
Der Werkstoffverbund HoverLIGHT hat einen Kern aus Aluminiumschaum und darin eingeschäumten Hohlkugeln (im Schnitt als runde Öffnungen sichtbar). Die kombinierte Dämpfungswirkung von Schaum und partikelgefüllten Hohlkugeln ist vergleichbar mit der von Magnesium. (Bild: Fraunhofer IWU)
HoverLIGHT ist ein Verbund aus Metallschaum und Hohlkugeln und kann als Sandwichkern eingesetzt werden. Ein HoverLIGHT-Kern dämpft Schwingungen deutlich stärker als bisher verwendete Materialverbunde. Dies führt zu einer höheren Präzision bei der Bearbeitung und zu einer längeren Lebensdauer der Maschine. Darüber hinaus ermöglicht die Sandwichbauweise erhebliche Gewichtseinsparungen, die eine höhere Dynamik der Bearbeitungsprozesse erlauben.
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Dabei kann HoverLIGHT an die spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst werden. In einem gemeinsamen Projekt mit der Chiron Group SE wurde HoverLIGHT bereits im Querträger einer Fräsmaschine eingesetzt. Die Ergebnisse:
- Gewichtsersparnis von 20 Prozent: Die Traverse aus HoverLIGHT ist deutlich leichter als die vergleichbare Baugruppe aus konventionellen Werkstoffen.
- Deutlich höhere Dämpfung: Die Schwingungsdämpfung konnte um das Dreifache gesteigert werden, was zu höherer Präzision und längeren Werkzeugstandzeiten führt.
- Mehr Produktivität: Durch die höhere Geschwindigkeit und Präzision können Maschinen mit HoverLIGHT Traversen mehr Teile in kürzerer Zeit produzieren.
Wie ein Werkstoff die Grenzen des Machbaren verschiebt
Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, verantwortlich für den Forschungsbereich Metallschaum am Fraunhofer IWU: »Mit HoverLIGHT haben wir einen Werkstoff entwickelt, der die Grenzen des Machbaren bei der Schwingungsdämpfung verschiebt. Wir lösen den Zielkonflikt, der sich aus den eigentlich gegensätzlichen Forderungen nach steifer Bauweise moderner Werkzeugmaschinen, leichter bewegten Baugruppen und effektiver Schwingungsdämpfung ergibt.«
Prädestiniert für den Einsatz von HoverLIGHT sind in Werkzeugmaschinen alle bewegten Baugruppen, zum Beispiel Maschinenschlitten. Aber auch außerhalb des Maschinenbaus sind zahlreiche Anwendungen denkbar, bei denen es besonders auf Leichtigkeit, Steifigkeit und Präzision ankommt:
- Roboterarme in Sandwichbauweise würden von hoher Steifigkeit bei geringer Masse profitieren, da ein geringeres Gewicht höhere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen ermöglicht;
- In Schienenfahrzeugen kommen Wand- und Bodenelemente für den Einsatz von HoverLIGHT in Frage; in der Pekinger U-Bahn sind die Bodenplatten als Sandwich mit Aluminiumschaumkern ausgeführt - für bessere Dämpfung bei geringerem Gewicht;
- In Servern und Hochleistungsrechnern werden leichte und steife Gehäuse benötigt, um Stabilität und Wärmeableitung bei gleichzeitiger Schwingungsdämpfung zu gewährleisten;
- Medizintechnische Anwendungen wie MRT- oder Ultraschallgeräte sind auf leichte und steife Konstruktionen angewiesen, um präzise Messungen zu gewährleisten und Vibrationen, die die Bildqualität beeinträchtigen, zu minimieren.
Metall-Blister für günstigere Fertigung
Ein Problem gilt es allerdings noch zu lösen: Nämlich, die Herstellkosten durch industrialisierte Prozesse zu senken. Die Produktion von Hohlkugeln ist aufwendig und energieintensiv. Ein vielversprechender Ansatz ist, anstelle von Hohlkugeln auf einfacher und damit preiswerter herzustellende metallische Blister zu setzen – wie in Medikamentenverpackungen. Das Fraunhofer-Team ist zuversichtlich, damit schon in wenigen Jahren deutliche Kostenfortschritte erzielen zu können.