015
alsymmetrischen Schnitt dargestellt. Für
die Fügestelle wurden zwei Kragenziehprozesse und Kragengeometrien ausgelegt. Der Ziehspalt, der sich zwischen
Stempel und Matrize befindet, beträgt 80
Prozent der Blechdicke. Auf diese Weise
wird das Blech zusätzlich zum Kragenziehen abgestreckt und der Kragen erhält
einen größeren zylindrischen Anteil. Des
Weiteren wurde der Durchmesser des
äußeren Kragens variiert, um eine Fügelänge von etwa 1,76 mm zu erreichen.
Die Fügelänge wurde anhand einer den
einzelnen Kragenziehprozessen nachgelagerten Simulation des mechanischen
Fügevorgangs ermittelt. Der innere Kragen ist hierbei fixiert. Der zweite äußere
Kragen wird auf den inneren Kragen axial
aufgeschoben. Als Zielgrößen wurden der
Deckschichtabstand und die Fügekraft
untersucht. Durch die Abbildung des
Fügevorgangs konnte der resultierende
Lötspalt ausgewertet werden (Abbildung
1 c).
Bei dem Einsatz von Flussmittel muss das
Lot das Flussmittel aus dem Lötspalt verdrängen. Um dies zu unterstützen, wird
zwischen innerem und äußerem Kragen
ein punktueller Pressverband erzeugt.
Dieser Pressverband fixiert das obere
und untere Deckblech zueinander und
gibt für das Flussmittel über dem Umfang
Spalte in dem Bereich, in dem der äußere auf dem inneren Kragen sitzt, frei. Auf
diese Weise kann durch die Vorfixierung
der Struktur das Flussmittel aus dem
Spalt verdrängt werden und zusätzlich
eine verbesserte Handhabung der Struktur, durch eine für diesen Zweck ausreichende Stabilität, gewährleistet werden
(Abbildung 1 d).
Zum Löten der kragengezogenen Verbindungselemente kommt unter anderem
das Induktionslöten zum Einsatz. Zu diesem Zweck wird ein Induktor im Inneren
der Verbindung positioniert. Der Induktor erwärmt durch ein alternierendes
magnetisches Außenfeld die Fügestelle
und erstellt die Lötverbindung. Durch
den Einsatz eines Induktors kommt es
im Vergleich zum Ofenlöten zu einer lokalen Erwärmung der Sandwichstruktur.
Demzufolge liegt eine geringe Wärmebeeinflussung des Gefüges der zu fügenden
Kragen vor.
Fazit und Ausblick
Durch eine FE unterstützte Auslegung
der Verbindungsstelle, kann eine dem
Lötprozess gerechte Auslegung des Kragenziehprozesses durchgeführt werden.
Die Kragenziehprozesse erzeugen Kragen mit Formen, die mit Hilfe von Lotformlingen verlötet werden können. Die
Übereinstimmung der Auslegung gegenüber der Auswertung der Schliffbilder,
sind in Abbildung 1 c und d dargestellt.
In der 3-Punkt-Biegeprüfung konnte der
Nachweis für die gewünschte Festigkeit
erbracht werden.
Bei der 3-Punkt-Biegeprüfung kommt
es zu einem strukturellen Versagen der
Sandwichstruktur, wobei die Lötverbindungen trotz Ovalisierung keine augenscheinliche Schädigung aufweisen. Die
Ovalisierung ist eine Folge der Biegebeanspruchung. Die Biegebeanspruchung
führt zu einer einseitigen Längung der
Sandwichstruktur zwischen den Auflagern. Die Kragenverbindungen stellen
hoch steife Bereiche der Sandwichstruktur dar und eignen sich besonders für die
Krafteinleitung. Im Gegensatz hierzu stehen die Zwischenbereiche zwischen den
Kragenverbindungen. Bei der geprüften
Biegebeanspruchung stellt sich in diesen
Bereichen die größte Verformung ein.
Die Kragenverbindung ermöglicht eine
punktuelle Verbindung der beiden Deckschichten. Die Anordnung der Kragenverbindungen ermöglicht eine auf den Belastungsfall optimierte Struktur.
Im Vergleich zu der Biegeprüfung zweier
fest verbundener Deckschichten kann
die Steifigkeit um den Faktor 4,4 sowie
die ertragbare Maximalkraft verdoppelt
werden. Als weitere Fügemöglichkeit wird
die Herstellung eines Pressverbands zwischen den einzelnen Kragen einer Verbindung als Alternative zur Lötverbindung
untersucht. Diese Möglichkeit bietet eine
vielversprechende Alternative aufgrund
des geringeren Vor- und Nachbereitungsaufwands.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben 17933N der Forschungsvereinigung Europäischen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. wurde über die AiF im Rahmen
des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)
vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie aufgrund eines Beschlusses
des Deutschen Bundestages gefördert.
Für die Unterstützung im Rahmen des
Projektes dankt das PtU der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF),
der Europäischen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. und den
nachstehenden Projektpartnern: Graepel
Seehausen GmbH und Co. KG, Haulick
& Roos GmbH, Innobraze GmbH, KGW
GmbH & Co. KG, Simufact Engineering
GmbH und TOX PRESSOTECHNIK GmbH
& Co. KG.
Literatur
[1]VDI, VDI-Richtlinie – VDI3359 – Kragenziehen, Blechdurchzüge.
[2]H.-J. Peter, Induktionslöten: Grundlagen, Anlagentechnik, Induktoraufbau, effektive Löttechnologien ; mit 11 Tabellen. Renningen: expert,
2011.
Technische Universität Darmstadt
Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PtU)
Otto-Berndt-Straße 2, 64287 Darmstadt
Tel. +49 6151-16-3056
Fax +49 6151-16-3021
Internet: http://www.ptu.tu-darmstadt.de
Die Steigerwald Strahltechnik GmbH in Maisach gehört zusammen mit den Firmen PTR
Präzisionstechnik GmbH in Langenselbold und PTR Precisions Technologies Inc. in Enfield
(USA) zur GBT (Global Beam Technologies) AG.
Dieser Maschinentyp ist ein universelles Konzept zur Lösung der verschiedensten
Schweißaufgaben. Mechanisch und elektrisch ist die gesamte Ausstattung der Maschinen
modular gegliedert. Die Ausstattung und Kammergröße ist variierbar. Eingesetzt werden
die Niederspannungsgeneratoren (60 kV) der Baureihe MOBILGEN. Das Werkstück wird
in die Kammer mittels Längsschlitten eingefahren. Die Schweißung erfolgt durch das
Verfahren des Elektronenstrahl-Generators und des Längsschlittens.
Haupteinsatzgebiet der Kammermaschinen vom Typ EBOMOVE ist die Einzelbearbeitung
großer und schwerer Werkstücke mit unterschiedlichen Schweißnahtgeometrien bzw.
Bearbeitungszonen.
Steigerwald Strahltechnik GmbH
Emmy-Noether-Straße 2, 82216 Maisach, Tel. +49 8141 3535-0, Fax: +49 8141 3535-215
Email: [email protected], www.steigerwald-eb.de
Werkstoffe 5/2015
25
Thema – Kunststoffe
Wahl des Kühlschmierstoffkonzeptes als Schlüssel zum Erfolg
Untersuchungen zur Analyse des Einflusses des Kühlschmierstoffkonzeptes beim
Einlippentiefbohren von thermoplastischen Kunststoffen
von: Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann und Dipl.-Ing.
Marko Kirschner
Technische Kunststoffe halten durch
ihre einzigartige Vielseitigkeit ihrer Materialeigenschaften gepaart mit einer
hohen Ressourcen-, Öko-, Energie- und
Kosteneffizienz immer stärkeren industriellen Einzug. Dabei finden sich mittlerweile breite Anwendungsfelder im Fahrzeugbau, der Energie-, Mikrosystem- und
Medizintechnik sowie im Förderwesen
und im allgemeinen Maschinenbau [1,2].
Die Herstellung zahlreicher Produkte aus
thermoplastischen Kunststoffen erfolgt
mit Hilfe von ur- und umformenden Fertigungsverfahren. Bestehen jedoch gesteigerte Anforderungen an die Maß- und
Formtoleranzen sowie die Oberflächengüte der Produkte oder aber handelt es sich
um geometrisch komplexere Bauteile in
geringen Stückzahlen, rücken spanende
Fertigungsverfahren in den Fokus. Diesbezüglich wird aktuell am Institut für
Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund in einem
von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt das
Einlippentiefbohren thermoplastischer
Kunststoffe näher erforscht. Ein klassisches industrielles Anwendungsbeispiel
für das Einlippentiefbohren von technischen Kunststoffen ist die Herstellung
von Förder-, Dosier- und Transportschnecken für den Gütertransport im Lagerwesen. Diese Förder-, Dosier- und Transportschnecken werden über die komplette
Länge zentrisch mit einer Tiefbohrung
versehen und über diese im späteren
Einsatz gelagert [3]. Mit Blick auf die Prozessgestaltung spanender Bearbeitungsverfahren stellen dabei insbesondere die
extrem niedrigen Schmelz- und Zersetzungstemperaturen eine große Herausforderung dar. Darüber hinaus nimmt
beim Einlippentiefbohren die Spanbildung einen wesentlichen Einfluss auf die
Prozessstabilität und die resultierende
Bohrungsqualität. Die Abfuhr der Späne
erfolgt beim Einlippentiefbohren einzig
und allein durch den Kühlschmierstoff
als Trägermedium und nicht wie beim
Wendelbohren durch die zusätzliche Förderwirkung der gewendelten Spannuten
nach dem Prinzip der Archimedischen
Schraube. Der Kühlschmierstoffmenge
und dem Kühlschmierstoffdruck kommen daher beim Einlippentiefbohren von
thermoplastischen Kunststoffen mit Blick
Abbildung 1: Experimenteller Versuchsaufbau
auf die Abfuhr der Prozesswärme und der
an der Werkzeugschneide produzierten
Späne eine besondere Bedeutung zu.
Die Nassbearbeitung einiger technischer
Kunststoffe wie z. B. Polyamid ist jedoch
aufgrund der Löslichkeit und Neigung
zum Aufquellen problematisch [2]. Zudem werden Prozesse unter konventioneller Kühlschmierstoffversorgung durch
den zunehmenden Kostendruck und das
Umweltbewusstsein industrieller Unternehmen häufiger kritisch betrachtet. Abhängig vom zu bearbeitenden Werkstück,
der Produktionsstruktur und dem Produktionsstandort liegt der prozentuale Anteil
für den Einsatz von Kühlschmierstoff
(KSS) bei 7 – 17 % der gesamten Fertigungskosten eines Werkstückes. Durch
eine Trockenbearbeitung bzw. den Einsatz einer Minimalmengenschmierung
(MMS) können große Kostenfaktoren,
unter anderem mit Blick auf die Pflege,
Überwachung, Wiederaufbereitung und
Entsorgung von Kühlschmierstoffen entfallen [4,5]. Ziel dieser experimentellen
Untersuchungen ist die Überprüfung, ob
die kosten- und umweltbedingten Vorteile
der Trockenbearbeitung und der MMS
auch beim Einlippentiefbohren von thermoplastischen Kunststoffen genutzt werden können und somit eine Alternative
zur Überflutungsschmierung bieten.
Experimentelle Randbedingungen
Die experimentellen Untersuchungen
werden auf einem Tiefbohrbearbeitungs-
zentrum der Fa. Ixion vom Typ TLF 1004
durchgeführt. Das Maschinenkonzept
wird über einen geschlossenen KSSKreislauf samt Druckregulierung mit
dem notwendigen Kühlschmierstoff versorgt. Als KSS-Konzepte kommen eine
Überflutungs- sowie eine Minimalmengenschmierung jeweils mittels innerer
Kühlschmierstoffzufuhr wie auch zur
direkten Gegenüberstellung die Trockenbearbeitung zum Einsatz. Dabei wurde
die Überflutungsschmierung mit einem
KSS-Druck von pKSS =. 60 bar und einem
Volumenstrom von V = 20 l/min eingesetzt. Bei Einsatz der Minimalmengenschmierung wurde ein Luft-Aerosol-Druck
von pMMS =. 15 bar und ein Volumenstrom von V = 50 ml/h eingestellt. Die
Messung der Zerspankraft und des Bohrmoments erfolgt werkzeugseitig mittels
eines 4-Komponenten-Rotationsdynamometers der Firma Kistler. Die Aufnahme
des thermischen Belastungskollektivs
erfolgte werkstückseitig durch insgesamt
sechs Thermoelemente, welche radial in
einem Abstand von 0,2 mm zur Bohrungswand eingebracht sind. Bei den Untersuchungen wird das Bohrwerkzeug über
eine Bohrbuchse im Anbohrvorgang geführt (Abbildung 1). Die Untersuchungen
konzentrieren sich auf einen Werkzeugdurchmesser von d = 12 mm und ein
Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis
von
l/D = 30. Der eingesetzte Einlippenbohrer wies einen für diesen Werkzeugdurchmesser üblichen Standardanschliff mit
Einstellwinkeln an der Innenschneide von
Κ1 = 110° und an der Außenschneide
26Werkstoffe 5/2015
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28/05
Amorphes Polyethylenterefthalat (PET)
Dichte ρ in kg/dm³
1,7
Gleitreibungszahl µ
0,3
Bruchdehnung A in %
15
Schmelztemperatur TS in °C
245
Glasübergangstemperatur TG
in °C
70
E-Modul E in MPa
Kugeldruckhärte in N/mm2
3.500
170
Wärmeleitfähigkeit λ in
W/(K•m)
0,29
Tabelle 1: Materialeigenschaften des eingesetzten PET
von Κ2 = 60° sowie die Umfangsform G
auf [6]. Die Wahl der Schnittdaten basierte auf den Erkenntnissen vorangegangener Untersuchungen. Es wird eine
Parameterkombination aus einer Schnittgeschwindigkeit von vc = 100 m/min und
einem Vorschub von f = 0,1 mm/U betrachtet.
In den Untersuchungen zur Analyse des
Einflusses des Kühlschmierstoffkonzeptes auf das thermomechanische Belastungskollektiv beim Einlippentiefbohren von technischen Kunststoffen kam
der amorphe Thermoplast Polyethylenterefthalat (PET) zum Einsatz (Tabelle 1).
Polyethylenterefthalat kommt aufgrund
seiner sehr guten Dimensionsstabilität,
der hohen Verschleißbeständigkeit und
den vorteilhaften Gleiteigenschaften insbesondere bei hoch belasteten Gleitelementen, eng tolerierten Maschinenteilen
und Lager- und Übertragungselementen,
wie z. B. Wendegruppierschnecken, zum
Einsatz.
Darstellung der Versuchsergebnisse
In Abbildung 2 ist das thermomechanische Belastungskollektiv in Abhängigkeit des gewählten KSS-Konzeptes
dargestellt. Neben den Vorschubkräften
Fz und den Bohrmomenten MB sind die
maximal gemessenen Temperaturen an
der Bohrungswand TBW,max gegenübergestellt. Es fällt auf, dass sowohl bei der
Trockenbearbeitung (TBW,max = 338°C)
als auch bei der Minimalmengenschmierung (TBW,max = 311°C) deutlich erhöhte
Temperaturen aufgetreten sind. Die gemessenen Maximaltemperaturen übersteigen die Schmelz- (TS = 245°C) und
Zersetzungstemperatur (Tz = 300°C)
des eingesetzten Thermoplasten PET.
Grund dafür ist zum einen die unzureichende Kühl- und Schmierwirkung der
alternativen Kühlschmierstoffkonzepte.
Infolge dessen wird nicht genug Wärme aus der Wirkzone abgeführt und es
kommt zu erhöhten Reibvorgängen in
den sekundären Scherzonen sowie zwischen Werkzeug und Bohrungswand. Des
Weiteren bilden sich bedingt durch die
abnehmende Festigkeit mit steigender
Temperatur längere Späne aus. Aufgrund
der nicht vorhandenen oder stark reduzierten Spülwirkung bei der Trocken- und
MMS-Bearbeitung verklemmen sich die
Späne zwischen Werkzeugsicke und Bohrungswand und ziehen mit zunehmender
Bohrtiefe steigende mechanische Werkzeugbelastungen nach sich. Zusätzlich
kommt es durch die Reibung der Späne
zu einem Temperaturanstieg an der Bohrungswand. Lediglich die Bearbeitung
mittels Überflutungsschmierung lieferte Temperaturen deutlich unterhalb der
Schmelztemperatur von PET. Die maximale Bohrungswandtemperatur beim
Einsatz einer Überflutungsschmierung
betrug TBW,max = 28°C. Bei Betrachtung
der Vorschubkräfte FZ und der Bohrmomente MB ist die oben genannte Tendenz
für die unterschiedlichen KSS-Konzepte
ebenfalls erkennbar. Sowohl die Vorschubkraft als auch das Bohrmoment fallen mit Erhöhung des KSS-Durchsatzes
ab. Insbesondere bei der Minimalmengenschmierung sind teilweise sehr große
Streuungen zu beobachten. Grund dafür
ist eine hohe Anzahl an Spanklemmer,
deren Häufigkeit mit zunehmender Bohrtiefe zunimmt. Die in Abbildung 3 darge-
stellten Späne zeigen einen deutlichen
Einfluss des Kühlschmierstoffkonzeptes auf den Spanbildungsprozess. Bei
Einsatz einer Überflutungsschmierung
unter Zuführung von Tiefbohröl mit
pKSS = 60 bar bilden sich kurze Wendelspäne, die sich gut aus der Wirkzone
abtransportieren lassen. Unter Verwendung einer Minimalmengenschmierung
mit pMMS = 12 bar bilden sich hingegen
ungewendelte Späne mit einem Sägezahnmuster aus. Aufgrund der hohen
Temperaturen in der Wirkzone kommt es
vermehrt zum Aufschmelzen und Verkleben der Späne untereinander. Hierdurch
entstehen zum Teil Spanformen, die sich
nur schwer bis hin zu gar nicht aus der
gefertigten Bohrung abtransportieren lassen. Bei der Trockenbearbeitung wurde
das zerspante Material in Folge der deutlich überschrittenen Schmelz- und Zersetzungstemperaturen des PET vollständig
aufgeschmolzen. Bei Verwendung der
Trockenbearbeitung kam es ab einer
Bohrtiefe von lt = 160 mm vermehrt zu
Prozessstörungen, welche sich anhand
starker Ausschläge in den Messschrieben
der mechanischen Werkzeugbelastungen
Fz und MB nachweisen lassen. Bei der
Minimalmengenschmierung
traten
Spanklemmer ab einer Bohrtiefe von
lt = 190 mm (lt/D = 15) auf. Neben der
Gefährdung der Prozesssicherheit und
einem negativen Einfluss auf die Oberflächengüte, tritt zusätzlich ein verstärkter
Werkzeugverschleiß in Form von Materialanhaftungen und -aufschmelzungen
auf. Abbildung 4 zeigt die Verschleißzustände der Einlippenbohrer bei Einsatz
unterschiedlicher Kühlschmierstoffkonzepte.
Abbildung 2: Thermomechanisches Belastungskollektiv unter Verwendung verschiedener KSS-Konzepte
28Werkstoffe 5/2015
gesteigerten Schnittdaten moderate Prozesstemperaturen, wodurch Werkzeugaufschmierungen unterbunden und eine
homogene und prozesssichere Spanbildung erzielt wird. Zusammenfassend ist
zur Erzielung einer hohen Bohrungsqualität beim Tiefbohren von technischen
Kunststoffen der Einsatz einer Überflutungsschmierung unabdingbar.
Danksagung
Abbildung 3: Einfluss des KSS-Konzeptes auf den Spanbildungsprozess
Das unter Überflutungsschmierung eingesetzte Werkzeug weist dabei keine
sichtbaren Verschleißerscheinungen auf.
Bei den Werkzeugen, die ohne Betriebsstoff und mit Minimalmengenschmierung
eingesetzt wurden, sind großflächige
Ablagerungen und Aufschmierungen
des eingesetzten PET auf der Frei- und
Spanfläche sowie dem Werkzeugumfang
zu erkennen. An den Schneidkanten der
Werkzeuge ist dagegen unabhängig vom
verwendeten KSS-Konzept, begünstigt
durch die sehr geringe Materialfestigkeit,
kein abrasiver Verschleiß zu erkennen.
Abbildung 5 zeigt die erzeugten Oberflächentopografien sowie jeweils einen
Querschnitt der Bohrungen nach Einsatz der verschiedenen KSS-Konzepte.
Es ist deutlich zu erkennen, dass sowohl
bei der Trockenbearbeitung als auch
bei der Minimalmengenschmierung
die Schmelztemperatur des Werkstoffs
TS = 245°C überschritten wird. Infolgedessen sind über die gesamte Bohrungslänge aufgeschmolzenes Material und Aufschmierungen im Quer- und
Längsschliff zu erkennen. Die unter
Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung erzeugten Bohrungen
weichen deutlich von der geforderten
Geometrie ab. In den Untersuchungen
konnte lediglich die Bohrungsbearbeitung mittels Überflutungsschmierung
zufriedenstellende Form- und Maßtoleranzen sowie Oberflächenqualitäten er-
Abbildung 4: Werkzeugverschleiß in Anhängigkeit vom eingesetzten KSS-Konzept
Werkstoffe 5/2015
zielen. Die unter Überflutungsschmierung
produzierten Durchmesser- und Rundheitsabweichungen lagen bei Da = -0,059
mm bzw. TK = 0,027 mm. Der gemessene
Mittenverlauf über die Bohrungstiefe von
lt = 360 mm betrug ∆r = 0,423 mm. Die
Mittelwerte des arithmetischen Mittenrauwertes und der gemittelte Rautiefe
wurden zudem mit Ra = 0,19 µm bzw.
Rz = 0,93 µm gemessen. Die Qualitätskenngrößen der unter Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung
erzeugten Bohrungen konnten aufgrund
der stark abweichenden Formabweichung und der Unebenheiten nicht erfasst werden.
Zusammenfassung und Fazit
Die experimentellen Untersuchungen
belegen die hohe Bedeutung der Wahl
des Kühlschmierstoffkonzeptes bei der
Tiefbohrbearbeitung thermoplastischer
Kunststoffe. Die Bearbeitungstemperaturen bei Einsatz der Trockenbearbeitung
und auch der Minimalmengenschmierung liegen oberhalb der Schmelz- und
Zersetzungstemperatur des bearbeiteten
Polyethylenterefthalat (PET). Durch die
hohen Prozesstemperaturen kommt es
durch ein Erweichen und Verkleben der
Späne zu Problemen bei der Spanabfuhr
sowie deutlichen Aufschmierungen auf
den Frei-, Span-, und Umfangsflächen
der eingesetzten Werkzeuge. Bei Einsatz
dieser Kühlschmierstoffkonzepte wird
keine zufriedenstellende Bohrungsqualität erzeugt. Das Tiefbohren thermoplastischer Kunststoffe stellt somit hohe
Anforderungen an die Kühl- und Spülwirkung des Kühlschmierstoffes, welchen
ausschließlich der Einsatz einer Überflutungsschmierung gerecht wird. Die Überflutungsschmierung begünstigt auch bei
Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die
Förderung des Projektes „Grundlagenuntersuchungen zur Optimierung der
Bohrungsgüte beim Einlippentiefbohren
von thermoplastischen Polymeren durch
Anpassung der Werkzeuggestalt“ (Kennzeichen BI 498/53).
Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann ist Leiter des
Instituts für spanende Fertigung (ISF) der
TU Dortmund
[email protected]
Dipl. Ing. Marko Kirschner ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung
Zerspanungstechnologie des ISF der TU
Dortmund
[email protected]
Referenzen:
[1]Koltzenburg, S.; Maskos, M.; Nuyken, O.:
Polymere: Synthese, Eigenschaften und Anwendungen. Springer-Verlag, Heidelberg, 2014.
[2] Ehrenstein, G.: Polymer-Werkstoffe – Struktur,
Eigenschaften, Anwendung. 3. Auflage, 2011,
München.
[3]Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co.KG (Hrsg.):
Lösungen aus Kunststoffe. Dortmund, 2015.
[4]Weinert, K.; Inasaki, I.; Sutherland, J. W.; Wakabayashi, T.: Dry Machining and Minimum Quanity Lubrication. CIRP Annals – Manufacturing
Technology, 2004.
[5]Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung: Minimalmengenschmierung in der spanenden Fertigung, Berlin, 2010.
[6]VDI-Richtlinie 3208: Tiefbohren mit Einlippenbohrern. Beuth-Verlag, Berlin, 2014.
Abbildung 5: Resultierende Oberflächentopografien
29
Thema – Keramik
Nanoskalige Werkzeugwerkstoffe für
Fertigungsaufgaben im Maschinenbau
Für anspruchsvolle Fertigungsaufgaben
wie die Zerspannung von Titan- und Nickelsuperlegierungen, die Bearbeitung
gehärteter Stähle, das Drehen und Fräsen von Hartmetallen oder Keramiken sowie das Präzisionsblankpressen von Glas
sind nun neue und besonders leistungsfähige Werkzeugwerkstoffe verfügbar.
In den letzten Jahren hat das Fraunhofer
IKTS verschiedene binderfreie und binderhaltige Hartmetalle entwickelt, die auf
nanoskaligem Wolframcarbid (WC) basieren. Durch die Optimierung von Zusammensetzung und pulvermetallurgischer
Fertigung können jetzt Werkzeuge mit
deutlich gesteigerter Härte sowie Bruchzähigkeit gefertigt werden.
Die Herstellung beruht auf besonders
feinkörnigen WC-Pulvern mit einer mittleren Partikelgröße dBET von ~ 90 nm. Durch
eine angepasste Mischmahlung werden
homogene Mischungen realisiert, die
sich mittels konventionellem uniaxialen
oder kaltisostatischen Pressen zu Werkzeugen oder Werkzeugrohteilen verarbeiten lassen. Die Sinterung erfolgt abhängig von der verwendeten Art und Menge
des Binders bei Temperaturen von etwa
1300 °C (nanoskalige Hartmetalle) über
1550 °C (nanoskalige WC-Oxid-Verbundbauteile) bis zu 1900 °C (binderfreie
Hartmetalle).
Die binderfreien Hartmetalle weisen aufgrund ihrer sehr geringen Hartstoffkorngröße eine Härte von über 2800 HV10
auf. Sie können dank ihrer Feinheit und
der sehr geringen Oberflächenrauheit
ideal als Pressstempel für Präzionsglaslinsen eingesetzt werden.
Nanoskalige WC-Co-Hartmetalle mit einem Co-Bindergehalt von 6 bis 15 Ma.-%
besitzen äußerst gute mechanische Eigenschaften. Durch die Verwendung der
nanoskaligen Ausgangspulver konnte die
Kombination von Härte und Bruchzähig-
1.800 °C
1.400 MPa
3.200 HV
KEINER BIETET
MEHR.
Nanoskaliges Hartmetallgefüge (WC-10Co) mit
einer Sehnenlänge < 100 nm (links) und Werkzeuge aus nanoskaligem Hartmetall (geschliffen
von Fisch-Tools, rechts).
keit deutlich über die von konventionellen
Hartmetallen gesteigert werden. Auch die
Biegefestigkeit liegt mit über 4500 N/
mm² merklich über der von bisher eingesetzten Hartmetallen. Damit sind die
nanoskaligen Hartmetalle deutlich überlegen.
Kontakt
Fraunhofer-Institut für Keramische
Technologien und Systeme IKTS
Dipl.-Ing. Johannes Pötschke
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Telefon: +49 351 2553-7641
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Thema – Keramik
Leuchtende Aussichten – Unzerstörbare Bauteilmarkierungen
für die Metallverarbeitung
Eine Markierung für Metallbauteile auf
Basis keramischer Leuchtstoffe hält
selbst hohen Temperaturen stand, ohne
die Eigenschaften des Bauteils zu beeinflussen. Forscher des Fraunhofer IKTS haben eine Komplettlösung entwickelt, die
alle Arbeitsschritte vom Aufbringen bis
zum Auslesen der Markierung umfasst.
Individuelle Markierung wärmebehandelter Metallkomponenten
Um Halbzeuge und Produkte zuverlässig,
eindeutig und fälschungssicher zu markieren, existieren verschiedenste Kennzeichnungslösungen am Markt. Diese
reichen von einer simplen Seriennummer
bis hin zu integrierten RFID-Chips (Radio
Frequency IDentification). Den speziellen
Anforderungen in der Metallverarbeitung
werden diese Lösungen jedoch nicht gerecht. Als problematisch erweisen sich
beispielsweise Tinten, die oft nur bis
250 °C temperaturstabil sind. Damit ist
deren Einsatz bei den erhöhten Werkstücktemperaturen von bis zu 1250 °C
nicht möglich. Zudem kann sich während
der Bearbeitung die Werkstoffoberfläche
ändern, was den Kontrast zwischen Metalloberfläche und Markierung verringert,
so dass diese nicht mehr ausgelesen werden kann. Temperaturstabile Etiketten
wiederum tragen zu viel Material auf und
stören so die weitere Verarbeitung.
Markierungen, die hohen
Temperaturen und chemischen
Einflüssen standhalten
Forscher am Fraunhofer IKTS nahmen
sich dieser Herausforderung an und entwickelten eine Lösung für die individuelle
Bauteilmarkierung. Kernelement von
CeraCode® sind keramische Leuchtstoffe,
die auf optische Anregung durch Licht mit
ausgeprägter Lumineszenz reagieren.
Diese Materialien sind sehr robust: Sie
halten hohen Temperaturen stand, sind
unempfindlich gegenüber chemischen
Einflüssen und lassen sich verschiedenen Materialien beimischen. Damit
ist es möglich, die Leuchtstoffe direkt in
Tinten oder Pasten einzubringen und auf
die Bauteile zu drucken. Je nachdem ob
statische oder dynamische Informationen aufgedruckt werden, kommen dafür
Sieb- oder Tintenstrahldruck zum Einsatz. Beide Verfahren lassen sich einfach
in die Fertigungsstraße integrieren. Da
nur kleinste Materialmengen verdruckt
werden, ist eine Beeinflussung der Werk-
Keramische Produktmarkierung bei Tageslicht (links) und unter UV-Licht (rechts).
stückeigenschaften oder der Haftung von
Beschichtungen auszuschließen. Die mit
Leuchtstoffen versetzten Tinten und Pasten sind sicher und umweltfreundlich, so
dass keine weiteren Arbeitsschutzmaßnahmen notwendig sind. Durch den hohen Kontrast zwischen Markierung und
Trägermaterial ist ein Auslesen in allen
Beleuchtungssituationen möglich.
CeraCode® für Plagiatsschutz,
Qualitäts- und Prozesskontrolle
Wie stark die Markierung nachleuchtet,
lässt sich kundenspezifisch anpassen.
Da diese Anpassung sowohl während als
auch nach der Synthese der Leuchtstoffe
erfolgt, entstehen Eigenschaften, die nur
unter hohem Zeit- und Kostenaufwand
kopiert werden können und damit fälschungssicher sind. Dieser Vorteil kann
z. B. bei der Markierung von Ersatztei-
len oder anderen Komponenten genutzt
werden. Im Rahmen der Qualitäts- und
Prozesskontrolle ist mit CeraCode® eine
Rückverfolgbarkeit vom Rohstoff bis zum
Endprodukt lückenlos möglich. Anwender können mit Hilfe der keramischen
Markierungslösung Kosten senken, beispielsweise beim effektiveren Vor- oder
Nachsortieren von Einzelkomponenten
oder bei der Automatisierung von Handlingschritten. Darüber hinaus werden
Haftungs- und Imagerisiken reduziert, da
sich fehlerhafte Produktchargen schnell
und sicher identifizieren lassen.
Kontakt
Fraunhofer-Institut für Keramische
Technologien und Systeme IKTS
Dr. Thomas Härtling
Maria-Reiche-Straße 2, 01109 Dresden
Telefon: +49 351 88815-550
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anderen Werkstoffen.
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32Werkstoffe 5/2015
Thema – Analyse
Zerstörungsfreie Bauteilanalyse mit Terahertz-Wellen
Dr. Joachim Jonuscheit,
Fraunhofer IPM Kaiserslautern
Moderne Bauteile sind oft mit komplexen Schichtsystemen veredelt. Oder das
Bauteil selbst ist aus mehreren Materialen aufgebaut. Will man hierbei die
Materialdicke überprüfen, so greift man
derzeit meist auf zerstörende Verfahren
zurück. Das ist jedoch zeitaufwändig und
zur Produktionsüberwachung eher ungeeignet. Mithilfe von Terahertz-Wellen,
die im Spektrum zwischen Infrarotlicht
und Mikrowellen liegen, geht die Dickenmessung einfacher und vor allen Dingen
zerstörungsfrei. Die hier vorgestellte Methode zur Terahertz-Dickenanalyse errechnet aus den Laufzeitunterschieden
der an Materialgrenzen reflektierten Teilwellen die Dicke des Materials.
Warum wird das Wissen um die Qualität von Werkstoffen für die Industrie so
wichtig? Weil moderne Bauteile immer
speziellere Eigenschaften der Werkstoffe
nutzen und diese mit immer größerer
Zuverlässigkeit auch über lange Zeit garantieren müssen. Zum Beispiel kann
der innere Aufbau von Leichtbauteilen
sehr komplex sein oder die Beschichtung
verschleißarmer Bauteile sehr diffizil. Die
Lösung zur Qualitätssicherung in solchen
Fällen wäre eine geeignete Analyse dieser Strukturen – am besten online in der
Produktion. Mit dem auf der TerahertzTechnologie basierenden Verfahren lässt
sich die Schicht- oder Materialdicke nichtmetallischer Werkstoffe überwachen –
online in der Produktion. Dabei wird die
Dicke jeder einzelnen Materialschicht exakt erfasst. Entsprechend kann anhand
dieser Parameter die Produktion exakt
gesteuert werden.
Bisher genügte es meist, die Gesamtdicke von Werkstoffen zu erfassen. Doch
immer häufiger wird die Dickenkontrolle
Abbildung 2: Vergleich zwischen Messung und
Simulation eines Zweischichtsystems auf Kunststoffsubstrat. Die Auswertung ist auf die höchste
Übereinstimmung optimiert. Zum Vergleich
wurden zusätzlich die Einzelschichtdicken durch
Querschliff ermittelt.
Werkstoffe 5/2015
Abbildung 1: Messprinzip der Schichtdickenbestimmung in Reflexion am Beispiel eine zweischichtigen
Kunststofffolie aus dem Automobilbereich. Die Folie wird von links mit Terahertz-Wellen beleuchtet
(blauer Pfeil). Die Wellen werden dann an den Grenzflächen aufgrund des Brechungsindexunterschieds (n1≠n2) teilreflektiert (links). Aus den Laufzeitunterschieden ∆t1 und ∆t2 (mitte) lassen sich mit
(Querschliff rechts)
der Kenntnis der Brechungsindizes die Schichtdicken d1 und d2 bestimmen.
der einzelnen Materialien innerhalb eines
Bauteils gefordert z. B. bei Rohren oder
Schläuchen. Solche komplexen Werkstoffe werden vor allem im Flugzeug- und
im Automobilbau eingesetzt. Darüber
hinaus werden inzwischen viele weitere
Produkte auch durch Beschichtungen
veredelt.
Hierzu zählen so unterschiedliche Dinge
wie Rotor- und Turbinenblätter, Schiffsrümpfe oder auch Tabletten. Im Hinblick
auf Ressourcenschonung und Qualitätskontrolle ist die Industrie in all diesen
Fällen sehr stark an einer Messtechnik
interessiert, die Einzelschichtdicken in
Multischichtsystemen erfassen kann.
Besonders die Mehrschichtanalyse auf
Kunststoffsubstraten wird immer wichtiger, da diese zur Gewichts- und Kostenreduzierung immer stärker eingesetzt
werden. Autohersteller verarbeiten z. B.
zunehmend kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), um leichtere und somit energieeffizientere Autos zu bauen.
Stand der Technik
Für die Dickenmessung im industriellen Umfeld werden aktuell verschiedene
Techniken eingesetzt, wie z. B. Ultraschall, Wirbelstrom, Röntgenfluoreszenz,
optische Kohärenztomografie und photothermische Verfahren. Diese Techniken
haben jedoch bei der Mehrschichtanalyse oder der Analyse moderner Multimaterialwerkstoffe ihre Grenzen:
Entweder können sie keine Mehrschichtbeschichtungen auflösen (wie z. B. das
erwähnte Wirbelstromverfahren und das
photothermische Verfahren), oder sie
durchdringen relevante Materialien nicht
ausreichend (wie die optische Kohärenztomografie), oder sie arbeiten nicht
berührungslos (wie die Ultraschall-Messtechnik).
Einzig die Röntgenfluoreszenz könnte
hier eingesetzt werden, sie scheidet jedoch oftmals wegen der Strahlenschutzproblematik aus. Aktuell kann daher als
einziges Messverfahren die TerahertzMesstechnik im industrierelevanten Dickenbereich von zehn Mikrometern bis
zu mehreren Millimetern Einzelschichten
in Mehrschichtsystemen zerstörungsfrei
und berührungslos nachweisen. Dies hat
das Fraunhofer-Institut für Physikalische
Messtechnik IPM, Kaiserslautern, in Zusammenarbeit mit Industriepartnern bereits gezeigt. Das Messsystem basiert auf
der Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie.
Prinzip der Terahertz-Dickenanalyse
Bei der Dickenmessung mit der TerahertzZeitbereichsspektroskopie
(THz-TDS)
wird ausgenutzt, dass der einfallende
Terahertz-Strahl bei Materialübergängen
teilreflektiert wird (Abbildung 1).
Im einfachsten Fall erhält man zwei Reflexe: einen vom Übergang Luft-Beschichtung und einen zweiten vom Übergang
Beschichtung-Substrat. Aus der Zeitdifferenz zwischen den beiden Reflexen und
mit Kenntnis des Brechungsindex kann
die Materialdicke der Beschichtung bestimmt werden. Besteht die Beschichtung aus mehreren Schichten, erscheinen zwischen den beiden beschriebenen
Reflexen weitere Reflexe, die auch die
Analyse komplizierter Mehrschichtsysteme erlaubt.
Die meisten THz-TDS-Systeme nutzen
Kurzpulslaser mit einer Pulsdauer im Bereich kleiner 100 fs. Mit entsprechenden
Systemen wurden im Labor bereits Messraten von bis zu 250 Hz erreicht. Für
den in THz-TDS-Systemen eingesetzten
Kurzpulslaser haben sich drei mögliche
Wellenlängen etabliert: 780 bis 800 nm,
1030 nm und 1550 nm. Letztere hat das
größte Potenzial, um kompakte und günstige Systeme zu realisieren, da hier auf
die Komponentenvielfalt der optischen
Nachrichtenübertragung zurückgegriffen
werden kann.
Deshalb kommt diese Laserwellenlänge
in unseren Systemen zum Einsatz.
33
Abbildung 3: PE-Schläuche mit Diffusionsbarriere aus EVOH. Die beiden rechten Schläuche bestehen
aus PE-RT, der linke Schlauch aus PE-Xb. Lage und Dicke der Diffusionsbarriere können unabhängig
von der Einfärbung genau bestimmt werden.
Komplexe Materialsysteme?
Kein Problem!
Materialsysteme können aus ganz unterschiedlichen Materialien wie Farben,
Lacken, Kunststoffen, Keramiken etc.
aufgebaut sein. Die Substrate – also die
Trägermaterialien – sind unter anderem
Metalle, Kunststoffe, Gläser und Verbundwerkstoffe. Mithilfe der TerahertzMesstechnik können solche, ganz unterschiedlichen Beschichtungen hinsichtlich
Funktion und Materialeinsatz während
oder nach dem Beschichtungsprozess
kontrolliert werden – auch auf nicht-metallischen Substraten. Das ist ein großer
Pluspunkt, denn die Schichtdickenmessung auf nicht-metallischen Substraten
war bislang ein großes Problem, und
meist nur zerstörend möglich.
Bei Mehrschichtsystemen, die aus dünnen Einzelschichten bestehen, können
die einzelnen Reflexe zeitlich nicht mehr
aufgelöst werden. Zur Auswertung der
Spektren müssen daher geeignete mathematische Modelle herangezogen wer-
den. Letztendlich vergleicht man die gemessene mit der simulierten Wellenform
und berücksichtigt dabei frequenzabhängige Materialparameter der Einzelschichten (Brechungsindex und Extinktion – Abbildung 2)
Einschränkungen bei den Schichtmaterialien gibt es kaum. Vergleichbar groß
sind die Freiheiten auch bei der Ebenheit
der Schichten. Selbst auf gekrümmten
Oberflächen lassen sich Schichtdicken
zuverlässig bestimmen.
Im Automobil-Bereich ist das Erscheinungsbild sehr wichtig, gleichzeitig sind
aber auch die Anforderungen hinsichtlich
Ressourcenschonung und Langzeitstabilität hoch. Um allen Aspekten gerecht
zu werden, unterliegen die Oberflächen
im Exterieur- und Interieurbereich engen
Vorgaben.
Diese zu prüfen, ist eine wichtige Aufgabe
der Qualitätssicherung. Die Kunststoffteile im Interieurbereich müssen zum
einen widerstandsfähig gegen Abreiben
sein, andererseits dürfen sie im Falle
eines Unfalls die Entfaltung des Airbags
Abbildung 4: Geschäumtes PVC-Rohr. Der PVC-Schaum besitzt einen wesentlich kleineren Brechungsindex als massives PVC-Material. Die gemessene optische Dicke entspricht dem Produkt aus geometrischer Dicke und Brechungsindex. Deshalb sind die absoluten Laufzeiten durch geschäumtes Material länger als durch massives Material, da der Brechungsindex von geschäumten Material kleiner ist.
nicht behindern. Deshalb ist hier die Bauteildicke von entscheidender Bedeutung.
Abbildung 1 zeigt eine entsprechende
Dickenmessung an einer zweilagigen
Kunststofffolie im Interieurbereich. Beide Schichten – Dekor- und Trägerschicht
– können aufgelöst und somit in der
Schichtdicke individuell vermessen werden.
Die »Außenhaut« eines Autos ist einer
Vielfalt von Belastungen wie UV-Licht und
Steinschlag ausgesetzt und soll trotzdem
noch für einen langen Zeitraum optisch
möglichst einwandfrei bleiben. Um diese
Aufgaben zu erfüllen, besteht die Lackierung aus mehreren Funktionsschichten,
deren Dickeneinhaltung zur Funktionserfüllung notwendig ist. Deshalb ist die
Schichtdickenmessung innerhalb von
Mehrschichtsystemen von entscheidender Bedeutung.
Abbildung 2 zeigt hier die Schichtdickenmessung an einer Zweischichtlackierung
auf Kunststoff aus dem Bereich eines
Stoßfängers. Hier kann zusätzlich noch
eine Dickenmessung des Kunststoffteils
durchgeführt werden.
Bei Schläuchen und Rohren sind die Anforderungen an die Wandstärke und den
Schichtaufbau ebenfalls sehr hoch. Beide Produkte sind nach dem Einbau in Gebäuden oder im Erdboden oftmals nicht
mehr zugänglich, so dass hier eine lange
Standfestigkeit gefordert ist. Zu geringe
Dicken können zu einem vorzeitigen Versagen führen; ist die Sicherheitsmarge
und somit die Wandstärke zu hoch, werden bei den großen Mengen an produzierten Rohren und Schläuchen riesige
Rohstoffmengen unnötig verbraucht.
Beispielhaft sind in Abbildung 3 drei unterschiedliche Schläuche aus Polyethylen
(PE) mit einer innenliegenden SauerstoffDiffusionsbarriere aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) gezeigt. Hier
konnten die Lage und die Dicke der Diffusionsbarriere bestimmt werden, unabhängig von der Einfärbung der Schläuche. Um Gewicht und Rohstoffe bei der
Rohrherstellung zu sparen und dabei die
mechanische Festigkeit nicht zu stark
zu reduzieren, werden zunehmend geschäumte Rohre hergestellt. Diese besitzen zwischen der Innen- und Außenwand eine geschäumte Struktur, meist
aus dem gleichen Material (Abbildung 4).
Durch die Schaumstruktur wird die Dickenbestimmung oftmals erschwert, so
ist Ultraschall nicht mehr in der Lage diese zu durchdringen. Die Terahertz-Messtechnik hingegen kann diese Strukturen
durchdringen und somit eine Schichtdickenmessung ermöglichen.
Was in der Theorie recht kompliziert
klingt, ist in der praktischen Anwendung
denkbar einfach: Die benutzerfreundliche Auswertesoftware arbeitet mit einer
intuitiven Benutzerführung. Kalibriert
34Werkstoffe 5/2015
wird das System durch definierte Referenzproben. Das Messergebnis liegt innerhalb einer Sekunde vor, da die Auswertung der
Messung jeweils parallel zur darauffolgenden Messung erfolgt.
So steht sowohl für die Messung, als auch für die Auswertung jeweils eine Sekunde zur Verfügung. Die Genauigkeit der Schichtdickenmessung beträgt ±1 µm. Das ist schnell und genau genug
für fast alle Anwendungen.
Das äußerst kompakte Terahertz-Schichtdickenmesssystem von
Fraunhofer IPM ist sehr robust und langzeitstabil. Sein fasergekoppelter Aufbau erlaubt eine einfache Integration in bestehende Produktionsprozesse, z. B. auf einen XY-Scanner (siehe Abbildung 5) oder Roboter.
Mithilfe der Terahertz-Messtechnik lassen sich komplizierte Materialsysteme, die aus sehr vielen Schichten bestehen, sicher
analysieren. Auf diese Weise lassen sich Schichtdicken in einem
sehr breiten Bereich zwischen zehn Mikrometern und mehreren
Millimetern bestimmen – und das auf ±1 µm genau.
Der Einsatz des Terahertz-Dicken-Messsystems ist unkompliziert. Je nach Aufgabe kann der Arbeitsabstand zwischen 5 und
20 cm betragen und bis zu 40 Messungen pro Sekunde durchführen. Darüber hinaus ist bei Terahertz-Wellen keine Abschirmung erforderlich; sie sind nicht ionisierend und daher gesundheitlich unbedenklich.
Autor
Dr. Joachim Jonuscheit ist stellvertretender Abteilungsleiter Materialcharakterisierung und -prüfung am Fraunhofer-Institut für
Physikalische Messtechnik IPM, Kaiserslautern.
Dr. Joachim Jonuscheit
Fraunhofer
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
Telefon +49 631 2057-4011
[email protected]
www.ipm.fraunhofer.de
Abbildung 5: Fasergekoppeltes Terahertz-Messsystem, bestehend aus
Basiseinheit und Messmodul. Die Basiseinheit enthält die zum Betrieb notwendige Optik und Elektronik sowie einen Rechner zur Systemsteuerung.
Die Messmodule können individuell ausgelegt, hier für Reflexionsmessungen und auf einen XY-Scanner montiert.
Werkstoffe 5/2015
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14.08.15 15:21
Titelstory
Die Leistungsfähigkeit von Laseranlagen
zum Fein- und Mikroschneiden ist immer
nur so gut wie das GESAMTKONZEPT,
bestehend aus Maschinenbau, Strahlquelle sowie Inline-Qualitätsprüfung und
Automation. Das maximale Potenzial wird
deshalb nur durch applikationsspezifische Anlagen erschlossen, beispielsweise beim Schneiden von Stents etc.
Verstopfte Arterien werden meistens
durch falsche Ernährung, Rauchen,
Krankheiten oder erbliche Veranlagung
hervorgerufen und können für den Patienten fatale, oft tödliche Folgen haben.
Stents – die Herkunft des Namens ist
nicht eindeutig belegt – sind implantierbare Gefäßstützen, die den ungehinderten Durchfluss von Blut in den Arterien
wiederherstellen. Je nach Implantationsort im Körper kann der Durchmesser
eines Stents 1 bis 10 mm betragen. Die
Länge reicht von wenigen Millimetern
bis hin zu einigen Zentimetern. Eines ist
fast allen Stents jedoch gemeinsam: Erst
wenn sie am endgültigen Ort platziert
wurden, ist der maximale Durchmesser
gefragt. Um sie dorthin zu bringen, werden sie mit noch geringerem Durchmesser durch die Arterien geschoben (Bilder
1 und 2).
Bild 1 (links) : Typisches Stent Design aus Edelstahl für die Implantation in Herzkranzgefäße
Bild 2 (rechts): Hypotubes sind Führungsdrähte,
mit denen der Arzt die Stents an die richtige
Stelle im menschlichen Körper schiebt. Ihre Flexibilität erhalten die Edelstahlrohre von oftmals
weniger als 0,3 mm Durchmesser, indem sie
spiralför-mig geschnitten werden, zum Teil mit
unterbrochenem Schnitt.
Erst dann wird der Stent aufgedehnt.
Stents aus speziellem Edelstahl oder
Kobalt-Chrom werden üblicherweise
durch den operierenden Arzt durch einen
Ballon auf die gewünschte Dimension gebracht. Eine Besonderheit stellen Stents
aus der Formgedächtnislegierung Nitinol
dar. Stents aus diesem extrem flexiblen
Material werden in der Fertigung nach
dem Schneideprozess zuerst mechanisch auf den endgültig gewünschten
Durchmesser aufgedehnt. In einem Ofen
wird der gedehnte Zustand dann im ›Ge-
dächtnis‹ des Nitinols verankert. Sodann
wird der aufgedehnte Stent mechanisch
wieder auf einen kleineren Durchmesser
reduziert. Wird der Nitinol-Stent schließlich implantiert, dehnt er sich mit der
Körpertemperatur des Patienten wieder
selbstständig auf den ›gemerkten‹ Durchmesser auf. Bis jedoch aus dem Rohr ein
fertig implantierbarer Stent wird, sind
viele Fertigungsschritte notwendig. Einen
zentralen Prozessschritt stellt hierbei das
Laserschneiden dar.
Laserschneiden mit
3000 mm/min. und mit höchster Präzision und Dynamik
Die meisten Metall Stents werden aus
Rohren mit Wandstärken von oft nur wenigen Zehntelmillimetern geschnitten.
Das Design ist derart optimiert, dass
der Blutfluss bestmöglich gewährleistet
ist und eine größtmögliche Flexibilität
erhalten bleibt. Außerdem soll der Stent
das Aufdehnen bestmöglich überstehen.
Für den Laserprozess bedeutet dies,
dass sehr feine Strukturen genauestens
geschnitten und Wärmeeinwirkung sowie Mikrorisse verhindert werden sollen.
Mit den bei swisstec micromachining ag
( Swiss Made) eingesetzten Faser- und
/ oder FEMTO Laser und den hochpräzisen mechanischen Komponenten ist dies
mit einer Kontur Genauigkeit von ± 1 μm
möglich. Die Faserlaser arbeiten meist
im infraroten Spektralbereich IR von typischerweise 1070 nm und mit Leistungen
von 50 bis 100 W. Als FEMTO Laser bietet
swisstec neu Laser mit 5 – 20W Leistung
und im Wellenlängenbereich von Infrarotbereich IR sowie auch VS und UV an. Die
Pulsrate liegt im Bereich von 400fs, die
Repetitionsrate ist von 1 bis 500kHz frei
programmierbar und die max. Puls Energy beträgt max. 100yJ. Je nach Material,
Dimensionen und Design werden dabei
Schnittbreiten von 10 bis 50 μm und darunter erzielt. In der Systemlösung ›Multi
Flexi Tube‹ (MFT), die für das Schneiden
von Rohren für beispielsweise Nadeln,
Kanülen und Stents konzipiert ist, wird
das Rohr mit einer mit Linear Motoren betriebenen X-Achse horizontal bewegt (Bild
3). Gleichzeitig dreht die hochdynamische
A-Achse (Rundachse mit 1500 bzw. 6000
u/min.) das in hochpräzisen Führungen
gelagerte Rohr. Bei Anwendungen für
Stents bleibt also der Laserkopf auf seiner Position = Zentrum Schnitt (Bild 8).
Nur für Anwendungen, bei denen ein Offset-Schnitt (Schnitt zeigt nicht zum Zentrum – Bild 9) gewünscht ist, werden zwei
zusätzliche, voll NC-gesteuerte Achsen
angeboten, die den Laserkopf auch horizontal und / oder vertikal bewegen. Mit
Bild 3: Kundenspezifische Anlage mit vollautomatischem Lademagazin und Entnahme Handling für max. 1600mm lange Teile: Das System
›Multi Flexi Tube MFT‹ ist modular aufgebaut und
das ganze Maschinengestell besteht aus einem
robusten Granitrahmen
dieser Maschinenauslegung lässt sich die
vertikale Achse mit dem Laserspot hochdynamisch zum Rohrradius nachführen
und somit zu jedem Zeitpunkt ein optimaler Schnitt zur Materialdicke erzielen. Ein
besonderes Highlight der MFT-Baureihe
von swisstec ist die leicht zu bedienende Funktion des Nassschneidens / WET
cutting, bei dem das Rohr mit Wasser gespült wird. Der Vorteil hierbei ist nicht nur
der Kühleffekt, sondern auch der Schutz
der gegenüberliegenden Wand (Beschädigung durch den Laserstrahl). Meist wird
fürs Laserschneiden ein an das Material
angepasstes Prozessgas wie Argon, Stickstoff oder Sauerstoff verwendet. So sind
Schnittgeschwindigkeiten von über 3000
mm/min und dies bei einer Konturgenauigkeit von ± 1 μm möglich.
Bild 8: Zentrum Schnitt einer 2-achsigen
Maschine MFT (X- & A-Achse).
Bild 9: „OFF Zentrum Schnitt“ einer 2+2 achsigen Maschine MFT (X-, A-, V- & Z-Achse). Der
Laserspot wird bei dieser Maschinenauslegung
durch die swiss NC vollautomatisch und hochdynamisch der Höhendifferenz der Materialdicke,
welche sich durch den Rohrradiusnach ergibt,
nachgeführt.
36Werkstoffe 5/2015
Titelstory
Entwicklung von Prototypen
und Massenproduktion
Sobald das Design eines Stents festgelegt ist, kann dieses von der 2D /
3D-Zeichnung einfach mittels CAMProgramm in einen NC-Code(ISO / DIN
66025 mit Unterprogramm Technologie)
umgewandelt werden. Dieser steuert den
Schneideprozess mit allen Parametern
wie Schnittgeschwindigkeit, Gasdruck
und Wasserdurchfluss. Im NC Programm
befinden sich sämtliche Maschinen und
Prozess Parameter, welche für das zu
bearbeitende Teil benötigt werden. Diese Parameter können je nach Operator
Zugangsstufe, leicht modifiziert werden.
Sämtliche Parameter sind auf der neuen
Benutzeroberfläche swiss NC des Bedienterminals in verschiedenen Windows graphisch ersichtlich. Als Betriebssysteme
für die swisstec CNC Steuerung werden
WIN XP bis WIN10 angeboten. Sämtliche Prozess Parameter und Maschinen
Funktionen lassen sich auch durch eine
optionale FDA konforme Schnittstellen
Software via LAN auf einen externen Server für die Produktions-Ueberwachung
/ Steuerung übertragen. Für den FIRST
Level Service bietet swisstec micromachining ag die moderne Möglichkeit von
Remote access control / Fernwartung der
Maschine / Anlage via Internet an. Aufgrund ihrer Kompaktheit – die kleinste
Ausführung ›MFT 80‹ mit einer Schnittlänge von max. 150 mm kommt gerade
auf einen Platzbedarf von 0,8 x 0.8m =
0,64 m2, die grösste Anlage MFT 160 mit
1000mm Schnittlänge benötigt einen
Platzbedarf von 1,6 x 0,8m = 1,28 m2.
Dazwischen bietet swisstec verschiedene
flexible und dem Kundenwunsch anpassbare Maschinengrössen an.
Bild 4: Komponente für ein Endoskop: Rohrförmige Bauteile auch größeren Durchmessers
können auf einer MFT hergestellt werden. Die
max. Schneidlänge in einer Aufspannung kann
bis 1000mm betragen.Maschine MFT (X- &
A-Achse).
Mit der einfachen Handhabung des
Schneidprozesses werden diese MultiFlexi-Tube-Systeme MFT auch in der Entwicklung der Stent Designs eingesetzt.
Besonders bei der Produktion von Nadeln, Kanülen und rohrförmigen endoskopischen Geräten sind hier natürlich
andere Dimensionen gefragt (Bild 4). Bei
Produktionen, die 24 Stunden pro Tag
und sieben Tage die Woche laufen sollen, sind oft automatische Systeme im
Einsatz. Aus einem Rohr Lademagazin
werden die Rohre dann nicht nur vollautomatisch (mannlos) zugeführt, sondern
Werkstoffe 5/2015
auch noch vollautomatisch an die Wasserversorgung angekuppelt, damit die
„dynamische Rohrspülung“ für die hochproduktive Serienproduktion gewährleitstet werden kann. Das Rohr Lademagazin
Ist in den Grössen 1,8m / 3,2m & 3,7m
(Roh Rohrlänge) lieferbar. Auch beim
Entnahmesystem reicht die Palette vom
einfachen Auffangbehälter über pneumatisches Ausstoßen bis hin zur Einzelentnahme durch eine pneumatisch betätigte Cutting Box bis zum Roboterarm mit
sechs Achsen. Selbst Aufgaben, die über
das Laserschneiden hinausgehen, können in einer Kundenlösung vorkommen.
Bei der Herstellung von Endoskopen
kommen etwa das Schweißen und sogar
mechanische Bearbeitungsschritte wie
das Schleifen mit Diamantwerkzeugen
oder das Prägen und Biegen hinzu. Da
die Vielfalt der medizinischen Werkzeuge
und Implantate schier unermesslich erscheint, gleicht bei solch umfassenden
Projekten keine Maschinenlösung der anderen. Darüber hinaus ist swisstec in der
Lage, aus dem modularen und standardisierten Maschinenkonzept, innerhalb von
kurzen Lieferzeiten, Standard wie auch
kundenspezifische Lösungen anzubieten.
Ein weiteres High Light der swisstec ist
das neue VISION System, mit welchem
sich die Maschinen schneller „einrichten“ lassen. Im weiteren sind verschiedene Software Module erhältlich wie z.B.
dynamische Schnittspalt Vermessung
während dem Schneidprozess, Kontrolle
des korrekten Schneiddüsen Durchmessers (ist im NC Programm hinterlegt) während dem Schneidprozess, Kontrolle auf
Verschmutzungsgrad der Schneiddüse
auf Grund von Schlackebildung, Kontrolle
Rohranfang bei vollautomatischer Rohrzuführung u.v.w. Module. Alle diese Software Module haben den einen Zweck,
den optimalsten Produktionsprozess
bzw. deren Ueberwachung zu gewährleisten. Alle diese Funktionen lassen sich
über die vorgenannte FDA konforme LAN
Schnittstelle zu einem externen Serversystem übertragen und auswerten.
Neue Technologien für neue
Anwendungen
Kaum eine Branche ist so forschungsintensiv wie die die Medizintechnik.
Ständig fließen neue wissenschaftliche
Erkenntnisse in die Neuentwicklung von
Implantaten, medizinischen Werkzeugen
und Geräten ein. Ein Trend in der Stent
Produktion ist die Ver- wendung von Polymeren oder Magnesium, die vom Körper
abgebaut werden können. Solche Werkstoffe bedürfen natürlich neuer Lasertechnologien, da sie mit herkömmlichen
Lasern buchstäblich verbrennen würden.
Dazu dienen Ultra-Kurzpulslaser mit Pulslängen im Bereich von Femtosekunden
(10-15 s) statt der üblichen Mikrosekunden (Millionstelsekunden oder 10-6 s). In
diese kurzen Pulse wird eine extrem hohe
Energie gepackt, sodass das Material augenblicklich in den gasförmigen Zustand
übergeht, anstatt zuerst zu schmelzen.
Es wird also Puls für Puls Material abgetragen, ohne das umgebende Material zu
erhitzen. Daher spricht man von einem
kalten Prozess / cold Ablation. Aber nicht
nur bei diesen neuen Materialien, auch
bei herkömmlichen Werkstoffen werden
mit dieser Lasertechnologie überragende
Ergebnisse erzielt. Je nach Material ist
dieser Prozess zwar etwas langsamer
als das Schneiden mittels Faserlaser, die
Schneidflanken sind allerdings grat- und
schlackefrei, und die Wärmeeinflusszonen sind praktisch vernachlässigbar
(Bilder 6). Mittlerweile sind solche UltraKurzpulslaser auch bestens in bereits am
Bild 6: Schneidflanke eines mittels FEMTO Laser
geschnittenen Nitinol Rohrs unter 200-facher
Vergrößerung: Solch saubere Schnittflächen
ohne Grat und Schlacke vermindern die teure
Nachbearbeitungszeit drastisch.
Markt erhältliche Mikrobearbeitungssysteme integrierbar. Natürlich sollte eine
solche Anlage den Anforderungen an Robustheit und Genauigkeit gerecht werden
und am besten das ganze Maschinengestell wie ausschliesslich nur bei swisstec
auf stabilem Granit basieren. Dieser
schützt nicht nur die Komponenten vor
mechanischen Schäden, sondern ermöglicht aufgrund seiner Temperaturspeicherfähigkeit auch eine größtmögliche
Unabhängigkeit von Temperaturschwankungen. Mit den neuen Ultra-Kurzpulslasern bieten sich also Möglichkeiten, die
Produktion von medizinischen Implantaten auf eine völlig neue Ebene zu heben.
Kosteneinsparungen ergeben sich beispielsweise durch den geringeren Nachbearbeitungsaufwand. Zudem sind geringere Wandstärken der oft teuren Materialien möglich. Auch völlig neuartige Materialien / Legierungen (metallische und
nicht metallische / bioabsorbierbare etc.)
können nun Einzug in die Medizintechnik
finden.
AUTOR
Eduard Fassbind
CEO Swisstec Micromachining AG
www.swisstecag.com
37
Lagerlogistik
Der Apfel Lagerturm LTL – ein Quantensprung in der
modernen Lagerung
Wie bringt man 66
Tonnen, also rund drei
Sattelzugladungen, auf 4,5
m² Fläche unter? Stefan Apfel
weiß die Antwort. In seinen vollautomatischen Lagerturm passen bei 7 Metern Höhe bis zu 132 Quadratmeter mit
500 kg/m² Lagerfläche oder eben bis zu
66 t Lagergut.
Ausschlaggebend für die innovative Lagerlösung des mittelständischen Metallfertigers und Betriebsausstatters ist das
Grundmaterial – Blech. Es ist naheliegend, dass das Material, aus dem Apfel
seine Auftragsarbeiten fertigt, auch bei
den Lagerlösungen von Apfel zum Einsatz
kommt. Dennoch steckt darin eine kleine
Revolution.
Während herkömmliche Lagersysteme
mit Europaletten arbeiten, setzt Apfel
verzinkte Blechwannen als Träger ein, die
sogenannten Tablare. Dadurch schafft er
es, die Lagerhöhe auf weniger als 1 % des
Lagerplatzes herkömmlicher Systeme zu
reduzieren. Denn Europaletten brauchen
allein 150 mm Höhe für das Holz. Zusätzlich müssen mindestens 100 mm Höhe
für die Regalträger einkalkuliert werden.
Um eine Überlastung der Tablare zu vermeiden, wird das Gewicht der Wannen
beim Einlagern automatisch geprüft. Ein
Höhenmessgitter ermittelt die aktuelle
kommt man auf eine Lagerfläche von
132 qm bei maximaler Gewichtsauslastung. Bei der Einlagerung von 250 kg
Lagergut pro Tablar, passen sogar 264
qm Lagerfläche in den Turm, wobei das
maximale Gesamtgewicht des Lagerguts jeweils 66 t beträgt Auch das zweite
Grundprinzip der Apfel LTL Lagertürme
ist im Grunde einfach und dennoch innovativ: Rohmaterial, Platinen, Zuschnitte,
Werkzeuge, Muster, einfach alles, was in
der Fertigung gebraucht wird, wird vertikal gelagert. In der Standardausführung
ist der Lagerturm lieferbar ab einer Höhe
von 2,5 Metern und kann in 500-Millimeter-Schritten bis auf 12 Meter erweitert werden. Bis zu sechs
Bedienstationen
Füllhöhe.
Es wird automatisch berechnet, wie viele Tablare
eingelagert werden können.
Ein integrierter Lift bringt die Wannen zu einem geeigneten Lagerplatz
und legt sie dort ab. Das Einlagern der
Tablare folgt in einem Rasterabstand
von nur 25 mm. In dem Apfel Lagerturm,
steckt demnach ein intelligentes MiniHochregallager mit Maxi-Auslastung.
In dem Lagerturm können bereits in der
Standardausführung stolze 132 Tablare
mit einer Traglast von jeweils 500 kg untergebracht werden. Dies entspricht dem
Lagervolumen von 132 Europaletten. Da
Tablare in der Standardausführung jeweils eine Grundfläche von 1 qm haben,
können
eingerichtet
werden, sodass der
Lagerturm das Lagergut auch von Stockwerk zu
Stockwerk transportieren kann.
Sogar ein Aufbau über das Dach der Fertigungshalle hinaus oder ein Standort im
Außenbereich sind machbar. In diesem
Fall wird der Lagerturm mit einem speziellen Zugang zur Produktion ausgerüstet.
Neben der Höhe des Turms wird auch
die Fläche der Tablare, die es in vier verschiedenen Größen gibt, optimal ausgenutzt. Mit Hilfe eines umfangreichen
Sortiments verschraubbarer Trennwandsysteme, steckbarer Schlitzrasterrahmen, spezieller Werkzeughalter und stapelbarer Lagerkästen sowie individuell
zugeschnittener
Schaumstoffeinsätze
sind die Lagerwannen flexibel bestückbar. Durch die geringe Stellfläche – der
kleinste Lagerturm LTL 1260 benötigt gerade mal 3,6 m² – kann der Turm beinahe überall in der Halle platziert werden,
am besten direkt neben den Maschinen.
Fertigungszeiten werden optimiert und Lieferzeiten verkürzt.
Beim Lagerturm kommt hinzu, dass die
Höhe der Tablarentnahme in 25-mmSchritten exakt auf die Mitarbeiter eingestellt und das Be- und Entladen der
Tablare ergonomisch auf die jeweilige
Körpergröße zugeschnitten werden können. Optional kann der Lagerturm mit
einem ausklappbaren Auszug ausgerüstet werden, der eine Kranentnahme für
38Werkstoffe 5/2015
Lagerlogistik
schwere Produkte ermöglicht. Die Hubtür
der Bedienstation öffnet und schließt automatisch, sodass die Arbeitssicherheit
gewährleistet und das Lagergut vor Staub
und Diebstahl geschützt ist. Sollte es notwendig sein, können die Tablare mit dem
Tablarwagen leicht an die Verwendungsstelle transportiert werden, ohne dass
das Produkt selbst angefasst werden
muss.
Zur Zeitersparnis trägt natürlich auch
die Automatisierung der jüngsten und
größten Lagerlösung aus dem Hause
Apfel bei. Optimierte Arbeitsabläufe werden auch bei der ABI Arbeitsinsel als
optimalen Begleiter für Maschinenarbeitsplätze mit geringem Aufkommen an
Werkzeug und Hilfsmitteln erzielt. Der
Apfel Werkzeugwagen ist ideal, um eine
kleine Anzahl von Werkzeugen zu lagern
und auch zu transportieren, und der
Werkzeugschrank WKS mit seinen vertikalen Auszügen wie beim Apothekerschrank ist ein wahres
Platzwunder für eine größere
Zahl von Werkzeugen. Mit dem
Lagerturm stößt Apfel nun in
völlig neue Dimensionen vor.
Der Lagerturm verfügt über ein
integriertes Steuerungssystem,
bei dem alle gelagerten Produkte nach Bediener angelegt
und einem Tablar zugeordnet
werden. Will ein Bediener auf ein
bestimmtes Produkt zugreifen, wählt
er dieses über das übersichtliche Be-
dienfeld, und die Steuerung liefert ihm
das entsprechende Tablar an die Bedienstation. Alternativ kann der Lagerturm
an eine ERP-Software mit der eigenen
Datenbank des Kunden angeschlossen
werden, sodass die Produkte bequem
am PC ausgewählt werden können. In
der Entwicklung befindet sich auch eine
Bedien-App für Smartphones, mit der die
Lagertürme in naher Zukunft über das
Funknetz vollautomatisch und mobil gesteuert werden können.
www.apfel-gmbh.de
Werkstoffe 5/2015
39
Messen und Termine
A+A 2015: Neuheiten für den Augenschutz
Die Messe A+A mit gut 1.800 Ausstellern international führende Markt- und
Kommunikationsplattform für Sicherheit
und Gesundheit bei der Arbeit findet vom
27. – 30. Oktober 2015 in Düsseldorf
statt.
Waren Schutzbrillen ursprünglich ausschließlich zum Schutz vor Licht, Chemikalien, Staub, Funken und Splitter konzipiert, gibt es heute schon Schutzbrillen,
die Daten lesen können. Ungeachtet
ihres Funktionsumfanges gilt aber vorrangig: Brillen müssen zusätzlich zum Schutz
erst einmal praktisch und bequem sein nicht nur für den Träger, sondern auch
für den Arbeitgeber in der Beschaffung.
Am besten ist eine Größe für alle, Motto
„one size that fits all“. Mit diesem Fokus
entwickeln die Spezialisten ihre Modelle
und bieten heute eine Bandbreite an Multifunktionsbrillen mit teilweise sehr sportlichem Design. Dabei orientieren sie sich
an der Frage, was der Nutzer von einer
modernen Schutzbrille erwartet.
Denn neben Schutzfunktion und Passform spielt Komfort vor allem bei längerem Tragen und schweißtreibender Arbeit eine große Rolle. Schließlich dürfen
die Brillen, auch wenn man nach unten
schaut, nicht von der Nase rutschen. Bei
Korrektions- und Sonnenbrillen kann der
Kunde zwischen unzähligen Modellen
beim Optiker auswählen. Zusätzlich justiert er noch die Bügel und den gesamten Sitz, so dass die Brille weder klemmt
noch zu viel Spiel hat.
Visionen für die Welt von
morgen
Die Brille „von morgen“ sieht anders aus
bzw. hat deutlich erweiterte Funktionen.
Sie kann über eine Datenlesefunktion
als Träger von Informationen dienen. Das
verändert die Arbeitsabläufe grundlegend, beispielsweise von Chirurgen oder
Maschinenbauern. Mittels dieser Brillen
könnten Planungsdaten für Operationen
oder Baupläne für Montagearbeiten direkt von den Gläsern abgelesen werden.
www.apulsa.de
Industrie 4.0? Motek und Bondexpo zeigen
Prozess-Vernetzung in der Praxis!
In Kombination der beiden Fachmessen
Motek – Internationale Fachmesse für
Produktions- und Montageautomatisierung sowie Bondexpo – Internationale
Fachmesse für Klebtechnologien sowie
des stark wachsenden Peripherie-Segments Verbindungs- und Fügetechnik
(mechanisch und thermisch), erhalten
Kunden und Anwender prozessgerechte
Detail- und System-/Komplettlösungen
aus einer Hand, oder aus kompatiblen
Subsystemen verschiedener Hersteller.
Ergänzt, durch ein breites Angebot an
Komponenten, Baugruppen und Subsystemen, ist eine sehr hohe Integrationsfähigkeit gewährleistet, entsprechend
der Industrie-Philosophie oder besser der
Strategie 4.0.
Die Motek und Bondexpo 2015 finden
vom 05. bis 08.Oktober in der Landesmesse Stuttgart statt; erwartet werden
mehr als 35.000 Fachbesucher aus über
100 Ländern der Erde.
www.motek-messe.de
www.bondexpo-messe.de
Die Vorteile von Aluminium Systembaukästen für den
Sondermaschinenbau
Konstruktionen nach Kundenwusch fordern höchste Flexibilität und Termintreue
und unterliegen dabei einem enormen
Kostendruck. Hier bringt der MB Systembaukasten von item die Vorteile des
Werkstoffs Aluminium zur Geltung.
Im Sondermaschinenbau werden Gestelle oft aus Stahl geschweißt. Diese
Konstruktionen sind zwar äußerst stabil,
dafür ist die Zahl der Nachbearbeitungsschritte aber sehr hoch. Zudem sind
spätere Umbauten immens aufwendig,
was Stahl zu einem großen Kostentreiber
macht. Ein Systembaukasten aus Aluminiumprofilen hingegen bietet alle Vorteile
von Stahl, ohne dass man dessen Nachteile in Kauf nehmen müsste.
Die Vorzüge des Werkstoffs Aluminiums
beginnen bereits bei seinen Grundei-
genschaften. So ist Aluminium deutlich leichter als Stahl, dabei gleichzeitig
hochfest, korrosionsbeständig und ganz
einfach ohne Schweißen zu bearbeiten.
Beschichtungsverfahren oder andere
Maßnahmen zum Materialschutz entfallen. Dies gilt auch für kostenintensive
Schweiß- und Lackierarbeiten.
Im Vergleich zu starren Stahlkonstruktionen bietet der MB Systembaukasten
von item dank Aluminiumprofilen eine
deutlich höhere Flexibilität. Durch die innovative Verbindungstechnik lassen sich
Gestelle aus Aluminiumprofilen flexibel
umbauen und erweitern sowie kurzfristige Änderungen ganz leicht realisieren.
Sägen, Verschrauben und Aufbau sind
die wesentlichen Arbeitsschritte somit
sind keine Spezialmaschinen notwendig.
Das spart Zeit und Kosten. Aufgrund der
großen Auswahl an kompatiblen Komponenten ermöglicht der MB Systembaukasten sogar die Umsetzung sehr spezifischer Kundenwünsche.
www.item24.de
40Werkstoffe 5/2015
Connecting Global Competence
ceramitec 2015: Rahmenprogramm mit Schwerpunkt
Industrie 4.0
Die internationale Leitmesse für die gesamte Keramikindustrie,
von der klassischen Keramik und Rohstoffen über Pulvermetallurgie bis hin zur Technischen Keramik, wird vom 20. bis 23. Oktober
2015 auf dem Gelände der Messe München veranstaltet.
Das Rahmenprogramm im ceramitec Forum in der Halle B1 stellt
auch 2015 wieder die Plattform für Wissensvermittlung und Knowhow-Transfer in Forschung und Entwicklung dar.
Podiumsdiskussion zur Eröffnung
Branchenübergreifende Zukunftsthemen beschäftigen auch die
keramische Industrie und werden sich auf der ceramitec widerspiegeln. Deshalb startet das hochkarätige Rahmenprogramm am
Eröffnungstag, Dienstag 20. Oktober 2015, mit einer Podiumsdiskussion unter dem Motto „ceramitec goes digital“.
In den letzten drei Jahren haben neue Verfahren wie die digitale
Dekoration und die generative Fertigung den Durchbruch zur Serienreife geschafft. Experten aus der Keramik und Pulvermetallurgie
berichten über den Stand der additiven Fertigung in Hinblick auf
die industrielle Umsetzung und den weiteren Bedarf an Forschung
und Entwicklung.
Außerdem diskutieren die Teilnehmer der Podiumsdiskussion, was
Industrie 4.0 für die Keramikindustrie bedeutet.
Tag der Pulvermetallurgie
Der Fachverband Pulvermetallurgie präsentiert am Dienstagnachmittag den „Tag der Pulvermetallurgie“. Unter dem Titel „3D-Drucken von Keramik und Metall“ sprechen ausgewiesene Fachreferenten aus der Pulvermetallurgie und Keramik in verschiedenen
Fachvorträgen über die dynamischen Entwicklungen im Bereich
der additiven Fertigung und schlagen so den Bogen zu den Impulsen, die in der Podiumsdiskussion gegeben wurden.
Umfassend. International. Einzigartig.
Heavy Clay Day
Bahnbrechende Innovationen und die
Unter dem Schwerpunkt „Effizienter Ressourceneinsatz in der Ziegelindustrie“ veranstaltet die Fachzeitschrift ZI Ziegelindustrie International am Mittwoch, 21. Oktober, zum 3. Mal den „Heavy Clay
Day“ auf der ceramitec.
jüngsten Branchen-Entwicklungen:
Die effiziente Nutzung von Ressourcen ist eine der großen Herausforderungen für die grobkeramische Industrie. Dazu gehören
neben Rohstoff- und Energieeinsatz auch eine optimaler Personalund Logistikplanung.
∙
∙
Länderspecial Iran
Ein weiterer Höhepunkt ist das Länderspecial am Mittwochnachmittag. Es beschäftigt sich mit der Entwicklung der keramischen
Industrie im Iran. Der Präsident der Iranischen Keramischen Gesellschaft, Professor Farad Golestani, wird über den Status in der
iranischen Keramikindustrie und den Austausch mit internationalen Herstellern berichten. Experten des Aushandels und Bankenwesens, des VDMA sowie führende Hersteller von Keramikmaschinen berichten über ihre Erfahrungen bei Exportgeschäften mit dem
Iran.
Werkstoffe 5/2015
Die ceramitec in München ist der Mittelpunkt der internationalen Keramikwelt.
Hier erwarten Sie:
Über 600 Aussteller aus rund 40 Ländern
Ein beispiellos breites Angebotsspektrum
∙
Ein topbesetztes Rahmenprogramm
Sichern Sie sich am besten
noch heute Ihr Ticket:
ceramitec.de/tickets
41
Messen und Termine
EUROGUSS auf Wachstumskurs
Druckguss-Fachmesse belegt
2016 zusätzliche Halle
Die Messevorbereitungen für die EUROGUSS 2016 haben erst vor kurzem
begonnen. Doch schon jetzt zeichnet
sich ab: Die nächste EUROGUSS (12.14.1.2016) wird ein ordentliches Ausstellerplus verbuchen können. Rund 550
Aussteller (2014: 470) und gut 12.000
Fachbesucher werden erwartet.
Um allen Ausstellern ausreichend Platz
für ihre Messestände zu bieten, wird eine
weitere Messehalle geöffnet. Zu den bisherigen Messehallen 7 und 7A kommt
künftig die Halle 6, die den Rundlauf über
das Kongresszentrum NCC Ost komplett
macht.
Europa entwickelt. In der DruckgussFachwelt kennt und schätzt sie jeder,
weil es auf der EUROGUSS nur um eines
geht: Das Thema Druckguss in all seinen
Facetten. Das Angebotsspektrum reicht
von den Rohstoffen über die Technik und
Maschinen bis hin zum fertigen Produkt.
Auf der EUROGUSS trifft sich die ganze
„Druckguss-Familie“: Druckgießereien,
Unternehmen, Forschungseinrichtungen,
Verbände und Verlage. Die Fachbesucher
kommen aus dem Fahrzeugbau und der
Automobilzulieferindustrie, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Elektro- und
Elektronikindustrie, der Möbelindustrie,
Energietechnik, Medizintechnik sowie
dem Formenbau. Drei Tage lang wird auf
der Messe und im begleitenden Fachkongress, dem Internationalen Deutschen
Druckgusstag, intensiv informiert und
diskutiert.
Einmalig in Europa
Druckguss-Termine der
NürnbergMesse Group weltweit
In knapp 20 Jahren hat sich die EUROGUSS von einer kleinen Fachausstellung
mit anfangs 93 Ausstellern und 2.600
Besuchern zur Messe Nummer Eins in
Die NürnbergMesse veranstaltet nicht
nur die EUROGUSS in Nürnberg, sondern
versteht sich auch als Wegbereiter für
deutsche und europäische Druckgieße-
reien, die ins Asiengeschäft einsteigen
oder ihre Geschäftsverbindungen vertiefen möchten. Dies war möglich vom
8. bis 10. Juli 2015 auf der CHINA DIECASTING in Shanghai. Die chinesische
Tochtergesellschaft der NürnbergMesse
organisierte diese Fachmesse mit Kongress zum Thema Druckguss und einen
eigenen Gemeinschaftsstand für deutsche und internationale Unternehmen.
Mitveranstalter ist das Foundry Institute
of China Mechanical Engineering Society (FICMES), Veranstalter ist die Chinese
Mechanical Engineering Society: www.
diecastexpo.cn/en.
Auch in Indien ist die NürnbergMesse
Group in Sachen Druckguss seit kurzem
aktiv: Vom 4. bis 6. Dezember 2014 beteiligte sich die indische Tochtergesellschaft der NürnbergMesse an der ALUCAST in Bangalore. Auf der Fachmesse
zum Thema Aluminium und Druckguss
mit Kongress waren rund 100 Aussteller
und 2.000 Fachbesucher. Im November
2016 ist die nächste ALUCAST geplant.
Veranstalter ist The Aluminium Casters‘
Association of India: www.alucast.co.in
www.euroguss.de
24. Fakuma – Internationale Fachmesse für
Kunststoffverarbeitung
13. - 17. Oktober 2015, Messe Friedrichshafen
Mit einem komplett
belegten Messezentrum in Friedrichshafen am Bodensee
steuert die Fakuma
in ihrer 24. Auflage
auf Rekordkurs.
Mit dem anwenderorientierten Fokus
auf die Kunststoffverarbeitung nimmt die
Fakuma eine Sonderstellung ein. Denn
ähnlich gelagerte Fachmessen präsentieren sich eher „Kunststoff-polytechnisch“
und setzen folglich andere Schwerpunkte.
In diesem Zusammenhang gebührt natürlich auch den additiv-/generativen 3DVerfahren eine hervorzuhebende Rolle,
obschon exakt dieser Part bzw. dessen
Vorfahren wie STL und Laser-Sintern
schon seit über 20 Jahren zum Ausstellungs-Portfolio der Fakuma gehören, früher jedoch vor allem im Prototyping und
in der Musterserienfertigung ihre Anwendung fanden.
Wie omnipräsent sich die Fakuma in der
Branche etablieren konnte, verdeutlich
die nochmalige Zunahme an ausländischen Hersteller und Anbietern auf nunmehr 35 Industrienationen.
Die Fakuma 2015 findet vom 13. bis 17.
Oktober im Messezentrum Friedrichsha-
fen im Dreiländereck Bodensee statt und
erwartet rund 46.000 Fachbesucher aus
weit über 100 Nationen.
www.fakuma-messe.de
42Werkstoffe 5/2015
Connecting Global Competence
ceramitec 2015 – Teil 2
Tag der Technischen Keramik
Der „Tag der Technischen Keramik“, Donnerstag 22. Oktober,
startet mit einer Einführung in das Thema „Industrie 4.0 / Integrated Industry“ in der Keramikindustrie.
Namhafte Referenten stellen die wichtigsten Werkstoffgruppen
der Technischen Keramik vor. Zusätzlich gibt es Beitrage über
die additive Fertigung und über Innovationen mit Keramik-Komponenten im Maschinenbau. Außerdem stellen Verbände und
Institute ihre Aktivitäten und Dienstleistungen vor.
CareerDay
Auch das für die Branche wichtige Thema „Nachwuchs“ findet
auf der ceramitec einen Platz. Erstmalig findet am Freitag, 23.
Oktober, der CareerDay statt – ein spezieller Infotag rund um das
Thema „Karriere in der Keramikindustrie“.
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Werkstoffe 5/2015
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43
Messen und Termine
Blechexpo und Schweisstec – Blechbearbeitung meets
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Mit der 12. Ausgabe der Blechexpo – Internationale Fachmesse für Blechbearbeitung und der 5. Ausgabe der Schweisstec – Internationale Fachmesse für
Fügetechnologien, setzt das praxisorientierte Fachveranstaltungs-Duo seinen
Erfolgskurs fort. Bis heute haben sich bereits über 1000 Aussteller aus 35 Nationen angemeldet. Damit sind die Blechexpo und die Schweisstec deutlich auf
Rekordkurs und vermelden an Ausstellern sowie an Hallenflächen 14 bzw. 21%
Zuwachs. Dieser ist nicht zuletzt auch
auf die über 100 Neu-Aussteller zurückzuführen, die sich mit ihren Produkten
und Leistungen erstmals dem nationalen
und internationalen Fachpublikum vorstellen wollen.
Auf der einen Seite praxisgerechte Darstellung von Hard- und Software, hinsichtlich neuer oder optimierter Technologien
und Verfahren, Produkten und Systemen
sowie Tools und Zubehör; auf der anderen Seite sachorientierte Dialoge zwischen Anbietern und Anwendern, und als
drittes Element die Abrundung der Theo-
rie- und Praxis-Informationen durch das
Aussteller-Forum oder den SchweisstecTag – mit diesem Mix werden die Grundlagen für mehr Entscheidungssicherheit
und damit für Investitionen jeder Größenordnung geschaffen.
Die Blechexpo und Schweisstec finden
vom 03. bis 06. November 2015 in der
Landesmesse Stuttgart statt.
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> Roboter- und Werkstückperipherie
> Laserkamera
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44Werkstoffe 5/2015
Messen und Termine
Konferenz rund um die Zukunft des 3D-Drucks
Die Euromold ist eine der wichtigen Messen zum Thema 3D-Druck / additive Fertigungstechnologien weltweit. Damit das
auch in Düsseldorf so bleibt, haben die
Veranstalter zusammen mit ihren strategischen Partnern eine Dreitages-Konferenz vom 23. bis 25. September 2015
zusammengestellt, in deren Rahmen herausragende Persönlichkeiten erläutern,
was diese Technologien heute können
und was sie morgen können werden.
Die Euromold 2015 geht am 22. September mit geschärftem Profil, überarbeitetem Konzept und fit für die Zukunft
an den Start. Im Rahmen dessen ist eine
internationale Dreitages-Konferenz rund
um das Thema »3D-Druck / Additive Manufacturing« entstanden, die vom 23. bis
25. September 2015 als integraler Bestandteil der Euromold auf dem Messegelände in Düsseldorf stattfindet.
Zentrale Themen dieser Konferenz sind
unter anderem der kontinuierliche Wan-
del dieser Technologien hin zur echten
Alternative zu heutigen Verfahren für die
Serien- und Massenfertigung, High-EndEinsatzmöglichkeiten in den Bereichen
Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizin sowie zahlreiche Details zu dem gerade entstehenden Ökosystem Additive
Manufacturing. Daneben steht der erste
Konferenztag unter dem Motto »Global Visions of the Future« und zeigt den Status
des 3D-Drucks in den unterschiedlichen
Regionen der Welt. Besondere Highlights
der Konferenz sind die Keynotes von Jeff
Kowalski, SVP und CTO von Autodesk
(USA), von Professor Jules Poukens, Kieferchirurg an der Universität Hasselt und
Leuven (Belgien) – einem Pionier bei
der Nutzung von 3D-Druck-Implantaten
– und von Stephen Nigro, SVP HewlettPackard (USA). Diese Keynotes sind für
jeden Messebesucher ohne Aufpreis frei
zugänglich.
Die Euromold 2015 findet vom 22. - 25.
September 2015 auf dem Messegelände
Düsseldorf statt.
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45
Messen und Termine
NORTEC 2016
Vom 26. bis 29. Januar 2016 vernetzt die NORTEC in den Hallen
der Hamburg Messe die produzierenden Industrien des Nordens
mit den Anbietern von Lösungen für alle Stationen der betrieblichen Wertschöpfung. Bereits zum 15. Mal werden Aussteller,
Einkäufer und Fachbesucher auf der Fachmesse für Produktion
Die Fachmesse für Produktion im Norden
im Norden Kontakte knüpfen, Aufträge verhandeln und sich über
Di 26. – Fr 29. Januar 2016 | Hamburg
neueste Techniken austauschen.
nortec-hamburg.de
Sowohl Auftragslage als auch Umsatzzahlen im Maschinen- und
Anlagenbau in Schleswig-Holstein, Hamburg und Bremen befinden sich weiterhin auf hohem Niveau. Geprägt ist die norddeutsche Wertschöpfung vor allem von der Maritimen, Luftfahrt-,
Medizin- und Windenergie-Technik sowie dem Maschinen- und
Fahrzeugbau. Die Konjunkturaussichten stimmen optimistisch:
„Langfristig erwarten wir ein deutliches Wachstum für den Norden, insbesondere wenn sich die Investitionen in die Digitalisierung der Produktion und der Produkte auszahlen. Wir erwarten
neue Ansiedlungen von Industrieunternehmen, denn die Voraussetzungen im Norden sind – insbesondere was den fachlichen
Nachwuchs angeht – gut“, sagt Dr. Jörg Mutschler, Geschäftsführer Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) Landesverband Nord und VDMA AG Marine Equipment and Systems.
12.000 Fachbesucher aus ganz Norddeutschland und den nordeuropäischen Nachbarländern werden erwartet, darunter viele
Entscheider und Einkäufer. Damit zeigt die NORTEC deutlich das
große Potenzial, das die produzierenden Industrien im Norden
bieten: „Als einzige Fachmesse für den gesamten Norden bietet
die NORTEC nationalen und internationalen Ausstellern eine erfolgreiche Vertriebsplattform“, so Bernd Aufderheide, Vorsitzender der Geschäftsführung Hamburg Messe und Congress GmbH.
Nach dem großen Erfolg der NORTEC 2014 werden sich auch im
kommenden Jahr wieder mehr als 430 Aussteller präsentieren
und dabei alle Stationen der Wertschöpfung der Produktionsund Fertigungstechnik abbbilden. Neben den Hallen A1 und A4
direkt unter dem Hamburger Fernsehturm wird 2016 zum ersten
Mal auch die Halle A3 genutzt. „Damit optimieren wir den Rundlauf über das Messegelände und binden den Eingang West sowie die angeschlossenen Parkplätze direkt an“, begründet Aufderheide die neue Hallenbelegung.
Auf dem etablierten NORTEC Forum können interessierte Besu- sind unter anderem Laser bis hin zum 3D-Druck, Automation
DR_NORTEC_Werkstoffe_in_der_Fertigung_90x138_001Seitex1von1 1
19.08.15 12:34
und Elektronikfertigungen (FED). Weitere Informationen unter
cher an allen Messetagen praxisnahe Vorträge zu aktuellen TheNortec AZ | NORTEC_Werkstoff_in_der_Fertigung_90x138 | Iso coated 39L - 4c |
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SCHÜTTGUT 2015 erzielt neuen Aussteller-Rekord
Zwei Monate vor dem Start der Fachmesse für Granulat-, Pulver- und Schüttguttechnologien sind 430 Firmen angemeldet, bereits ein Plus von fast 10% im
Vergleich zum Vorjahr. Die Hallen 4, 5
und 6 in Dortmund sind ausgebucht. Der
Veranstalter Easyfairs hat mit der Halle
7 eine zusätzliche Messehalle in Betrieb
genommen. Die SCHÜTTGUT findet am
4. und 5. November 2015 in den Messe
Westfalenhallen Dortmund statt. Ergänzt
wird die 7. Ausgabe durch die parallel statt-
findende RECYCLING-TECHNIK Dortmund
2015, Fachmesse für Recycling-, Umwelttechnik und Urban Mining. Das Ausstellungsangebot erstreckt sich in diesem
Jahr erstmalig über vier Messehallen. In
der neu eröffneten Halle 7 präsentieren
sich Anbieter von Recycling-Technik und
Schüttgut-Technik. Abbruch-Maschinen,
Verpackungs- und Lagerungs-Systeme,
Sortier- und Beförderungs-Maschinen,
Schredder und Zerkleinerungstechnik,
Trennverfahren und Aufbereitungstechnik von Recyclingmaterialien stehen im
thematischen Mittelpunkt der Ausstellung in Halle 7. Insgesamt rechnet der
Veranstalter im November mit mehr als
450 Ausstellern, die die gesamte Bandbreite der Verfahrenstechnik von Schüttgut- und Recycling-Technologien präsentieren. 75% der Aussteller in 2014 sind
bereits zur diesjährigen Fachmesse angemeldet.
Neben der Ausstellung besteht das Rahmenprogramm der Messe erstmals aus
100 Vorträgen in den offenen Foren,
den sogenannten Innovation- und SolutionCentern. Darüber hinaus finden in zwei
begleitenden Fachkonferenzen wissenschaftliche Vorträge statt: der 2. Deutsche Brand- und Explosionsschutzkongress und der 6. Urban Mining Kongress.
www.schuettgut-dortmund.de
46Werkstoffe 5/2015
formnext 2015 präsentiert Sonderschau
„Vom Werkstoff zum Bauteil“
Wie entscheidend die richtige Auswahl
der Werkstoffe für ein Bauteil ist, zeigt
die formnext 2015 mit ihrer Sonderschau
„Vom Werkstoff zum Bauteil“. Auf der
formnext, der internationalen Messe und
Konferenz für Additive Technologien und
Werkzeug- und Formenbau, vom 17. –
20.11. 2015 in Frankfurt am Main, wird
der Einsatz von Werkstoffen sowohl für
die konventionelle Fertigung (z.B. Spritzguss) als auch für die Additiven Fertigungsverfahren gezeigt.
Die Auswahl und Bereitstellung passender Werkstoffe für die Additive Fertigung sind ein sehr aktuelles Thema für die
weitere Entwicklung dieser noch jungen
Technologie in Richtung Serienfertigung.
Mit ausgewählten Exponaten und anhand
plakativer Beispiele von der Zahnbürste
und Brillengläsern über Flugzeugteile bis
zu Bremsscheiben erläutert die Sonder-
schau innovative Wege in die Zukunft. Die
formnext will mit der Sonderschau auch
die weiteren Entwicklungsmöglichkeiten
im Bereich Werkstoffe – gerade für die
Additiven Verfahren – aufzeigen. „Leider
stehen in diesem Bereich derzeit noch
viel zu wenige Rohstoffe zur Verfügung,
was in der Öffentlichkeit nicht wirklich bekannt ist“, so Kollenberg. Für die Idee der
unbegrenzten Fertigungsmöglichkeiten
durch 3D-Druck müsste noch einiges an
Entwicklungsarbeit bei den Werkstoffen
geleistet werden.
erwünschte „Fertigungsüberbleibsel“ jedoch entfernt werden. Nicht selten erfolgen insbesondere Entgratprozesse noch
wie anno dazumal – mit allen damit verbundenen Nachteilen wie beispielsweise
fehlender Reproduzierbarkeit und hohen
Kosten.
Unternehmen sind daher auf der Suche
nach effizienten und innovativen Lösungen für die Fertigungsschritte Entgraten, Verrunden und Polieren. Zu finden
sind sie auf der DeburringEXPO.
Unter den Ausstellern der DeburringEXPO
finden sich bereits zahlreiche Markt- und
Technologieführer. Dies sorgt dafür, dass
die Besucher ein umfassendes und repräsentatives Angebot an Verfahren und
Technologien für das Entgraten, Verrunden und Polieren erwartet. Darunter auch
verschiedene innovative Verfahren und
Weiterentwicklungen, die nicht nur die
heute erforderliche Prozesssicherheit und
Wirtschaftlichkeit gewährleisten. Je nach
eingesetzter Technologie ermöglichen sie
auch, den bearbeiteten Oberflächen spezielle Eigenschaften mitzugeben. Dazu
zählen unter anderem Verringerung von
Reibung und Verschleiß, Geräuschminimierung, Erhöhung der Druckeigenspannung, längere Lebensdauer und Energieeinsparungen. Bereiche, mit denen
die DeburringEXPO auch die Produktentwicklung und -Konstruktion anspricht,
sind Themen wie Gratvermeidung und
-minimierung sowie die gratlose Herstellung von Konturen, Strukturen und sogar
nicht-zylindrischen Bohrungen.
Die Ausstellerpräsentationen der DeburringEXPO werden durch ein integriertes
Fachforum abgerundet. Dabei stehen der
praxisorientierte Wissenstransfer über
Entgrat- und Poliertechnologien, BestPractice-Beispiele und der direkte Erfahrungsaustausch im Mittelpunkt.
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DeburringEXPO
Entgraten,
Verrunden,
polieren, Fertigungsschritte, die heute
in praktisch allen Produktionsbranchen anfallen. Die
kontinuierlich steigenden Anforderungen
an Qualität, Präzision und Oberflächeneigenschaften der Produkte bei gleichzeitigem Kostendruck stellt Unternehmen
dabei zunehmend vor neue Herausforderungen. Innovative Lösungen, um sie effizient zu meistern, präsentiert die DeburringEXPO vom 13. bis 15. Oktober 2015
auf dem Karlsruher Messegelände.
Ob spanend, umformend oder urformend
hergestellte Bauteile – Entgraten, Verrunden und Polieren zählen üblicherweise
nicht zu den Kernkompetenzen produzierender Unternehmen. Um die heute
üblichen, hohen Anforderungen an Qualität, Funktionalität und Lebensdauer
von Produkten zu erfüllen, müssen un-
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Werkstoffe 5/2015
47
Sonderteil: Messebau
Raumwelten und FAMAB kooperieren –
Das Branchenhighlight des Jahres
Im Herbst dieses Jahres, vom 12. bis
zum 14. November, startet eine hochspannende Kooperation zwischen Raumwelten – Plattform für Szenografie, Architektur und Medien und dem FAMAB
(Verband für direkte Wirtschaftskommunikation). Die über die Branchenkreise hinaus bekannte Gala des FAMAB AWARD
– eines der wichtigsten Kreativawards im
deutschsprachigen Raum – wird in die
Veranstaltung Raumwelten eingebettet.
Das macht den Veranstaltungscluster
zum Branchenhighlight des Jahres für
Raum- und Markeninszenierung sowie
Live-Kommunikation in Deutschland.
Gemeinsam hat man sich für Ludwigsburg entschieden und sich fest für zunächst bis 2017 an den umtriebigen
Film- und Kreativstandort gebunden.
Die verantwortlichen Macher auf beiden Seiten – die Geschäftsführer des
Raumwelten-Veranstalters Film- und
Medien-festival gGmbH (FMF) Prof. Ulrich
Wegenast und Dittmar Lumpp sowie die
FAMAB-Leitung mit dem Geschäftsführer
Jan Kalbfleisch, den Vorstandsmitgliedern Jörn Huber (Agentur Pro Event), Sabine Türke (Atelier Türke) und der Leiterin
des Arbeitskreises Awards Anja Osswald
(PHOCUS BRAND CONTACT) – sehen die
Kooperation als klare win-win-Situation:
Die Raumwelten bekommen eine fulminante Highlight-Veranstaltung mit der
FAMAB AWARD Gala und erfahren somit
eine programmliche Aufwertung. Der alljährliche Branchentreff FAMAB AWARD,
in deren Rahmen zudem die jährliche
Mitgliederhauptversammlung stattfindet,
wird durch die Inhalte, Referenten und
Workshops der Raumwelten noch erheblich an Mehrwert für die anreisenden
Gäste aus Deutschland und ganz Europa
gewinnen.
Jörn Huber, stellvertretender Vorsitzender des FAMAB, zeigt sich begeistert:
„Wir freuen uns sehr, unserer Branche
im November in Ludwigsburg einen echten Mehrwert präsentieren zu können.
Gerade der Diskurs über Kommunikation
im Raum und die Möglichkeit des Austauschs mit den besten Szenographen
und Architekten der Szene ist für alle Teilnehmer der FAMAB AWARD Verleihung
eine mehr als sinnvolle Ergänzung zum
jährlichen ‘Stammestreffen‘ der Spezialisten für Markenerlebnisse, Live-Kommunikation und temporäre Architektur
in Deutschland. Als Kommunikationsverband öffnen wir uns so einer noch breiteren Klientel.“
Dreh- und Angelpunkt von Raumwelten
ist der Akademiehof in Ludwigsburg, an
dem auch die beteiligten Hochschulpartner Filmakademie Baden-Württemberg
und Akademie für Darstellende Kunst Baden-Württemberg beheimatet sind (weitere akademische Partner sind die Staatliche Akademie der Bildenden Künste
Stuttgart und die Hochschule für Technik
Stuttgart). Die FAMAB AWARD Gala findet
am 12. November 2015 in der Ludwigsburger MHP-Arena statt.
Über Raumwelten:
Die Plattform Raumwelten beleuchtet
die Schnittstellen zwischen Szenografie,
Architektur und Medien. Mit erstklassigen nationalen und internationalen
Referenten, Vorträgen, Workshops und
Keynotes bietet sie spannende Impulse
und nützliche Informationen für die Kreativszene und mittelständische Unternehmen. Hier trifft visionäre Architektur auf
Markenkommunikation, digitale Medien
auf Livekommunikation und Messegestaltung. Aktuelle Trends der Branche
und praxisnahe Expertentipps machen
Raumwelten zum Branchenhighlight
im Bereich Kommunikation im Raum.
Passend für die Zielgruppen – Entscheidungsträger des Mittelstandes, Kreative,
Studenten sowie breites kulturaffines
Publikum – setzte sich die Veranstaltung
aus vier Modulen zusammen: Business,
Art & Research, Talent und Public. Inhaltlich betreut wird Raumwelten von einem
Kuratorenteam aus erfahrenen Experten
der Bereiche Szenografie, Architektur
und Medien. Die Veranstalter sind die
Film- und Medienfestival gGmbH (FMF),
Mitveranstalter die Wirtschaftsförderung
Region Stuttgart GmbH (WRS).
www.raum-welten.com
Beim Messebau zunächst prüfen
(Bildquelle: Dein Service GmbH)
Wer mit seiner Firma auf einer Messe
ausstellt braucht einen Messestand, soviel steht fest. Ob das Messestand Design
die Besucher anspricht und damit die Besucherfrequenz am Messestand erhöht,
ist nicht von vornherein sicher. Der Vergleich von Angeboten ist also zu empfehlen. Wichtig ist es darauf zu achten, dass
bei einem Marketinginstrument wie dem
Messestand, neben den Kosten auch die
Leistung eine wichtige Rolle spielt. DeinMessestand bietet Ausstellerfirmen einen
kostenlosen Messeservice. Wer bei DeinMessestand ein Angebot anfordert, der erhält aus einem Netzwerk von mehr als 100
unabhängigen Messebauunternehmen bis
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48Werkstoffe 5/2015
BERUFSKLEIDUNG
Comfort besitzt drei neue
Farben
GRUNDLAGENFORSCHUNG
IM SANDGUSS
Gusstechnische Verfahren
nen müssen. Indem der 3D-Druck „am
Stück“ erfolgt, müssen Gussformen oder
Kernpakete nicht als Einzelteile gefertigt
und am Ende aufwendig zusammengesetzt werden. Den klassischen Werkzeugbau werden wir dadurch nicht ersetzen,
können ihn aber sinnvoll ergänzen. Somit
können Kernversätze und Einschlüsse
zwischen den Kernen deutlich reduziert
werden. Mithilfe dieser Untersuchungen
können wir nachweisen, dass es auch
möglich ist, kleinere und komplexe Kerne
mit einer ausreichenden Entlüftung zu realisieren.
www.voxeljet.de
Professioneller Look, funktionelle Ausstattung, fairer Preis – mit diesen Zutaten
erkämpften sich die Kollektionen DBL
Comfort und Comfort Color eine starke
Position im Markt für professionelle Berufskleidung. Jetzt folgt die zweite Generation – dezent überarbeitet, deutlich
funktioneller, optisch moderner. Die neuen Artikel aus DBL Comfort und Comfort
Color wirken deutlich sportlicher und sind
gleichzeitig noch praxisgerechter.
Grundlage bildete die systematische
Abfrage von detaillierten Kundenmeinungen. Daran schloss sich eine Entwicklungsphase an, in der die Projektleiter
der DBL die Aussagen analysierten und
gemeinsam mit dem erfahrenen Konfektionär teamdress Stein in das Update
einfließen ließen. Jutta Mester: „Durch
wenige, aber entscheidende Änderungen
im Schnitt konnten wir die Optik insgesamt sportiver und schlanker gestalten.
Die verstärkte Verwendung luftdurchlässiger Stretcheinsätze sowie dehnbarer
Materialien verbessern Tragekomfort und
Bewegungsfreiheit zusätzlich.“ Ganz neu:
Einzelne Artikel können mit Reflexstreifen
ausgerüstet werden.
Die Passform wurde optimiert und entspricht aktuellen Anforderungen. Taschen
und Verschlüsse passte das Team ebenfalls den Wünschen an. Handlungsbedarf
gab es bei den Farbtönen: Die neue Farbpalette umfasst jetzt auch Töne wie Dunkelgrau, Schwarz und Marine. Entweder
in neun Monofarben (DBL Comfort) oder
in dezenter Zweifarbigkeit mit insgesamt
sechs Farbstellungen (Comfort Color).
Weiterhin zum Einsatz kommen die bewährten, hochwertigen Gewebe. In Zukunft kann man je nach Artikel zwischen
einem hochwertigen Mischgewebe und
veredelter Baumwolle wählen. Die komplette Beschaffung, Ausstattung und
Pflege übernimmt das regionale DBL-Vertragswerk im Rahmen des textilen Mietservices.
www.dbl.de
Werkstoffe 5/2015
Die Präsentation der Forschungsergebnisse von Tom Mueller, dem Director
Casting Applications (North America) bei
voxeljet, wurde auf der GIFA mit dem
„Best Paper Award“ ausgezeichnet. In
seinen Untersuchungen fokussierte er
sich auf 3D-gedruckte Sandkerne mit
komplexen und anspruchsvollen Geometrien und deren Verhalten während
des Gießens. Im folgenden Interview
gibt er einen kurzen Überblick über den
aktuellen Stand der Forschung, die sich
daraus ergebenden Möglichkeiten und
neue Anwendungen.
voxeljet: Herr Mueller, was war die Hauptmotivation für Ihre Untersuchungen?
Tom Mueller: Mittelgroße Sandkerne mit
einer hohen Festigkeit haben sich bereits
seit mehreren Jahren in der Praxis bewährt. Auch die Tatsache, dass Gieß- und
Entlüftungskanäle gleich mitgedruckt
werden können, wird von Konstrukteuren
immer mehr berücksichtigt. Doch gerade lange und dünne Sandkerne wurden
bisher auf Festigkeiten und Abgussverhalten nicht ausreichend untersucht. Mit
steigenden Anforderungen wächst jedoch
der Bedarf für geometrisch anspruchsvolle Kerne in der Industrie. Und gerade
über deren Eigenschaften ist während
des Gießverfahrens nur sehr wenig bekannt. Vor allem beschäftigte mich die
Frage, ob diese einerseits stark genug
sind den Belastungen standzuhalten und
andererseits die erzeugten Gase ausreichend abführen können.
voxeljet: Die Vorteile des industriellen
3D-Drucks liegen gerade in der Realisierung komplexer Geometrien. Gibt es denn
auch Grenzen bezüglich der Geometrie
von Sandkernen?
Tom Mueller: Zum jetzigen Zeitpunkt
lässt sich sagen, dass es nur wenige Einschränkungen gibt. Wir können Kerne
drucken, die mit dem herkömmlichen
Kernherstellungsverfahren gar nicht erzeugt werden können. Einzige Bedingung
ist, dass wir das lose Material, sei es mit
Druckluft oder industriellen Saugern, aus
den gedruckten Kernen entfernen kön-
FILTERTURM
Einer für alles: Filterturm
für Schweißrauch, Staub und
Ölnebel
Mit der FILTOWER-Serie präsentiert ESTA
einen neuen, leistungsstarken Filterturm,
der gleich drei Anwendungsgebiete abdeckt: Zur ergänzenden Hallenlüftung ist
er sowohl für Schweißrauch als auch für
Feinstaub oder Ölnebel einsetzbar.
Die Filtertürme finden überall dort Anwendung, wo eine Punktabsaugung allein nicht ausreicht, um die gesetzlichen
Grenzwerte im Arbeitsraum einzuhalten.
Vor allem wegen der im letzten Jahr vollzogenen Absenkung des allgemeinen
Staubgrenzwertes (ASGW) für alveolengängige Stäube von 3,0 mg/m³ auf 1,25
mg/m³ gewinnen unterstützende Hallenlüftungssysteme zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus ist eine punktuelle
Erfassung häufig nicht praktikabel, zum
Beispiel bei der Bearbeitung von großen
Werkstücken mit ständigem Arbeitsplatzwechsel. In all diesen Fällen tragen die
FILTOWER-Anlagen wesentlich zur Verbesserung der Raumluftqualität für Beschäftigte in Produktionsbereichen bei.
Sie sind in drei Leistungsstufen mit Absaugvolumina von 10.000 m3/h, 15.000
m3/h und 20.000 m3/h erhältlich und zeigen dank lufttechnischer Weiterentwicklung eine entscheidende Steigerung der
Effizienz gegenüber der Vorgänger-Serie.
Die Anlagen kommen ohne Rohrsystem
aus und lassen sich im Handumdrehen
nach dem Plug & Play-Prinzip in Betrieb
nehmen. Zudem sparen die Filtertürme
49
durch das von der Berufsgenossenschaft
empfohlene Schichtenlüftungsprinzip bis
zu-70 %Heizkosten pro Jahr.
In einem Radius von bis zu 15 Metern
saugen die Anlagen die verunreinigte Luft
an der Gehäuseoberseite an. Im Innenbereich durchströmt diese zunächst das
neu entwickelte Vorabscheidesystem,
das den Luftstrom von groben Partikeln
befreit. Dadurch verbessert sich die
Standzeit der nachgeschalteten Filterpatronen immens, zugleich verringert sich
das Risiko eines möglichen Filterbrands.
Diese Technik hat ESTA zum Patent angemeldet. Im Anschluss werden die verbleibenden Feinpartikel durch Dauerfilterpatronen der Staubklasse „M“ geleitet und
dort nahezu vollständig abgeschieden
(Abscheideleistung 99,9 %). Das Ergebnis: Der Luftstrom verlässt die Anlage
nahezu frei von Partikeln – eine Rückführung in den Arbeitsraum ist möglich.
Die bodennahen seitlichen Quellauslässe
des Filterturms sorgen dafür, dass die gereinigte Luft wieder in die Halle gelangt
und so die Beschäftigten gezielt und kontinuierlich mit reiner Luft versorgt werden
– gleichzeitig wird so die Luftzirkulation
unterstützt.
Die Reinigung der Filtermaterialien erfolgt
vollautomatisch mittels Druckluft. Anhaftende Schmutzpartikel werden hochwirksam entfernt und fallen in eine fahrbare
Schublade mit 150 Liter Volumen unterhalb des Filterraums. Zwei verschließbare Sammelkartons in der Schublade
stellen eine staubarme Entsorgung des
abgesaugten Materials sicher.
Im Gegensatz zu zentralen Raumlüftungssystemen kommen die Anlagen
ohne Rohrsystem aus. Sie werden komplett montiert und betriebsfertig angeliefert und sind schnell einsatzfähig – lediglich der Anschluss an die Strom- und
Druckluftversorgung ist noch vorzunehmen. Im Falle von produktionsbedingten
Veränderungen können die Filtertürme
mittels Stapler oder Kran einfach und zügig umplatziert werden.
Die Anlagen-Steuerung verfügt über ein
großzügiges Bedienpanel mit Display, das
die wichtigsten Gerätefunktionen (Differenzdruck, Abreinigung etc.) anzeigt.
Die Filtertürme unterbieten die aktuellen
Schallexpositionsgrenzwerte und können
somit im direkten Arbeitsumfeld aufgestellt werden. Unkompliziert und schnell
funktioniert auch der Filterwechsel: Die
zum Patent angemeldete Technik ohne
Serviceeinsatz ermöglicht es dem Anlagenbetreiber, in weniger als 15 Minuten
den Filter selbst auszutauschen.
Weitere Varianten mit Geruchsfiltration
sowie W3-Prüfzeichen der IFA (Institut
für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung) zur Absaugung
beim Schweißen von hochlegiertem Stahl
sollen in Kürze folgen.
Zu sehen gibt es die neuen FILTOWER
erstmals auf dem ESTA-Messestand
6208 in Halle 6
auf der Schweisstec (3. bis 6. November
2015) in Stuttgart.
www.esta.com
GUSSEISENWERKSTOFFE
Temperierte Stufenversuche an
Gusseisenwerkstoffen
nungsaufnehmer für eine hochpräzise
Dehnungsmessung, einer LN2 gekühlten
Temperierkammer und einem 900°C
HT-Ofen ausgestattet. Mit der MasterPrüfvorschrift für zyklische Versuche der
Prüfsoftware testXpert II, können die speziellen Prüfanforderungen der ÖGI, wie
freie Stufendefinition und kundenspezifische Ergebnisse, effizient umgesetzt
werden. Die Prüfsoftware-Option „Universelle Anbindung von HBM Messverstärkern“ ermöglicht das synchronisierte
Einlesen und die Weiterverarbeitung der
DMS-Kanäle zur E-Modulbestimmung in
testXpert II.
www.zwick.de
JUBILÄUM
120 Jahre Bohren
Zur Charakterisierung der spezifischen
Eigenschaften von Grauguss (Gusseisen
mit Lamellengraphit) führt das Österreichische Gießerei-Institut (ÖGI) Stufenversuche in Raum- und Hochtemperaturbereichen durch.
Dabei liegt der Schwerpunkt nicht bei
standardisierten Normprüfungen, sondern bei speziellen Prüfverfahren, die
der Weiterentwicklung von Gusseisenwerkstoffen dienen. Hierzu gehören
beispielsweise Stufenzug- und Stufendruckversuche zur Ermittlung der Belastungsabhängigkeit des E-Moduls von
Grauguss, sowie Ermittlung des statischen E0-Moduls aus dem Stufenversuch.
Bei diesen Versuchen werden im Gegensatz zum rein zügigen Versuchsablauf die
Prüfungen in mehreren frei konfigurierbaren Stufen aufgeteilt. Auf diese Weise
kann die Belastungsabhängigkeit des EModuls und das statische E0-Modul von
Grauguss (Gusseisen mit Lamellengraphit) ermittelt werden. Das E-Modul wird
bei Raumtemperatur mit zwei Dehnmessstreifen (DMS), die auf beiden Seiten der
Proben appliziert sind, ermittelt. Bei höheren Temperaturen werden geeignete
Dehnungsmesssysteme – mechanisch
applizierbar oder berührungslos arbeitend – angewendet. Die Notwendigkeit
der E0-Modul-Bestimmung mittels aufwändiger Stufenversuche ergibt sich bei
Grauguss durch die für diesen Werkstoff
von Beginn an gekrümmte SpannungsDehnungs-Kurve, die keinen linear elastischen Bereich aufweist.
Die Versuche werden unter anderem
an einer 100 kN Allround-Line Prüfmaschine von Zwick durchgeführt. Die
Maschine ist mit dem makroXtens Deh-
Die weltweit erste elektrische Handbohrmaschine von FEIN feiert Jubiläum
Schon gewusst? FEIN hat sie 1895 erfunden: die elektrische Handbohrmaschine und damit das erste Elektrowerkzeug
der Welt. Im Jubiläumsjahr erzählt FEIN
die Geschichte von 120 Jahren Bohren,
wagt einen Blick in die Zukunft der professionellen Elektrowerkzeuge und feiert
mit einem Gewinnspiel sowie attraktiven
Aktionen.
Die Entstehungsgeschichte der
Bohrmaschine
Zwei FEIN Mechaniker sollten viele Löcher von Hand bohren. Um Zeit zu sparen, setzten die findigen Mitarbeiter ein
mechanisches Bohrfutter auf die Welle
eines kleinen handlichen Elektromotors. Der Grundstein für 120 Jahre Erfindungen made by FEIN war gelegt. Emil
FEIN, der älteste Sohn des Firmengründers griff diese Idee auf und entwickelte
den improvisierten Elektrobohrer weiter
bis zur Marktreife. Das erste Modell war
eine Sensation: Es wog 7,5 Kilogramm
und musste mit beiden Händen geführt
werden. Mit einer Leistung von 50 Watt
bohrte die Maschine vier Millimeter in
Stahl. Das Original ist im Deutschen
Museum in München zu sehen. Handbohrmaschinen der heutigen Generation
wiegen nur noch 2 Kilogramm und haben
einen maximalen Bohrdurchmesser von
13 Millimeter.
Meilensteine der Entwicklung
50Werkstoffe 5/2015
Unternehmen wie BOSCH und AEG zogen
nach, doch bis heute ist FEIN in der Entwicklung von Bohrmaschinen führend.
1900 führte der Erfinder die erste elektrische Handbohrmaschine mit Aluminiumteilen ein und schon 1903 ermöglichte die erste Mehrgang-Bohrmaschine
das Bohren mit unterschiedlichen Drehzahlen. Um 1920 etablierten sich unterschiedliche Griffformen: Der von FEIN
entwickelte Spatengriff und der Pistolengriff sind die bekanntesten und auch
bei aktuellen Modellen entscheidend
für die Ergonomie. Die weltweit ersten
Bohrmaschinen mit Isolierstoffgehäuse
brachte FEIN 1933 auf den Markt. Die
Maschinen wurden damit deutlich leichter und sicherer in der Anwendung. In der
Nachkriegszeit gelang ein weiterer grundlegender Fortschritt durch die Entwicklung einer stufenlosen elektronischen
Drehzahlregulierung. Ende der 1960er
entstand bei FEIN die erste Bohrmaschine mit Vollwellen-Elektronik. Mitte der
1960er-Jahre gelang mit der 636-Baureihe der Durchbruch: Die Bohrmaschinen
wurden klein, leicht, leistungsstark und
zuverlässig in jeder Anwendung.
Bis Ende der 1970er-Jahre etablierten
sich außerdem Schlagbohrer, Bohrhammer und Kernbohrmaschinen. Mit hochwertigen HSS-Kernbohrern stieg FEIN zu
der Zeit in die Kernbohrtechnologie ein
und entwickelte sie entscheidend weiter:
Im Jahr 2000 wurde Kernbohren mobil
und FEIN brachte die kleinste und leichteste Magnet-Kernbohrmaschine auf den
Markt. 2010 folgte die erste vollautomatische Metall-Kernbohrmaschine mit digital angesteuertem Bohrvorschub. Ein
Jahr später landet FEIN mit dem ersten
handgeführten Metall-Kernbohrsystem
die nächste Weltneuheit.
Die Bohrmaschinen von heute
Seit der Erfindung vor 120 Jahren ist FEIN
Spezialist für Bohren, vor allem für die
Metallbearbeitung. Als einer von wenigen
Herstellern hat FEIN reine Bohrmaschinen im Programm, die konsequent auf
die Anwendung Bohren ausgelegt sind,
wie zum Beispiel die kompakten Bohrmaschinen der Baureihe BOP. Sie sind
leistungsstark und mit Pistolengriff sehr
ergonomisch. Ein einhülsiges MetallSchnellspannbohrfutter mit selbstnachziehenden Spannbacken sorgt für eine
sehr hohe Rundlaufgenauigkeit und dauerhaft präzise Bohrergebnisse. Der Trend
beim Bohren in Industrie und Handwerk
geht zum Einsatz von Akku-Maschinen.
Neben reinen Akku-Bohrmaschinen der
Baureihe ABOP bietet FEIN auch AkkuBohrschrauber mit 4-Gang-Getriebe an.
Die Akku-Bohrschrauber ASCM sind die
leistungsstärksten FEIN Akku-Schrauber.
Sie liefern die jeweils richtige Drehzahl
und damit optimale Schnittgeschwindigkeiten für jeden Bohrdurchmesser.
Werkstoffe 5/2015
Ein Vollmetall-Bohrfutter mit HartmetallEinsätzen verhindert ein Durchrutschen
des Bohrers oder Gewindebohrers. Die
ASCM 4-Gang-Schaltung erhielt im Jubiläumsjahr sogar einen Innovationspreis.
Als Nischenspezialist bietet FEIN auch
Bohrmaschinen für besondere Anforderungen, wie zum Beispiel extrem kleine
Winkelbohrmaschinen oder einen schnellen und präzisen Gewindebohrer.
Die Zukunft des Elektrowerkzeugs
Richard E. Geitner, Vorsitzender der Geschäftsführung bei FEIN. „Die Zukunft
unseres Unternehmens steht auf zwei
starken Säulen: professionelle Elektrowerkzeuge für die Metallbearbeitung sowie für Ausbau und Renovierung. Auch
unser Akku-Programm entwickeln wir
konsequent weiter. Unser Ziel ist es, auch
weiterhin Qualitätsführer zu sein.
Jubiläumsaktion 120 Bohren
Vom 1. September bis 31. Dezember
2015 feiert FEIN den Geburtstag der
Bohrmaschine. Beim Kauf einer Bohrmaschine oder eines Akku-Bohrschraubers
gibt es attraktive Jubiläumsgeschenke.
www.fein.de
KUNSTSTOFFE
Velox auf der Fakuma
tig sehr guten mechanischen Eigenschaften. Des Weiteren werden mit Hilfe von
Polyamid/Polyolefin-Legierungen entwickelte dichtereduzierte, leichtfließende
und korrosionsbeständige Kunststoffe
vorgestellt, die als verbessertes PA6 oder
zur Rohr- und Profilextrusion eingesetzt
werden können. Durch ihre reduzierte
Wasseraufnahme eignen sich diese Typen besonders für den Außeneinsatz.
Die hocheffizienten ASACLEAN Reinigungsgranulate von Asahi KASEI werden
ebenfalls vorgeführt.
VELOX hat in diesem Jahr interessante
Mitaussteller wie Lubrizol Advanced Materials, Polyram, SK Chemicals, Asahi
Kasei und Völpker sowie ADVANC3D Materials. ADVANC3D Materials GmbH ist
auf die Entwicklung, die Herstellung und
den Vertrieb von 3D-Druckmaterialien für
die Additiv herstellende Industrie spezialisiert und wird zum ersten Mal auf dem
VELOX Stand präsent sein. Advanc3D
Materials vertreibt SLS Pulver von AXALTA
(Coathylene® Typen) und ARKEMA (Orgasol®). Die hauseigenen ADWIRE® Filamente für den FDM Prozess sind in PLA
und ABS in allen Farbvarianten erhältlich.
www.velox.com
LASERTECHNOLOGIEN
Immer der passende Draht
Auf Stand Nr.5001 in Halle B5 stellt Velox eine Auswahl aktueller und innovativer Kunststoffprodukte und Additive für
Kunststoffe vor. VELOX ist ein etablierter
Distributeur innovativer Rohmaterialien.
Die Produktpalette von VELOX umfasst
sämtliche Hochleistungskunststoffe für
technische und medizinische Anwendungen sowie alle Arten von Verpackungen. Außerdem werden funktionelle
Füllstoffe, innovative Flammschutzmittel,
Additive für Kunststoffe und Kautschuk
sowie viele weitere innovative Produkte
für die Kunststoffbranche präsentiert.
Die Präsentation der Produkte der PENTAC Polymer wird eines der Höhepunkte
sein. Dieses Jahr präsentiert VELOX neue
halogenfreie Flammschutztypen mit sehr
guter Flammschutzwirkung bei gleichzei-
quada V+F befasst sich seit 2003, mit
der Herstellung, dem Vertrieb und der
Weiterentwicklung von Laserschweißdrähten.
Mit 27 Vertriebspartnern weltweit und
Standorten in Portugal und Ungarn,
betreut quada V+F
verschiedenste
Branchen, wie zum Beispiel den Werkzeug- und Formenbau, Lohn- und Reparaturbetriebe, die Luft- und Raumfahrt, die
Medizintechnik und sonstigen Metallbau
und metallverarbeitende Industriebetriebe. Das Unternehmen führt Draht in
Durchmessern von 0,127 mm bis hin zu
3,2 mm. Wählbar als Stäbe (333 mm; 500
mm; 1.000 mm) oder auf Spulen (K80;
K160; K125; K250; MA125; SH253).
Über 70 Legierungen sind erhältlich. Seit
2008 vertreibt das Unternehmen die Lasersysteme der Firma Alpha Laser.
Als Vertriebs- und Servicepartner der
Firma Alpha Laser kümmert sich das
51
Unternehmen auch um die Wartung und
Reparatur der Maschinen und bietet
Schulungen und Weiterbildungen an. Besuchen Sie uns auf der Euromold auf unserem Messestand C16 in Halle 16.
Risiken vermeiden – Staub und
Fasern absaugen
SENSORTECHNIK
Simulation
www.quada-office.com
LUFTTECHNIK
LTA präsentiert neueste
Filtertechnik
Die LTA Lufttechnik GmbH erweitert ihr
Angebot um einen Filter, den sie bewusst
einfach gehalten hat und als BASIC Line
auf den Markt bringt. Die LTA hat das
neue Einstiegsmodell entwickelt, um
die metallbearbeitende Industrie auch
mit einem einfachen, aber gleichzeitig
voll funktionstüchtigen Öl- und Emulsionsnebelfilter ausrüsten zu können. Der
elektrostatische Filter ist in zwei Ausführungen zu haben: Die kleinere mit einstufigem Filter, die größere mit zwei Filtern in
Reihe. Ausgelegt sind die Filter für Kühlmitteldrücke bis 40 beziehungsweise 80
bar Innenkühlung und einem Maschinenraum bis 6 m3. Die Absaugleistung beträgt 1.200 m3/h – trotzdem verbraucht
das Gebläse wenig Energie, denn die
LTA verbaut ausschließlich Ventilatoren
nach ERP-Richtlinie. Zur einfachen Handhabung tragen auch die eingesetzten
Filterelemente bei: Sie werden optisch
überwacht und sind komplett waschbar.
Durch ihre kompakte Konstruktion lassen sich die Filter der BASIC Line an allen
Werkzeugmaschinen anbringen. Bei der
Trockenbearbeitung von Werkstücken
fällt Metallstaub an. Der DF 2000 Jet
saugt diesen Staub aus dem Maschinenraum und filtert ihn mit einem Patronenfilter, der mit automatischer Abreinigung
ausgestattet ist: Der Jet-Impuls drückt
den Filterkuchen aus der Patrone und erhöht so die Standzeit des Filterelements.
Je nach Modellvariante hat der Staubfilter eine effektive Absaugleistung von
600 bis 2.500 m³/h. Durch die modulare
Bauweise lässt sich die Absaugleistung
auf bis zu 20.000 m³/h erweitern. Somit eignet sich der DF 2000 Jet auch zur
Gruppen- oder Zentralabsaugung mehrerer Maschinen. Besuchen Sie uns auf der
EMO Halle 11/ Stand G 35
Geringes Gewicht bei sehr hoher Belastbarkeit: Das sind die Kerneigenschaften
von Komponenten aus Verbundwerkstoffen wie GFK und CFK – und der
Grund, warum diese Werkstoffe immer
häufiger zum Einsatz kommen. Typische
Beispiele sind die Rotoren von Windkraftanlagen, Wellen von Schiffsantrieben sowie Ka-rosseriekomponenten von Sportund Elektrofahrzeugen.
Bei der Verarbeitung dieser Werkstoffe
z.B. durch Fräsen, Schleifen oder Zuschneiden ist zu beachten, dass gesundheitsgefährende Stäube freigesetzt
werden. Eine Absaugung gehört somit
zum Standard-Equipment an den Arbeitsplätzen von GFK-/ CFK-verarbeitenden
Betrieben. Auf der „Composites Europe“
stellte Ruwac entsprechende Lösungen
vor. Die Absauganlagen können zentral
oder dezentral, stationär oder mobil ausgeführt werden. Sie saugen Stäube und
Fasern möglichst direkt an der Emissionsquelle ab und gewährleisten, dass
die einschlägigen Anforderungen z.B. von
TRGS 5003 und TRGS 9001 erfüllt werden. Diese Technischen Regeln treffen
Aussagen zur maximalen Staubkonzentration, die bei der Verarbeitung von glas-,
kohlenstoff- und aramidfaserverstärkten
Kunststoffen nicht höher als 6 mg/m3
sein sollte (bezogen auf den alveolengängigen Anteil mit Faserdurchmessern
< 3 µm).
Ein Beispiel: Für einen Hersteller von
Windkraftanlagen hat Ruwac an mehreren Standorten Absauganlagen realisiert,
bei denen die Schleifstäube aus der Rotorproduktion direkt an der Schleifstelle
abgesaugt werden. Der Saugschlauch
ist unmittelbar mit dem Handwerkzeug
verbunden. So kann man auf eine aufwändige Einhausung verzichten, und
der Bediener wird in weitaus geringerem
Maße den beim Schleifen entstehenden
Stäuben ausgesetzt.
Da CFK-Stäube wie alle organischen
Stäube entzündlich sind, wenn sie in
einer gewissen Konzentration mit Luftsauerstoff vorliegen, ist die Absaugung
gemäß den Anforderungen des Staubexplosionsschutzes ausgeführt.
Auf der Motek zeigt Yaskawa (Halle 7 –
Stand 7205) eine neuentwickelte Sensorik und die virtuelle Planung von roboterbasierten Anlagen. So präsentiert
das Unternehmen den neuen Kraft-Moment-Sensor MotoFit und die Software
MotoSim EG VRC zur Simulation und
Offline-Programmierung von MotomanRobotersystemen. Aus dem Bereich der
Antriebstechnik zeigt Yaskawa zudem
Servoantriebe der neuen Reihe Sigma-7,
neueste Lineartechnik sowie die SLIO
CPU iMC7, die Motion-Control-Funktionen
in der SPS-Steuerung ermöglicht. Der
von Yaskawa entwickelte Kraft-MomentSensor MotoFit, der zusammen mit dem
Handlingsroboter Motoman MH5F eingesetzt wird, verbindet ideal die Möglichkeiten effizienter Controller-Technologie
und der neuesten Manipulatoren-Generation. Durch MotoFit können Bauteile auch
dann exakt eingefügt werden, wenn sie
unpräzise vorgelegt wurden. Ein weiteres
Highlight: Die Software-Lösung MotoSim
EG VRC (Enhanced Graphic – Virtual Robot Controller). Das Tool ermöglicht es,
Fertigungsprozesse in einer 3D-Umgebung virtuell zu entwerfen und zu überprüfen. Die gewünschten Standards bei
Qualität, Ressourcen, Kosten und Terminen sind damit zuverlässig gewährleistet.
Kostspielige Fehler bei der Einrichtung
der Roboterprozesse lassen sich so ausschließen. Die zentrale Voraussetzung
für durchgängige Systemlösungen ist die
Integration sämtlicher Komponenten von
der Robotik über die Antriebstechnik bis
hin zu Steuerung (SPS) und Visualisierung (HMI). Yaskawa setzt diese Anforderung mit dem „Total System Solutions“Konzept um. Die Division Drives + Motion
stellt deshalb mit Sigma-7 die neue Generation der Sigma-Servoantriebe vor.
Nicht zuletzt stellt die Division Vipa die
SLIO CPU iMC7 vor. Der Prozessor ermöglicht die unmittelbare Umsetzung von Motion-Control-Funktionen in der SPS. Die
Kommunikation zwischen der Vipa SLIO
CPU und den Yaskawa-Antriebsmodulen
erfolgt über EtherCAT.
www.lta.de
www.ruwac.de
www.yaskawa.eu.com
52Werkstoffe 5/2015
mals auch IO-Link als Schnittstelle zum
Einsatz.
Dadurch erhöht sich das Einsatzspektrum der ClearSIGN nochmals deutlich.
Beispielsweise wird mittels IO-Link die
einfache Darstellung von Füllständen
und Temperaturzuständen möglich: Die
Säule füllt sich kontinuierlich und ändert
bei Erreichung kritischer Zustände ihre
Farbe. Alle Funktionen lassen sich ganz
einfach über die IO-Link-fähige SPS programmieren.
Mithilfe von RGB-LEDs lassen sich in jeder
Stufe die unterschiedlichsten Farben darstellen; der Anwender bleibt somit flexibel
und erhält verschiedene Leuchtbilder,
Lichtintensitäten und Signalfarben; diese
können optional durch ein akustisches
Signal verstärkt werden.
www.werma.com
gesamten Temperatureinsatzbereich.
Die Analogvariante des EE800 ist mit
Strom- oder Spannungsausgängen ausgestattet und verfügt über einen optionalen, passiven Temperaturausgang.
Das innovative Snap-on Gehäuse ermöglicht eine besonders rasche Montage des
EE800 und minimiert dadurch die Installationskosten. Um den verschiedenen internationalen Standards zu entsprechen,
ist der Messumformer in zwei Gehäusegrößen erhältlich. Über ein optionales
Display können die Messwerte direkt am
Gerät abgelesen werden. Ein USB-Adapter erlaubt eine einfache Konfiguration
des Messumformers.
www.epluse.cm
Multiturn-Sensor für smarten
Serviceroboter
MESSTECHNIK
LED-SIGNALSÄULE
Innenraum-Messgerät für CO2,
Feuchte und Temperatur
Die LED-Signalsäule ClearSIGN
compact
Mit der ClearSIGN compact bringt
WERMA eine elegante, schlanke LEDSignalsäule auf den Markt, die wahlweise
mit drei oder vier vorkonfigurierten Stufen
erhältlich ist. Die neue Signalsäule ClearSIGN vereint zurückhaltendes Industriedesign mit modernster Lichttechnik
und innovativen Schnittstellen. Hier wurde Signaltechnik logisch weitergedacht.
Besonders beeindruckend ist die Homogenität des Leuchtbildes. Durch die konsequente Nutzung von LEDs als Leuchtmittel verbindet sich bei der ClearSIGN
ein zurückhaltendes, minimalistisches
Design mit höchster Funktionalität. In
Kombination mit innovativer Lichtleitertechnik erstrahlen die Signalelemente in
einer bisher nicht gekannten Helligkeit.
Die Ansprüche an ein modernes und
klares Industriedesign wachsen und damit auch die Anforderungen an die Signaltechnik. Die ClearSIGN vereint ein
schlankes, zurückhaltendes Design mit
modernster Technik und hoher Funktionalität.
Wird kein Signal benötigt, tritt die Signalsäule in den Hintergrund, wirkt nahezu
unsichtbar und fügt sich mit ihrer hellen,
halb transparenten Hülle perfekt in ihre
Umgebung ein. Erst im Signalisierungsfall
zeigt sich ihr Leuchtbild. Ein weiterer Vorzug ist ihr schlankes Erscheinungsbild,
das sie gerade im Vergleich zu anderen
Industriesäulen besonders macht. Neben
der bewährten Ansteuerung mittels einer
24V-Spannungsversorgung kommt erst-
Werkstoffe 5/2015
Smarte Lösung für die RaumklimaRegelung
Der EE800 Messumformer von E+E
Elektronik misst CO2, Temperatur sowie
relative Feuchte und berechnet zusätzlich die Taupunkttemperatur. In der digitalen Ausführung mit Modbus RTU oder
BACnet MS/TP-Schnittstelle ermittelt
der EE800 auch absolute Feuchte, Mischungsverhältnis, spezifische Enthalpie,
Frostpunkttemperatur und WasserdampfPartialdruck. Zudem ist die Einbindung in
ein Gebäudebussystem z.B. zur automatischen Raumklimaregelung schnell und
einfach realisierbar.
Das beim EE800 eingesetzte CO2 InfrarotMessprinzip (NDIR*-Zweistrahlverfahren)
zeichnet sich durch eine besonders geringe Schmutzempfindlichkeit aus. Durch
die Autokalibration werden Alterungseffekte automatisch kompensiert und eine
ausgezeichnete Langzeitstabilität ist gewährleistet. Die werksseitige Mehrpunkt
CO2- und Temperaturjustage sorgt für
eine hohe CO2-Messgenauigkeit über den
Magnetische Multiturn-Sensoren, die den
GMR-Effekt (Giant-Magneto-Resistance)
nutzen, erfreuen sich mittlerweile in vielen Anwendungsbereichen zunehmender
Beliebtheit. Sie sind klein, arbeiten kontaktlos, liefern absolute Positionswerte,
benötigen keinerlei Referenzsignale
und brauchen zum Erfassen der Umdrehungen keine Stromversorgung oder
Pufferbatterie. Typische Anwendungen
gibt es in sogenannten True-Power-onSystemen in den verschiedensten industriellen Anwendungen, z.B. Druckmaschinen, Antriebs- und Lenksystemen, bei
Tür- und Torantrieben, Hebebühnen und
allgemein als Alternative für MehrgangPotentiometer oder vergleichsweise aufwendige optische Encoder. Auch die Robotik haben sich die vielseitigen Sensoren erschlossen. Bei einem neuartigen
Serviceroboter sorgen sie für kontrollierte
Beweglichkeit im Hals- und Hüftgelenk.
Nach dem Siegeszug des Personal Computers (PC) könnte nun bald der Personal Roboter (PR) unsere Lebens- und
Arbeitswelt bereichern und uns z. B. als
„elektronischer Butler“ die Zeitung bringen, Kaffee einschenken oder den Tisch
abräumen. Wir sind auf dem besten Weg
dazu: Seit den 1990er-Jahren entwickelt
das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA solche
innovativen Serviceroboter, z. B. für die
53
Bereiche Haushalt, Hotel, Pflegeheim
oder Krankenhaus. Die vierte Care-O-botGeneration (Bild 1), die Anfang 2015 vorgestellt wurde, ist nicht nur beweglicher
und „charmanter“ als seine Vorgänger,
sondern zeichnet sich auch durch den
Einsatz kostendämpfender Konstruktionsprinzipien aus.
Modular aufgebaut bietet der Serviceroboter eine gute Basis für kommerzielle
Lösungen. Geht es z. B. um das Servieren von Getränken, könnte man eine Roboterhand durch ein Tablett ersetzen. Es
ist sogar möglich, nur die mobile Basis
als Servierwagen zu nutzen. Je nach Konfiguration lässt sich so eine individuelle
Roboterplattform für unterschiedlichste
Anwendungen aufbauen: Als mobiler Informationskiosk im Museum, Baumarkt
oder Flughafen, für Hol- und Bringdienste
in Krankenhäusern, Heimen oder Büros,
für Sicherheitsanwendungen oder als
Museumsroboter zur Attraktion.
Im Vergleich zu seinen Vorgängern ist der
Care-O-bot 4 ausgesprochen beweglich.
An Hals und Hüfte besitzt er patentierte
Kugelgelenke um einen unsichtbaren
Drehpunkt . Damit kann er sich bücken,
ohne das Gleichgewicht zu verlieren. Wie
beim Menschen verschiebt sich beim
Beugen ein Teil des Körpers nach hinten
und sorgt so für den nötigen Gewichtsausgleich. Deshalb fällt der Roboter selbst
dann nicht um, wenn er eine Last am ausgestreckten Arm hält. Durch die Beweglichkeit der Gelenke kann der Roboter
dem Nutzer aber auch intuitiv mitteilen,
was er plant oder begriffen hat, z. B. mit
Gesten wie Nicken oder Kopfschütteln.
Bedient wird er über einen Touchscreen,
für Sprach- und Gestenerkennung sorgen
Mikrofone und Kameras.
Damit die Roboterbewegungen und -gesten in der Praxis auch wirklich reibungslos funktionieren, muss die Steuerung zu
jedem Zeitpunkt die aktuelle Gelenkposition abrufen können. Die dafür erforderlichen Sensoren müssen die jeweilige
Position als Absolutsignal liefern, damit
nach einem Neustart keine Referenzfahrt erforderlich und der Roboter sofort
einsatzbereit ist. Eine Batteriepufferung
wollte man vermeiden, vor allem weil
dann ein regelmäßiges Abgleichen der
Sensordaten notwendig wäre, um eventuelle Zählfehler zu erkennen, bevor sie
sich summieren. Außerdem gilt es, die
Positionen über mehrere Umdrehungen
zu erfassen, da sich jede Achse des Gelenks in beide Richtungen um 360 Grad
drehen kann.
Für die Positionserfassung der Gelenke
wurde also ein absoluter MultiturnDrehwinkelsensor gesucht. Er sollte außerdem noch möglichst wenig Bauraum
beanspruchen, damit er trotz beengter
Einbauverhältnisse gut integrierbar ist.
Eine Kombination aus Singleturn-Drehgeber und weiterer Sensorik zum Erfassen
der Umdrehungen schied deshalb schon
aus Platzgründen aus. Eine digitale
Schnittstelle war ebenfalls erwünscht,
um eine fehlerfreie Datenübertragung zu
gewährleisten.
Im Produktprogramm des Sensorikspezialisten Novotechnik wurden die RoboterEntwickler schließlich fündig. Die Wahl
fiel auf den kontaktlosen Multiturn-Sensor der Baureihe RSM 2800 „Dafür sprachen viele Gründe“, erläutert Bernhard
Waterkamp, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IPA. „Der Sensor ist
sehr leichtgängig und mit den von uns gewünschten Funktionen das kleinste und
gleichzeitig auch preiswerteste Produkt,
das wir am Markt gefunden haben. Mit
einem Durchmesser von lediglich 28 mm
ließ er sich gut im Gelenk integrieren. Ein
optischer Encoder wäre wesentlich größer und teurer.“
Dieser Anstieg kann genutzt werden, um
mittels eines speziell geformten GMR-Elementes mit mehreren Widerstandssegmenten absolute Positionswerte zu erhalten, z. B. die Umdrehungszahl. Diese wird
stromlos erkannt und gespeichert. Je
nach Bedarf lassen sich so 2 bis 16 Umdrehungen erfassen. Der Messwert wird
als SSI-Signal ausgegeben. Auch eine
Messwertausgabe über eine digitale SPIoder analoge Schnittstelle ist möglich.
Die Sensoren arbeiten mit bis zu 18 Bit Gesamtauflösung (Winkel 14 Bit und 1 bis 4
Bit für die Umdrehungszahl) und können
auch in puncto Genauigkeit überzeugen.
Über den gesamten Messbereich liegt
die Linearitätsabweichung bei +/- 0,036
Prozent (bei 16 Umdrehungen). Das magnetische Prinzip arbeitet berührungslos,
ist daher verschleißfrei und benötigt keine Pufferbatterie. Selbst im stromlosen
Zustand werden Umdrehungen über den
gesamten Messbereich erfasst, auch
nach dem Ausschalten oder bei einem
unerwarteten Spannungsausfall geht die
Positionsinformation nicht verloren. Nach
dem Einschalten wird immer der korrekte
Positionswert ausgegeben.
Die robusten Sensoren erfüllen serienmäßig die Anforderungen bis Schutzart
IP67, sind also staubdicht und gegen
zeitweiliges Untertauchen geschützt. Sie
lassen sich gut in die jeweilige Applikation integrieren. Stöße und Vibrationen
beeinträchtigen die Funktion nicht. Das
Gehäuse besteht aus hochwertigem
temperaturbeständigem Kunststoff. Befestigungslaschen mit Langlöchern ermöglichen einen einfachen Anbau und
eine bequeme mechanische Justierung.
Die spielfreie Steckkupplung erlaubt eine
schnelle und einfache Montage. Der Aufnehmer ist unempfindlich gegen Schmutz
und Feuchtigkeit. Für die elektrische Verbindung sorgt ein geschirmtes Kabel,
das in das Gehäuse eingegossen ist.
Auch vorkonfektionierte Anschlussstecker, z. B. M12, sind verfügbar für echtes
Plug&Play.
www.novotechnik.de
Auch das Funktionsprinzip kam der Anwendung entgegen: Der Multiturn arbeitet auf mikromagnetischer Basis und
nutzt den GMR-Effekt (giant magnetoresistance). Dieser wird in Strukturen beobachtet, die aus sich abwechselnden
magnetischen und nichtmagnetischen
dünnen Schichten mit einigen Nanometern Schichtdicke bestehen. Der Effekt
bewirkt, dass der elektrische Widerstand
der Struktur von der gegenseitigen Orientierung der Magnetisierung der magnetischen Schichten abhängt, und zwar
ist er bei Magnetisierung in entgegengesetzte Richtungen deutlich höher als bei
Magnetisierung in die gleiche Richtung.
NETZWERKLÖSUNGEN
Geschaffen für Extremsituationen
54Werkstoffe 5/2015
Netzwerk- und Computertechnologie hat
heute die meisten Lebens- und Arbeitsbereiche erreicht. Auch dort, wo man es
nicht vermutet, erleichtern Netzwerkkomponenten die Arbeit oder machen moderne Produktionsverfahren erst möglich.
Der Serverraum ist längst nicht mehr die
alleinige Heimat von IT-Infrastruktur. Mit
erweiterten Einsatzgebieten wachsen
auch die Ansprüche an Peripheriegeräte
und Netzwerkkomponenten. Unter dem
Begriff Industrial Ethernet werden die
für den Einsatz im rauen industriellen
Umfeld und extremen Umgebungsbedingungen entwickelten Netzwerkprodukte
zusammengefasst.
Große Temperaturschwankungen, Resistenz gegen Staub, Flüssigkeiten und
Chemikalien, variable Spannungsversorgung sowie Stoß- und Vibrationsfestigkeit sind nur einige der Anforderungen,
der sich moderne Netzwerktechnologie
in dieser industriellen Umgebung stellen
muss.
Für diesen Einsatzzweck hat KTI Networks mit der KGS-0860 Serie die ersten
gemäß IP65/67 eingestuften, staub- und
wasserdichten Gigabit Switche auf den
Markt gebracht. Vergleichsprodukte anderer Anbieter realisieren Geschwindigkeiten nur im Bereich Fast Ethernet.
Einige Modellvarianten dieser SwitchFamilie können dank „Power over Ethernet“ (PoE) über einen der Netzwerkports
mit Strom versorgt werden. Die optionale
PoE+ Funktion steigert die Flexibilität
durch Speisung von bis zu acht Accesspoints, Kameras oder weiteren Switches. Das spart zusätzliche, kostspielige
Stromanschlüsse und kann Stromversorgung auch dort möglich machen, wo diese bisher nicht zu realisieren war. Zwei
auf den Seiten integrierte Fiber-Uplinks
erlauben die Einbindung des Switches
in Glasfasernetze auch über große Distanzen. Die geringe Leistungsaufnahme
und Konvektionskühlung über das Aluminiumgehäuse ermöglichen den dauerhaften Betrieb ohne aktive Kühlung oder
Lüfter. In umfangreichen Tests haben die
Switche darüber hinaus ihre Betriebstauglichkeit in einem Temperaturfenster
von -40° C bis 70° C nachgewiesen.
Einstufung gemäß IP65/67
Bezüglich ihrer Eignung für verschiedene Umgebungsbedingungen werden
geschützte Systeme in entsprechende
Schutzarten, sogenannte IP-Codes, eingeteilt. Die Abkürzung IP steht für „International Protection“. Die erste Stelle
des Codes gibt Auskunft über den Schutz
gegen das Eindringen fester Körper und
gegen Berührung, die zweite über Schutz
gegen Flüssigkeiten. Die 6 an erster Stelle des IP-Codes stellt die höchstmögliche
Einstufung dar und besagt, dass das
Werkstoffe 5/2015
Neue Beschichtung
Produkt staubdicht ist und vollständigen
Schutz gegen Berührung –auch mit Werkzeugen – bietet. Die zweite Kennziffer
steht für Schutz gegen Strahlwasser aus
beliebigem Winkel (5) bzw. Schutz gegen
zeitweiliges Untertauchen (7).
www.kti.de
OBERFLÄCHEN
Geschaffen für Extremsituationen
Remmers, Anbieter wasserbasierter
Lacksysteme für das Holzhandwerk bringt
die nächste Generation seines einkomponentigen Treppenlacks Aqua TL-412 auf
den Markt. Die neue Version ist voll auf
die einkomponentige Verarbeitung ausgelegt und benötigt keine Härterkomponente. Die spezielle Zusammensetzung
aus hochwertigen Acrylat- und Polyurethanbindelmitteln trotzt allen üblichen
Beanspruchungen. Eine hohe Abrieb- und
Kratzbeständigkeit und eine gute, nochmals verbesserte Widerstandsfähigkeit
gegenüber handelsüblichen Handcremes
und Haushaltschemikalien sorgen für
eine lange Lebensdauer der Oberflächen
von Handlauf und Stufen.
Die mit Aqua TL-412 erzielten Lackfilme
sind hochtransparent. Selbst bei der Lackierung hängender Bauteile aus dunklen oder dunkel gebeizten Hölzern trübt
kein Mikroschaum die Oberfläche. Dabei
ist der neue Lack besonders festkörperreich und somit hoch effizient. Oftmals
reicht bereits eine zweimalige Spritzapplikation für eine dauerhafte, geschlossenporige und füllige Nutzschicht. Aqua TL412 ist darüber hinaus absolut knarrfrei.
Um die Rutschhemmung auf der Treppe
noch weiter zu erhöhen, bietet sich der
Zusatz von SM-820-Strukturmittel an.
Das Produkt kann auch für andere stark
strapazierte Bauteile wie Tischplatten
und Möbel eingesetzt werden. Abgerundet werden die universellen Eigenschaften durch die Möglichkeit, Aqua TL-412
mit dem Zusatz Aqua VGA-485-Vernetzer
& Glaslackadditiv zu mischen, um selbst
Glasflächen in Ätz- oder Sandstrahloptik
für die Nutzung als dekorative Elemente
im Innenbereich zu lackieren.
www.remmers.de/treppenlacke
Industrie 4.0 mit der zunehmende Vernetzung und Digitalisierung ist in aller
Munde. Aber nicht nur hier bieten sich
Chancen für den Anwender, im Zuge von
Operational Excellence Abläufe zu verbessern, Prozesse zu optimieren, Verschwendung zu vermeiden und die Produktivität
zu steigern.
Ein wesentlicher Beitrag, um sich Wettbewerbsvorteile zu sichern, ist der Einsatz
beschichteter Werkzeuge. Hier ist noch
großes Potenzial vorhanden – und das ist
verhältnismäßig kurzfristig zu erreichen.
MpC_1 ist ein auf (Ti,Al)N basierendes
Schichtsystem, das von Surcoatec, dem
Spezialisten für Plasma-Oberflächentechnik, speziell für den Einsatz auf Bohrern
und Schaftfräsern zur Bearbeitung der
gängigen Stahl- und Gusssorten, von rostfreien Stählen, hochfesten und gehärteten Stählen, Werkzeugstählen sowie
hochlegierten Stählen entwickelt wurde.
Auch für den Einsatz auf Umformwerkzeugen ist MpC_1 ideal.
Die Mehrstofflegierung MpC_1 wurde
durch Mikrolegieren ideal auf die Bedürfnisse des Anwenders abgestimmt. Es
wurden u.a. Elemente ausgewählt, die in
der (Ti,Al)N Matrix nur eine geringe Löslichkeit aufweisen. Durch die Ausscheidung intermediärer und intermetallischer
Phasen im Nanobereich werden Härte,
Zähigkeit, Temperaturstabilität und Reibungswiderstand positiv für die Applikation eingestellt. Diese einzigartige Modifikation des Schichtgefüges, zusammen
55
mit optimierten Verfahren zur anwendungsspezifischen Mikrostrukturierung
von unbeschichteten und beschichteten
Schneiden und Oberflächen, resultiert in
Top-Leistungen, reduziertem Verschleiß
und dadurch gesteigerter Produktivität.
Mit der neuen MpC_1 Excellence Schicht
ist beispielsweise in einem Betrieb in
NRW eine Steigerung der Standzeit bei erhöhten Schnittdaten und damit erhöhtem
Zeitspanvolumen je Werkzeug um bis zu
110 % erreicht worden. Bei 20 % Produktivitätssteigerung kommt man schnell darauf, welches Potenzial hier erschlossen
wurde. Besonders in Betrieben, wo jedes
Loch mehr und jeder weitere Schnitt pro
Werkzeug in kürzerer Zeit zählen, macht
sich das bemerkbar. MpC_1 kann auf
HSS- und VHM-Werkzeugen mit Innenund Außenkühlung, bei der Bearbeitung
mit Minimalmengenschmierung oder
bei der Trockenbearbeitung eingesetzt
werden. Die Excellence Schicht zeichnet
sich durch einen gradierten Schichtaufbau aus, der gezielt Duktilität und Härte
dort liefert, wo es gefordert ist. Gerade in
Bereichen unzureichender Kühlung, bei
MMS oder der Trockenbearbeitung werden durch die erhöhten Oberflächentemperaturen lokal Diffusionsprozesse in der
Schicht in Gang gesetzt, was „in situ“ an
der Oberfläche zu einer den Bedingungen
optimal angepassten Modifikation der
Schichteigenschaften führt.
www.surcoatec.com
POSITIONIERUNGSSYSTEME
Luftlager und Positioniersysteme
Planar- oder Rotationsversteller mit Luftlager für Industrie und Forschung anzubieten. Dabei kann PI nicht nur auf ein
bestehendes Produktportfolio zurückgreifen, sondern kann Luftlagertechnologie
auch als Dienstleistung spezifisch auf die
Anforderungen ausgelegen und fertigen.
Luftlager sind somit eine wesentliche
Komponente für Präzision im Nanometerbereich über lange Stellwege. Im Gegensatz zu mechanischen Führungen, gleitet
bei Luftlagern die bewegte Plattform weitestgehend reibungsfrei auf einer Luftschicht. Dadurch treten keine Hystereseoder Umkehrspiel-Effekte auf und es wird
eine hohe Geschwindigkeitskonstanz
erzielt. Vor allem gewährleisten Luftlager
eine herausragende Führungsgenauigkeit, sprich die Geradheit und Ebenheit
der Bewegung, die weit unter einem Mikrometer liegen. Sie bieten damit ideale
Voraussetzungen für Aufgaben in der
High-End Präzisionsautomatisierung in
Fertigungs- oder Inspektionssystemen.
Eine ähnliche Führungsgenauigkeit kann
nur durch Magnetlager oder Festkörpergelenke erzielt werden. Beides Technologien, die PI ebenfalls anwendungsspezifisch einsetzt. PI deckt das gesamte
Technologiespektrum für Positionieraufgaben mit höchsten Anforderungen an
die Präzision ab und entwickelt die optimale Lösung aus einem breiten Portfolio
von Antriebs-, Sensor- oder Führungstechnologien: Vom miniaturisierten Piezoscanner mit 1 Nanometer Auflösung,
über den Hexapoden für Lasten bis zu
einer Tonne bis hin zu Ultrapräzisionsverstellern mit Stellwegen über 1 Meter und
anforderungsspezifisch Systeme für jede
Art der Präzisionspositionierung.
www.physikinstrumente.de
POSITIONSSENSORIK
Innovationen treiben die
Positionssensorik voran
Physik Instrumente (PI) stellte auf der
Laser World of Photonics europaweit erstmals Positioniersysteme mit Luftlagertechnologie vor.
Zusammen mit magnetischen Direktantrieben erweitert PI so seine technologische Basis, um präzise Positioniersysteme für die Automatisierung ergänzend
zu den bestehenden Piezo-Nanopositioniersystemen oder der Hexapod-Robotik,
zu entwickeln und herzustellen. Mit der
Übernahme des amerikanischen Unternehmens Nelson Air gegen Ende des
Jahres 2014, besitzt die PI Gruppe nun
weitreichende Erfahrung, um Linear-,
Kontaktlos arbeitende Positionssensoren setzen sich in vielen Anwendungsbereichen immer stärker durch. Da sie
praktisch verschleißfrei arbeiten, bleiben
wichtige Eigenschaften wie Genauigkeit
und Linearität lebenslang erhalten und
zu jeder Zeit ist eine einwandfreie Funktion des Sensors sichergestellt. Weil die
Entwicklung weiter geht, erschließen sich
den vielseitigen Sensoren immer wieder
neue Einsatzbereiche. Der Sensorikspezialist Novotechnik liefert dafür auf SPS
IPC Drives 2015 gleich einige Beispiele.
Auf besonderes Interesse stoßen dürften beispielsweise ein neuer induktiver
Linearsensor, der ein außergewöhnlich
gutes dynamisches Verhalten zeigt, magnetische Winkelsensoren mit IO-LinkSchnittstelle sowie kompakte, dabei aber
sehr robuste Single- und Multiturn-Drehgeber, die das bewährte Novohall-Verfahren bzw. den GMR-Effekt nutzen.
Der neue induktive Linearsensor TF1
(Bild 1), der in Standardlängen von 100
bis 1000 mm angeboten wird, arbeitet
nach dem berührungslosen Novopad-Verfahren (vgl.Technikkasten 1) . Dadurch ist
der Sensor unempfindlich gegenüber Magnetfeldern, die beispielsweise von großen Motoren, Hydraulikventilen oder Frequenzumrichtern erzeugt werden, denn
die Position wird nicht über einen magnetischen, sondern über einen induktiven Positionsgeber erfasst. Er arbeitet
verschleißfrei und überzeugt mit hervorragenden EMV-Eigenschaften. Kurze Totzonen am Weganfang und -ende sorgen
für eine gute Ausnutzung des Messbereichs; ein Vorteil vor allem bei beengten
Einbauverhältnissen. Dank seines ungewöhnlich guten dynamischen Verhaltens
eignet sich der neue Linearsensor für
sehr schnelle Positionieraufgaben. Die
Update-Rate des Messsystems erreicht
10 kHz bei sehr geringem Schleppfehler.
Bei einer optimierten Regeldynamik gibt
es auch bei raschen Bewegungswechseln
kein Überschwingen. Dabei arbeitet der
Sensor in der auf Genauigkeit hin optimierten Variante mit einer Auflösung von
bis zu unter 1 µm. Das Messsignal wird
als analoges Strom-/Spannungssignal,
digital über SSI- bzw. IO-Link oder über
CANopen-Schnittstelle ausgegeben; eine
Ethernetschnittstelle ist in Planung. Bei
der Analogvariante ermöglicht eine Teachfunktion den Abgleich von Start- und
Endposition sowie die Richtungsumkehr.
Die Montage des neuen Linearsensors ist
einfach und praxisgerecht. Er überzeugt
durch seine kompakte, flache Bauform
und ein stabiles Metallgehäuse. Die Befestigung erleichtern verschiebbare Befestigungsklammern oder Nutensteine mit
handelsüblichen Muttern. Wahlweise stehen ein geführter Positionsgeber zur Ankopplung an Schubstangen oder ein freier Positionsgeber für eine mechanisch
entkoppelte Fixierung zur Verfügung.
Bei der Montage wird ein seitlicher Versatz von bis zu 4 mm toleriert, was den
Einbau deutlich erleichtert. Die Varianz
beim Arbeitsabstand beträgt ebenfalls 4
mm. Der Sensor ist schock- und vibrationsunempfindlich und deckt mit -40 bis
+85 °C einen großen Temperaturbereich
56Werkstoffe 5/2015
ab. Zwei LEDs am Gerät signalisieren den
jeweiligen Betriebszustand.
Die magnetischen Sensoren der Baureihe RFC-4800 haben sich mittlerweile
in vielen industriellen und mobilen Anwendungen bewährt. Sie sind kompakt,
einfach zu montieren und erfassen den
Drehwinkel über volle 360 Grad mit einer
Auflösung von bis zu 14 Bit. Jetzt gibt es
diese berührungslosen Sensoren auch
mit IO-Link-Schnittstelle (Bild 2). In der
Praxis bringt das gleich mehrere Vorteile:
Die Punkt-zu-Punkt-Verbindung bietet
Feldbus-Funktionalität und ermöglicht
die durchgängige Kommunikation bis in
die Sensorebene. Bei der Inbetriebnahme kann der Kunde Parameter wie z.B.
Nullpunkt oder Drehrichtung verändern.
Neben der reinen Positionsinformation
können zudem weitere Informationen wie
Status- bzw. Diagnosemeldungen ausgetauscht werden. Fehler im Regelkreis
lassen sich dadurch rasch lokalisieren
und, da die Einstellparameter zentral gespeichert sind, geht ein Sensoraustausch
schnell. Letztendlich bringt IO-Link damit
eine Kostenreduktion, von der sich in Automatisierungstechnik und Maschinenbau gleichermaßen profitieren lässt.
Auch bei kontaktlosen Drehgebern gibt
es Neuheiten: Mit den Single- und Multiturngebern der Baureihe RSB-3600
bzw. RMB-3600 stehen nun sehr robuste
Ausführungen im nur 36,5 mm durchmessenden Vollmetallgehäuse und mit
langlebigen Kugellagern zur Verfügung
(Bild 3). Dank unterschiedlicher Versionen mit Voll- oder Hohlwellen sowie einer Heavy-Duty-Ausführung mit Schutzart
IP69k eignen sich die neuen Drehgeber
für unterschiedlichste Industrieanwendungen. Die Messwerte werden als analoge Strom- oder Spannungswerte, digital
über eine Inkremental- oder schnelle SSISchnittstelle ausgegeben. Eine CANopenSchnittstelle wird in Kürze folgen. Außerdem stehen ein- und mehrkanalige, also
auch vollredundante Ausführungen zur
Wahl, die sich alle für hohe Drehzahlen
bis 12.000 Umdrehungen pro Minute eignen und außerdem durch ein günstiges
Preis-/Leistungsverhältnis überzeugen.
Die Drehgeber arbeiten nach dem bewährten Novohall-Verfahren (vgl.Tech-
Werkstoffe 5/2015
nikkasten 2) . Im Singleturnbereich wird
über volle 360° mit bis zu 14 Bit Auflösung gemessen. Der Multiturn kann bis
zu 16 Umdrehungen (zukünftig bis zu
40 Umdrehungen) erfassen. Er nutzt
ein patentiertes Verfahren, das auf dem
GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance)
basiert und kann zusätzlich zum Drehwinkelsignal im stromlosen Zustand ohne
Pufferbatterie und ohne Getriebe die
Umdrehungen zählen und speichern. Er
liefert absolute Positionswerte und stellt
den Messwert als „True-power-on“-System sofort nach dem Start zur Verfügung.
Sich über die kleinen, robusten Drehgeber in Nürnberg näher zu informieren,
dürfte sich damit durchaus lohnen.
Technikkasten 1: Induktive Wegmessung
Der induktive Linearsensor besteht aus
einem Sende- und Empfangsspulensystem, die im Sensor auf einer gemeinsamen Leiterplatte aufgebracht sind
sowie einem separaten, „schwebenden“
Positionsgeber. Dieser aktive Positionsgeber wird durch ein hochfrequentes Wechselfeld gespeist, das von der rechteckigen
Sendespule erzeugt wird. Entsprechend
der Position wird vom Positionsgeber
Spannung in das Empfangsspulensystem
induziert. Die Sinus-/Cosinusstrukturen
des Empfangsspulensystems sind in eine
Grob- und Feinspur unterteilt. Die Grobspur erfasst die ungefähre Lage des Positionsgebers, die Feinspur dient dann der
hochpräzisen Positionsbestimmung. Die
Phasenbeziehung der Spannung ist das
Maß für die aktuelle Position des Positionsgebers und wird von der Elektronik in
ein lineares Positionssignal umgerechnet.
Technikkasten 2: Drehgeber nutzen
den Halleffekt
Wird ein Hall-Element von einem Strom
durchflossen, so liefert es eine Spannung
quer zum Stromfluss, wenn ein Magnetfeld senkrecht zu beiden einwirkt. Da
diese Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke verläuft, ist durch
Anbringen eines Positionsmagneten auf
einer drehbaren Welle auf einfachste
Weise eine berührungslose Winkelmessung machbar. Diese Technologie hat
in jüngerer Vergangenheit Fortschritte
gemacht, die diesen Sensor zur exakten
Winkelmessung ideal anbieten. Durch
Kombination mehrerer Sensorelemente
und Integration der kompletten Signalverarbeitung in wenigen Bauelementen sind
komplexe Systeme auf kleinstem Bauraum möglich. Die Systeme arbeiten weitgehend alterungsunempfindlich und unabhängig von Feldstärkenschwankungen
der Gebermagnete. Sowohl kontaktlose,
wellengeführte als auch berührungslose
Systeme ohne mechanische Wellenanbindung ermöglichen die Messung über
volle 360° oder gar über mehrere Umdrehungen. Hohe Auflösungen bei guter
Dynamik, große mechanische Toleranzen
und schnelle Machbarkeit kundenspezifischer Sonderlösungen sind weitere
überzeugende Eigenschaften dieser
Technologie.
SPS IPC Drives 2015, Halle 4 A – 125
www.novotechnik.de
PRÜFTECHNIK
Industrie-Videoskope
Olympus hat das Industrie-Videoskop der
Serie C auf den Markt gebracht. Es ermöglicht durch seine außergewöhnliche
Beweglichkeit und Abwinkelung eine kostengünstige, zuverlässige und einfache
Sichtprüfung von Fertigungsteilen, Strukturen und Bereichen, die nur begrenzt direkt einsehbar sind. Für eine kostengünstige und zuverlässige Industriespektion
in guter Qualität bietet das Einstiegsvideoskop der Serie C verschiedene Leistungsmerkmale, wie z. B. fortschrittliche
Abwinkelung und hohe Bildqualität, die
im Portfolio der Highend-IPLEX-Videoskope von Olympus Standard sind.
Das neue Gerät liefert eindrucksvolle,
hochwertige Standbilder und Videos,
dank derer es sich für verschiedene
Prüfumgebungen eignet; das kompakte,
tragbare Design sorgt für ein hohes Maß
an Widerstandsfähigkeit. Das Videoskop
der Serie C zeichnet Bilder mit der gewünschten Helligkeit auf, indem es acht
Helligkeitseinstellungen, Entblendung,
hochintensive LED- und lichtempfindliche
CCD-Kamera-Chiptechnologie miteinander kombiniert. Ein wesentlicher Vorteil
des Videoskops der Serie C ist die sehr
gute Beweglichkeit des Einführungsteils
dank dessen hoch flexiblen Distalendes
und des proprietären Schwanenhalsdesigns, das beim Navigieren durch enge
Kurven oder stark gekrümmte Räume
die Beanspruchung verringert. Der per
Daumen gesteuerte Joystick am Gerät
ermöglicht eine 360°-Abwinkelung des
Distalendes und eine Biegung von bis zu
120°. Um den Verschleiß weiter zu redu-
57
zieren, verfügt das Einführungsteil über
eine Wolfram-Ummantelung, die abriebfest und wasserundurchlässig ist. Eine
abnehmbare Schutzkappe am Distalende des Einführungsteils schützt die LEDLichtquelle und die Videokamera beim
Einsatz in rauen Umgebungen. Das Videoskop der Serie C ist bedienerfreundlich.
Hierfür sorgen der integrierte 3-Zoll-LCDMonitor mit seiner intuitiven, symbolbasierten Benutzeroberfläche und der per
Daumen gesteuerte Joystick. Damit ist
das Gerät sowohl für routinemäßige als
auch für speziellere Inspektionen geeignet.
www.olympus-ims.com
QUALITÄTSKONTROLLE
Durchgängige Qualitätskontrolle
der ATOS-Daten ist möglich. Im Zuge der
Werkzeugabnahme können die gefertigten Blechteile mit den ATOS 3D-Scannern sofort auf Form- und Maßhaltigkeit
geprüft werden. Insbesondere können
Rückfederung, Beschnitt und Auffederung, aber auch Lochmuster und Materialstärke analysiert werden. Damit helfen
die 3D-Messdaten bei der Reduzierung
von Iterationsschleifen in der Werkzeugentwicklung. Für die serienbegleitende
Qualitätskontrolle von Blechteilen und
Zusammenbauten können Messung und
Auswertung mit der ATOS ScanBox, einer
schlüsselfertigen und standarisierten
optischem 3D Messmaschine von GOM,
automatisiert werden. Erfahren Sie mehr
über Werkzeugoptimierung, Formänderungsanalyse sowie Erstmuster- & Serienprüfung mit unserer kostenlosen CD
zum GOM Workshop 3D-Messtechnik in
Blechumform-Prozessketten.
Bestellung der Workshop-CD mit Vorträgen, Anwendungsbeispielen und Informationen zu Messlösungen unter www.
gom.com/de/events oder per E-Mail an
[email protected].
www.gom.com
RECYCLING
Optische Messsysteme von GOM haben
sich innerhalb der Blechumform-Industrie
für eine durchgängige Qualitätssicherung
etabliert: von der Ermittlung der Blechkennwerte, über die Beschleunigung des
Werkzeugbaus, dem Try-Out und der dynamischen Analyse von Pressmaschinen
bis hin zur automatisierten, serienbegleitenden Produktionskontrolle.
Konstruktion und Simulation werden von
optischen Systemen mit der Ermittlung
von zuverlässigen Blechkennwerten unterstützt. Durch die flächenhafte Dehnungsmessung mit den berührungslos
arbeitenden Sensoren wird neben der
Fließspannung auch die Grenzformänderungskurve (FLC) des vorliegenden Materials ermittelt. Auch im Werkzeugbau
kommen optische Systeme zum Einsatz.
Bei größeren Umformwerkzeugen, die
aus Rohlingen gefertigt werden, bietet
die Digitalisierung mit dem optischen 3DScanner ATOS große zeitliche Vorteile bei
der CNC-Fräsbearbeitung. Auf Basis der
Scan-Daten (STL-Netze) kann direkt auf
der realen Rohteilgeometrie gefräst werden. Der Vorteil liegt in der Einsparung
von Maschinenlaufzeiten, da etwa das
„Luftfräsen” vermieden wird. Manuelle
Änderungen am Werkzeug können ebenfalls mit ATOS erfasst werden. Über eine
Flächenrückführung wird so der CAD-Bestand aktuell gehalten. Auch das direkte
Kopierfräsen eines Werkzeugs auf Basis
Rohstoffkreislauf: vom Span
zum Brikett zum Produkt
Mit einer RUF-Brikettierpresse schließt
Ludwig Frischhut ihren Rohstoffkreislauf:
Gussspäne, die bei der Bearbeitung von
Teilen für die Wasserver- und Abwasserentsorgung anfallen, werden zu festen
Briketts gepresst, anschließend in der
eigenen Gießerei eingeschmolzen und zu
neuen Rohprodukten gegossen. Das Einschmelzen der losen Späne ist dagegen
nicht möglich. So spart das Unternehmen
Geld, da der Verkaufserlös für lose Späne
deutlich unter den Einkaufskosten für die
Gießereirohstoffe liegt.
Ludwig Frischhut versorgt Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsunternehmen in aller Welt mit hochwertigen Gussteilen für deren Leitungsnetze.
Schließlich sollen die Flansch- und
Muffenformstücke oder Absperreinrichtungen viele Jahrzehnte schadlos überstehen, wenn sie installiert oder sogar
in Leitungsnetzen im Boden eingebaut
werden.
Zur Langlebigkeit der Produkte trägt unter
anderem das Know-how des Unternehmens bei der Beschichtung mit Epoxydpulver im Wirbelsinterverfahren bei. Aber
der Korrosionsschutz setzt bei Frischhut
noch früher ein: Die Gussteile – fast ausschließlich Sphäroguss, also Gusseisen
mit Kugelgrafit – werden trocken bearbeitet; beim Fräsen, Drehen oder Bohren
kommen keine Kühlschmierstoffe zum
Einsatz. Mit der Brikettieranlage von RUF
löste die Firma Frischhut ein schon lange
vorhandenes Problem. Bei den Spänen
handelt es sich zwar im Grunde um wertvollen Rohstoff – sie ließen sich allerdings
nicht einschmelzen. Werkleiter Christian
Greil erläutert: „Da die Oberfläche der
Späne im Verhältnis zum Gewicht sehr
groß ist, würden sie entweder verpuffen
oder durch die thermischen Verhältnisse
im Schmelzofen oberhalb der Schmelze
an die Außenwand gedrückt. Sie würden
nie die Schmelze erreichen.
Folgende Vorteile sprechen für eine
Brikettierung:
Die kompakten Briketts lassen sich besser lagern und transportieren – und problemlos einschmelzen. Zudem steigt die
Qualität des Metalls; denn wenn die Späne kurz nach ihrem Entstehen zu Briketts
gepresst werden, bleibt der Korrosion
kaum Zeit, die Späne anzugreifen.
Als man bei Frischhut auf die Möglichkeit
der Brikettierung aufmerksam wurde, landete man aufgrund des guten Rufs und
der räumlichen Nähe schnell bei RUF.
Um sicher zu sein, dass die Brikettierung
mit den Spänen von Frischhut gut funktioniert und um die ideale Brikettgröße zu
ermitteln, ließ das Unternehmen Späne
im Technikum von RUF probeweise verpressen. Gemeinsam mit RUF konnte sich
die Firma Frischhut schrittweise an die
Brikettierung „herantasten“. Nach den
erfolgreichen Pressversuchen begann
Frischhut 2004 die Gussspäne selbst mit
einer Mietpresse zu brikettieren.
Inzwischen hat Frischhut die Presse übernommen. Die Anlage läuft seit nun zehn
Jahren zuverlässig und vollautomatisch.
An zwölf Bearbeitungsmaschinen der Fertigung werden die Späne abgesaugt und
über Rohrleitungen in den Sammeltrichter der Presse geleitet. Aufgestellt ist sie
in einer Einhausung, die an das Firmengebäude angebaut wurde. Ist ein festgelegter Füllstand erreicht, lassen Sensoren
die Presse automatisch starten. Sobald
der Trichter weitgehend geleert ist, stoppt
sie ebenfalls selbstständig.
An der Presse fallen nur zwei manuelle
Tätigkeiten an: Der Sammelbehälter mit
den Briketts muss immer wieder gegen
einen leeren ausgetauscht und der Vorratsbehälter für die Zudosierung minimaler Ölmengen aufgefüllt werden. Dieses
von RUF entwickelte System ist bei Frisch-
58Werkstoffe 5/2015
hut erforderlich, weil Briketts aus absolut
trockenen Spänen relativ leicht auseinanderbrechen können.
Gearbeitet wird in der spanenden Bearbeitung bei Frischhut je nach Bedarf in
zwei oder drei Schichten. Mit dem vergrößerten Trichter passt sich die RUF-Presse
allen Anforderungen flexibel an. Das ist
wichtig, weil die Versorgung der Presse
mit Spänen nicht kontinuierlich erfolgt.
An den Arbeitsplätzen der spanenden Bearbeitung werden die Späne in Sammelbehältern aufgefangen, die etwa 1 bis
1,5 Kubikmeter fassen. Ist ein Behälter
weitgehend gefüllt, hängen die Mitarbeiter einen Saugrüssel in den Behälter und
lassen die Späne absaugen. So kommen
sie schubweise bei der Presse an. Die Anlage brikettiert pro Stunde 120 kg Späne.
In Form der Briketts kann Frischhut die
eigenen Produktionsreste nun direkt wiederverwenden. Die Briketts haben einen
Durchmesser von 60 mm, eine Höhe von
etwa 40 mm und eine Dichte beträgt von
5,3 kg/l. Jeder wiegt rund 600 Gramm.
Die Mitarbeiter im nahe gelegenen Neumarkt-St. Veit setzen die Briketts dann in
die Elektroöfen ein. Die Briketts werden so
mit minimalem Abbrand eingeschmolzen.
Zusätzlicher Aufwand für den Transport
fällt nicht an. Denn der Lkw, der täglich
die gegossenen Teile aus Neumarkt-St.
Veit zur Bearbeitung nach Pfarrkirchen
bringt, nimmt auf dem Rückweg die Briketts mit. So schließt sich der Kreislauf
und die Wirtschaftlichkeit steigt.
www.brikettieren.de
SCHNEID-, TRENN- UND
UMFORMTECHNIK
Schneid-, Trenn-, Umformtechnik
Am neuen KAAST-Standort in Neumünster demonstrierten STM und Maximator
JET innovative Fertigungslösungen für die
Zerspanung und Blechbearbeitung im
Live-Einsatz
Am 24./25, Juni 2015 stellte der österreichische Wasserstrahl-Pionier STM sein
Schneidsystem auf den ersten Technologietagen der KAAST Werkzeugmaschinen
als Schlüsseltechnologie im Umfeld von
Industrie 4.0 vor.
Mit international führenden Anbietern
stellten die Unternehmen in Neumünster
die Vorzüge ihrer „PremiumCut 3D“-Anla-
Werkstoffe 5/2015
ge vor, die anschließend im neuen Showroom des KAAST-Stammsitzes im Einsatz
erlebt werden konnte. Das auf den Technologietagen präsentierte „PremiumCut
3D“-System von STM ermöglicht äußerst
effiziente Fertigung mit Reinwasser-, als
auch Abrasivstrahlen bei kombiniertem
parallel 2D- und 3D-Schneiden mit mehreren Schneidköpfen auf einer Y-Achse.
Möglich macht das eine perfektionierte
CAD/CAM-Anbindung. Sie vereinfacht die
Programmierung von Schneidprozessen
wesentlich, gewährleistet durch die mögliche Integration eines 6-Achsroboters
in die Portalanlage maximale Präzision
und ermöglicht dank umfassender aktiver und passiver Schutzsysteme eine
multilaterale Produktion. Zur Kosteneffizienz trägt außerdem die von STM und
Maximator JET eingesetzte ServotronHochdruckpumpe von BHDT bei, die 20
Prozent weniger Energie als herkömmliche Hochdruckpumpen verbraucht und
obendrein verschleißfester ist und ohne
Druckschwankungen arbeitet. Damit
räumt das innovative Unternehmen konsequent alle bisherigen Vorbehalte gegen
3D-Wasserstrahlschneiden aus. Tatsächlich werden mit den STM-Kombisystemen
2D- und 3D-Aufträge störungsfrei parallel abgearbeitet. Wenn ein Schneidprogramm angehalten wird, läuft das andere ohne Unterbrechung weiter. Auf diese
Weise können zahllose Produktionsprozesse deutlich verschlankt und besser
verzahnt werden. Darüber hinaus profitieren Anwender natürlich auch von den
allgemeinen Vorzügen eines STM- oder
Maximator JET Systems. Dazu gehören
Bedienungskomfort, geringer Wartungsaufwand, Platzersparnis und Transportfähigkeit ebenso wie eine aktive Betreuung
und ein zuverlässiger Rundum-Service.
Ob und wie 3D-Schneiden im individuellen Fertigungsprozess wirtschaftlich
eingesetzt werden kann, können die
Applikations-Ingenieure von STM und Maximator JET innerhalb weniger Tage anhand unverbindlicher Bedarfsanalysen,
Kosten-Nutzen-Kalkulationen bzw. Businesspläne ermitteln. Und nicht nur das:
Interessenten können auch jederzeit testschneiden lassen und unverbindlich Testmaschinen betreiben. Gebrauchtanlagen
und Finanzierungsmodelle machen eine
Anschaffung auch bei geringen finanziellen Spielräumen möglich.
www.maximator-jet.de
www.stm.at
SCHWEISSEN
schweißen von Kunststoffen. Zentrale Bestandteile sind ROFINs Laserarbeitsplatz
MPS, die Compact Evolution Diodenlaser
von DILAS und eine spezielle, applikationsspezifische Steuerungssoftware.
Komplettsystemlösungen mit Diodenlasern zum Kunststoffschweißen erfahren
eine wachsende Nachfrage, da leichtgewichtige Systemkomponenten aus
Kunststoff in zahlreichen Industrien immer größere Verbreitung finden. Mit seinen DILAS Diodenlasern bedient ROFIN
bereits einen beträchtlichen Teil dieses
Wachstumsmarktes.
Die neue Kunststoffschweiß-Lösung
vereint die technische Kompetenz und
das Applikations-Know-how von ROFIN.
Verfügbar sind zwei Grundvarianten: als
schlüsselfertiges Komplettsystem oder
als Integrationspaket, bestehend aus
Laser, Aufspannvorrichtung und Steuerungssoftware. In weniger als einem Jahr
konnte dieses Lösungskonzept bereits
äußerst erfolgreich auf dem Markt etabliert werden.
Die Systeme verfügen über eine Benutzeroberfläche, die speziell für das
Kunststoffschweißen angepasst wurde.
Die kundenspezifisch gefertigten Aufspannvorrichtungen können mit pneumatischem oder Servoantrieb ausgestattet
werden. Eigens entwickelte Steuerungssoftware für den Fügeprozess stellt
beispielsweise die Signale zur Setzwegmessung zur Verwendung für Prozesskontrolle und Qualitätssicherung bereit.
Alle Prozessdaten lassen sich darüber hinaus für statistische Auswertungen oder
für das Qualitätsmanagement protokollieren.
www.rofin.de
Neue Lösungen für das Kunststoffschweißen mit Laser
Handlicher Bolzenschweißer
im Kleinstformat
Die Erfolgsmaschine MPS erweitert Ihr
Anwendungsspektrum mit dem Ver-
Als Spezialist für Befestigungs- und Verbindungstechniken zeigt die Heinz So-
59
yer Bolzenschweißtechnik GmbH auf
der SCHWEISSTEC 2015 den HightechBolzenschweißinverter BMK-12i mit
SRM-Technologie® (Bolzenschweißen im
radialsymmetrischen Magnetfeld). Nach
der Erstvorstellung als absolut neuartige
Konzept- und Innovationsstudie im Jahr
2011, wurde nach jahrelangen intensiven
Forschungs- und Entwicklungsarbeiten
die Markt- und Serienreife des Bolzenschweißers in Kleinstformat in der 2. Generation erzielt. Dank des GS-Zeichens
für geprüfte Qualität und Sicherheit durch
den TÜV-Rheinland ist es gelungen, die
Anforderungen des Arbeits- und Gesundheitsschutzes für diese Geräteserie vollständig zu erfüllen. Der weltweit kleinste,
leichteste und stärkste Bolzenschweißer
im Handtaschenformat mit nur 6,8 kg
und 800 Ampere Schweißleistung für
Bolzen bis Ø 12 mm kommt beim Schweißen ohne Keramikringe aus und erzeugt
hochfeste Schweißverbindungen ohne
störenden Flansch, Schweißwulst und
Schweißspritzer. Dies ermöglicht dem Anwender die Nutzung des Bolzengewindes
bis zum Grundmaterial.
www.soyer.de
TORE
Stabile Verglasung für robuste
Tore
Material setzt der niederländische Hersteller Alpha Deuren. Das Unternehmen
stattet seine 40 mm und 60 mm Alu-Tore
standardmäßig mit Plexiglas-Elementen
aus. Das verwendete Plexiglas-XT zeichnet sich besonders durch seine hohe
Oberflächenhärte und Lichtdurchlässigkeit aus. Je nach Sorte und Ausführung
ist eine Lichttransmission von bis zu
92 % möglich. Darüber hinaus sorgt die
besondere Materialbeschaffenheit mit
natürlichem UV-Schutz dafür, dass die
Glaselemente nicht vergilben. Diese Eigenschaften haben auch auf lange Sicht
Bestand: Der Hersteller gibt eine 30 Jahre lange Garantie auf höchste Lichtdurchlässigkeit und einen maximalen Gelbwert
von -5 in gemäßigten Klimazonen. Darüber hinaus enthält das Plexiglas keine
giftigen Stoffe, so dass es im Brandfall
kaum Rauch und keinerlei toxische oder
korrosive Gase bildet. Gemäß DIN 53436
wurde es als „unbedenklich“ und „nicht
toxisch“ eingestuft. Auf Wunsch rüstet
Alpha Deuren seine Tore sogar mit dem
extrem robusten und kratzfest beschichteten Plexiglas-Optical aus.
Der Hersteller bietet sein Alu-Tor in zwei
verschiedenen Ausführungen an – mit 40
mm Aluminiumprofilen und einer 60 mm
thermisch getrennten Alu-Rahmenkonstruktion. Es besteht aus einem langlebigen und widerstandsfähigen Rahmen,
dessen Eckzargen und Dichtungsprofile
für eine besonders gute Abdichtung sorgen. Die 60-mm-Variante ist standardmäßig mit einer 3-fach Verglasung aus Plexiglas XT ausgestattet und bietet bei einem
voll verglasten Tor von 5 x 5 m einen hervorragenden U-Wert von 2,35 W/m²K. Die
einzelnen Sektionen des Alu-Tors können
in beliebiger Kombination mit StuccoElementen und Plexiglas-Scheiben gefüllt
werden. Ein Verglasungsanteil von bis zu
80 % ist möglich. Eine individuelle Optik
lässt sich durch den Einsatz der mikroprofilierten Iso-Paneelen in 20 Vorzugsfarben sowie einer Nassbeschichtung der
Alu-Sektionen erreichen.
www.alpha-deuren.nl
UMWELTTECHNIK
GFK-Produkte bieten
deutlichen Mehrwert
Moderne Architektur ist geprägt von transparenten Strukturen. Das gilt auch für Industrie- und Gewerbebauten, bei denen
vor allem der Faktor Energieeffizienz eine
wesentliche Rolle spielt. Denn je größer
der Lichteinfall ist, desto weniger Energie
muss für Heizung und Beleuchtung vebraucht werden. Vor diesem Hintergrund
werden Industrietore mit einem hohen
Verglasungsanteil immer beliebter. Auf
ein qualitativ besonders hochwertiges
Nachhaltige Produktion schützt die Umwelt und eine lange Lebensdauer der Erzeugnisse vermeidet gleichermaßen Müll
und teuren Ersatz. Aus diesem Grund
setzt der Behälterspezialist CEMO bei
seinen Premiumprodukten auf ein in der
Natur seit Jahrmillionen bewährtes Prinzip: den Verbundwerkstoff.
Glasfaserkunststoff bietet dabei durch
den hohen Glasanteil gleich mehrere
Vorteile: Die Hauptkomponente Glas wird
aus Sand hergestellt und steht so praktisch unbegrenzt zur Verfügung, das Bindemittel Harz lässt sich einsatzgerecht
auswählen
Verbundwerkstoff GFK
Das Paradebeispiel dafür ist Holz. Leichter als Wasser kann es trotzdem größte
Belastungen aushalten. Erreicht wird dies
durch den Verbund aus Zellulosefasern
und dem Bindemittel Lignin, welches die
Fasern zusammenhält.
Statt Zellulosefasern finden unbrennbare
und weit höher belastbare Glasfasern
Verwendung, statt Lignin wird chemikalienresistentes und geruchsdicht vernetztes Polyesterharz eingesetzt.
Auch hier sind die Aufgaben verteilt: Die
Glasfasern sorgen für die nötige mechanische Stabilität, das hoch vernetzte Harz
übernimmt den Part der chemischen Beständigkeit und hält die Glasfasern zusammen. Da Glasfasern bei wesentlich
geringerem Gewicht gleiche Zugkräfte
aufnehmen können wie Stahldrähte, sind
sie der ideale Partner um große Kräfte
abzuleiten. Solche GFK-Produkte sind
daher extrem robust und dabei dennoch
sehr leicht. Als duroplastischer VerbundKunststoff ist GFK dauerhaft formstabil
und gegen Temperaturschwankungen
unempfindlich. Durch geeignete Harzauswahl ist das Produkt über die gesamte
Wandstärke korrosionsbeständig. Auch
bleibt bei ungefärbten Harzen die geruchsdichte Wandung über die gesamte
Einsatzdauer durchsichtig, so ist z.B. der
Füllzustand bei Tanks immer leicht abzulesen.
Die Kunststoffe können in jeder gewünschten Form hergestellt werden.
Der GFK-Spezialist bietet durch geeignete Harzauswahl zusätzlich auch unterschiedliche chemische Widerstandsausführungen an.
Im Gegensatz zu Stahl und PE ist der
fertige Werkstoff dann gegenüber Umgebungsbedingungen und Medieneinflüssen ohne weitere Schutzausrüstung
sehr beständig. Da GFK ein schlechter
Wärmeleiter ist, bietet er auch im Brandfall einen hohen Schutz vor Versagen des
Bauteiles.
GFK-Fässer und Behälter für unterschiedliche Einsatzbereiche
Wird der Werkstoff für Fässer verwendet,
entstehen vergleichsweise leichte und
dennoch widerstandsfähige Tanks. Die
60Werkstoffe 5/2015
robusten GFK-Fässer gibt es in ovaler
und kofferförmiger Ausführung. Je nach
Einsatzzweck sind z.B. die Weide-Fässer
gegen Algenbildung lichtundurchlässig grau eingefärbt und dadurch zudem
besonders UV-beständig. Die Fässer
eignen sich für Wasser, sind aber auch
chemikalienbeständig und damit für
Pflanzenschutzmittel einsetzbar. In ausgedampfter Ausführung sind sie sogar
lebensmitteltauglich (nach Zertifikat (EU)
Nr. 10/2011a auf Anfrage). Für Schnellläufereinsatz z.B. auf Lkw und Unimog
sind die Behälter mit Schwallwänden versehen, ein umfangreiches Zubehörprogramm für Befüllung und Auslass runden
das Programm ab.
Der robuste GFK-Werkstoff ist dabei für
jahrzehtelangen Einsatz ausgelegt. Im
Fall der Fälle kann mit einem Reparaturkit eine Schadstelle leicht und dauerhaft
repariert werden, ohne Einbußen bei der
Alltagstauglichkeit.
Kompakttankstellen und Heizöltanks
aus GFK
Die angeführten Eigenschaften des Verbundmaterials GFK erlaubt es dem Hersteller der GFK-Heizöltanks, problemlos
eine erweiterte Herstellergarantie von 35
Jahren auf seine Produkte zu gewähren.
Die Tanks sind leicht, so wiegt ein 700-lKT-Tank nur 32 kg und die 1.000-l-Ausführung lediglich 44 kg. Die Maße der
Behälter wurden so gewählt, dass auch
enge Türen und niedrige (Keller-)Räume
ohne Probleme zu erreichen sind.
Faserverbundwerkstoff für Auffangwannen
Definitionsgemäß ist die „Auffangwanne“
eine Einrichtung mit eigener Trennwand,
innerhalb oder außerhalb von Gebäuden,
mit oder ohne Regenschutz.
Neben der baulich/mechanischen Ausführung muss je nach Lagergut auch
die chemische Widerstandsfähigkeit der
Werkstoffe berücksichtigt werden. Die
Lebensdauer des Materials einer Sicherheitsvorrichtung muss mindestens ebenso groß sein wie die des Materials des zu
umschließenden Tanks. Schließlich soll
ja gerade im Versagensfall des Tankmaterials noch ein Zusatzschutz bestehen
bleiben.
Als Sonderausführung mit fallspezifisch
ausgesuchten Harzkomponenten ist die
chemische Beständigkeit von GFK-Produkten die höchste aller betrachteten
Werkstoffe.
GFK-Winterdienstprodukte
Die Bandbreite der GlasfaserkunststoffProdukte für den Winterdienst reicht von
Schaufeln oder Schneeschiebern auf
denen kein Schnee haftet, über unterschiedliche Streugutbehälter und Streuwagen bis hin zu Solebehältern für die
Feuchtsalzung.
www.cemo.de
Werkstoffe 5/2015
VERBINDUNGSTECHNIK
Neue Verbindungstechnik für
Aluminium und Kunststoff
Mit der Kombination aus AluminiumDruckguss und Kunststoff-Umspritzung
lassen sich heute bereits verschiedenste,
exakt auf den jeweiligen Anwendungsbereich zugeschnittene Hybrid-Bauteile erzeugen, die die Vorteile beider
Werkstoffe vereinen. Allerdings gibt es
auch zunehmend Konstruktionen, die
ein Kunststoffteil innerhalb einer AluKomponente erfordern würden. Die auf
Spritzgusstechnologie spezialisierte Geiger-Unternehmensgruppe hat dafür jetzt
ein innovatives Verfahren zur innenliegenden Umspritzung entwickelt, das es
erlaubt, trotz der Einschränkung durch
die Form des Aluminiumteiles mittels angepasster Werkzeug- und Schiebertechnik definierte Kunststoffgeometrien zu
erzeugen. Die Methode gleicht sogar die
groben Toleranzen beim Druckguss der
Metallkomponente aus. Ein eigens dafür
konzipiertes Tray gewährleistet auch bei
automatisierten Prozessen eine genaue,
reibungsarme Positionierung der Werkstücke.
Üblicherweise wird der Anspritzpunkt so
gewählt, dass das Material ideal fließen
kann und sich ein gutes Füllverhalten
ergibt. Bei einer innenliegenden Umspritzung bestimmt dagegen die Form des
Aluminiumteils die Gestaltung der Kunststoffkomponente, was den Einspritzprozess deutlich erschwert. Insbesondere
das Auswerfen kann zum Problem werden, wenn aufgrund eines nicht optimalen Anspritzpunktes das Bauteil an der
Düsenseite hängen bleibt, statt auf die
Auswerferseite transportiert zu werden.
Um dies zu vermeiden, entwickelte Geiger eine neuartige Schiebermechanik,
die das Druckgussteil auf der Auswerferseite fixiert. Der Spritzgussbestandteil
wird dagegen ohne Auswerfer gefertigt
und nach dem Öffnen des Werkzeugs
gemeinsam mit der Alu-Komponente ausgeworfen. So wird ein prozesskonformer
Transportfluss der Bauteile sichergestellt.
Das Schiebersystem trägt daneben auch
zur exakten Positionierung der Werkstücke bei – ein entscheidender Faktor
für die Zuverlässigkeit des Betriebs, da
Metallabrieb zum Versagen der Fertigungsanlage führen könnte. Reibung
zwischen dem Werkzeug und dem Aluminium-Druckgussteil muss daher soweit als möglich vermieden werden. Um
in einer automatisierten Fertigung, in
der Roboter die Rohteile entnehmen, ins
Werkzeug einlegen und die bearbeiteten
Stücke wieder in die Verpackung setzen,
die dazu notwendige Präzision zu erreichen, setzt Geiger auf eine mehrstufige
Lösung: Ein speziell dafür konzipiertes
Tray mit einer Zentriergeometrie, auf dem
die Druckgussteile zur Anlage gebracht
werden, sorgt für eine erste Grobpositionierung, während das Beiholvermögen
des Be- und Entladungsgreifers die Feineinstellung übernimmt. Sobald sich das
Bauteil in der richtigen Bearbeitungsposition befindet, erfassen es die Schieber
des Werkzeugs, und erst dann lässt der
Greifer los. Einem Verrutschen oder Verschieben des Metallteils im Werkzeug –
und den damit verbundenen Schäden –
wird auf diese Weise sicher vorgebeugt.
Zusätzlich zur Auswurf- und Positionierproblematik muss das Spritzgusswerkzeug beim innenliegenden Umspritzen
darüber hinaus auch die relativ hohen Toleranzen der Druckgussteile ausgleichen.
Die Alu-Komponenten, die in der Regel
eher nach groben Abmessungen gefertigt
werden, müssen in die engen Toleranzen
des Kunststoffbestandteils integriert werden. Dazu schufen die Spritzgussexperten ein Werkzeug, das Abweichungen in
Längsrichtung durch spezielle Quetschkanten abfängt. Um die Schwankungen
in der radialen Richtung zu kompensieren, war dieses einfache Mittel jedoch
nicht geeignet. Hier wird stattdessen mit
eigens angepassten Geometrien und einer besonderen Oberflächenbehandlung
gearbeitet. Dadurch konnten in einer der
ersten Beispielanwendungen KunststoffKomponenten von 16 mm Durchmesser
präzise in Alu-Bauteile von 25 x 28 mm
eingespritzt werden.
www.geiger-gruppe.de
WIRTSCHAFTSENTWICKLUNG
Kühlzeitreduzierung um 55%
61
Das Unternehmen Alfred Kärcher hat
den Hochdruckreiniger zum festen Bestandteil in deutschen Haushalten werden lassen. Die kompakten Geräte, die
an dem markanten Gelb der Gehäuse
unverwechselbar erkannt werden, produziert Kärcher jährlich in Millionen Stückzahlen und vertreibt diese weltweit.
Mit LBC Engineering, hat man im vergangenen Jahr damit begonnen, die Kühlzeit
der Werkzeuge für die markant gelbe Gehäusehaube zu optimieren.
Ziel war es, die Zykluszeit von den ursprünglich 52 Sekunden auf 42 bis 40
Sekunden zu reduzieren.
Bei dem Spezialisten für Reinigungsgeräte wurde an dem Konzept der Werkzeugoptimierung mit „Hochdruck“ gearbeitet um zeitnah diese Kapazitätslücken
schließen zu können. „Im ersten Schritt
erhielten wir die kompletten Werkzeugdaten der bestehenden Werkzeuge“,
erinnert sich Carlo Hüsken, der das Projekt von Seiten LBC begleitet hat. „Erst
einmal mussten wir ermitteln, ob das
von Kärcher gesteckte Ziel in der Praxis
umzusetzen ist,“ zeigte Hüsken anhand
der von Kärcher zur Verfügung gestellten
thermografischen Aufnahmen, dass im
ersten Schritt erst einmal der aktuelle
Spritzgießprozess mit Cadmould 3DF abgebildet und simuliert werden musste.
Wichtig sei bei so einer Simulation, dass
die Hotspots, die von Kärcher mit Hilfe
der Thermografie detektiert wurden, in
der Simulation ebenfalls ermittelt werden
und so eine prozessrelevante Darstellung
ermöglichen. Denn gerade die sensiblen
Bereiche, die für die lange Zykluszeit
sorgen, werden detailliert analysiert und
sind vorwiegend ergebnisrelevant. Innerhalb der Zykluszeit von 52 Sekunden betrug die Kühlzeit ganze 22 Sekunden bei
einer Schmelzetemperatur von 220°C
und einer Entformungstemperatur von
100°C. Temperiert wurden die Werkzeuge mit Wasser mit einer Temperatur
von 35°C und einem Durchfluss von 10
Litern/min.
Der erste Simulationslauf beinhaltete
eine Wandtemperaturanalyse über 20
Zyklen. Im zweiten Simulationslauf wurde
auf einen Vorschlag von Carlo Hüsken hin
die Temperierung der Düsenseite konventionell optimiert. Die Verschraubungsdome für die Gehäusehaube, gefertigt
aus Beryllium-Kupfer, wurden durch eingesetzte Kühlröhrchen zusätzlich temperiert. Dazu sind zwei zusätzliche Kreisläufe in die Formplatte der Düsenseite
aufgenommen worden. Der Abschluss
der Kühlröhrchen erfolgt parallel über
Verteilerplatten, die in die Formplatten
eingelassen wurden.
Der dritte Simulationslauf bildete eine
Zwischenstufe. Simuliert wurden am PC
erste Auswirkungen einer Optimierung
mittels einer konturnahen Kühlung. Abschließend wurde in dem vierten Simulationslauf die Optimierung der Bereiche
simuliert, die in den thermografischen
Aufnahmen bestimmte Zonen als Problembereiche auswiesen. Die konturnahe
Temperierung wurde unter Berücksichtigung der bestehenden Platzverhältnisse
im Werkzeug konstruktiv umgesetzt und
simuliert. Fast alle Bereiche der Hotspots
konnten durch konturnahe Kühlung optimiert und die Wandtemperaturen um bis
zu 70°K gesenkt werden. Die Bereiche
der Schraubdome, bei denen der notwendige Platz im Werkzeug für konturnahe Kühlung nicht ausreicht, sind von
Kärcher durch geschickte Artikeloptimierungen entschärft worden.
Aus der Simulation wurde von LBC die
Aufgabenstellung abgeleitet: eine Optimierung der Werkzeugtemperierung an
den Stellen der Hotspots, mit dem Ziel die
Kühlzeit zu reduzieren und eine gleichmäßige Abkühlung zu erreichen.
Die kundenspezifischen Lösungen basieren bei LBC immer auf einem Technologie-Mix. Einem Mix aus konventioneller
SIE DENKEN DAS IST GESCHMACKLOS?
Temperierung, auf den Markt erhältlichen
Kühltechniken und projektspezifisch gefertigten lasergenerierten Kernen von
LBC und vakuumgelöteten Kernen der
Listemann Technology AG.
Eine Optimierung des werkzeugtechnischen Konzepts wurde notwendig, damit an den ermittelten Hotspots lasergenierte Kerne von LBC verbaut werden
konnten. Insgesamt wurden in jedem
Werkzeug zwei unterschiedlich konzipierte Formeinsätze mit konturnaher
Temperierung und einem Durchmesser
von jeweils 4 mm in das Werkzeug integriert.
Die konstruktive Änderung am Werkzeug
wurde dann von LBC Engineering abermals mit thermografischen Aufnahmen
von Kärcher, überprüft. Die Wandtemperaturen konnten durch die ganzheitliche
Optimierung von 40 bis 70°C reduziert
werden.
Nach Abschluss der Optimierungsphase
mussten die konstruktiven Änderungen
für zwei Back-Up-Werkzeuge umgesetzt
werden. Dieser Auftrag wurden von Kärcher an einen externen Werkzeugbau
vergeben. Die lasergenerierten Formeinsätze in Hybridbauweise wurden von LBC
produziert und geliefert.
Mit der Werkzeugoptimierung in Kombination mit der Neuausrichtung der Peripherie-Komponenten bei Kärcher (Materialzuführung, Handlingsysteme etc.)
konnte die Zykluszeit von 52 Sekunden
auf 37 Sekunden reduziert werden.
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