Stangen und Rohre aus H-CFK

Der ThinKing November von Leichtbau BW geht an das Unternehmen Herbert Hänchen. Dort hat man für Leichtbau-Stangen und -Rohre einen eigenen Leichtbau-Werkstoff entwickelt: den Carbon-Verbundwerkstoff H-CFK.

Ganz neu ist der Werkstoff nicht: Schon 2015 berichtete ke Next und in der Folge auch die VDMA-Nachrichten wie im Pressespiegel des Unternehmens nachzulesen ist. Auch in den Folgejahren wurde immer wieder von dem Material und der Anwendung berichtet, unter anderem im Konstrukteur, in der Fluid, in der Konstruktion und in der KEM.

Aus dem Carbon-Werkstoff werden unter anderem Hydraulikzylinder hergestellt, die um 70 % leichter sind als ihre Kollegen aus Stahl. Durch die geringere Masse brauchen sie im Betrieb nur die Hälfte an Energie, sie lassen sich größeren Beschleunigungen aussetzen und das Material rostet nicht.

Speziell für den Maschinenbau können mit H-CFK Bauteile hergestellt werden, die sich durch eine besonders glatte Oberfläche (Rautiefe 1) und sehr feine Toleranzen (ISO 7) auszeichnen.

Das Material ist daher prädestiniert für die Anwendung in Hydraulikzylindern: Hier ist eine glatte Oberfläche gefragt, damit die Dichtungen im Innern gut laufen und nicht abreiben – und die engen Toleranzen sorgen dafür, dass der Kolben nicht zu viel Spiel hat und nicht kippen kann.

Für das Material H-CFK waren drei neue Technologien für die Auslegung des Bauteils, die Verbindung von Materialien und die Behandlung der Oberfläche notwendig:

1. Herausforderung: runde Bauteile, die in drei Dimensionen hochbelastbar sind.
2. Herausforderung: Hochfeste Verbindung für den Kopf des Zylinders zum Zweck der Krafteinleitung
3. Herausforderung: Verschleißfeste Oberfläche

Hierfür hat das Unternehmen ein Produktionsverfahren entwickelt, so dass nun je nach gewünschter Bauteilfestigkeit und Biegesteifigkeit die Lage, Anzahl und Art der Carbonfastern definiert werden kann. Für die Krafteinleitung in das Carbon-Bauteil wird ein Metallstück in einem eigens entwickelten Verfahren bei der Produktion der Stange mit eingebunden. Damit können wir viel höhere Belastungen realisieren als es etwa mit Klebeverbindungen möglich ist.

Bei Hänchen werden die Leichtbau-Stangen und Rohre aus Carbon in Wickeltechnik, dem sogenannten Filament-Winding-Verfahren, hergestellt. Daraus entstehen Produkte wie zum Beispiel Schubstangen in Werkzeugmaschine oder Koppelstange in Prüfständen.

„Das Einsparungspotential hängt von der Anwendung ab. Vor allem im Maschinenbau können mit Composite-Konzepten wirkliche Erfolge erzielt werden, sofern das Gesamtsystem betrachtet wird.“
(Klaus Wagner, Bereichsleiter Forschung und Innovation bei Hänchen)

Über den Tellerrand geschaut: Siloreinigung mit Stangen aus H-CFK

Für einen Kunden hat Hänchen 7 m lange lange Handlingsstangen hergestellt, die aus zwei Teilen bestehen. Mit ihnen werden Silos gereinigt, in denen Pulver für die Nahrungsmittelindustrie getrocknet werden. Denn an den Innenwänden der Silos bleiben Pulverrückstände kleben, welche die Arbeiter mit Besen abkehren müssen. Das Gewicht macht in diesem Fall in der Handhabung wegen der wirkenden Hebelkräften eine großen Unterschied.

Quelle und weitere Infos: Leichtbau BW, Autocad-Magazin, Hannover Messe (09.02.19)