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5 Gründe, warum Carbon die Wehrtechnik erobert

by Martin Hintsteiner
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Die Herstellung von Wehrtechnikkomponenten gleicht einem Balanceakt, denn ihr Konzeptions- und Fertigungsprozess ist von der Herausforderung bestimmt, die Variablen Sicherheit, Beständigkeit und Leichtigkeit ins perfekte Gleichgewicht zu setzen. Metalle wie Stahl und Aluminium-Legierungen galten zwar lange als beste Antwort auf die Anforderungen der Wehrtechnik, können den Zielkonflikt der Variablen aber letztlich nicht lösen, denn: Sicherheit und Beständigkeit gehen hier zu Lasten des Gewichts, dessen Reduktion mittlerweile zu den Schlüsselanforderungen moderner Verteidigungstechnik zählt.

Dass innovative Faserverbundwerkstoffe wie Carbon, Aramid, Basalt, Vectran und Zylon den bislang dominierenden Werkstoff Metall weiter aus dem Feld drängen, ist also nur eine Frage der Zeit. Branchenführer haben die Entwicklung längst erkannt und setzen schon heute auf die Innovationskraft von Composites.

Warum es sich lohnt, in der Wehrtechnik lieber früher als später auf Leichtbaukomponenten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff umzusteigen, ist dabei einfach erklärt:

1. Carbon ist ein Leichtgewicht

Im Motorsport sind die Vorzüge von Composites längst bekannt und tausendfach bewährt: Der Einsatz von Carbon ermöglichte nicht nur die Realisierung aerodynamisch effektiverer Formen, sondern auch eine deutliche Reduktion des Teile- und Gesamtgewichts, da Komponenten aus Faserverbundwerkstoffen bei formgleicher Konstruktion nur 80% bis 50% des Gewichts ihrer Stahl- und Aluminium-Entsprechungen auf die Waage bringen. Mit einer Dichte von 1,5 g/cm³ setzt Carbon die gewichtstechnische Messlatte gegenüber Aluminium (2,8 g/cm³) und Stahl (7,8 g/cm³) jedenfalls deutlich nach unten.

In der Wehrtechnik kommt dieser Materialvorteil nicht nur bei Ausrüstungskomponenten, sondern auch bei Nutz- und Aufklärungsfahrzeugen, Launcher- und Drehgestell-Systemen sowie Plattformen zum Tragen: Die Gewichtsreduktion durch Leichtbauteile aus Carbon ermöglicht raschere Beschleunigung, größere Agilität, höhere Präzision, kürzere Bremswege und deutliche Einsparungen bei den Treibstoffkosten.

2. Carbon beweist Durchhaltevermögen

Faserverbundwerkstoffe überzeugen aber nicht nur hinsichtlich ihres Gewichts – auch ihre Beständigkeit macht sie zum idealen Werkstoff für Wehrtechnikkomponenten: Carbon ist nicht nur vier Mal belastbarer als Aluminium, sondern zeichnet sich insgesamt durch hohe Steifigkeit und Schwingfestigkeit, kaum messbare Wärmeausdehnung (von 10-6*K-1) sowie hohe Dauertemperaturbeständigkeit und Korrosionsfreiheit aus. Damit eigenen sich Composites perfekt für den Einsatz in Umfeldern mit widrigen Bedingungen und großen Temperaturschwankungen, aber auch für Marine-Komponenten, die in ständigem Kontakt mit Salzwasser stehen.

Dass kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe kein Dauerbruchverhalten wie Aluminium aufweisen, das bei Dauerbelastung zu Sprüngen tendiert, ist nur ein weiteres Argument, das für die Fertigung aus Composites spricht, denn auch Beschuss verkraftet Carbon besser als Metallguss. Während sich in letzterem rasch Risse um entstandene Löcher bilden, sind Composites-Bauteile auch in diesem Fall gegen Bauteilversagen gewappnet und wieder instandsetzbar.

Beständig zeigen sich kohlefaserverstärkte Kunststoffe außerdem gegenüber ätzenden Substanzen wie Phosphor- und Essigsäure, Schwefeldioxidgas trocken, Methanol, Ethanol, Chloroform, Mineralölen, Benzin und Salzsäure.

Carbon Launcher System
Gewichtsreduzierung um 50% - das RCLM System in Carbon-Monocoque Bauweise

 

3. Carbon gibt Freiheit

Als hochinnovative Werkstoffe vergrößern Composites den Konstruktions- und Design-Spielraum und damit die Innovationskraft: Von Automobil- und Motorsport-Industrie seit Jahrzehnten verinnerlicht, hält diese Erkenntnis nun auch in der Wehrtechnik Einzug. Das ist wenig überraschend, denn im Gegensatz zu klassischen Fertigungsverfahren und Materialien sind komplexe Geometrien wie Hinterschneidungen mit Faserverbundtechnologie vergleichsweise einfach zu realisieren. Beschränkungen durch Einhaltung von Biegeradien oder Wandstärken werden bei der Arbeit mit Carbon ebenso wenig zum Problem wie der Zwang zur Anwendung von Rippenkonstruktionen.

Neue Standards setzen Composites aber auch in Hinblick auf die Bauteilgröße: Denn bei Fertigung von Carbonteilen in Prepreg-Autoklaven-Technik können größere Komponenten realisiert werden als im Feingussverfahren. Die Zahl der für Wärmeausdehnung anfälligen Schweißverbindungen ist somit deutlich reduzierbar.

4. Carbon rechnet sich

Composites gelten zwar als teure Werkstoffe, doch ist laut McKinsey bis 2030 von einer Annährung der Mehrkosten für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe an das Niveau von Aluminium zu rechnen. In der Prototypen- und Kleinserienfertigung ist die Fertigung von Carbon-Komponenten aber schon heute zu derart wirtschaftlichen Konditionen möglich, dass die Materialwahl kaum noch ins Gewicht fällt: Deutlich niedrigere Investments in den Formenbau und ein minimaler Nachbearbeitungsaufwand durch formfallende Fertigung machen Composites deshalb auch kostentechnisch zur echten Aluminium- und Feinguss-Alternative.

Lebensdauer, Beständigkeit und Gewichtsvorteile einbezogen, rechnet sich der Umstieg auf Faserverbundwerkstoffe für Wehrtechnikkomponenten, die größten Belastungen standhalten müssen, in jedem Fall.

5. Carbon ist belastungserprobt

In Hochtechnologie-Branchen wie dem Motorsport, der Luftfahrt und der High End-Automobilindustrie gilt Carbon bereits als Schlüsselwerkstoff des 21. Jahrhunderts. Innovative Unternehmen aus dem Bereich Wehrtechnik können deshalb aus einem breiten Spektrum an Erfahrungswerten ähnlich belastungsorientierter Anwendungsfelder schöpfen. Ob Wissen um leichte und formstabile Bauteile mit sehr guten Brandeigenschaften aus der Zivilluftfahrt, Beschichtungs-Know How aus der Schifffahrt oder Expertise zu sicherheitsrelevanten Strukturbauteilen aus dem Rennsport: Die Übernahme erprobter Konstruktions- und Fertigungsprozesse in die Wehrtechnik eröffnet ungeahntes Innovationspotential.


Fazit: Carbon ist auf dem Vormarsch

Die Vorzüge von Composite-Materialien sprechen für sich und finden nach jahrzehntelanger erfolgreicher Anwendung in Hochtechnologie ähnlicher Anforderungsprofile nun auch Einzug in die Wehrtechnik. Bei fasergerechter Konstruktion und fundiertem Fertigungs-Know How können sie klassischen Werkstoffen wie Stahl und Aluminium-Legierungen mehr als nur die Stirn bieten: Schließlich lösen sie den Zielkonflikt zwischen den Variablen Sicherheit, Beständigkeit und Leichtigkeit auf zukunftsorientierte Weise.

 

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Martin Hintsteiner

Geschäftsführer HINTSTEINER GROUP Experte Carbontechnik & Kunststofftechnik

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