Neuer Werkstoff für leichtere und präzisere Konstruktion der Werkzeugmaschinen entwickelt

Forschende der Fraunhofer-Institute IWU und IFAM haben einen innovativen Werkstoff entwickelt: HoverLIGHT. Dieser Verbundwerkstoff aus Aluminiumschaum und mit Partikeln gefüllten Hohlkugeln kombiniert geringes Gewicht, hohe Steifigkeit und hervorragende Schwingungsdämpfung. In Zusammenarbeit mit einem Industriepartner wurde bewiesen, dass HoverLIGHT Schwingungen in Serienmaschinen dreimal besser dämpft und gleichzeitig das Gewicht um 20 % reduziert.

Werkstoff für leichtere, präzisere und leistungsstärkere Maschinen

HoverLIGHT besteht aus Metallschaum und Hohlkugeln und kann als Kern in Sandwichkonstruktionen verwendet werden. Diese Bauweise reduziert das Gewicht erheblich. Der Aluminiumschaum mit Hohlkugeln dämpft Schwingungen deutlich besser als herkömmliche Materialien, was die Präzision der Bearbeitung erhöht und die Lebensdauer der Maschinen verlängert. Zudem ermöglicht die Sandwichstruktur eine höhere Dynamik in den Bearbeitungsprozessen. HoverLIGHT kann flexibel an verschiedene Anwendungen angepasst werden.

In Zusammenarbeit mit der Chiron Group SE wurde HoverLIGHT als Querträger in einer Fräsmaschine getestet. Die Ergebnisse zeigen:

• 20 % Gewichtsreduzierung: Der HoverLIGHT-Querträger ist leichter als vergleichbare Baugruppen aus herkömmlichen Materialien.
• Verbesserte Schwingungsdämpfung: Die Dämpfung wurde um das Dreifache erhöht, was die Präzision verbessert und die Lebensdauer der Werkzeuge verlängert.
• Erhöhte Produktivität: Maschinen mit HoverLIGHT-Querträgern können mehr Teile in kürzerer Zeit produzieren.

„Mit HoverLIGHT haben wir einen Werkstoff entwickelt, der die Grenzen des Machbaren bei der Schwingungsdämpfung verschiebt. Wir lösen den Zielkonflikt auf, der sich aus den eigentlich gegensätzlichen Anforderungen einer steifen Auslegung moderner Werkzeugmaschinen, leichter bewegten Baugruppen und effektiver Schwingungsdämpfung ergibt.“, kommentiert Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld in einer Pressemitteilung. Er ist für den Forschungsbereich Metallschaum am Fraunhofer IWU verantwortlich.

Leichtigkeit, Steifigkeit und Präzision in verschiedenen Branchen

HoverLIGHT eignet sich nicht nur für Werkzeugmaschinen, sondern auch für viele andere Anwendungen, bei denen Leichtigkeit, Steifigkeit und Präzision wichtig sind. Beispiele:

• Roboterarme: In Sandwichbauweise könnten sie von hoher Steifigkeit bei geringem Gewicht profitieren, was höhere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen ermöglicht.
• Crashstrukturen in Autos: Aluminiumschaum wird bereits verwendet, um Energie zu absorbieren. Mit Hohlkugeln könnte auch die Schwingungsdämpfung verbessert werden.
• Schienenfahrzeuge: Wand- und Bodenelemente könnten HoverLIGHT nutzen, um Gewicht zu reduzieren und die Dämpfung zu erhöhen, wie bereits bei den Bodenplatten der Pekinger U-Bahn.
• Server und Hochleistungsrechner: Leichte und steife Gehäuse aus HoverLIGHT verbessern Stabilität, Wärmeableitung und dämpfen Vibrationen.
• Medizintechnische Geräte: Für Geräte wie MRT oder Ultraschall sind leichte, steife Bauweisen wichtig, um präzise Messungen und Bildqualität zu gewährleisten, indem Vibrationen minimiert werden.

Weiterentwicklung und Kostenoptimierung

Die Forschenden arbeiten daran, HoverLIGHT weiterzuentwickeln und für neue Anwendungen nutzbar zu machen. Ein Ziel ist es, die Eigenschaften des Materials an die Anforderungen verschiedener Einsatzbereiche anzupassen und die Produktionskosten durch effizientere Prozesse zu senken. Die Herstellung der Hohlkugeln ist derzeit aufwendig und teuer. Ein vielversprechender Ansatz ist, statt Hohlkugeln günstigere metallische Blister zu verwenden, ähnlich denen in Medikamentenverpackungen. Das Fraunhofer-Team ist zuversichtlich, dass so in den nächsten Jahren signifikante Kostensenkungen möglich sind.