CFK Vierkantrohr innenrund Carbon matt pultrudiert - 10x8x1000

Produktübersicht

Pultrudierte CFK-Vierkantrohre mit innenrunder Form stellen eine ideale Lösung für anspruchsvolle Leichtbauanwendungen dar. Diese Profile werden im kontinuierlichen Pultrusionsverfahren aus hochwertigen Kohlenstofffasern gefertigt und zeichnen sich durch eine besondere Geometrie aus: Während die Außenkontur die präzise Vierkantform beibehält, verfügt das Profil über eine innenrunde Querschnittsform. Diese spezielle Bauweise vereint die Vorteile der eckigen Außengeometrie mit der erhöhten Stabilität eines runden Innenprofils.

Konstruktionsmerkmale und Funktionsweise

Das Pultrusionsverfahren, auch Strangziehverfahren genannt, ist ein automatisierter Prozess zur kontinuierlichen Produktion von Faserverbundprofilen. Bei diesem Verfahren werden die Kohlenstofffasern von Spulen abgerollt, durch ein Harzbad geführt oder direkt im Werkzeug mit Epoxidharz getränkt und anschließend durch eine formgebende Matrize gezogen. Die Aushärtung erfolgt bei Temperaturen zwischen 100 und 200 °C unter kontrollierten Bedingungen.

Die besondere innenrunde Geometrie wird durch eine präzise gefertigte Matrize erreicht. Diese Konstruktion führt zu einer Verstärkung der Eckbereiche des Vierkantrohres. Die runde Innenkontur verteilt auftretende Spannungen gleichmäßiger als eine eckige Innenform und reduziert Spannungskonzentrationen in den Ecken. Dadurch wird die Gesamtstabilität des Profils deutlich erhöht und die Gefahr von Rissbildung unter Belastung minimiert.

Durch die unidirektionale Faserausrichtung in Längsrichtung des Profils werden maximale Festigkeits- und Steifigkeitswerte in Zugrichtung erreicht. Der Faservolumenanteil liegt typischerweise bei 58%, was zu einer optimalen Ausnutzung der Fasereigenschaften führt.

Material und Oberflächenbehandlung

Die verwendeten Kohlenstofffasern basieren auf hochwertigen HT-Fasern (High Tensile). Diese Fasern werden mit einer duroplastischen Epoxidharz-Matrix kombiniert, die für ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Beständigkeit bekannt ist.

Die Oberfläche der Profile ist glatt und weist einen matten Glanz auf. Diese Oberflächenbeschaffenheit entsteht durch den Kontakt mit der polierten Werkzeugoberfläche während des Pultrusionsprozesses. Bei der Fertigung werden interne Trennmittel verwendet, die sich teilweise an der Oberfläche abscheiden können. Für Klebeverbindungen ist daher eine Vorbehandlung der Oberfläche durch Anschleifen mit Schleifpapier der Körnung 220 und anschließende Reinigung erforderlich.

Die Fertigungstoleranzen liegen bei den Außen- und Innenmaßen typischerweise bei ±0,15 mm, was eine hohe Passgenauigkeit für präzise Anwendungen gewährleistet.

Anwendungsbereiche

Die einzigartigen Eigenschaften pultrudierter CFK-Vierkantrohre mit innenrunder Form erschließen vielfältige Einsatzmöglichkeiten:

• Luft- und Raumfahrt: Strukturelemente für Flugzeuge, Satelliten und unbemannte Flugsysteme, bei denen jedes Gramm Gewichtsersparnis zählt. Die Profile finden sich sowohl im Innenbereich als auch in der Sekundärstruktur von Flugzeugen.
• Motorsport und Automobilbau: Überrollkäfige, Chassis-Verstärkungen, Fahrwerkskomponenten und strukturelle Verstärkungen für Renn- und Hochleistungsfahrzeuge. Einstiegsschweller, Batteriegehäuse und Crash-Elemente profitieren von der hohen spezifischen Festigkeit.
• Maschinenbau und Robotik: Strukturkomponenten für Roboter, Automatisierungssysteme und Präzisionsmaschinen, bei denen dynamisches Verhalten und geringe bewegte Massen entscheidend sind.
• Modellbau: Hochleistungskomponenten für Drohnen, Flugzeugmodelle und andere RC-Modelle, wo das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht kritisch ist.
• Sportgerätebau: Fahrradrahmen, Paddelschäfte, Skistöcke und andere Sportausrüstungen, die extreme Belastbarkeit bei minimalem Gewicht erfordern.
• Mess- und Prüftechnik: Ausleger, Stative und Messvorrichtungen, bei denen Schwingungsdämpfung und Dimensionsstabilität wichtig sind.

Technische Vorteile

Pultrudierte CFK-Vierkantrohre mit innenrunder Form bieten gegenüber konventionellen Materialien und Fertigungsverfahren erhebliche Vorteile:

• Gewichtsersparnis: Bis zu 70% leichter als vergleichbare Stahlkonstruktionen bei gleicher oder höherer Festigkeit. Im Vergleich zu Aluminium beträgt die Gewichtsersparnis immer noch bis zu 50%.
• Verstärkte Eckbereiche: Die innenrunde Geometrie führt zu einer deutlich besseren Spannungsverteilung und erhöhten Stabilität gegenüber Vierkantrohren mit eckiger Innenkontur.
• Hohe spezifische Steifigkeit: Die unidirektionale Faserausrichtung durch das Pultrusionsverfahren ermöglicht höchste Biegesteifigkeit bei minimaler Verformung.
• Korrosionsbeständigkeit: Vollständig korrosionsfrei und witterungsbeständig, ideal für den Einsatz in aggressiven Umgebungen oder im Außenbereich.
• Ermüdungsresistenz: Hervorragende Dauerfestigkeit selbst unter wiederholten dynamischen Belastungen durch die kontinuierliche Faserstruktur.
• Konstante Qualität: Das automatisierte Pultrusionsverfahren gewährleistet gleichbleibende Materialeigenschaften über die gesamte Profillänge.
• Temperaturfestigkeit: Die Profile behalten ihre mechanischen Eigenschaften auch bei Temperaturschwankungen bei und weisen eine geringe thermische Ausdehnung auf.
• Elektrische Isolation: CFK-Profile bieten gute elektrische Isolationseigenschaften bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit.

Kompatibilität

Die pultrudierten CFK-Vierkantrohre sind mit verschiedenen Verbindungstechniken kompatibel:

Klebeverbindungen: Strukturelle Verklebungen mit speziellen Epoxidharzklebstoffen oder Cyanacrylat-Klebern (Sekundenkleber) bieten optimale Festigkeit. Die Klebeflächen müssen zuvor angeschliffen und gereinigt werden.

Mechanische Verbindungen: Die Profile können mit speziellen CFK-Schrauben, Nieten oder anderen mechanischen Verbindungselementen gefügt werden. Bei der Montage ist auf die Verwendung geeigneter Unterlegscheiben zur Lastverteilung zu achten.

Integration in Mischbauweisen: Die Profile lassen sich gut mit anderen Materialien wie Aluminium, Stahl oder anderen Verbundwerkstoffen kombinieren. Dabei sind unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zu berücksichtigen.

Montage und Handhabung

Die Bearbeitung der Profile erfordert spezielle Techniken und Werkzeuge:

Schneiden: Diamantbeschichtete oder hartmetallbestückte Sägeblätter sind erforderlich. Es empfiehlt sich, mit hohen Drehzahlen und geringem Vorschub zu arbeiten, um saubere Schnittkanten ohne Ausfransungen zu erzielen.

Bohren: Spezielle CFK-Bohrer mit gegenläufiger Schneidengeometrie verhindern Ausfransungen und Delaminationen. Die Austrittsseite sollte mit Holz oder einem anderen Material unterlegt werden.

Fräsen: Hartmetall- oder Diamantfräser sind für die Bearbeitung geeignet. Eine effektive Staubabsaugung ist zwingend erforderlich.

Schleifen: Spezielles Schleifpapier für Faserverbundwerkstoffe verwenden. Nasses Schleifen reduziert die Staubentwicklung und verbessert die Oberflächenqualität.

Sicherheitshinweise: Bei allen Bearbeitungsschritten ist das Tragen von Schutzausrüstung obligatorisch. Eine Atemschutzmaske (FFP2 oder FFP3), Schutzbrille und schnittfeste Handschuhe sind erforderlich. Eine leistungsfähige Absauganlage muss vorhanden sein, um den gesundheitsschädlichen CFK-Staub zu entfernen.

Wartung und Lebensdauer

Pultrudierte CFK-Vierkantrohre sind wartungsarm und bieten eine außergewöhnlich lange Lebensdauer:

Lagerung: Die Profile sollten kühl und trocken gelagert werden. Bei unlackierten Rohren ist auf UV-Schutz zu achten, da langfristige UV-Exposition zu einer oberflächlichen Degradation des Harzsystems führen kann. Eine dauerhafte statische Biegebeanspruchung sollte vermieden werden, um Kriechverformungen zu verhindern.

Inspektion: Regelmäßige Sichtprüfungen auf Beschädigungen, Risse oder Delaminationen werden empfohlen. Bei kritischen Anwendungen können zerstörungsfreie Prüfverfahren wie Ultraschall eingesetzt werden.

Reinigung: Die Oberflächen können mit milden Reinigungsmitteln und weichen Tüchern gereinigt werden. Aggressive Chemikalien oder scheuernde Reinigungsmittel sollten vermieden werden.

Lebensdauer: Unter normalen Einsatzbedingungen können pultrudierte CFK-Profile eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten erreichen. Die hohe Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit tragen zu dieser Langlebigkeit bei. Im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen tritt keine Materialermüdung durch Korrosion auf.

Reparatur: Kleinere Beschädigungen können durch Aufbringen von Reparaturpatches aus CFK-Gewebe und Epoxidharz ausgebessert werden. Bei größeren Schäden ist ein Austausch des betroffenen Profilabschnitts empfehlenswert.

Die Kombination aus dem effizienten Pultrusionsverfahren und der speziellen innenrunden Geometrie macht diese CFK-Vierkantrohre zu einer technisch und wirtschaftlich attraktiven Lösung für moderne Leichtbauanwendungen, bei denen höchste Anforderungen an Festigkeit, Steifigkeit und Gewicht gestellt werden.

Produktsicherheit: