Materialkunde

[ER Corvulus]

ich wollte eben darauf hinaus, dass man bei "ordentlichen" CFK-Teilen eben wirklich für jedes Teil eine Form braucht, in die dann die fasern (fast) einzeln eingelegt werden - optimiert um jede Bohrung usw drumrum, dem Fräfteverlauf folgend usw.
Eine Platte mit Kreuzmatte nehmen und da löcher reinbohren ist eben eigentlich nicht optimal - wenn man nach Haltbarkeit/gewicht usw geht.

Grüsse Wolfgang

[EagleClaw]

Der Herstellungsprozess von Kunststoffteilen ist allgemein aufwändiger und teurer als Stahl-/Alu-Teile. Wir gehen jetzt mal von CFK/GFK-Teilen aus.

Zum Einen der Materialpreis. Stahl ist und bleibt am günstigsten. Alu, GFK und CFK werden immer teurer.

Zur Be- und verarbeitung von Alu, CFK und GFK braucht es speziell geschulte Mitarbeiter und die Firmen müssen, je nach Anwendung, auch speziell zertifiziert sein. Das kostet Geld.
Ich kann auch kein Alu GFK CFK in einer Stahlbude verarbeiten. Sprich ich benötige spezielle Hallen, Anlagen. Das kostet Geld.
Ich kann auch nicht alle Werkzeuge, die ich bei Stahl anwende, bei Alu anwenden. Stichwort Kontaktkorrosion -> Verwendung von Edelstahlwerkzeuge und/oder beschichteten Materialien. Für die verarbeitung von GFK/CFK brauche ich Spezialwerkezuge. Das kostet Geld.
Wenn ich Kunststoffe verarbeite (und damit meine ich nicht fräsen, sondern laminieren), benötige ich spezielle Formen und Werkzeuge. Diese müssen gebaut werden -> Modellbauabteilung. Dann kann ich nicht einfach wild Fasern reinlegen udn Harz draufkippen. Die Prozesse und Qualitätsansprüche sind enorm und die dafür benötigten Anlagen (Autoklav, Presse, etc..) sind nicht billig. Das kostet alles Geld.

Daher ist Stahl immer noch eins ehr interessanter Werkstoff. Die Materialeigenschaften lasse ich hier komplett außen vor. Alu, GFK und CFK werden nur dann eingesetzt, wenn spezielle Eigenschaften gefordert werden, die Materialien "beworben" werden, Geld keine Rolle spielt oder (bei Kunststoffen) Einzelteile mit aufwändiger Geometrie gebraucht werden.

edit: Was ich noch vergessen habe. Von Stahl gibt es ne Menge mehr Halbzeuge als von Alu. Und von CFK und GFK sowieso

[Alex K.]

Interessante Diskussion

Wenn man mal, wie ich eingangs verglichen habe, einen Auto-Kotflügel betrachtet, sieht's folgendermaßen aus:

Für einen Stahlkotflügel braucht man eine Form. Diese Form wird in die Presse montiert, worin das ursprünglich gerade Blech dann umgeformt wird. Die Formen nutzen sich mit der Zeit ab, sodass ab einer größeren Stückzahl mit mehreren Formen kalkuliert werden muss. Da so eine Presse mit sehr hohen Drücken arbeitet, braucht man recht viel Strom. Vorteil bei diesem Herstellungsprozess ist, dass es schnell geht und der Werkstoff Stahl im Vergleich zu den anderen Werkstoffen günstig ist. Das Endprodukt wird dann einfach verschweisst.

Alu lässt sich im Vergleich dazu ähnlich fertigen, hier kommt aber die Verarbeitung des Endprodukts ins Spiel. Alu lässt sich zwar schweißen, der Schweißprozess ist aber mit einigen Problemen verbunden. Man ist in der Serie dazu übergegangen Alu zu verkleben, was im Vergleich zum Schweißen von Stahl wieder teurer ist.

GfK wird einfach in eine Form laminiert und an Luft getrocknet. Wie bei CfK spielt die Faserrichtung eine Rolle bei der Steifigkeit des Bauteils. Die Herstellung dauert lange, die Materialien sind im Vergleich zu Stahl und Alu teurer. Auch hier muss das fertige Bauteil verklebt werden.

CfK. Hier braucht man ebenfalls eine Form, in welcher das Bauteil laminiert wird. Wolfgang ist auf die Lage der Fasern schon eingegangen. Ist das Bauteil laminiert, wird es im Autoklaven unter Vakuum und Hitze getrocknet. Das Bauteil ist im Vergleich zu Stahl und Alu wesentlich leichter und, je nach Faserrichtung, Dicke und Laminierqualität, steifer. Der Herstellungsprozess dauert aber ungleich länger, es werden ebenfalls Formen benötigt, ein Autoklave verbraucht pro Bauteil unmengen mehr an Energie als eine Presse.

Zur Bearbeitung. Stahl und Alu lässt sich mit herkömmlichen Fertigungsverfahren wie Fräsen und Drehen bearbeiten. Bei den Kunststoffen sieht das anders aus, insbesondere CfK kann nicht einfach mit "normalen" Werkzeugen bearbeitet werden, da braucht man spezielle, teure Werkzeuge.

Will man lediglich Platten für einen Heli herstellen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Alu kann man lasern, fräsen oder stanzen. GfK oder CfK kann man in eine fertige Form laminieren, was meines Erachtens aber nicht unbedingt nötig ist. Platten kann man fertig kaufen und mit o.g. speziellen Werkzeugen fräsen, stanzen oder Wasserstrahlschneiden. Für kleine Stückzahlen ist wahrscheinlich das Fräsen am günstigsten, wo es nicht auf Standzeit der Werkzeuge und möglichst viel Output ankommt.
Wenn man z.B. für einen 450er Seitenteile macht, kommt erschwerend hinzu, dass man vorgegeben durch den Durchmesser des Fräsers mit recht großen Verrundungsradien arbeiten muss, die für das Bauteil selbst nicht unbedingt nötig sind und das Gewicht vergrößern. Hier ist Laser- (Alu) oder Wasserstrahlschneiden (CfK) odereher von Vorteil. Will man hohe Stückzahlen erhalten, ist m.E. das Stanzen die schnellste Variante.

Jetzt reicht's aber

Gruß, Alex

[EagleClaw]

GfK wird einfach in eine Form laminiert und an Luft getrocknet.

Um beim Beispiel Kotflügel zu bleiben. Um für den Automobilbau eine Oberfläche Class 1A zu bekommen und noch Vorteile wie Gewichtserpsarnis zu bekommen, ist es mit Lufttrocknung nicht getan. Außerdem benötigt der Lufttrocknungsprozeß viel Zeit und klimatisierte Lagerfläche, was beides im Automobilbau nicht vorhanden ist. In anderen Gewerken ist das aber möglich und üblich (Bootsbau z.B.)

Einfach mal lamineirt ist dort auch nix. JKusntstoff braucht Erfahrung in der Verarbeitung, ansonsten geht vieles schief.

Wichtig bei solchen Betrachtungen sind ALLE Aspekte: Stückzahl, Eigenschaften, Optik, Preis für Rohstoffe und Materialien, notwendige Qualifizierung (gut, beim einem RC-Heli eher nicht), Platz und Zeit pro Bauteil, Werbevorteil durch "Hightechmaterialien" wie Alu oder CFK.

Ich denke bei RC-helis sind es zu 80% Werbevorteile von Alu und CFK und zu 20% billigste Plattenmaterialien von GFK. Wie schon mehrfach geschrieben: Seitenteile aus Platten ausfräsen geht fix und ist billig. Aber ist nicht werkstoffgerecht.

[Alex K.]

Wie schon mehrfach geschrieben: Seitenteile aus Platten ausfräsen geht fix und ist billig. Aber ist nicht werkstoffgerecht.

In Bezug auf welchen Werkstoff meinst Du?

Ich finde, Alu-Seitenplatten reichen von der Steifigkeit eines 450er Helis völlig aus, alles andere ist nur Optik. Eine sinnvolle Konstruktion vorausgesetzt

Gruß, Alex

[bvtom]

lol die Diskussion über die Material- und Herstellungskosten wenn man bedenkt was die Eingangsfrage war

Bezüglich der Eingangsfrage - ich hätte da noch was zu ergänzen

Chassis aus Titan
Alu-Rotorblätter

[EagleClaw]

In Bezug auf welchen Werkstoff meinst Du?

Faserverbundwerkstoffe.

[Alex K.]

In Bezug auf welchen Werkstoff meinst Du?

Faserverbundwerkstoffe.

Gut.

Wobei hier aber auch unterschiedliche Meinungen kursieren, welches Fertigungsverfahren speziell bei CfK angebracht ist. Laserschneiden geht wohl, ist aber problematisch, da erst das Harz aufgeschmolzen wird und der Schnitt nicht sauber ist. Mir wurde zu Wasserstrahlschneiden geraten, wobei Fräsen auch möglich sei, wegen der hohen Werkzeugkosten und der geringen Standzeiten aber abgeraten wurde.

Tom: Chassis aus Titan!! Ich glaub's ja gar nicht! Auf was für Ideen die Leute kommen

lol die Diskussion über die Material- und Herstellungskosten wenn man bedenkt was die Eingangsfrage war

Wir sind doch voll beim Thema, das da hieß "Materialkunde"

Gruß, Alex

[EagleClaw]

Laserschneiden geht wohl, ist aber problematisch, da erst das Harz aufgeschmolzen wird und der Schnitt nicht sauber ist. Mir wurde zu Wasserstrahlschneiden geraten, wobei Fräsen auch möglich sei, wegen der hohen Werkzeugkosten und der geringen Standzeiten aber abgeraten wurde.

Fräsen mit scharfen Werkzeugen ja. Laserstrahlschneiden eher wenig, weil Kohlefaser auch brennt und aufgrund der Inhomogenität auch Probleme macht. Bei Wasserstrahlschneiden bekommst aufgrund der Inhomogenität auch schlechte Kanten und es zieht Wasser in die Kante.
Stanzen kenne ich bei Faserverbunden eher nicht, da dass dann gern ausreißt.

Inwieweit das ganze bei unseren "dünnen" Platten und "niedrigen Anforderungen" Auswirkungen hat, ist eine Frage des persönlichen Anspruches und von Versuchen.

[Ls4]

AFK gibts auch noch
Ideal wäre im Chassis ein Verbundgemisch aus CFK und Glasfaserverstärkem Kunststoff.
So wie der 450 V2 das eben auch hat.
Die äußersten Schichten müssten Glas sein, denn CFK kann man nicht so gut silbern einfärben.
Das gibt den Vorteil, dass es eher seltener bricht.
Bei Rotorblättern hat CFK den massiven Vorteil, dass es bei weniger Gewicht größere Steifigkeit bietet als GFK.
Man bekommt die Steifigkeit bei GFK auch hin benötigt aber größere Schichtdicken.

Meines Erachtens hätte ein optimales Rotorblatt einen Aufbau mit Kohle-Kevlar fasern.
Zumindest eine Lage. Die Steifigkeit leidet zwar etwas unter den verbauten Kevlar fasern, allerdings ist die wahrscheinlichkeit, dass umherfliegende Splitter Menschen verletzen deutlich geringer, denn das Blatt wird am Stück bleiben bei einem Crash, auch wenn es danach nicht merh zu verwenden ist

MfG

Tim

[EagleClaw]

Die äußersten Schichten müssten Glas sein, denn CFK kann man nicht so gut silbern einfärben.
Das gibt den Vorteil, dass es eher seltener bricht.
Bei Rotorblättern hat CFK den massiven Vorteil, dass es bei weniger Gewicht größere Steifigkeit bietet als GFK.
Man bekommt die Steifigkeit bei GFK auch hin benötigt aber größere Schichtdicken.

Damit erreichst du aber keine Steifigkeit und verschenkst das CFK. Steifigkeit brauchst du bei Plattenmaterial auf Biegung. Und um das zu erreichen müssen die äußeren Schichten eine hohe Steifigkeit aufweisen, da nur dort dehnungs- und spannungsmäßig was passiert. Also wenn dann die CFK-Schichten nach außen und innen als "Füllstoff" GFK verwenden.

Aramid (oder Kevlar) ist auch gut aber noch schwieriger zu verarbeiten, speziell wenns ums Schneiden doer Fräsen geht. Aufgrund der hohen Dehnfähtigkeit ziehen sich die Fasern aus den Schnittkanten raus.
Ob das Blatt damit ein Stück bleiben würde, weiß ich nicht.

[Ls4]

Hi Eagle,

ja du hast recht GFK innen wäre besser, völlig sinnlos ist es aber nicht. Besser als die Schichten weg zu lassen allemal!
Bei Align halt sicher so gemacht, damit sie besser einfärben können.

Bei Aramid bin ich mir relativ sicher es bleibt am Stück (zumindest bei kleinen). In den Segelflugzeugen verwendet man das für die Sicherheitscockpits. Die bleiben meißt wirklich am Stück

MfG Tim

[EagleClaw]

GFK außen ist dann aber nur für die Optik. Für die Steifgkeit ist es suboptimal.

Sicherheitscockpits aus Aramid sind aber für den Crashfall (Zusammendrücken) gedacht und so auch kosntruktiv ausgelegt Ich weiß nicht ob sich die Blatthersteller die Mühe machen ihre Blätter neben den Flugeigenschaften auch in den Crasheigenschaften zu optimieren. Schlecht wäre es aber sicherlich nicht.

[Alex K.]

Man kann auch Kohlefaser als definierte Crashbox auslegen, das funktioniert sogar ziemlich gut
Sowas muss aber richtig berechnet werden, sonst funktioniert es nicht...

Ich weiß nicht ob sich die Blatthersteller die Mühe machen ihre Blätter neben den Flugeigenschaften auch in den Crasheigenschaften zu optimieren. Schlecht wäre es aber sicherlich nicht.

Wohl eher nicht... strömungsgünstig optimiert sind Blätter wahrscheinlich schon, aber wohl auch nur beruhend auf Erfahrungswerten...

Gruß, Alex

[EagleClaw]

Man kann auch Kohlefaser als definierte Crashbox auslegen, das funktioniert sogar ziemlich gut

Jo. Dort wird aber im Gegensatz zum Aramid keine Energie durch Verformung und Dehnung abgebaut sondern durch den Bruch der Fasern. Sieht cool aus, wenn so eine Crashbox zerpulvert
Ideal ist natürlich eine Kombination aus Kohlefaser und Aramid wie es beim Crash-Element des Audi A8 eingesetzt wird.

Das ist der Vorteil von Faserverbunden. Man kann die Eigenschaften dorthin legen wo man sie haben will. Ist aber gleichzeitig die Krux dabei, denn man muss wissen wie man das macht