Bei der Fertigung von Bauteilen aus Carbon spielt die richtige Auslegung des Formwerkzeuges, welches zur Herstellung benötigt wird, eine wichtige...
Der Werkstoff Carbon liefert viele Gründe für einen Einsatz in der Wehrtechnik. Extreme Festigkeit bei geringstem Gewicht ist nur einer davon. Warum es sich lohnt in der Wehrtechnik auf Leichtbaukomponenten aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff zu setzen, wird nachfolgend erklärt.
Immer wieder kommen neue Technologien zum Vorschein, welche die Rüstungsindustrie revolutionieren. Dazu zählt nach jahrelangen Qualifizierungen auch der Werkstoff Carbon (CFK). Die richtige Materialauswahl, wie auch das Bewusstsein über die Kombinationsfähigkeit jener Materialen sind Grundvoraussetzungen für eine wirtschaftliche Fertigung in der Verteidigungsindustrie.
Eine ausschlaggebende Eigenschaft von Carbon ist dessen hervorragende „spezifische Festigkeit“, welche das Verhältnis von Gewicht zur Festigkeit eines Materials darstellt. Carbon zeichnet sich dabei mit geringstem Gewicht bei extremen Festigkeiten aus. Mit weniger Gewicht lässt sich bei mobilem Equipment bzw. bei militärischen Fahrzeugen eine erhebliche Betriebskosteneinsparung erzielen. Zusätzlich können durch den Einsatz von Carbon die Nutzlastausbeuten erhöht und die Wartungskosten gesenkt werden. Bei Turmsystemen und Waffenstationen bedeutet weniger Gewicht eine schnellere Beschleunigung. Zudem können Antriebe und Lagerböcke „schwächer“ ausgeführt werden, da sie die Grundlast von schwereren Aluminium- bzw. Stahlstrukturen nicht mehr bewegen müssen.
Das Design von Strukturbauteilen aus Carbon hat einen großen Einfluss auf deren Festigkeit. An besonders beanspruchten Teilbereichen müssen der Faserverlauf, wie auch die Dicke von Laminaten genauestens auf die einwirkenden Belastungen ausgerichtet werden, um somit einen optimalen Kraftfluss gewährleisten zu können. Dadurch können Gewicht und Kosten entscheidend angepasst werden.
Die Verarbeitung von Carbon liefert zudem eine enorme Gestaltungsfreiheit. Im Gegensatz zu klassischen Fertigungsverfahren und Materialien sind komplexe Geometrien, wie in etwa Hinterschneidungen, mit der Faserverbundtechnologie vergleichsweise einfach zu realisieren. Beschränkungen durch die Einhaltung von Biegeradien oder Wandstärken werden bei der Arbeit mit Carbon ebenso wenig zum Problem, wie der Zwang zur Anwendung von Rippenkonstruktionen. Auch die direkte Integration von spezifischen Komponenten und standardisierten Bauelementen, wie Antriebe, Lager oder Getriebe ist problemlos umsetzbar.
Gerade bei Turmsystemen und Waffenanlagen können Vibrationen und Schwingungen zu großen Problemen führen. Bei einer hohen Schusskadenz werden automatisch Schwingungen durch die Rückstoßwirkung aufgebaut, welche sich in den meisten Fällen negativ auf die komplette Waffenstation auswirken. Durch die auftretenden Vibrationen wird die Zielführung beeinträchtigt und ergibt somit kein präzises Schussbild. Zusätzliche Anbauteile und Komponenten werden dadurch stark beansprucht. Schwingungen und Vibrationen sind somit ausschlaggebende Hauptstörungsquellen von Sichtsystemen und Feuerleitsystemen. Durch den gezielten Einsatz von Carbon lassen sich solche Schwingungen, aufgrund der hohen Schwingfestigkeit des Materials, weitestgehend vermeiden.
Militärisches Equipment wird im Zuge von Einsätzen extremen Bedingungen ausgesetzt. Feuchtigkeit, Dreck und schwankende Temperaturen sind nur einige der Einflüsse, welchen Materiallösungen für militärische Anwendungen standhalten müssen. Carbon ist korrosionsbeständig wie auch medienbeständig und im Gegensatz zu Stahl somit rostfrei. Daher kann die Lebensdauer von militärischen Bauteilen durch den Einsatz von Carbon erhöht und der Bedarf an aufwendigen Reparaturarbeiten stark reduziert werden. Verglichen mit Aluminium und Stahl profitiert Carbon dementsprechend stark von seiner Langlebigkeit und ist somit der perfekte Werkstoff für innovative und resistente Lösungen in der Wehrtechnik.
Mit Kohlefasern lässt sich ein Abschirmeffekt und dadurch eine Strahlenreduzierung um 95,5%, wie auch eine Belastungsreduktion von 50 auf 0,25 dB erreichen. Aus diesem Grund ist Carbon zur Abschirmung von elektronischen Baugruppen und zum Schutz von Mensch vor elektromagnetischen Feldern einsetzbar. Um diesen Abschirmeffekt noch weiter zu verbessern, kommen spezielle Oberflächenbeschichtungen - sogenannte EMV-Schutzschichten - zum Einsatz. Wir bieten etwaige Beschichtungen an, mehr zu diesem Thema finden Sie unter dem Punkt „Optische und funktionelle Oberflächenbehandlung“.
Carbon ist aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften ein wahrer Allrounder und kommt somit in unterschiedlichsten militärischen Anwendungen zum Einsatz. In weiterer Folge werden etwaige Anwendungsbeispiele aufgezeigt.
Die zuvor beschriebenen Materialvorteile ermöglichen die Fertigung von großen Launcher- und Drehgestell-Systemen, sowie Plattformen: Die Gewichtsreduktion durch Leichtbauteile aus Carbon ermöglichen dabei eine raschere Beschleunigung, größere Agilität, höhere Präzision, kürzere Bremswege und eine deutliche Einsparungen bei den Treibstoffkosten. In diesem Bereich haben wir uns in den letzten 10 Jahren ein enormes Wissen angeeignet. Leichtbau durch maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe setzt bei modernen Turmsystemen, Waffenplattformen und Launcher Systemen neue Maßstäbe. Dort wo konventionelle Schweisskonstruktionen oder Gusstechnische Werkstoffe statisch und dynamisch an ihre Grenzen stoßen kommt der Leichtbauwerkstoff Carbon zum Einsatz.
Weltweite Einsätze und verschiedenste Szenarien benötigen flexible Komponenten für militärische Infrastruktur. Wasserbehälter, Zisternen, Treibstofftanks und Mastsysteme sind nur einige Beispiele für Anwendungen, welche vorzugsweise aus leichten Materialien gefertigt werden. Fachliches Wissen in Bezug auf Leichtbaukomponenten, sowie die Fähigkeit in hochsensiblen Bereichen vor Ort Reparaturen oder Servicedienstleistungen durchzuführen, gehören zu unseren Kernkompetenzen. Die Sanierung von Behältern bzw. Komponenten aus jeglichen Kunststoffen oder Faserverbundwerkstoffen wird je nach Schadensfall mittels Vakuum-Infusions-Laminierung, Klebung oder Schweißung durchgeführt. Mit Hilfe von mobilen RIM Anlagen können auch Dämmungen oder oxidierende Metallstrukturen (z.B. Rohrleitung) saniert bzw. geschützt werden.
CFK in Verbindung mit Polyurethan-Schaum bzw. Epoxid-Schaum ermöglicht eine Herstellung von extrem leichten Schwimmkörpern. Einsatzkräften ist es dadurch möglich jene Schwimmkörper innerhalb weniger Minuten per Hand an militärische Fahrzeuge zu montieren bzw. zu demontieren. Das ermöglicht eine äußerst schnelle Wasserung. Beim darauffolgenden Landeinsatz können die Schwimmkörper ebenso rasch entfernt werden. Da es sich bei diesen Schwimmkörpern um keine Hohlkörper handelt, ist auch das Eindringen von Fremdkörpern, in etwa durch Beschuss, besser zu kompensieren. Die Schwimmfähigkeit des Fahrzeuges wird demnach kaum beeinträchtigt. Militärische Fahrzeuge werden auf diese Weise zu Amphibienfahrzeuge und ermöglichen Kampftruppen das schnelle und sichere Überqueren von Gewässern. Auch mobile Ausrüstung wie Stromaggregate, Behälter oder Gehäuse für Kommunikationssysteme können somit schwimmfähig konzipiert werden.
Schwieriges, unübersichtliches Gelände, wie auch extreme klimatische Bedingungen fordern Einsatzkräften alles ab. Durch gewichtseinsparende Materiallösungen in der Ausrüstung der Einsatzkräfte kann die Mobilität und die Leistungsfähigkeit von Soldaten wesentlich gesteigert werden. Sichtsysteme, Funkgeräte, Rucksäcke oder ein Schanzzeug sind Beispiele für die Ausrüstung, welche ein Soldat mit sich trägt. Der Einsatz von Leichtbaukomponenten für jene Ausrüstung ermöglicht somit die Reduzierung des zu transportierenden Gewichts und gewährleistet somit eine geringere physische Belastung des Soldaten.
Exoskelette sind Assistenzsysteme, welche auch vermehrt im militärischen Bereich Anwendung finden. Jene Systeme werden 
direkt am Körper von Einsatzkräften getragen und wirken damit mechanisch auf den menschlichen Körper ein. Dadurch soll gewährleistet werden, dass größere Lasten von den Einsatzkräften hantiert werden können, diese dabei aber einer geringeren physischen Belastung ausgesetzt sind. Die Person trägt im Zuge dessen lediglich das Eigen- bzw. ein Teilgewicht des Exoskeletts. Diese müssen daher so leicht und ergonomisch wie möglich gestaltet werden, dabei aber größten Belastungen standhalten. Carbon ist außerordentlich leicht, besitzt eine hohe Steifigkeit, wie auch Festigkeit und weist eine nahezu unbegrenzte Designfreiheit auf. Aufgrund dessen ist das Material ein perfekter Anwärter für strukturelle und lasttragende Elemente von Exoskeletten. Jene Elemente können bei Bedarf auch noch mit Weichschaum versehen oder ummantelt werden, um so den Komfort, wie auch die Haptik des Assistenzskeletts für die Einsatzkraft zu verbessern.
Der Erfolg einer Mission hängt Großteils von der Kommunikation ab. Die moderne Informationstechnik der Landstreitkräfte wird zunehmend digitalisiert. Demzufolge wird auch der Umfang des mobilen Equipments immer höher, was zugleich eine Zunahme des tragenden Gewichts mit sich bringt. Eine enorme Erleichterung in der Mobilität, sowie auch den richtigen Schutz bieten Racks, Gehäuse und Transportboxen aus Carbon. Durch Carbon lässt sich zusätzlich ein hohes Maß an Abschirmleistung über einen breiten Frequenzbereich realisieren. Die ultimative Kombination von Festigkeit, Gewicht und Abschirmschutz ist somit nur durch Lösungen aus Kohlefaserverbund möglich.
Bei der Fertigung unserer Prototypen und Kleinserien setzen wir auf folgende Materialien und Verfahren:
Materialien:
Verfahren:
Schnelle und unkomplizierte Ersatzteilversorgung wird durch neue technologische Verfahren und umfassendes Fachwissen problemlos ermöglicht. Die Instandsetzung von Baugruppen ist bei vielen Komponenten nicht nur schneller als ein Neukauf, sie ist vor allem ökonomischer. Die Hintsteiner Group unterstützt Sie dementsprechend weltweit mit technischen Serviceleistungen rund um Ihre Einsatzsysteme. Besitzen Sie lediglich alte technische Zeichnungen (Blaupausen) bzw. Unterlagen von Ihren Bauteilen so stellt es oft ein Problem diese neu zu beschaffen. Mit unserem 3D-Scanner ist es uns möglich die Dimensionen der Komponenten zu ermitteln, um diese in weitere Folge in hoher Qualität fertigen zu können. Dasselbe Thema findet sich auch in der Definition von Materialien und Materialbezeichnungen wieder, welche sich im Wandel der Zeit verändert haben. Durch neue Qualifizierungen und Materialforschungen besitzen wir einen Mil-Material Kataster, wodurch wir verschiedenste Kunststoffe und Legierungen eruieren können.
Hoher Salzgehalt, aggressive chemische Umgebungen und extreme klimatische Bedingungen machen herkömmlichen Materialien schwer zu schaffen.
Durch die vorherrschenden Einflüsse auf See oder in tropischen Gebieten stoßen metallische Werkstoffe somit an ihre Grenzen. Zudem wird der Aspekt der Gewichtsreduzierung immer größer. Neben CFK setzt man daher auch vermehrt auf GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff).
Trägerstrukturen, Aussichtsplattformen, Wassertanks, Sendemasten, Container, Behälter und Pontonbrücken sind nur einige Anwendungen, welche mit GFK realisiert werden. Durch das geringe Gewicht können jene Anwendungen relativ einfach auf- und abgebaut werden. Auch die Korrosionsbeständigkeit, die Schalldämmung sowie die thermische und chemische Beständigkeit von GFK bringen, in zuvor genannten Anwendungen, große Vorteile im Gegensatz zu Lösungen aus Metall.
Vorteile:
Auch Bauteile aus innovativen Faserverbundwerkstoffen, wie in etwa Carbon, welche ohnehin schon hervorragende Eigenschaften aufweisen, werden für spezifische Anwendungen zweckgerichtet oberflächenbehandelt. Dabei gibt es unterschiedlichste Ansätze, um anforderungs- und anwendungskonforme Oberflächeneigenschaften erzeugen zu können. Neben der herkömmlichen Lackierung, wie auch der Pulverbeschichtung setzen wir von der Hintsteiner Group dabei auf thermische Spritzverfahren.
Beim thermischen Spritzen werden Zusatzwerkstoffe, die sogenannten Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen und in einem Fördergasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert. Je nach Einsatzgebiet sind unterschiedliche funktionelle Anforderungen an die Werkstoffe gefragt. Beispiele für häufig, speziell im militärischen Bereich, geforderte Eigenschaften sind in etwa EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit), Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (Salzwasser, Nebel, Korrosion usw.), Verschleißschutz, thermische Beständigkeit, sowie auch Optik und Haptik.
Ob bei Marineschiffen oder Landfahrzeugen – EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) ist eine große Thematik. EMV steht für elektromagnetische Verträglichkeit und ist die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen (VDE 0870 -1). Die Leistungsfähigkeit von elektronischen Einrichtungen ist in den vergangenen Jahrzehnten stark angestiegen. Um Störungen an jenen Einrichtungen abzuwenden und EMV somit gewährleisten zu können, müssen elektrisch leitfähige Netzwerke geschaffen werden. Somit müssen für eine abschirmende Wirkung elektrisch leitfähige Materialien eingesetzt oder nicht bzw. nur bedingt leitbare Werkstoffe leitfähig gemacht werden. Wir beschäftigen uns bereits seit geraumer Zeit mit dieser Thematik und wenden zur Gewährleistung von EMV-Eigenschaften bei unseren Produkten unterschiedlichste Methoden an.
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