Direkte Negativformen revolutionieren industriellen Formbau

Für ihre hochpräzisen, beständigen Urmodelle ist die KNIERIM Tooling GmbH vor allem in der Windkraftindustrie sowie in der Luft- und Schifffahrt bestens bekannt.

Insgesamt drei hochmoderne Fünf-Achs-Fräsen des Kieler Unternehmens fertigen zehntelmillimetergenaue Positivformen zum Beispiel zur Produktion von Rotorblättern. In Ergänzung dieser Produktionskette präsentieren die Schleswig-Holsteiner nun eine neuartige Technologie. Direct Female Tooling, kurz DFT, heißt das Prinzip der direkten, auch beheizbaren Negativform, mit der vor allem Strukturteile eines Windflügels zeitsparender und damit kostengünstiger gebaut werden können. Gezeigt wird die DFT-Technologie von KNIERIM Tooling erstmals auf der weltweit führenden Kompositmesse JEC vom 27. bis 29. März in Paris/Frankreich (Stand Nummer N71).

Mit den positiven Urformen für Spitze, Mittelstück und Wurzel (jeweils Druck- und Saugseite) von mehr als 70 Metern Flügellänge sowie den direkten Negativformen für Stege wie Holmgurte, Flanscheinleger und Hinterkantenklebewinkel bietet KNIERIM Tooling den gesamten Formbau für Windenergieanlagen an. „Die Hersteller der Branche schätzen die erhöhte Effizienz und bündeln die Leistungen gerne bei ihren zuverlässigen Zulieferern“, so Geschäftsführer Steffen Müller, der Aufträge aus ganz Europa und Übersee verzeichnet. Mit der Energiewende in Deutschland und einem Umdenken in vielen Ländern zugunsten regenerativer Energieträger erlebt die Windindustrie eine ungebrochene Nachfrage. Vor allen Offshore-Parks mit großen Anlagen werden verstärkt geplant. Das sorgt am 20.000 Quadratmeter großen Standort am Nord-Ostsee-Kanal für Hochbetrieb.

Die Uferstraße 100, wo seit 2002 im Unternehmenszweig KNIERIM Yachtbau schon 26 individuelle Hightech-Segel- und Motoryachten bis 30 Meter Länge entstanden und derzeit zwei weitere in Bau sind, ist inzwischen auch für den industriellen Formbedarf erste Adresse. Die exakt gefrästen Formen gingen aus dem Rumpfbau der Boote hervor, bis heute ein Markenzeichen von KNIERIM. Die Ergebnisse umfangreicher Designstudien und -berechnungen werden genauestens in die Praxis umgesetzt. Das verlangen auch die Konstrukteure von Windkraftanlagen.

In den vergangenen Jahren erfolgte die Serienproduktion der Strukturteile der Windräder aufwändig ebenfalls in drei Schritten. Vom Urmodell wurden Negativformen abgenommen und darin die Bauteile endgefertigt, wobei die Urform oft noch manuell gebaut wurde. Dabei vergingen von der computererrechneten Flügelform bis zur Serienreife manchmal mehrere Jahre. Die direkte Negativform DFT von KNIERIM, in der ohne Qualitätsverlust hundert und mehr Einzelexemplare gefertigt werden können, strafft den Produktionsablauf erheblich.

Der Grundaufbau von Positivkern und DFT ist gleich: Aus einer 3D-Geometrie des Kunden wird eine Stahlunterkonstruktion errechnet und gebaut, an die in der kleinen, 6x5x2-m-Fünf-Achs-Maschine gefräste Malspanten angeschraubt werden. Auf Querleisten werden Sperrholzplatten befestigt, die mit einem Laminat überzogen werden. Darauf klebt das Fachpersonal Balsaholz als Kern einer Sandwich-Konstruktion, der mit einer der beiden bis zu 34 x 8,50 x 4 Meter großen 5-Achs-Fräsen „CMS Poseidon“ in Form geschruppt wird. Es folgt die Innenlage Laminat, die bei der Urform (wie die Außenlage auch) aus GfK gefertigt ist und danach von einer Fräse epoxidbepasted sowie geschruppt und geschlichtet wird.

Bei der direkten Negativform werden Ober- und Unterlage der Sandwich-Konstruktion je nach späterer Anforderung an die Bauteile aus GfK oder CfK laminiert und direkt gefräst. Im High-end-Bereich folgt erst noch eine Heizschicht. Diese kann entweder ein Drahtgelege sein oder eine Kohlefaserdecke der Bremer Fa. fibretech (nur auf CfK-Laminat möglich). Beide werden später im Niedervoltbereich (48 bis 60 Volt) an Strom angeschlossen und erzeugen durch den Widerstand der tragenden Deckschicht eine gleichmäßig verteilte, flächendeckende Wärme. Mit diesem Tempern werden die Bauteile in der Endfertigung optimal ausgehärtet.

Die Heizschicht wird anschließend mit einem Übermaß an Laminat überzogen, bevor das Schruppen und Schlichten erfolgt. In den Randbereichen wird auch hier mit einem Schaftfräser gearbeitet, auf der Fläche mit einem radialen Kopierfräser (Kugelfräser). Das Schruppen erledigt ein VHM-Fräser (Vollhartmetall), das Schlichten ein Wendeplattenfräser mit bis zu 400 Umdrehungen pro Minute. Der Fräskopf der Maschinen läuft in der Länge und Breite mit einer Vorschubgeschwindigkeit von bis zu 85 Metern pro Minute, in der Höhe 45 m/min. Durch die Drehungen in der B-Achse (110 Grad) und C-Achse (300 Grad) ist an jeder Stelle des Modells ein optimaler Anstellwinkel des Fräsers gewährleistet.

Am Ende des Prozesses wird ein Deckschichtharz (Primer) aufgespritzt, der von erfahrenen KNIERIM-Bootsbauern geschliffen und poliert wird. Ganz zum Schluss können Maßmarkierungen aufgebracht werden. „Die Erfahrung der ersten Kunden zeigt, dass DFT für die meisten Strukturteile der Formbau der Zukunft ist“, so Müller, „wir entwickeln die Technologie weiter und passen sie auch nach den speziellen Bedürfnissen unser Auftraggeber an.“

Aber auch im Formbau der Urmodelle hat es eine weitere technische Verbesserung gegeben. Dafür bietet KNIERIM Tooling jetzt eine Endbeschichtung mit VeroMetal^® an. Das ist eine harte Metallbeschichtung mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, die in der Folgeproduktion noch höherwertige Negativformen ermöglicht. Das Metallpulver wird durch ein Binde- und ein Reaktionsmittel zu Flüssigmetall, das ähnlich wie ein Primer aufgespritzt wird. Müller: „Mit diesem Methoden genügt unser Formbau höchsten Ansprüchen auch komplexer Anwendungen.“

Download: FORM+Werkzeug 3/2010 „Flügel mit optimalem Profil“ (PDF)

PM & weitere Informationen im Internet unter www.knierim-tooling.de

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