Zal de EMO 2013 de geschiedenisboeken ingaan als de editie waarop CFK in machinebouw definitief doorbreken? Worden straks koolstofvezel versterkte kunststoffen vaker toegepast? Wie het weet, mag het zeggen. Feit is wel dat er interessante ontwikkelingen te zien zijn op de EMO, zoals bij Xperion dat toepassingen van CFK zowel in de gereedschap- als machinebouw toont.

CFK portaalfrees met 12 meter spanbreedte

De machinebouw en de staalindustrie. Twee handen op één buik. Niet lang meer als het aan Xperion ligt, een Duitse specialist in composieten. Zij denken dat de toepassing van staal in de machinebouw stilaan aan de grenzen komt van wat er nog mogelijk is. Met name als thema’s zoals uitzettingscoëfficient, dempingseigenschappen, massatraagheid en gewicht een rol gaan spelen. En nu machinebouwers voortdurend de grenzen qua snelheid en nauwkeurigheid van bewerkingen verleggen, zoeken ze ook naar alternatieve materialen. Om nog maar te zwijgen over het onderwerp energieverbruik dat ook in de werktuigmachinebouw steeds belangrijker wordt.  CFK in machinebouw heeft toekomst. Xperion (hal 6, stand J38) ziet daarom kansen om het staal in een aantal toepassingen in te wisselen voor koolstofvezel versterkte kunststoffen.

CFK in machinebouw

Een voorbeeld van een gereedschapdrager van CFK.

Verbinding CFK met staal
Een van de innovaties van Xperion is een constructie die in de toekomst misschien wel eens de klassieke portaalfreesmachine kan gaan vervangen. Zo’n machine is daadwerkelijk al in gebruik bij de Duitse bouwer van luxe jachten Tamsen Maritim, die een portaal wilde van 12 meter breedte, iets dat in staal ondenkbaar is tegen een acceptabel prijs en in een efficiënt hanteerbaar concept. De complete portaalbrug die Xperion heeft gebouwd voor de scheepswerf, weegt inclusief de pinole en de aandrijving slechts 3000 kilo, verbruikt slechts 7000 Wh energie en laat hoge versnellingen toe. Op de EMO toont Xperion een gepatenteerd systeem om een CFK-structuur aan te brengen op een stalen geleidingsrail. Tot nog toe is dat een van de bottlenecks geweest. CFK en staal hebben een sterk uiteenlopende uitzettingscoëfficient, zodat het lastig is beiden aan elkaar te verbinden in toepassingen waar het op µm nauwkeurigheid aankomt. Xperion heeft dat opgelost.

Het verschil in dempingseigenschappen tussen de verschillende materialen. (Foto: Xperion)

Het verschil in dempingseigenschappen tussen staal en CFK en CFK. (Foto: Xperion)

Eigenfrequentie verschuiven
Het voordeel van dit materiaal zit niet alleen in de geringere doorbuiging, waardoor je dus grotere overbruggingen kunt maken. Je kunt eveneens vooraf de eigenfrequentie van de constructie berekenen en door met het materiaal en de constructie te spelen, deze eigenfrequentie verschuiven. Tel je daarbij op dat de dempende eigenschappen van een CFK-component hoger zijn dan een vergelijkbaar stalen onderdeel, dan heeft het materiaal eveneens een positieve uitwerking op de nauwkeurigheid waarmee de machine bewerkt.

CFK in gereedschappen
Ook in gereedschappen biedt het lichte en tegelijkertijd extreem stijve CFK voordelen, aldus de engineers van Xperion. Hier is men al verder met de ontwikkeling, op de EMO wordt inmiddels de 2e generatie van CFK-gereedschappen getoond. Het gaat dan met name om aspecten als trillingseigenschappen, stijfheid en gewicht. Door de hogere stijfheid verandert de diamater-lengteverhouding van gereedschappen positief in vergelijking met metaal en hardmetaal. Concreet betekent dit dat bij dezelfde diamater van het gereedschappen er dieper bewerkt kan worden. Op de EMO laat men de tweede generatie van een CFK-slijpschijf zien, maar ook draaigereedschappen heeft men al van CFK-gemaakt.

Toekomst
James Royal Schildknecht, sales directeur bij Xperion, zegt dat CFK zich nu in hetzelfde stadium bevindt als staal 100 jaar geleden. Het materiaal is nieuw, wordt al door de eerste gebruikers ingezet maar heeft nog een enorm potentieel. Hij verwacht dat de standaardisering zoals staal heeft doorgemaakt,de komende jaren zich ook gaat aftekenen bij de vezelversterkte kunststoffen. Met name daar waar staal problemen oplevert wat betreft warmte-uitzetting, trillingen en corrosie .

Ook Schunk past CFK toe: 58 procent gewichtsreductie

Schunk toont op de EMO eveneens een toepassing van CFK. Voor het eerst wordt koolstofvezelversterkte kunststof gebruikt in een standaard lineaire motoras. Schunk heeft het profiel voor de LCx reeks gemaakt van CFK wat een 58 procent lager gewicht oplevert , vergeleken met eenzelfde module uit aluminium. Dat zorgt voor hogere versnellingen met een lager energieverbruik. Schunk staat in hal 3 stand H21 op de EMO.

De Z-as module van Schunck met lineaire geleidingen uit composiet.

De Z-as module van Schunck met een profiel uit composiet.