Noch ist die spanende Bearbeitung von CFK deutlich teurer als die von Metall. Die

Noch ist die spanende Bearbeitung von CFK deutlich teurer als die von Metall. Die Präzisionswerkzeughersteller wollen dies ändern (Bild:Mapal)

von Sebastian Moser

(ks). Verbrennungen, Delamination, Durchmesserschwankungen und Standzeiteinbrüche: Wer vermeintlich gute Erfahrungen aus der Metallzerspanung auf CFK überträgt, erlebt meist eine böse Überraschung. „Bei der Bearbeitung von CFK mit spanenden Werkzeugen handelt es sich eigentlich nicht um einen spanenden Prozess. Die CFK-Fasern werden gebrochen und nicht geschnitten. Von der Physik her gelten dabei also eher die Gesetze der Bruchmechanik“, erklärt Kaveh Haddadian vom PTW Darmstadt. CFK-Experte Edwin Roth vom Präzisionswerkzeughersteller Walter AG in Tübingen ergänzt: „Bei der Zerspanung von CFK entsteht eher Staub, weil die Kohlefaser in kleine Partikel aufgetrennt werden. Ein klassischer Span entsteht dabei nicht.“

Hinsichtlich der Maschine stellt die Bearbeitung von CFK abgesehen von einer Absauganlage für die CFK-Stäube und entsprechender Abdichtmaßnahmen keine besonderen Herausforderung dar: „Die auftretenden Kräfte sind nicht besonders groß, weil bei der Bearbeitung eher Werkzeuge im kleinen bis mittleren Durchmesserbereich zum Einsatz kommen“, berichtet Roth. Knackpunkt sind vielmehr die Werkzeuge: Weil CFK sehr abrasiv ist, verschleißen die Schneidkanten sehr schnell.

Den aktuellen Stand der Entwicklung beschreibt Dr. Peter Müller-Hummel vom Präzisionswerkzeughersteller Mapal: „Die Bearbeitung von reinem CFK haben wir mittlerweile gut im Griff. Dennoch gibt es mit Blick auf die Geometrie, die Beschichtung der Werkzeuge und die Bearbeitungsparameter noch einiges zu lernen.“ Besondere Bedeutung komme dabei der Werkzeuggeometrie zu. Diese müsse gewährleisten, dass das Material nicht delaminiert. Dabei verfolgt jeder Präzisionswerkzeughersteller eine eigene Strategie und daher sehen sich die Werkzeuge unterschiedlicher Hersteller nicht ähnlich. Allerdings sind alle CFK-Werkzeuge hinsichtlich ihrer Grundgeometrie sehr positiv ausgelegt. Das heißt, der Spitzenwinkel bewegt sich bei Bohrern im Bereich von 90 Grad. Sehr oft werden auch Stufenwerkzeuge eingesetzt, so dass sich die Zerspanung auf mehrere Einzelschritte aufteilt.

Für die Standzeit ist indessen die Beschichtung der Hartmetallwerkzeuge maßgeblich. Das Unternehmen Mapal setzt dabei auf polykristallinen Diamant (PKD) bei einer relativ großen Schichtdicke von 20 µm. Derartige Bohrer schaffen mittlerweile bis zu 2 000 Bohrungen. Müller-Hummel empfiehlt dabei die Trockenbearbeitung: „Das ideale Werkzeug vorausgesetzt, entsteht bei Bearbeitung von CFK keine Wärme. Wärme entsteht nur dann, wenn Staubpartikel nicht optimal aus dem Arbeitsraum abgeführt werden und sich verklemmen.“ Das passiere nicht, wenn das Werkzeug die optimale Geometrie habe und der Staub zusätzlich per Druckluft schnell abgeführt werde. Bei der Naßbearbeitung bestehe hingegen die Gefahr, das der CFK-Staub bei der Berührung mit dem Kühlschmierstoff hart werde und so zu Verklemmungen des Werkzeugs führe.

Die Zerspanung von CFK-Bauteilen ist derzeit noch aufwändig und damit teuer. Das Endziel formuliert Müller-Hummel: „Die Bearbeitung von CFK muss genauso günstig wie die Bearbeitung von Metall werden.“

aus Produktion Nr. 16, 2013