Weshalb werden sicherheitskritische Bauteile aus Karbon gefertigt (z.B. Formel 1)?
CFK-Bauteile haben eine hohe Energieabsorption und können deswegen gut in “Crunch Zones” verwendet werden um bei einem Unfall Energie abzubauen.
Desweiteren wird CFK auf Grund seiner hohen (spezifischen) Festigkeit auch in der “survival cell” von F1 Autos verwendet welche der letzte Schutz für den Fahrer sind undsich nicht verformen darf.
Nennen Sie jeweils 3 Vor- und Nachteile für die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen im Sports Engineering!
Was sind die 4 häufigsten CFK Verarbeitungsverfahren? Welche kann man z.B beim Skibau verwenden?
Für Ski:
Vakuum (eigentlich nur für Eigenbau) oder Pneumatisches Pressen (in Serie)
Ansonsten
Nennen Sie 3 gängige Fasern (synthetisch o. natur), welche in Faserverbundwerkstoffen im Sports Engineering verwendet werden.
Mit welchen gängigen Matrixpolymere werden diese Fasern kombiniert? Geben Sie ferner an, um was für ein Polymer (Thermoplast, Duromer, Elastomer) es sich handelt!
Fasern:
Kohlenstofffaser, Glasfaser, Flachs
Matrixpolymer:
Polyesterharze und Epoxidharze (beides Duroplaste)
Was versteht man unter dem Poltrusionsprozess?
Herstellung von stangenförmigen (Massiv- oder Hohl-) Bauteilen aus CFK/GFK durch (paralleles) strangenziehen der Fasern durch ein Harzbad und anschließendes Aushärten im Öfen.
Die Fasern werden mit einer Raupe von Rovingspulen abgewickelt und die Anzahl der Rovings bestimmt den späteren Faservolumengehalt
Nennen Sie einen Prozess zur automatisierten CFK-Fertigung.
TFP (tailored fibre placement)
Braiding
Poltrusion
Autoklav?
Faser-Harz Spritz?
Welche Vorteile/Möglichkeiten ergeben sich durch die Anwendung von automatisierten Legeverfahren wie dem Tailored Fiber Placement (TFP) oder Automated Fiber Placement (AFP)?
Nennen Sie jeweils zwei Vor- und Nachteile des "Braidings".
Was für Vorteile können hybride Braids haben?
Braiding-Fasern nur zum fixieren der tragenden 0° Fasern
Möglichkeit:
-> billigere Glasfasern als Braiding-Fasern zu benutzen
-> Fertigen von Bauteil mit variabler Steifigkeit
Was für Arten von Kernen gibt es für Braidings? Nennen sie je ein Beispiel zu jeder Art
Was für ein Vorteil kann ein aufblasbarer Kern im Vergleich zu den anderen (klassischen) Kernen haben?
Weshalb ist Non Distructive Inspection (NDI)" v.a bei CFK-Bauteilen von Bedeutung?
Welche Verfahren lassen sich der "Non Distructive Inspection (NDI)" zuordnen?
Röntgen
Ultraschall
Thermographie
Zu welchen gängigen Schadensbildern kann es bei der Verwendung von Faserverbundwerkstoffen im Sports Engineering kommen? Wie können diese (zerstörungfrei) detektiert werden?
Faserbrüche: Detektion durch Thermographie
Delamination: Detektion durch Ultraschall
Welche Eigenschaft von Kohlefasern macht man sich bei der Thermographie zu eigen?
Hohe Wärmeleitfähigkeit von Kohlefasern (v.a im Vergleich zum Harz)
-> Wärme-Licht Kreuzkorrelation um Veränderungen im Verbund sichtbar zu machen
Nennen sie 4 Randbedingungen für die Auslegung und Produktion eines Skis
Skizzieren sie den klassischen Aufbau eines modernen Skis
Sie haben eine Ski-Manufaktur eröffnet, wo der Kunde seine Ski komplett frei designen kann. Sogar die im Ski verwendeten Materialien lassen sich nach Wunsch anpassen. Sie bekommen folgende drei Kundenanfragen:
Kunde 1 will einen preiswerten Allroundski. Er legt keinen besonders großen Wert auf Leichtbau oder Ökologie, Hauptsache es ist günstig.
Kunde 2 will einen Tourenski, der eine möglichst hohe Festigkeit und Steifigkeit besitzt und dabei auch noch möglichst leicht ist. Der Preis und ökologische Aspekte spielen keine Rolle.
Kunde 3 will einen Abfahrtski, der so nachhaltig wie möglich gefertigt ist. Der Ski darf gerne etwas teurer und schwerer sein, wenn dafür etwas Gutes für die Umwelt getan wurde.
Welche Materialien würden Sie für die drei Kundenanfragen jeweils im Kern und in den Gurten des Skis verwenden? Begründen Sie!
Kunde 1:
Kern: Esche oder Pappel
(Zug/Druck) Gurte: Glasfaserlaminat
Weil das die billigsten Materialien sind
Kunde 2:
Kern: Paulowina
Gurt: Carbon (evtl. Titanal in Tip & Tail zur verbesserung der Bruchdehnung)
Beides besonders leicht, fest und steif
Kunde 3:
Kern: Esche oder Paulowina (eher Esche weil lokaler Baum und recht hart?)
Gurt: Flachs
Esche hart und vor allem zur Befestigung der Bindung wichtig
Nenne je 3 Vor- und Nachteile von Holz im Ski
Welche Vorteile kann das Integrieren von Gummischichten in CFK bringen? Wodurch kommen diese Vorteile?
Durch die Gummischicht (Kraibon):
Einzelne Schichten im Laminat könne relativ unabhängig voneinander Lasten aufnehmen
Dämpfung des Verbunds wid erhöht
Dadurch:
Impacttoleranz steigt ums bis zu 3 fache (5 fache laut Hersteller)
Schwingungsdauer wird deutlich reduziert
Was für Schritte durchläuft man bei der Entwicklung und Bewertung eines CFK MTB-Lenkers?
Gehen sie besinders auf die Entwicklungsziele und das Anforderungsprofil des Lenkers ein
Entwicklungsziel:
geringes Gewicht, hohe Flexibilität
Anforderungsprofil:
Belastungsanforderungen sind sowohl statisch (max ertragbare statische Last) als auch dynamisch (Verschiedene Lastwechselzahlen für unterschiedliche Belastungssituationen)
Bei Auslegung und Dimensionierung:
Erst bestimmen von Biege- und Torsionsmomenten
Dann bestimmen der minimalen Lagenanzahl und des Lagenaufbaus
Worauf sollte man bei der Nutzung eines MTB-Lernkers aus CFK besonders achten?
Man muss beim Einspannen des Lenkers besonders Vorsichtig sein und darf nicht zu fest Vorspannen.
Ansonten kann es durch die Überlagerung von Druck und Schubspannungen zu Schubknicken kommen
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