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Neuartige Formgedächtniswerkzeuge für die Steinbearbeitung

Ein europäisches Projekt hat den Einsatz von Formgedächtnislegierungen (FGL) bei der Entwicklung von Werkzeugen zur wirtschaftlicheren und umweltfreundlicheren Fertigung von Produkten aus Stein erforscht.
Neuartige Formgedächtniswerkzeuge für die Steinbearbeitung
Seit einiger Zeit weht dem europäischen Steinbearbeitungsmaschinen- und -werkzeugsektor der frische Wind der Konkurrenz der Lieferanten aus Fernost und Südamerika hart ins Gesicht. Zu den vielen Gründen, die dieser Tatsache zugrundeliegen, zählen die zu geringe Produktivität, der hohe Energieverbrauch und kritische Frage der Sicherheit für die Arbeitnehmer. Zusätzlich gibt es Probleme mit den hohen Verlusten durch Ausschuss und Abfall und der Umweltfreundlichkeit, da Stein keine erneuerbare Ressource ist.

Dem Bedarf an technologischen Fortschritten zur Lösung dieser Probleme will man mit dem Einsatz wissensbasierter multifunktionaler Materialien bei Steinwerkzeugen und Bearbeitungsausrüstung nachkommen. Das vielversprechendste Forschungsziel ist derzeit die Anwendung von FGL-Technologie. Eine Formgedächtnislegierung bzw. intelligente Legierung ist eine Legierung, die sich an ihre ursprüngliche kaltgeschmiedete Form "erinnert" und bei Erwärmung die Gestalt vor der Verformung zurückgewinnt.

Das von der EU-geförderte Projekt PRO-STONE ("Eco-efficient and high productive stone processing by multifunctional materials") verfolgte das Ziel, Arbeit weiterzuführen, die Mitglieder des Konsortiums bereits im Zusammenhang mit diesen neuartigen Materialien begonnen hatten. PRO-STONE widmete sich insbesondere dem recht geringen Niveau der Zuverlässigkeit der Formgedächtnislegierungen auf Makroebene im Vergleich mit FGL-Geräten im Mikromaßstab, die bislang im medizinischen Bereich entwickelt wurden.

Primäres Ziel war es, die Eigenschaften von mindestens zehn dekorativen Steinsorten mit Geräteparametern wie erzeugten Kräften, Energieverbrauch und Werkzeugverschleißverhältnis in Übereinstimmung zu bringen. Zu den analysierten Gesteinssorten zählten Granit, Gabbro, Quarzit, Marmor und Kalkstein.

Man sammelte für vier Familien von Formgedächtnislegierungen einschließlich Nickel-Titan-Kupfer und der ferromagnetischen Nickel-Mangan-Galliumlegierungen Daten zum Ermüdungsverhalten (Festigkeit und Zeitbereiche). Um eine reproduzierbare und zuverlässige Leistung der multifunktionellen Komponenten auf Basis von Formgedächtnislegierungen zu gewährleisten, wurden mindestens zehn verschiedene Werkzeuggeometrien und -abmessungen im Verhältnis zu multiaxialer gleichbleibender oder zyklischer Belastung und großen Kräften getestet, wie sie zum Beispiel bei der Steingewinnung auftreten.

Die Projektwissenschaftler charakterisierten und entwickelten Modelle für die erzeugten Kräfte und Verschiebungen entsprechend den ausgewählten FGL-Bauteilgeometrien und der Matrix komplexer elementarer Geometrien, die als Aktoren verwendet werden. Zur Validierung der Gestaltung des Design des Design-Support-Systems wurden Demonstrator-Prototypen bei verschiedenen Anwendungen geprüft.

Um die Forschungsergebnisse des PRO-STONE-Projekts vollständig ausnutzen zu können, erstellte das Team einen E-Trainingsbereich in der Internet-Wissensplattform, um die Erschaffung neuer FGL-Anwendungen in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) anzuregen. Das Modul enthält ein wichtiges interaktives Element, das den Wissenbedarf des Nutzers identifiziert.

Die Ergebnisse des PRO-STONE-Projekts werden zur Lösung der branchenspezifischen Probleme beitragen und den technologischen Gesamtstatus des Industriesektors verbessern. Die verstärkte Sensibilisierung der KMU für die neuen Formgedächtnislegierungstechnologien zur Steinverarbeitung wird zum Wandel dieses traditionellen, regionalisierten Industriezweigs in einen modernen und wettbewerbsfähigen Sektor beitragen.

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