EMO 2015 Diamant für Verbundwerkstoffe

Redakteur: Matthias Böhm

Weiterentwicklungen in der Technik, insbesondere der Leichtbau in nahezu allen Bereichen wie beispielsweise in der Automobil- oder Luftfahrtbranche und im allgemeinen Maschinenbau, erfordern den Einsatz von Verbundwerkstoffen. Der Verbundwerkstoff besteht aus mehreren, mit unterschiedlichen Materialeigenschaften verbundenen Materialien. Je nach Belastungs- oder Einsatzfall werden diese Verbundwerkstoffe zusammengesetzt. Sandwichbauweisen aus unterschiedlichsten Materialien erlauben komplizierteste Konstruktionen mit vielfältigen massgeschneiderten Anwendungsmöglichkeiten.

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Sieht unspektakulär aus, hat es aber in sich: Der Gewindeeinsatz in der Verstärkungsstrebe ist aus elektrisch nicht leitendem GFK und wird mit einer speziellen Innengewindeplatte aus der Horn-Serie R114 bearbeitet.
Sieht unspektakulär aus, hat es aber in sich: Der Gewindeeinsatz in der Verstärkungsstrebe ist aus elektrisch nicht leitendem GFK und wird mit einer speziellen Innengewindeplatte aus der Horn-Serie R114 bearbeitet.
(Bild: Horn)

Verbundwerkstoffe sind im eigentlichen Sinne Konstruktionen. Kupferlagen für Leiterbahnfunktionen oder Titaneinlagen zur Erhöhung der Stabilität sind nur die einfachsten Beispiele. Die Zerspanbarkeit ist bei allen Verbundwerkstoffen anders zu bewerten, was eine Einteilung in Zerspanungsklassen, wie sie bei den Stählen üblich ist, nahezu unmöglich macht.

Um eine Übersicht zu bekommen, können Verbundwerkstoffe grob in drei Hauptgruppen eingeteilt werden:

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  • Schichtverbundwerkstoffe wie beispielsweise Sperrholzplatten
  • Teilchenverbundwerkstoffe wie Spanplatten
  • Faserverbundwerkstoffe

CFK für die Luft- und Raumfahrt

Bei Letzteren wird unterschieden zwischen Metallmatrix-Verbundwerkstoffen MMC, Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen FKV und den Faser-Keramik-Verbunden, Ceramic-Matrix-Composites CMC.

Die wichtigste Gruppe stellen hierbei die FKV-Materialien dar. In dieser Gruppe bietet der allen bekannte und überwiegend im Flugzeugbau verwendete carbonfaserverstärkte Kunststoff, CFK, das breiteste Anwendungsfeld. Häufig für den Bootsbau verwendet wird das FKV-Material als glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK).

Werden Bauteile mit extrem hoher Festigkeit und Schlagzähigkeit gebraucht, kommt Aramid (Markenname u. a. Kevlar) als aramidfaserverstärkter Kunststoff, AFK, zum Einsatz.

Hochleistungs-Verbundwerkstoffe sind moderne Leichtbauwerkstoffe mit einem hohen Innovationspotential. Durch gezielte Kombination verschiedener Faser- und Matrix-Materialien und die Verwendung spezieller Verstärkungsarchitekturen können Produkte mit höchster Festigkeit für die unterschiedlichsten Anforderungsprofile massgeschneidert konstruiert werden.

Herausfordernde Bearbeitung von Verbundwerkstoffen

Bei der spanenden Bearbeitung von Verbundwerkstoffen wie CFK und GFK ist in der Regel die Bearbeitungssituation durch die heterogenen Eigenschaften des Werkstückstoffes unklar.

Verbundwerkstoffe bestehen aus einem Matrixmaterial, welches durch Glas- oder Kohlefasern verstärkt wird. Je nach Anwendung kommen hochfeste Fasern in allen erdenklichen Ausführungen zum Einsatz. Die Faserorientierungen richten sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall des Endproduktes.

Werden diese Fasern geschnitten, kommt es nahezu unkontrolliert zu parallelem oder senkrechtem Faserschnitt.

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