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TU Wien forscht Federn aus Faser-Kunststoff statt aus Stahl.

Eine Spiralfeder, mit der die TU Wien forscht.
Eine Spiralfeder, mit der die TU Wien forscht. - Foto: TU Wien
An der TU Wien ersetzt man bei der Federherstellung massiven Stahl durch leichte Faserwerkstoffe.

Federn sind allgegenwärtig und werden auf den ersten Blick manchmal als technische Trivialität betrachtet, doch sie sind in der Armbanduhr und im Autofahrwerk genauso wichtig wie bei Messgeräten oder Raumfahrzeugen. Dass Federn nicht trivial sind, weiß auch Richard Zemann von der TU Wien, genauer gesagt dem Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik.

Bei ihrer Herstellung gibt es viel zu verbessern. Zemanns Team fand einen Weg, kompliziert geformte Federn aus Faser-Kunststoff statt aus Stahl zu erzeugen. Das spart Gewicht und bringt ein hervorragendes Materialverhalten.

Dichte extrem gering

Wenn man extrem dünne Karbonfasern bündelt, erhält man eine leichte aber extrem steife Struktur. Damit die Fasern in Form bleiben, bettet man sie in einer Matrix ein, zum Beispiel in Epoxidharz. „Das Harz selbst nimmt im optimalen Fall keine Kräfte auf, aber es bindet die Kohlenstofffasern aneinander und sorgt so für die nötige Stabilität“, erklärt Zemann.

Dass die Eigenschaften dieser Fasermaterialien für ihren Einsatz bei der Herstellung von Federn sprechen, ist recht offensichtlich: Ihre Dichte ist extrem gering – sie beträgt weniger als ein Viertel der Dichte von Stahl – und gleichzeitig übertreffen Faser-Kunststoff-Verbunde Stahl teilweise in ihrer Steifigkeit.

Herstellungsprozess in Entwicklung

Trotzdem wurden Faserverbundwerkstoffe bisher nur für vergleichsweise einfache Blattfedern eingesetzt, weil die Herstellungsverfahren für kompliziertere spiralförmige oder schraubenförmige Formen fehlten. Das Team der TU Wien konnte allerdings mit dem Projektpartner, der Federnfabrik Tmej, einen Prozess entwickeln, der die Herstellung aller wichtigen Federgestalten erlaubt.

Die Resultate können sich schon sehen lassen: Erste Spiralfedern konnten 100.000 Belastungszyklen unbeschadet überstehen. „Wir haben den Versuch dann einfach abgebrochen – die Federn zeigten überhaupt keine Ermüdung und hätten sicher noch eine viel größere Zahl von Belastungen ausgehalten“, sagt Richard Zemann.

Der Herstellungsprozess wird nun noch für die Serienanwendung verbessert. Forschungsbedarf gibt es zudem noch hinsichtlich der Harz- bzw. Kunststoffkomponente.

(futurezone) Erstellt am 18.11.2013, 13:08

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