Carbonfasern wickeln

Lastfallgerechte Faserverlegung

Carbonfasern lassen sich flechten, sticken, verpressen, weben und wickeln. Meist wird durch die Verarbeitung der gewebten Platten (Preprag) die Carbonfaser mehrmals in Faserrichtung abgetrennt und wieder neu aufgelegt. Dies wirkt sich jedoch sehr schlecht auf die Beanspruchung der einzelnen Fasern und des Bauteils aus. Die besten Eigenschaften entwickelt das zu erstellende Bauteil, wenn die Carbonfaser über das gesamte Bauteil vollständig und zusammenhängend verlegt wird.

Ein vollständiges und zusammenhängendes Verlegen bei Leichtbauteilen garantiert dort nur das Wickeln von Carbon. Dabei werden die maximalen mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Steifigkeit in Faserlängsrichtung vollkommen ausgeschöpft.

Topologieoptimierung

Das computerbasierte Berechnungsverfahren der Topologieoptimierung zeigt die Grundgestalt (Topologie) für Bauteile unter mechanischen Beanspruchungen. Somit kann dank der Gestaltungsoptimierung das Bauteil speziell auf den Bauraum und den physikalischen Randbedingungen wie Werkstoff, Zug – und Druckkräfte und Momente ausgelegt werden. Einfach gesagt entfernt das Berechnungsverfahren dort Material, wo es auf Grund von Zug- und Druckkräften nicht gebraucht wird und packt es an die dafür notwendigen Stellen, die durch Belastungen stärker beansprucht werden.

Zug- und Druckkräfte

Carbonfasern lassen sich auf Grundlage der Topologieoptimierung somit optimal auf die notwendigen Zug- und Druckkräfte beschränken. Da somit klar ist, welchen Verlauf die Zug- und Druckkräfte einnehmen, kann aus diesem Abbild ein aus carbongewickeltes Leichtbauteil entstehen.

Ausrichtung der Fasern

Während die bekannten Metallteile gleiche Eigenschaften in alle Richtungen haben, verhält sich ein Carbonfaserbauteil unterschiedlich, je nachdem, ob es längs oder quer belastet wird. Für Festigkeit und mechanische Stabilität entscheidend ist dabei die Ausrichtung der Faser im Bauteil. Nur exakt in Faserlaufrichtung kann ein Bauteil Zug- und Druckkräfte optimal aufnehmen.

Technische Eigenschaften

 Standard Kohlenstofffaser
Zugfestigkeit:3.950 N/mm²
E-Modul (Zug):238.000 N/mm²
Bruchdehnung:1,5 %
Dichte:1,77 g/cm³
Einzelfilamentdurchmesser:7 μm
Spez. Elektrischer Widerstand:1,6 x 10-³ Ohm cm
Wärmeleitzahl:17 W/mK

Herstellungsprozess

Vor dem Wickeln des gewünschten Bauteils ist die Konstruktion einer Wickelvorrichtung nötig. Diese bietet die Möglichkeit die Carbonfaser in Längsrichtung nach Topologievorlage auf die Vorrichtung per Hand oder durch einen Roboter aufzuwickeln. Dabei wird die Carbonfaser von Rovings (Carbonfaser Spulen) abgewickelt und vor dem Aufwickeln auf die Vorrichtung in Harz getränkt.
Durch das Tränken in Harz vor dem Aufwickeln ist eine höhere Qualität sichergestellt, da sich die gewickelte Carbonfaser im Nachhinein nur sehr schlecht in Harz tränken lässt. Je nach Bedarf lässt sich jetzt die Vorrichtung und das darauf aus Carbon gewickelte Bauteil mit dem Autoklavverfahren aushärten. Danach kann das fertig gewickelte Bauteil entnommen und eingesetzt werden.


Quelle: Tabelle, Internet

 


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