Auf der Suche nach Gewichtseinsparung
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Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen |
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Die neue 777 von Boeing umfasst mehrere wichtige Komponenten aus leichtgewichtigen, nichtmetallischen Kompositwerkstoffen. |
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Nichtmetallische Kompositwerkstoffe können mit galvanogeformten Nickelwerkzeugen wie diesem erzeugt werden. Die einheitliche Dicke der galvanogeformten Formen ermöglicht ein gleichmäßiges und rasches Erhitzen dieser Komponenten im Autoklaven. |
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Die ideale Form für ein galvanogeformtes Nickelwerkzeug ist eine J-Form, wie dieser Helikoptermotordeckel. |
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Werkzeugtechnologie aus galvanogeformtem Nickel ist ideal für die Herstellung von Formteilen wie diesem BD100-Heckkonus. |
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Seitenansicht des oben abgebildeten Werkzeugs für den BD100-Heckkonus. |
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Ein Koordinatenmessgerät wird verwendet, um die Oberflächenkonturen (in diesem Fall ein Werkzeug für die C17-Klappe) mit den Konstruktionswerten zu vergleichen, um exakte Dimensionen der fertigen Teile sicherzustellen. |
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Nahansicht des oben dargestellten Koordinatenmessgeräts. |
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Artikel als PDF-Datei (460 kB) |
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Read another Nickel Magazine article on the use of nickel alloys in the
making of composite aircraft components here. |
Durch Galvanoformung hergestellte Nickelformen helfen Airbus und Boeing, treibstoffeffizientere Flugzeuge zu bauen. Von Carroll McCormick
Nickel Magazine, März, 2004 -- Die Flugzeughersteller auf beiden Seiten des Atlantik verwenden zunehmend nicht-metallische Verbundwerkstoffe anstelle von Aluminiumlegierungen, um das Gewicht ihrer kommerziellen Flugzeuge zu reduzieren und damit die Treibstoffeffizienz zu steigern. Dies sind zwar schlechte Nachrichten für die Aluminiumindustrie, jedoch gute Neuigkeiten für die Nickelbranche.
Dies liegt daran, dass die Formen (oder manchmal auch "Werkzeuge" genannt ), die verwendet werden, um die wesentlichen aus kohlestofffaserverstärkte Kunststoffen und anderen Verbundwerkstoffen bestehenden Komponenten zu erzeugen, entweder aus K93600 (oder Invar [TM]) oder aus einer dünnen Schicht reinem Nickel, das mit Hilfe von Galvanoformung auf ein Metallsubstrat aufgebracht wird, bestehen. Für jedes dieser Produkte bestehen eigene produktspezifische Anwendungen.
Die in Norfolk in England ansässige Firma Ex-Press Plastics (Process Equipment) Limited, stellt beispielsweise unter Anwendung von Galvanoformung Formen für die Herstellung der Landefahrwerkklappen des Airbus A380 her. Die selbe Firma hat auch eine 12,5 Meter lange, durch galvanische Nickelabscheidung erzeugte Form für das Höhenruder der Boeing 777 hergestellt.
Invar (eine Legierung aus 36 % Nickel und 64 % Eisen) hat einen Wärmeexpansionskoeffizienten von beinahe null und wird typischerweise verwendet, um Formen aus verschweißten Blechen oder bearbeiteten Blöcken herzustellen (weitere Einzelheiten finden Sie in der Ausgabe Februar 2003 des Nickel Magazine). Mit Hilfe von Galvanoformung erzeugte Nickelformen hingegen werden durch galvanische Nickelabscheidung auf ein "Badmodell" aus Kunststoff erzeugt. Dabei handelt es sich um Epoxidformen, die der Größe und Kontur eines Flugzeugteils entsprechen.
Die mit Galvanoformung erzeugten Formen zeichnen sich durch ihr leichtes Gewicht aus und können aufgrund ihrer gleichmäßigen Dicke gleichmäßig und rasch in einem Autoklaven erhitzt werden. "Wenn man einen Autoklaven beispielsweise zu einem Stundensatz von £ 60,00 betreibt, wird die Unternehmerfirma, die ihn betreibt, darauf achten, wie lange das Erhitzen der Form braucht", erklärt Michael Shead, technischer Verkaufsmanager von Ex-Press Plastics. "Man erzielt für einen kapitalintensiven Verfahrensschritt eine höhere Durchsatzrate. Der Engpass [der Produktion] ist gewöhnlich der Autoklav. Wenn man viel zu tun hat, kann der Autoklav vierundzwanzig Stunden pro Tag laufen, die Beschichtungsabteilung aber nicht."
In einem Verfahren, mit dem in der Galvanotechnik jedermann vertraut ist, wird die Oberfläche des Badmodells mit einer nur wenige Mikrometer dicken Schicht Silbernitrat besprüht und dann in eine Nickelsulphamatlösung getaucht. Das Silbernitrat fungiert als anfängliche leitende Schicht für das Nickel, das sich an der Form abscheiden soll. "Dann wird das Nickel selbst zum Leiter, und man kann den Strom am Badmodell erhöhen", führt Shead aus.
Der Nennwert für die Dicke der fertigen Nickelschicht beträgt fünf Millimeter, obwohl man, wie Shead erklärt, "auf eine Schichtdicke zwischen vier und sechs Millimeter abzielt". Wenn die Schicht dicker ist, braucht die Form zu lange, um im Autoklaven heiß zu werden. Außerdem kann die Oberfläche der Form bei dieser Nenndicke mit Hilfe einer Koordinatenmessmaschine (CMM) korrigiert werden, um dafür zu sorgen, dass die fertigen Komponenten exakt korrekte Dimensionen aufweisen.
Normalerweise hält eine mit Galvanoformung erzeugte Nickelform so lange, wie ein Hersteller Formteile zu erzeugen hat. Für hohe Produktionsraten werden mehrere Formen benötigt. Im Falle der Landefahrwerkklappen für den Airbus beispielsweise wurden vier Formen bestellt.
Shead erklärt, dass durch diese Art der Formenherstellung die Vakuumlecks vermieden werden, die sich manchmal bei geschweißten Formen finden. Außerdem lässt sich die Oberfläche der Formen leichter anpassen, wenn die Komponenten nach der Entnahme aus den Formen ein nicht akzeptables Ausmaß an "Zurückfedern" aufweisen.
"Bei Invar kann man ein Zurückfedern der Komponenten manchmal akzeptieren, oft muss man aber die Form neu bearbeiten", erläutert Shead. "Bei durch Galvanoformung erzeugten Nickelformen hingegen kann man die Form entsprechend anpassen, um das Zurückfedern des Formteiles zu kompensieren. Die Form wird mit Hilfe von verstellbaren Stiften, auf einer Stahlstruktur montiert. Wir verwenden eine Koordinatenmessmaschine mit einem fünfachsigen Kopf, der über die Oberfläche der Form geführt wird und deren Dimensionen mit den CAD-Daten vergleicht." Ingenieure können dann mit Hilfe der Verstellstifte die Form entsprechend präzise einrichten.
Die Konstrukteure verwenden in der CAD-Datei einen Kompensationsfaktor, um Unterschiede zwischen dem Wärmeexpansionskoeffizienten der Form und jenem des Verbundwerkstoffs auszugleichen. Die Firma verarbeitet pro Jahr etwa acht Tonnen Nickel.
Invar wird bei der Herstellung von tiefgezogenen Formen wie beispielsweise einem U-förmigen Kasten mit beinahe rechtwinkeligen Ecken verwendet. "Dies wäre der schlimmste denkbare Fall für eine mittels Galvanoformung erzeugte Form", erklärt Shead. "Die Form würde beim Abkühlen das Formteil zerdrücken. Die ideale Geometrie für eine mit Galvanoformung erzeugte Form hat J-Kontur mit grossem Anzugswinkel an den Seiten und einem großen Radius im unteren Bereich. Ein gutes Beispiel sind die Profilvorderkanten von Flügeln und Höhenrudern sowie Motorengondeln. Der Mindestradius [den man erzielen kann] ist die Dicke der Form. Ein kleinerer Innenradius wird die Dicke der Form verringern."
Galvanoformung eignet sich hervorragend für Formteile mit 3D-Krümmungen. Eine Form wie beispielsweise eine Motorengondel würde für einen Hersteller von Invar-Formen eine Herausforderung bedeuten.
Carroll McCormick ist ein in Montreal ansässiger freier Mitarbeiter.
FOTOS: Ex-Press Plastics Limited
 Mike Shead |
