Neuartige Flüssigkeiten beschleunigen das Spannen von Werkstücken

16.04.2010: Manche Werkstücke sind sehr empfindlich und können schon beschädigt werden, wenn man sie in einen Schraubstock spannt. Forscher der Universität des Saarlandes haben daher ein Verfahren entwickelt, bei dem man solche Werkstücke teilweise in eine eisenhaltige Flüssigkeit legt. Wird diese einem Magnetfeld ausgesetzt, erstarrt sie in Bruchteilen einer Sekunde und umschließt das Werkstück ganz fest. So lässt sich das Werkstück präzise bearbeiten und ist auch vor Erschütterungen geschützt. Die neue Spanntechnik, die von der Flugzeugindustrie bereits erprobt wurde, stellen die Wissenschaftler auf der Hannover Messe vor.

Ein Knopfdruck genügt, und die ölig erscheinende Flüssigkeit wird plötzlich zäh wie fester Honig. Nur wenige Millisekunden später blickt man auf eine Substanz, die in ihrer Struktur ausgetrocknetem Lehm ähnelt. Dieser Effekt zeichnet die so genannten magnetorheologischen Flüssigkeiten aus. Das sind meist Silikon- oder Mineralöle, in denen winzige Eisenteilchen gleichmäßig verteilt werden. Stellt man diese Flüssigkeiten in ein Magnetfeld, richten sich die darin enthaltenen Eisenteilchen blitzschnell nach den Polen aus. "Dieser Effekt ist schon seit mehr als 50 Jahren bekannt. Um ihn aber für das Spannen von Werkstoffen auch industriell zu nutzen, mussten noch viele offene Fragen geklärt werden", sagt Hartmut Janocha, Professor für Prozessautomatisierung der Universität des Saarlandes. Sein Team forscht daran, wie diese Substanzen zum Fixieren von Werkstücken, aber auch für andere Anwendungen genutzt werden können. Dabei wird zum Beispiel untersucht, wie man den Magnetkreis für die jeweilige Anwendung optimal gestalten kann.

In dem von der Europäischen Union geförderten Verbundprojekt Maffix konnte das neue Verfahren bereits in der Flugzeugindustrie getestet werden. Dort müssen titanhaltige Metallträger, die den Rumpf eines Flugzeugs stabilisieren, vor der Bearbeitung aufwändig eingespannt werden. Titan hat nämlich die Eigenschaft, dass es leicht in seine Urform zurückspringt (Memory-Effekt) und die kleinste, ungewollte Verformung nicht mehr zu korrigieren ist. "Durch unser neues Spannsystem, in dem die Träger ohne zusätzliche Spannelemente in die Flüssigkeit gelegt werden, konnten die Arbeitsabläufe enorm beschleunigt werden. Für das Spannen benötigt man jetzt nur noch die halbe Zeit", erläutert Professor Janocha. Damit wird der Herstellungsprozess, bei dem die Fixierung der Werkstoffe schon fast die Hälfte der gesamten Arbeitszeit in Anspruch nimmt, enorm verbessert. "Die Werkstoffe können zudem viel schonender bearbeitet werden, da sie beim Fräsen und Schleifen vor Erschütterung geschützt sind", betont Janocha.

Am europäischen Maffix-Projekt, das bis Oktober 2008 mit rund einer Million Euro gefördert wurde, waren neben der Universität des Saarlandes auch das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung in Würzburg sowie Firmen aus Spanien, Deutschland, Italien und Rumänien beteiligt. Ziel des Forschungsprojekts war es, neuartige Spannsysteme für Werkstücke mit Hilfe eben dieser Flüssigkeit zu entwickeln.