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Leichtbau mit Faserverbund-Kunststoffen - Wie geht das? Und wie hoch ist die Gewichtseinsparung?

aktualisiert am 02.09.2015 von Martin Friedrich

Der Faserverbundkunststoff ist ein Material mit einem besonderen Aufbau. Die Verwendung von diesem Material ermöglicht sehr hohe Gewichtseinsparungen. Wie das geht und welche Gewichtseinsparungen möglich sind, zeigt dieser kurze Artikel.

Schnitt durch eine Faserverbund- Materialprobe (3x3mm3)
Schnitt durch eine Faserverbund- Materialprobe (3x3mm3)

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Der Aufbau von Faserverbundwerkstoffen

Der Werkstoff „Faserkunststoffverbund“ besteht entsprechend dem Namen nicht aus einem einzigen Material, sondern aus einem Verbund von Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix. Die nebenstehende Abbildung zeigt ein Schnittbild durch einen solchen Werkstoff.

Faserverbundwerkstoffe weisen im Vergleich zu den im Maschinenbau üblichen, von der Struktur her, weitgehend isotropen Metallen oder auch reinen Kunststoffen, einen sowohl mikroskopisch als auch makroskopisch nicht isotropen Aufbau auf.

Entsprechend diesem nicht isotropen Aufbau, zeigen auch die resultierenden Materialeigenschaften eine hohe Richtungsabhängigkeit (Orthotropie).

Weg zur Nutzung des Leichtbaupotentials

Wie im Artikel XX bereits angedeutet, bieten Faserverbundwerkstoffe das größte Leichtbau-Potential aller Strukturwerkstoffe.

Um dieses Potential erschließen zu können, ist beim Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen die reine Materialsubstitution (z.B. Aluminium => Faserverbund), Materialleichtbau genannt, in der Regel nur begrenzt zielführend.
Erst eine Materialsubstitution in Kombination mit einer auf die Ausnutzung der besonderen orthotropen Eigenschaften angepassten Bauweise (Struktur- und Systemleichtbau) ermöglicht die Erschließung des gesamten Leichtbaupotentials von Faserverbundwerkstoffen.

Erzielbare Gewichtseinsparung

Die durch dieses Vorgehen erzielbaren Gewichtseinsparungen liegen in der Praxis im Vergleich zu Stahlbauweisen typischerweise bei ca. 40% und im Vergleich zu Aluminiumbauweisen bei ca. 25% [1].
In einigen Fällen mit bestimmten Bauteillasten können sogar Gewichtsvorteile von bis zu 70% erreicht werden.

Martin Friedrich
Martin Friedrich
Detaillierte Analyse von Fertigungs- und Bauteilkosten, Entwicklung robuster und kosteneffizienter Fertigungsprozesse
16 Jahre
T2-Composite
www.t2-composite.de
Inhaber
martin.friedrich (at) t2-composite.de
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