Neuartiges Konstruktionskonzept: Produktionssteigerung durch Massereduktion
Hermann Finckh, Leiter des Bereiches Numerische Simulation und stellvertretender Leiter des Kompetenzzentrums Stapelfasern, Weberei & Simulation an den DITF resümiert: „Mit den aus dem Projekt gewonnenen Erkenntnissen konnten wir ein völlig neues modulares Gestaltungsprinzip für das Werkzeug entwickeln und patentieren. Wir haben damit ein Konzept zur Herstellung von Werkzeugen mit Grundkörpern aus Faserverbundmaterial geschaffen, das anschließend direkt von industrieller Seite als Prototyp umgesetzt und erfolgreich getestet wurde.“
Mithilfe von Computersimulationen wählten die Forschenden des DITF einen völlig neuen Ansatz. Lasten innerhalb des Werkzeugs konnten über numerische Simulationen fasergerecht so verteilt werden, dass sich die Masse bei sehr hoher Steifigkeit und Festigkeit sehr stark reduzieren ließ. Ein modulares Design entstand: Eine dreieckige Komponente hält den hohen Zentrifugalkräften bei der Holzbearbeitung stand; für die Biege- und Torsionskräfte wird eine Außenhülle eingesetzt.
Durch die Reduktion der Masse konnte die Leistungsfähigkeit von Werkzeugen in der Holzbearbeitung erheblich erhöht werden: Bei über 50 Prozent Massereduktion gegenüber etablierten Werkzeugen ist eine Produktionssteigerung um etwa das Anderthalbfache möglich. Dabei nimmt die Gewichtseinsparung mit Größe und Durchmesser des Werkzeuggrundkörpers stark zu, was es für viele Anwendungen besonders interessant macht. KMU profitieren von Synergieeffekten. Für das IGF-Forschungsprojekt arbeiteten die Forschungseinrichtungen Hand in Hand: Das Institut für Werkzeugmaschinen der Universität (IfW) Stuttgart ersetzte das Aluminium des Werkzeuggrundkörpers teilweise durch leichteren, kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (engl. „CFK“). Die DITF waren zuständig für das modulare Konzept des Extrem-Leichtbauwerkzeugs. Das neu entwickelte modulare Extrem-Leichtbaukonzept wurde basierend auf den Ergebnissen dieses IGF-Vorhabens nach Projektende mit den CFK-Teilen der DITF hergestellt und erfolgreich getestet. Das auf der Basis dieses IGF-Vorhabens entwickelte Extrem-Leichtbauwerkzeug gewann im März 2024 den renommierten JEC World Innovation Award, mit dem jedes Jahr innovative und kollaborative Projekte ausgezeichnet werden, die das volle Potenzial von Verbundwerkstoffen widerspiegeln. Es wird zudem auf der Hannover Messe 2024 ausgestellt.
Das vorwettbewerbliche Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit den Mitteln der IGF gefördert.
