Faserverbundkunststoffe Carbon im Maschinenbau

Autor / Redakteur: Tilman Richers* / Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) bieten mit ihren spezifischen Werkstoffeigenschaften ein breites Einsatzpotenzial im Maschinenbau. Durch ihren Einsatz lässt sich die Produktivität einer Anlage steigern, die Präzision erhöhen oder es neues geometrisches Potenzial erschließen.

Firmen zum Thema

Der Carbonausleger dient als Träger von Linearantrieben in einem Mehrachshandlingsystem und ist um 75 % leichter als sein Stahlvorgänger.
Der Carbonausleger dient als Träger von Linearantrieben in einem Mehrachshandlingsystem und ist um 75 % leichter als sein Stahlvorgänger.
(Bild: Karl Mayer Composite Parts)

Die wohl bekanntesten Eigenschaften von CFK sind die hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit des Werkstoffes. Durch kraftflussgerechten Einsatz der Carbonfaser lassen sich ohne große Aufwände Gewichtseinsparungen von 50% realisieren. Bei besonders eindeutiger Hauptbelastungsrichtung sind Gewichtseinsparungen bis zu 70% gegenüber der vergleichbaren Metallstruktur möglich. Die eingesparte Masse kann zur Dynamiksteigerung der Maschine eingesetzt werden. Aber ebenso ist mit der geringeren Belastung der Antriebselemente eine Verlängerung von Wartungsintervallen oder die Verbesserung der Energieeffizienz möglich.

Bildergalerie

Hohe Strukturdämpfung

Eine hohe strukturelle Dämpfung von Carbonbauteilen hilft bei Handlings- oder Messabläufen die Abklingzeiten zu reduzieren. Dabei lässt sich das bereits gute Abklingverhalten von Carbon durch Verwendung elastomerer Zwischenlagen noch weiter verbessern. Besonders deutlich werden die Unterschiede in der exemplarischen Messung vierer gleichsteifer Profile dargestellt in Bild 1. Darüber hinaus lässt sich durch eine Änderung der Faserwinkel oder Verwendung von Fasern mit unterschiedlichen E-Moduln auch die Eigenfrequenz eines Bauteils variieren, dabei liegen die Eigenfrequenzen meist ohnehin schon höher als bei vergleichbaren metallischen Bauteilen. Mit den genannten Eigenschaften wird der Werkstoff wird häufig zu einem Löser von Schwingungsproblemen.

Doch der Faserwinkel beeinflusst nicht nur Steifigkeit und Schwingungsverhalten, sondern auch die Temperaturdehnung eines Bauteils kann über diesen eingestellt werden. Sowohl ein positiver als auch ein negativer Wärmeausdehnungskoeffizient ist für ein Carbonbauteil möglich. Dabei ist die Nulldehnung für viele Messaufgaben besonders interessant, denn so wird eine Messung weniger anfällig auf wechselnde Umgebungsbedingungen.

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:43741510)