Die Entwicklung von hochsteifen und hochbelastbaren Stäben aus Carbonfaserkunststoff (CFK) für unterschiedliche Anwendungen gehört zum besonderen Know-how der Schütze GmbH & Co. KG. Diese CFK-Sandwichstäbe werden in der Luft- und Raumfahrt aber auch auf verschiedenen Gebieten des allgemeinen Maschinenbaus eingesetzt. Die Raumfahrtanwendungen bezogen sich auf Stäbe für Antennen, Ausleger für Magnetometer sowie auch auf Strukturteile unterschiedlicher Sonden und Satelliten (MARS 96, Double-Star, Rosetta und SARLupe). Besonders deutlich war der Einsatz der Leichtbaustäbe bei der am 02.03.2004 gestarteten Rosetta-Mission zum Kometen Churyumov-Gerasimenko. Nicht nur für eine klappbare Antenne auf dem Orbiter, sondern auch für die Landebeine des Landegerätes Philae sowie für die lasttragende Fachwerkstruktur, mit der der Lander auf dem Orbiter befestigt ist, wurden CFK-Sandwichstäbe eingesetzt.

Im Vergleich zu metallischen Rohren sind bei gleicher Steifigkeit CFK-Sandwichstäbe wesentlich leichter und reduzieren damit nicht nur das Gesamtgewicht von Strukturen, sondern verbessern durch höhere Eigenfrequenzen deutlich deren dynamisches Verhalten. Die geringe Wärmeausdehnung der CFK-Stäbe ist besonders gefragt in der Messtechnik und überall dort, wo Formstabilität von Bedeutung ist. Zur aktiven Unterdrückung von Störschwingungen wie auch zur aktiven Beeinflussung der Formstabilität von Strukturen wurden CFK-Sandwichstäbe mit Piezoaktuatoren ausgestattet, mit deren Hilfe sie ihre Länge ändern können.

CFK-Stößelstangen für 16-Zylinder Schiffs-Motor

Auf einem im Dezember 2002 in Köln veranstalteten Kooperationsforum erregten die dort präsentierten CFK-Stäbe das Interesse der unter den Teilnehmenden vertretenen DEUTZ AG, die ein in aller Welt bekannter und geschätzter Hersteller und Anbieter von Motoren ist. Die DEUTZ AG produziert Dieselmotoren für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen, stationären Anlagen, Landmaschinen, Nutzfahrzeugen und Schiffen. DEUTZ strebt nach technisch führenden, qualitativ erstklassigen und umweltgerechten Produkten mit hohem Kundennutzen.

Bei der sich ergebenden Zusammenarbeit mit Fa. Schütze sollte eine weitere Verbesserung von Schiffsmotoren mit bis zu 1.860 kW (2.530 PS) Leistung dadurch erzielt werden, dass die bisher eingesetzten Stößelstangen aus Stahlrohren durch entsprechende CFK-Stäbe ersetzt werden. Dazu wurden von der Fa. Schütze CFK-Stäbe aus sog. pitch fibres (Pechfasern) hergestellt. Sie verleihen dem Stab einen Elastizitätsmodul, der ca. 50% höher ist als der von Stahl, und reduzieren gleichzeitig das Gewicht einer Stößelstange um mehr als 50%. Der CFK-Stab ist als Vollstab ausgebildet und besitzt konzentrisch ein Rohr zur Ölzuführung.

Die betreffenden wassergekühlten 16-Zylinder-Motoren sind bereits extrem kompakt aufgebaut, bieten ein hervorragendes Leistungsgewicht, einen niedrigen Kraftstoff- und Ölverbrauch, verfügen über eine elektronische Motorüberwachung für erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit und erfüllen auch die geplanten IMO-Abgasvorschriften. Was sich bislang ohne Einsatz der CFK-Stäbe jedoch noch nicht optimal lösen ließ, war, dass bei höheren Drehzahlen Schwingungen im Ventiltrieb zu einem stärkeren Verschleiß führten. Durch das Anheben der Eigenfrequenz mittels der steiferen und leichteren Carbonstangen konnte dieses Problem gelöst werden. Für die Kunden bedeutet dies längere Wartungsintervalle und Lebensdauer, weniger Geräusche durch kleineres Ventilspiel sowie Verbrauchsvorteile durch verringerte Reibleistung.

Neuer 3D-Prüfkörper für Mess- und Werkzeugmaschinen

Ob im Automobil-, Flugzeug- oder Maschinenbau, gefertigt wird in immer engeren Toleranzbereichen. Zur Sicherstellung der wachsenden Genauigkeitsanforderungen werden in der Industrie unterschiedliche stationäre und mobile Messgeräte und -verfahren wie Koordinatenmessgeräte, Messarme, Laser Tracker oder Online-Photogrammetrie eingesetzt. Diese Messgeräte müssen wiederum selbst in bestimmten Zeitabständen hinsichtlich ihrer Präzision überprüft werden, was aber sehr aufwändig sein kann. Gerade dann, wenn die Messgeräte stark beansprucht werden oder wechselnden Umgebungsbedingungen wie Temperaturschwankungen unterliegen, kann eine zusätzliche Prüfung auch in kürzeren Intervallen sinnvoll und notwendig sein. Damit solche Zwischenprüfungen schnell und effektiv durchgeführt werden können, bietet die metronom GmbH aus Mainz einen neuen 3D-Prüfkörper tetronom® genannt an. Dieser besteht aus sechs CFK-Stäben, die zusammen einen Tetraeder bilden und an den vier Eckpunkten durch Kugeln über Magnetkräfte zusammengehalten werden. Die Schütze GmbH & Co. liefert die Stäbe zu, deren jeweilige Längen sich auch durch wiederholtes Auf- und Abbauen und unter wechselnden Temperaturverhältnissen über einen sehr langen Zeitraum nicht verändern.

Bei der Überprüfung von Messgeräten, Werkzeugmaschinen oder Industrierobotern werden die Stahlkugeln (als eine Target-Variante) des tetronom® optisch oder berührend angemessen. Der Vergleich der von Kugelmittelpunkt bis Kugelmittelpunkt gemessenen Stablängen zu den kalibrierten Längen gibt Aufschluss über die Genauigkeit des zu überprüfenden Mess- oder Produktionsgeräts. Gegenüber anderen auf dem Markt erhältlichen 1D-, 2D- und 3D-Prüfkörpern zeichnet sich das tetronom® u. a. durch eine außerordentlich hohe Temperatur- und Langzeitstabilität gepaart mit einfacher und schneller Handhabung aus. Eine Weiterentwicklung des Prüfkörpers ist der tetronom®-Kugelstab, mit dem nicht nur überprüft, sondern auch kalibriert werden kann.