Trennung leicht gemacht

Eine sicherheitsrelevante Komponente von Werkzeugmaschinen ist die trennende Schutzeinrichtung. Das Prüfverfahren zur Ermittlung des Durchdringungswiderstandes trennender Schutzeinrichtungen wird in DIN EN12415 und DIN EN 12417 beschrieben. Dieses Verfahren wird am IWF (Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb) der TU Berlin, (DE), angewandt. Am IWF werden Aufprallsimulationen mit der Finite-Elemente-Methode entwickelt. Herkömmliche Schutzeinrichtungen begegnen den aktuellen Sicherheitsanforderungen mit steigender Materialstärke und höherem Gewicht. Die einfachsten Leichtbaulösungen dagegen substituieren Stahl durch alternative Werkstoffe. Metastabile austenitische Edelstahle bieten aufgrund ihrer hohen verformungsinduzierten Verfestigung einen sehr guten Lösungsansatz. So zeigten stichprobenartige Aufprallprüfungen nach DIN EN 12417,dass 1.4301 (X5CrNi 18-10) bei 200 m/s Prüfgeschwindigkeit und einer Materialdicke von 4 mm den gleichen Durchdringungswiderstand hat wie 8 mm starker S235JR-Stahl. Vergleicht man bei der Prüfung der Widerstandsklasse C (DIN EN 12415) den spezifischen Durchdringungswiderstand eines Stahlblechs von 5 mm Dicke mit dem eines ebenso dicken 1.4301-Blech, ist der Wert des Edelstahls um 44 % höher (11520 Nm zu 8000 Nm). Allerdings ist der Durchdringungswiderstand von Edelstählen stark von der Legierungszusammensetzung abhängig. Trotz der höheren Anfangsinvestition von Edelstahl-Lösungen ist ein positiver wirtschaftlicher Effekt gegeben, wie das Beispiel der Maschinenschutztür zeigt. Ab einer kritischen Zahl des fertigungsbedingten Türöffnens und -schließens führt hier ein Einsatz der schnelleren Edelstahl-Lösung zu Gewinn. Nachgewiesen wurde die Wirtschaftlichkeit einer >schnellen Tür<, die als Stahlblech-Aramidfaser-Sandwich konzipiert war, in einem Kooperationsprojekt der Firmen Nico, Langer & Laumann Ingenieur Büro, Iwam und dem IWF. Derzeit untersucht das IWF in einem Verbundprojekt mit dem IEHK (Institut für Eisenhüttenkunde) der RWTH Aachen, (DE), die innere Struktur und die Legierungszusammensetzung austenitischer Edelstähle und deren Einfluss auf den Durchdringungswiderstand. Momentan werden dafür FE-Modelle zur Simulation des Impaktverhaltens austenitischer Edelstahle erstellt. Aus dem ermittelten Deformations- und Versagensmodell wird dann eine sogenannte >User-spezifische Materialroutine< (UMAT) entwickelt. Nach ihrer Implementierung sollen abschließende Aufprallprüfungen der Verifizierung und Optimierung des Simulationsmodells dienen.