Faserverbundwerkstoffe
Leichtbau in der Industrie
Der Konstrukteur im Maschinenanlagenbau steht auch weiterhin vor der Herausforderung, innovative Leichtbaulösungen für kundenspezifische Problemstellungen zu finden. Dabei hat er immer das Ziel vor Augen, die Effizienz und Performance von Maschinen und Anlagen zu steigern.
Das gelingt, indem man Faserverbundwerkstoffe einsetzt, die zu Energieeinsparung, Kostenreduktion und Verbesserung der Maschineneigenschaften führen. Denn Faserverbundkunststoffe kombinieren geringe Massen mit hoher Steifigkeit und Dämpfung und sind damit ein idealer Werkstoff für dynamisch beanspruchte Maschinenkomponenten.
Murtfeldt bietet seinen Kunden individuell gefertigte Bauteile wahlweise in CFK oder GFK Bauweise an – in gewohnter Murtfeldt Qualität: Hohe Qualität, flexibel, schnell, für Einzelstückabnahmen und oder Klein-Serien.
GFK und CFK Bauweise
- Die CFK Bauweise wird eingesetzt, wenn hohe gewichtsspezifische Festigkeiten und Steifigkeiten gefordert sind
- Die GFK Bauweise wird eingesetzt, wenn hohe Bruchdehnung und elastische Energieaufnahme sowie ausgezeichnetes Korrosionsverhalten gefordert sind
Vorteile von carbonverstärktem Kunststoff
Carbonfaserverstärkter Kunststoff punktet mit gleich drei Argumeten: Aufgrund der geringeren Dichte des Materials und der erhöhten Festigkeit hat der Werkstoff ein enormes Leichtbaupotential, dass nicht nur im Automobilbau und im Radsport Vorteile bringt. Zudem gilt CFK als langzeitbeständig aufgrund seiner Reaktionsträgheit (Inertheit) sowie seiner Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit. Und last but not least bietet das Design eine hohe Gestaltungsfreiheit.
Nutzt der Konstrukteur diese spezifischen Eigenschaften zu seinem Vorteil, kann er sich im Maschinenbau große Potentiale erschließen:
- durch Steigerung der Performance und Effizienz
- für kundenspezifische Lösungen mittels Herstellung individueller Faserverbundbauteile
- durch Schaffung von Alleinstellungsmerkmalen
- durch eine hohe Flexibiltät
- mit der Möglichkeit, eine Vielzahl von Funktionen in das Bauteil zu integrieren.
Konkret sprechen wir hier zum einen von Qualitäts- und Quantitätssteigerungen in der Produktion, zum anderen von der Reduzierung der Antriebsleistung für Antriebs- und Fördermaschinen. Das ist möglich durch die geringere Masse, die die Maschinen durch den Einbau von Carbonmaterialien erreichen. Diese führt zu:
- einer höheren Dynamik bzw. Beschleunigung
- höheren Drehzahlen aufgrund geringerer Zentrifugalkräfte
- höheren Eigenfrequenzen der Maschinenkomponenten
- einem geringeren Maschinengesamtgewicht (Transport)
- Steigerung der Produktivität durch höhere Prozessqualität
- Steigerung der Maschinengenauigkeit
- Einsatz bei erhöhten Temperatur-Belastungen
Carbonfaserverstärkte Kunststoffe tragen zudem zu einer höheren Steifigkeit der Maschinen bei. Das ermöglicht eine höhere Bearbeitungspräzision (geometrisch) und erhöht die Eigenfrequenz der Maschinenkomponenten. Auch die bessere Dämpfung, die durch diese Kunststoffe erreicht wird, führt zu verbesserten Bearbeitungen, die sich deutlich in der Oberflächenqualität ablesen lassen können. Gleichzeitig werden Vibrationen reduziert.
Ein Blick hinter die Kulissen
Eine Kohlenstofffaser ist nur ungefähr fünf Mikrometer dick. Das einzelne menschliche Haar dagegen nimmt sich mit seinen annähernd 70 Mikrometern wie der Koloss von Rhodos dagegen aus.
Carbon besteht aus vielen Kohlenstofffasern. Doch auch die Menge an Fasern ändert nichts daran: Bauteile aus Carbonmaterialien sind halb so schwer wie Aluminium und dabei deutlich härter als Stahl. Trotz seines geringen Gewichtes ist carbonverstärkter Kunststoff (kurz Carbon CFK) äußerst fest, steif und haltbar. Dieser Werkstoff behält auch bei hoher und häufiger Belastung seine Stabilität.
Dabei wird in der Herstellung des Materials die Faserrichtung gezielt zur Verstärkung der Eigenschaften genutzt. Die einzelnen Faserlagen werden in verschiedene Richtungen verlegt, um die erforderliche Festigkeit und Steifheit in alle Richtungen der möglichen Belastungen zu erreichen. Damit wird Carbon elastisch und zugleich nahezu unzerstörbar.
Einsatzmöglichkeiten des Carbonfaserwerkstoffes
- Maschinenbauteile
- Rumpf und Rotorblätter
- Automobilteile
- Roboterteile
Zur Verfügung stehende Produktionsverfahren
- Autoklavverfahren
- RTM (Resin-Transfer-Molding)
- Wickeltechnik
Verbesserung der Funktionalität von Maschinen und Anlagen
- Verbesserung des akustischen Verhaltens der Maschine
- Verbesserung des dynamisches Verhaltens der Maschine
- Betrieb der Maschine bei erhöhter thermischer Belastung
- Betrieb der Maschine bei erhöhter statischer Belastung