Metallschaum-Sandwichstrukturen für trennende Schutzeinrichtungen an Hochgeschwindigkeitswerkzeugmaschinen

Status:

abgeschlossen 05/2004

Zielsetzung:

Trennende Schutzeinrichtungen sind Sicherheitsbauteile an Werkzeugmaschinen. Als fangende Schutzeinrichtungen sollen sie das Herausschleudern von Teilen aus dem Arbeitsraum der Maschine verhindern und so Personen vor Verletzungen durch wegfliegende Teile schützen. Der aktuelle Trend zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erfordert es, für trennende Schutzeinrichtungen neue Werkstoffkonzepte mit einem im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen deutlich höheren Energieaufnahmevermögen zu entwickeln. Prinzipiell geeignet erscheinen Sandwichstrukturen aus Stahldeckblechen mit einem energieverzehrenden Aluminiumschaumkern. Es sollten Grundlagen für die Konstruktion trennender Schutzeinrichtungen an Hochgeschwindigkeitswerkzeugmaschinen geschaffen werden.

Aktivitäten/Methoden:

Die Aufprallfestigkeit verschiedener Sandwichstrukturen aus Stahldeckblechen und einem Kern aus Aluminiumschaum wurde durch Beschussversuche ermittelt. Hierfür wurden stumpfe zylindrische Stahlprojektile verwendet, wie sie in den europäischen Normen für Drehmaschinen (EN 12415 "Sicherheit von Werkzeugmaschinen - Kleine numerisch gesteuerte Drehmaschinen und Drehzentren") und Bearbeitungszentren (EN 12417 "Sicherheit von Werkzeugmaschinen - Bearbeitungszentren") beschrieben sind. Die Entwicklung der Aluminiumschäume erfolgte schrittweise mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM).

Ergebnisse:

Als Fazit aus den Beschussuntersuchungen bleibt festzustellen, dass bei dem gegenwärtigen Entwicklungsstand Aluminiumschäume zumindest im Hinblick auf die Beanspruchungsverhältnisse trennender Schutzeinrichtungen an Werkzeugmaschinen keine Alternative zu massiven metallischen Werkstoffen darstellen. Für aufprallbeanspruchte Konstruktionen, die auch bei sehr hohen zu erwartenden Aufprallenergien ein hohes Rückhaltevermögen aufweisen müssen, bieten sich stattdessen z. B. austenitische Stähle an. Die Beschussuntersuchungen zeigten, dass Sandwichaufbauten aus 1 mm dicken Deckblechen aus Stahl und einem 20 mm dicken Kern aus Aluminiumschaum bestenfalls ein doppelt so hohes Rückhaltevermögen wie entsprechende Konstruktionen ohne Aluminiumschaum besitzen. Variationen der Schaumdichte und Wärmebehandlungen zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften hatten nur einen geringen Einfluss auf das Rückhaltevermögen. Ein 20 mm dicker Kern aus Aluminiumschaum liefert in etwa den gleichen Beitrag zum Rückhaltevermögen wie zwei einzelne 1 mm dicke Stahlbleche. Die Verwendung von Aluminiumschäumen für aufprallbeanspruchte Konstruktionen wie trennende Schutzeinrichtungen bietet damit auch unter dem Aspekt der Gewichtsersparnis keine Vorteile gegenüber reinen Stahlkonstruktionen. Die Dichte von Aluminiumschaum beträgt zwar nur rund 10 % der Dichte von Stahl, um aber ein gleichwertiges Rückhaltevermögen zu erzielen, ist ein rund zehnfacher Schaumeinsatz erforderlich.

Weitere Informationen:

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