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20. FASERVERSTÄRKTE KONSTRUKTIONSSTOFFE 2 20.1. Einleitung 2 20.2. Definition und Klassifikation 2 20.

3. Eigenschaften und Aufbau 2 20.4. Verstärkungen 3 20.4.1.

Teilchenverstärkung 3 20.4.2. Faserverstärkung 3 20.4.2.

1. Glasfasern 3 20.4.2.2. Metallfasern und Drähte 4 20.

4.2.3. Graphit oder Kohlefasern (Carbonfaser) 4 20.4.2.

4. Mehrkomponentenfasern 4 20.4.2.5. Aramidfasern 4 20.

4.3. Whiskerverstärkung 5 20.4.4 Verbunde 5 20.4.

4.1. Laminate 5 20.4.4.1.

1. Metall / Metall-Laminate 5 20.4.4.1.2.

Metall / Kunststoff-Laminate 5 20.4.4.1.3. Metall / Keramik-Laminate 5 20.

4.4.2. Andere Laminate 6 20.4.4.

3. Stützstoffverbunde 6 20.5. Herstellungsverfahren 6 20.5.1.

Glasfasern 6 20.5.2. Whisker 6 20.5.3.

Metall-, Graphit/Kohlefasern 7 20.5.4. Mehrkomponentenfasern 7 20.5.5.

Verbunde 7 20.5.5.1. Verfahren mit offener Form 7 20.5.

5.2. Verfahren mit geschlossener Form 7 20.5.5.3 Metallmatrixverbunde 8 20.

5.5.4. Kohlefaserverstärkte Verbunde 8 2.6. Bauarten 10 2.

7. Anwendung 10       !Grafiken folgen am Freitag! 20. Faserverstärkte Konstruktionsstoffe 20.1. Einleitung  Verbundwerkstoffe und Verbundbauweisen sind dem Menschen schon seit langer Zeit bekannt, da auch in der Natur solche Werkstoffkombinationen und Strukturen häufig vorkommen. Man weiß, daß solche Konstruktionsbauweisen schon im Jahrtausend vor Christus angewendet wurden, als die Römer zerkleinertes Stroh in die Lehmziegel einarbeiteten um die Bruchanfälligkeit der Häuser zu verringern.

Besonders nach dem 2. Weltkrieg förderte die Raumfahrts- und Rüstungsindustrie die Entwicklung von siliziumkarbidverstärktem Aluminium und ähnlichen Konstruktionswerkstoffen.  20.2. Definition und Klassifikation  Das Ziel der Verbundtechnologie ist es, durch Kombination der Eigenschaften aller am Verbund beteiligten Komponenten die Eigenschaften des Verbundwerkstoffes zu optimieren, bzw eine gewünschte Eigenschaft besonders hervorzuheben. Definition eines Verbundwerkstoffes: Ein Verbundwerkstoff ist ein Material, das aus zwei oder mehr identifizierbaren Komponenten besteht, was zur „Arbeitsteilung“ bei der Aufnahme der Spannungen führt.

oder: Es ist ein Werkstoff, der aus Komponenten besteht und heterogene Strukturen mit bestimmten gewünschten Eigenschaften bildet. Das einfachste Beispiel aus der Natur ist der Mensch selbst, da er aus Knochen und Fleisch besteht.   Bei den Verbundwerkstoffen gibt es: Teilchen / Matrix - Verbunde Faser / Matrix - Verbunde und Schichtverbunde die sich aufteilen in Laminate und Stützstoffbauarten   20.3. Eigenschaften und Aufbau   Die wichtigsten Eigenschaften solcher Verbundwerkstoffe (besonders jener mit Kunststoff-komponenten), sind also: Vorteile: man kann die Materialeigenschaften orts- und richtungsabhängig einsetzen und dadurch den Verbundwerkstoff für den speziellen Anwendungsfall optimieren bei Verwendung von Fasern ist das geringe Gewicht bei hoher Festigkeit typisch die Korrosionseigenschaften sind gut komplexe Formen von Bauteilen sind nahtlos herstellbar (Integralbauweise, d.h.

Längsstreifen bilden mit Beplankung ein Stück) die Rohstoffe für die Komponenten sind oft leichter beschaffbar, als der Rohstoff eines vergleichbaren Materials Vor- bzw. Nachteil: die elektrische und thermische Isolation ist gut teilweise chemische Beständigkeit Nachteile: Kunststoffkomponenten sind teuer, umweltbelastend, und sie haben ein spezielles Materialverhalten (Alterung, Kriechen, Feuchtigkeit) geringe Wärmebeständigkeit, Festigkeit   Was wirkt sich auf die Verbundeigenschaften aus: Faseranteil im Verbund Anordnung der Verstärkungskomponenten (regellos, parallel) Belastungsart des Verbundes (dynamisch, statisch) Umgebungsbedingungen   Welche Elemente weisen gute Eigenschaften für Verbundmaterialien auf: Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Magnesium, Aluminium, Titan  20.4. Verstärkungen  Die Hauptaufgabe von Verstärkungselementen ist es, in der Matrix eingebettet, die Festigkeitseigenschaften des Verbundes festzulegen. (=> Betrag und Richtung der größten Belastung)   20.4.

1. TeilchenverstärkungEin großer Vorteil ist, daß die Teilchenverstärkungsmaterialien billig sind, und oft aus Abfällen stammen. Füllstoffe in Partikel- oder Flockenform werden in den verschiedensten Kombinationen für diverse Eigenschaftsänderungen verwendet. Die Partikelgröße beträgt 74mm oder feiner, außer für Sand, Glas, Holz, Asbest und Glimmer. Wofür werden die Teilchen eingesetzt: Glasflocken findet man in Printplatten für Computer, Glimmer in Isolatoren, Aluminiumflocken im Lack machen die Metallic-Lackierungen aus, und Metallspäne können eine Kunststoffmatrix elektrisch und thermisch leitend machen.  20.

4.2. FaserverstärkungDie Hauptanwendung ist die Kombination von Faserverstärkung und Kunststoffmatrizen.  Arten der Faserverstärkung:Es gibt verschieden Arten der Faseranordnung. Grob kann man in ein-, zwei- und dreidimensionale unterscheiden. einachsige (undirektionale) Verstärkung Die Fasern liegen zueinander parallel in der Matrix zweiachsige (biaxiale) Verstärkung Die Fasern sind in einem Gewebe in zwei Richtungen eingebettet.

Man kann so eine Struktur auch durch zwei übereinandergeschweißte undirektionale Strukturen erzielen. omniradiale Verstärkung (zweidimensional) Die Verstärkung tritt in alle Richtungen in der Ebene auf (Matte, Vlies). dreidimensionale Verstärkung Dies erreicht man durch eine zufällige Anordnung von Faserstückchen oder durch gezieltes Weben in drei Richtungen.  20.4.2.

1. GlasfasernGlasfasern umfassen rund 90% der verwendeten Mange an Verstärkungsfasern. Glasfaserverstärkte (GFK) Kunststoffe haben hervorragende Eigenschaften in chemischer, mechanischer und thermischer Hinsicht und als elektrischer Isolator. Der einzige negative Punkt ist, daß eine Langzeitkraft 70-80% kleiner sein muß als eine kurz einwirkende (Formel I-Autos). Es gibt verschieden Glasarten: A-Glas sehr beständig gegen Chemikalien, hat aber schlechte elektrische Eigenschaften C-Glas wenn A-Glas nicht genügt D-Glas für elektrische Anwendungen konzipiert, hat eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante E-Glas wird zu ca. 50% der Fälle verwendet, gute elektrische Eigenschaften, hohe Festigkeit und Beständigkeit gegen Feuchtigkeit S-Glas hochfestes Glas, 1/3 höhere Festigkeit als E-Glas, hält auch höhere Temperaturen aus Quarzglas Besteht nicht wie die bisherigen zu 55-75% aus SiO2 (Hochsilizumglas), sondern zu mehr als 99,9% aus Quarz.

Es ist teurer, hat aber bei Temperaturen von über 1600°C eine bessere Festigkeit. Es ist ebenso stabil gegen Chemikalien, hat eine kleine Dehnbarkeit von 1% und übersteht Erwärmungen von 1000°C mit anschließendem Abschrecken mit kaltem Wasser unbeschadet.  20.4.2.2.

Metallfasern und DrähteSie sind leichter zu produzieren als manch andere Fasern (durch ziehen), sie halten höhere Temperaturen aus, sind dehnbarer und nicht so anfällig gegen Oberflächenbeschädigungen wie Glasfasern. Als Nachteil ist ihr hohes spezifisches Gewicht, eventuelle chemische Reaktionen mit einer Metallmatrix und bei Kombination mit Kunststoffen die unterschiedliche Wärmeausdehnung anzuführen. Stahlfasern finden hauptsächlich in der Radialreifenproduktion Verwendung. (Bei Gebäuden wird der Beton mit Stahl unterstützt) Aluminiumfasern sind oft in Metall/Metall-Kombinationen zu finden, da sie höhere Temperaturen aushalten als ihre Matrix.  20.4.

2.3. Graphit oder Kohlefasern (Carbonfaser)Wenn die Faser aus 93-95% Kohlenstoff besteht spricht man von Carbonfasern, die bei 1300°C hergestellt werden, darüber heißen sie Graphitfasern, und werden bei 1900°C hergestellt. Sie sind doppelt so stabil als Stahlfasern, aber auch viel teurer, weshalb sie nur bei Anwendungen mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht eingesetzt werden.  20.4.

2.4. MehrkomponentenfasernSie bestehen aus einem Kern aus Wolfram oder Kohlenstoff, der mit Bor oder Siliziumkarbid überzogen ist. Die Faser ist dann an sich schon ein Verbundwerkstoff. Borfasern werden meist zu Matten verwoben und in Harze eingebettet. Die Eigenschaften sind stark vom Durchmesser der Seele abhängig, während der Überzug immer nur wenige Tausendstel Millimeter ausmacht.

Siliziumkarbidfasern haben sehr hohe Festigkeiten, die auch bei hohen Temperaturen (1400°C) kaum abfallen. Sie reagieren nicht mit geschmolzenem Aluminium und können in Titanmatrizen eingebettet werden.  20.4.2.5.

AramidfasernAramid ist besser bekannt als Kevlar (eine ringförmige Anordnung von Atomen), und zeichnet sich durch niedriges spez. Gewicht, hohe Festigkeit und ein hohes Elektrizitätsmodul aus. Es ist chemisch gegen Öl und Treibstoff beständig, nicht aber gegen Säuren und Laugen. Sie lassen sich leicht zu Matten verweben, da sie nicht so spröde wie Glasfasern sind, und sie sind nicht brennbar.  20.4.

3. WhiskerverstärkungWhisker sind einzelne Kristalle die gezüchtet werden. Sie sind kurze Kristallnadeln, die einen quadratischen, sechseckigen, parallelogrammförmigen oder dreieckigen Querschnitt haben können. Die Kristalle sind 2-10mm groß und müssen beim Einbetten orientiert werden um eine hohe Festigkeitsausbeute zu erzielen. Es gibt über 100 verschiedene Ausgangsmaterialien für Whisker, die häufigsten aber sind: Kupfer, Eisen, Graphit, Silizium, Aluminium, Bor und Beryllium. Es gibt metallische Whisker und keramische, welche den Vorteil haben, daß sie leichter sind, höhere Temperaturen aushalten und nicht oxidieren.

 20.4.4 VerbundeEin Schichtverbund ist ein Material, daß aus zwei oder mehr Schichten unterschiedlicher, einheitlicher Komponenten besteht, die miteinander verbunden sind. Es gibt unzählige Möglichkeiten von sinnvollen Schichtverbunden. zB.: harte Aussenschichten mit weichem Kern werden zB.

im Schiffs- und im Flugzeugbau angewandt  20.4.4.1. LaminateLaminate sind Verbunde, die der Definition genau entsprechen. Als Komponenten können Folien verwendet werden, die man miteinander verbindet, oder Pulver auf die Basisschicht auftragen, und es zum Schmelzen bringen.

 20.4.4.1.1. Metall / Metall-LaminateEs gibt verschiedene Kombinationen.

Um sie besser erklären zu können, sind A, B, C verschiedene Metalle. AB B ist das tragende Metall, und A die Schutzschicht ABA wie oben, nur mit beidseitiger Schutzschicht, oder eine Sandwichkonstruktion ABABABA hochfester Schichtverbund bei dem zB. A sehr steif und B besondere Eigenschaft hat ABCBA drei verschiedene Metalle zu einem Laminat ACBCA Verbindung bei der A mit B reagieren würde und sie durch C getrennt werden   Wird dort eingesetzt, wo eine dekorative Schicht auf einem Trägermaterial benötigt wird, oder bei Mehrschichtlaminaten, wenn besondere Eigenschaften benötigt werden (Korrosionsbestängkeit, Festigkeit, ...).

 20.4.4.1.2. Metall / Kunststoff-LaminateAuch hier gibt es verschiedene Kombinationen.

Um sie besser erklären zu können, sind A, B, C verschiedene Metalle, und K ein Kunststoff. KA A ist das tragende Metall, und K die Schutzschicht AKA wie oben, nur mit beidseitiger Schutzschicht, oder eine Sandwichkonstruktion AKBKCKBKA drei verschiedene Metalle zu einem Laminat, durch Kunststoff getrennt   90% der verwendeten Metall/Kunststofflaminate sind Verbunde aus Vinyl und Metallen, wobei Vinyl als Schutzschicht dient.  20.4.4.1.

3. Metall / Keramik-LaminateMit C als Keramik und A als Metall gibt es auch hier verschieden Kombinationsmöglichkeiten. CA oder CAC Keramikschutz auf Metallbasis CACACAC Mehrschichtverbund auf Metall/Keramikbasis   Wird nur in Spezialfällen verwendet, und dient hauptsächlich als Oxidationsverhinderung, aber auch extrem hohe Temperaturen sind ertragbar.  20.4.4.

2. Andere LaminateFür spezielle Anwendungen kann auch Glas statt Keramik eingesetzt werden. (Glas/Glas-, Glas/Kunststoff-, Keramik/Keramik-Laminate sind ebenfalls möglich, aber sehr selten.)  20.4.4.

3. StützstoffverbundeStützstoffverbunde entsprechen nicht genau der Definition, da es sich immer um drei Schichten handelt (Sandwichkonstruktion), wobei die mittlere Schicht eine besondere Gestalt hat. Als Sandwich bezeichnet man den Dreischichtverbund, bei dem die dünnen Deckschichten von höherer Festigkeit und höherem Elektrizitätsmodul als die Kernschicht ist, sind. Durch die Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes wird die Druckfestigkeit der Deckschichten ausgenützt. Es werden zumeist Wabenkerne aus Leichtmetallen als Stützschicht verwendet, aber auch Schaumstoffkerne und in Harz getränktes Papier ist möglich. Faltkerne lassen sich leichter mit den Deckschichten verkleben, und werden daher häufig angewandt.

 20.5. Herstellungsverfahren 20.5.1. Glasfasern  Es wird zur Herstellung meist das E-Glas verwendet.

Das Glas wird geschmolzen, und mit einer Geschwindigkeit von 3000m/min durch Öffnungen von 0,75 - 3mm Durchmesser gezogen. Die Fasern werden mit einer Emulsion behandelt und zu einer einzelnen Faser gedreht, welche dann eine höhere Festigkeit hat als eine gezogene vom gleichen Durchmesser. (Wenn bei einer Faser in der Faser ein Fehler ist, so beschränkt er sich auf einen kleinen Teil und kann sich nicht verbreiten.) Die Qualität hängt sehr stark von Verunreinigungen ab.   Formen von Glasfaserverstärkungen ungerichtete Glasfasermatte: 6-50mm lange Glasfasern werden in alle Richtungen gleich verteilt, und mit einem Harzbinder zusammengehalten. Ist nicht für höchste Ansprüche geeignet.

Rovings und gewirkte Rovings: Rovings bestehen aus 6-150 parallelen unverdrehten Fasern, die aufgewickelt werden. Es können hohe Spannungen in Richtung der Verstärkung bewältigt werden (Rohre, Tanks, Verschallungen,...). Gewirkte Rovings können in zwei Richtungen hohe Spannungen übertragen.

Gewirte Strukturen: Fasern werden zu Bändchen verdreht, und anschließend verwebt. Dieses Verfahren ist sehr teuer, erreicht aber die höchste Spannung.  20.5.2. WhiskerMetallische Whisker werden mit dem Dampfabschneideverfahren hergestellt.

Die Metalle werden über den Schmelzpunkt erhitzt (Dampfphase), und an einem kühleren Substrat (Metall) niedergeschlagen. Nickel-, Aluminium-, Eisen-, Kupfer- und Silber-Whisker werden so hergestellt, Oxide wie Bor, Silizium oder Magnesium werden mit dem VLS-Verfahren (Vapour-Liquid-Solid) hergestellt. Die Whisker werden in einer Kammer mit Gas (SiCl4) hergestellt. Der Durchmesser der Whisker kann durch die Temperatur in der Kammer geregelt werden (Æ von mm - mm).  20.5.

3. Metall-, Graphit/Kohlefasern Beim Taylor-Prozeß wird geschmolzenes Metall in Glasröhrchen gezogen, und so Fasern mit kleinsten Durchmessern und höheren Festigkeiten hergestellt. Mit den Kohlefasern passiert im PAN-Prozeß etwas ähnliches: Ca. 10000 Fasern werden gebündelt und durchlaufen den Prozeß. Die überschüssigen Bestandteile werden oxidiert und mit einem Inertgas abgeführt. Durch hohe Temperaturen schmelzen die einzelnen Fasern zusammen.

Es ergibt sich eine chemisch resistente, hochfeste und leichte Faser.  20.5.4. MehrkomponentenfasernBei Borfasern wird der 0,008mm starke Wolframdraht durch elektrische Spannung stark erwärmt, und in einer Bor-Wasserstoff-Atmosphäre bedampft. Das Ergebnis ist eine 0,125mm starke Borfaser.

Es werden auch schon Kohlefasern als Grundmaterial verwendet, da sie leichter als Wolfram sind und bei großer Temperatur nicht mit Metallen reagieren.   20.5.5. Verbunde Welches Verfahren angewandt wird, hängt von der Größe und Form des Endproduktes ab. Es gibt Verfahren mit offener und geschlossener Form.

 20.5.5.1. Verfahren mit offener Form Handauflegeverfahren Nur für geringe Stückzahlen geeignet, da von Hand gefertigt. Großbauteile werden so erzeugt.

Einer Form mit glatter Oberfläche wird eine Trennschicht aufgetragen, und nach dem Trocknen dieser eine Deckschicht, die die sichtbare Außenwand wird. auf diese werden dann die Glasfasermatten aufgelegt und getränkt um Luftblasen zu vermeiden. Wenn die richtige Stärke erreicht wurde wird innen noch eine Deckschicht aufgetragen. Faserspritzverfahren Kleine Glasfasern werden mit einem Harz auf die Oberfläche gesprüht. Ergebnis, wie oben. Vakuumsackverfahren Wie Handauflegeverfahren, nur daß vor dem Aushärten eine Gummimembrane über das Werkstück gelegt wird, unter der ein Vakuum das überflüssige Harz und Luftblasen entfernt.

Das ergibt eine bessere Oberfläche und Glasfaseranteile bis 55%. Drucksackverfahren Wie Vakuumsackverfahren, nur daß kein Vakuum erzeugt wird, sondern die Form abgedeckt und ein Druck von ca. 350 kN/m2 Luft und überschüssiges Harz aus der Form drängt. Größte Sicherheit bei der Verdrängung von Luftblasen und bis zu 65% Glasfaseranteile. Verfahren mit Autoklaven Wie Drucksackverfahren, nur massenproduktionsreif, teurer, von der Größe der Form begrenzt dafür sind aber doppelt so hohe Drücke möglich. Wickelverfahren Hier wird der größte Glasfaseranteil erzielt.

Es werden ausschließlich Rovings verwendet. Beim Naßwickeln werden die Glasfasern durch ein Harzbad gezogen und anschließend gewickelt, beim Trockenbad werden die vorimpregnierten Fasern gewickelt und anschließend erwärmt um das Harz zusammenzuschmelzen. Bei Rohren wird der Kern anschließend herausgezogen, komplizierte Teile müssen aus leicht schmelzbaren Metallen bestehen, die anschließend geschmolzen werden.  20.5.5.

2. Verfahren mit geschlossener Form Preßverfahren Für komplizierte Teile, bei denen Wert auf Qualität der Oberfläche gelegt wird. Man unterscheidet Vorfom- (geschnittene Rovings werden in ein Sieb gelegt mit Bindemittel besprüht und nach dem Trocknen gepreßt) und Vorgemischverfahren (Roving-Harz-Gemisch wird in die Preßform gelegt). Beim Vorformverfahren liegt der Glasfaseranteil bei 50%, beim Vorgemischverfahren 25%. Die Drücke zwischen Ober- und Unterform liegen zwischen 400 und 4000 kN/m2, und die Temperatur des Werkzeuges bei 120-150°C. Injektionsverfahren Es werden Matten in die Form gelegt und mit Harz besprüht, anschließend gepreßt und getrocknet.

Profil-Ziehverfahren Wird für die Produktion von Endlosartikeln wie Rohre, Profile in der Massenproduktion eingesetzt. Rovings werden in Harz getränkt, in die richtige Form gezogen und getrocknet. Der Glasfaseranteil beträgt 60-80%. Platten- und Wellplattenherstellung Auf einem Förderband wird zwischen zwei Zellophanschichten gleichmäßig ein Harz-Glasfaser-Gemisch aufgetragen. Beim Pressen der Platte wird durch das Zellophan eine schöne Oberfläche erreicht. 30% Glasfaseranteil   20.

5.5.3 Metallmatrixverbunde Der Vorteil liegt im Einsatz bei hohen Temperaturen, da ihr Bruchspannung und Elastizitätsmodul höher als bei Kunststoffen ist. Der Nachteil liegt im spezifischen Gewicht des Metalls. Einige Herstellungsverfahren: Pulvermetallurgietechnik Metallpulver wird mit klein geschnittenen Rovings knapp unter den Schmelzpunkt des Metalls erhitzt und gepreßt. Wird auch Sintern genannt.

Kupfer, Nickel, Aluminium sind dafür geeignet. Schmelzverfahren In einer Form gepreßte Rovingmatten werden mit flüssigem Metall durchtränkt (Al, Kupfer,Nickel). Diffusionsverfahren Ist ähnlich dem Sintern, nur daß die Metallfasern in einer bestimmten Anordnung sind, und das Metall erst durch die Erwärmung flüssig wird. Elektroverfahren Das Metall liegt in gelöster Form in einem Bad, und das Roving wird auf der Kathode (dort lagert sich das Metall ab) aufgewickelt. Kann genau kontrolliert werden. Dunstablagerung Das Metall wird verdunstet, und legt sich am Roving ab.

Dauert sehr lange, ist teuer, hat aber niedrige Temperaturen. Heißwalzen Dünne Metallbänder und Fasern werden mit beheizten Walzen unter hohem Druck zusammengefügt. Nur wenige Schichten können verarbeitet werden. Meist erfolgt Weiterverarbeitung mit Diffusionsverfahren. Plasmablasen Eine Plasmadüse sprüht das Verstärkungsmaterial auf den Roving. Ist noch in Erprobung, aber bei Aluminium und Borfasern die mit Kohlenstoff ummantelt wurden erfolgreich angewandt worden.

  20.5.5.4. Kohlefaserverstärkte Verbunde Vorteile von Kohlefaserverstärkten Verbundmaterialien sind: die hohe Steifigkeit und Festigkeit, und die geringe Dichte. Kohlefaserverstärkte Verbundstoffe Bei undirektionalen Verbundstoffen werden meist zwei Kohlefasern, die wiederum aus 720 Filamenten bestehen, zusammengedreht, und wie Glasfasern verarbeitet.

Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundstoffe Sie werden wegen ihrer Temperaturunempfindlichkeit und ihrer chemischen Resistenz als Hitzeschilder und Turbinenschaufeln eingesetzt. Beim chemischen Dampfabscheidungsverfahren werden gasförmige Kohlenwasserstoffe zersetzt, und an Kohlefasern angelagert. Das passiert bei rund 1100°C. Das macht die neuen Fasern Sprödbruchunempfindlich. Dreidimensional verstärkte Graphitverbunde Das Verstärkungsmaterial kann aus Glas oder Kohlenstoff bestehen, die dreidimensional angeordnet werden. Bei 2700°C wird mit dem Dampfabscheideverfahren gearbeitet.

Die Werkstoffe weisen danach eine noch höhere Sprödbruchunempfindlichkeit und eine geringere Rißempfindlichkeit auf. 2.6. Bauarten  Es gibt vier verschiedene Leichtbauarten. die Schalenkonstruktion verschiedene Schalen werden mit Spanten verbunden und so zusammengehalten die Integralbauweise Längsstreifen bilden mit Beplankung ein Stück die Sandwich- oder Verbundbauweise mehrere Schichten werden zusammengeklebt, oder mit Füllmaterialien verklebt das Vollwandsystem Normalkräftre werden vorwiegend durch steife Einzelgurten übertragen  2.7.

Anwendung  Faserverbundwerkstoffe werden in Raumfahrt, im Flugzeugbau und bei Sportartikeln wegen ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei geringem Gewicht erfolgreich zur Energieeinsparung und Verbesserung der Gebrauchseigenschaften eingesetzt. Diese Werkstoffe bestehen aus hochfesten oder hochsteifen Verstärkungsfasern in einer formbaren Masse (Matrix). Sie weisen gegenüber den klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Stahl, Guß, Aluminium oder unverstärktem Kunststoff den Vorteil höherer Festigkeit und höherer Steifigkeit für Zug- und Druckbelastungen bei geringerem Gewicht auf. Die Eigenschaften der Faserverstärktenwerkstoffe kann durch die Wahl der Fasern und der Matrix ganz leicht beeinflußt werden, und daher ganz bewußt eingesetzt werden. Faserverbundstoffe werden schon seit langem in der Formel I erfolgreich eingesetzt. Aber nicht nur dort, sondern überall, wo die Forderung nach einem leichten aber festen Werkstoff besteht.

Bei Autos konnten Motorbauteile in funktions-, werkstoff- und fertigungsgerechter Ausführung gebaut und geprüft werden. Es werden auch Fahrradfelgen aus Carbon (Kohlefasern) hergestellt. Schiffe, Autofelgen, Propeller aller Arten, Satelitenschüssel von Fernsehanstallten, Pleul, Blattfedern, Kardanwellen, Schraubenfeder, bis hin zu riesigen Tanks für Benzin und Wein mit einem Fassungsvermögen von über 100000 Litern. Die Hauptverwendung liegt aber im Flugzeugbau. Da bei einem Flugzeug rund 50% des Gewichtes auf das Flugzeug selbst fällt, konnte man durch eine Erleichterung von 10% die Zuladung um 25% erhöhen. Die Flügelspannweite bei Segelfliegern konnte von 20m auf 30m erhöht werden, der Rumpf versteift und so das Flugzeug für längere Flüge nutzten.

Selbst bei Kampfflugzeugen wurden Gewichtseinsparungen von fast 20% gemacht, was die Anzahl der an Bord befindlichen Waffen erhöhte (das ist ein großer Vorteil im Einsatz). Die höheren Herstellungskosten konnten durch einfachere Montagen wett gemacht werden.

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