Kohlefaser und CFK

[corvette-gold]

Hallo. ein paar Anmerkungen.

Zitat von Der Frosch

Ich habe jetzt viel gelesen über dieses Carbon- Kohlefaser Dingsda. Bin Laie.
Jemand sagte das ganze Boing 737 aus Kohle- Carbom Material gebaut sind..

Nein beim Brot und Buttermodel 737 ist der Rumpf aus Alu, nach wie vor.Alu, ist sehr viel billiger in der Produktion.

Beim A380 hat man in manchen Bereichen der Hülle aus Glair ( Glasfaservertärktes Aluminium) gefertigt.
Beim A350 werden die Flügel zu 53% aus Kohlefaser gebaut. Ober Unterschale
Die wichtigen Spanten sind aber nach wie vor aus Aluminium oder Titan. Da belibt man aus Sicherheitsgründen konservativ.

Kohlefaser ist leicheter, Korosionsfest. Und Gewicht ist das, was in der Luftfahrt zählt, weil Gewicht heißt, im brauche Kradtstoff um Gewicht in der Luft zu halten.
Kohlefaser wird nicht nur dort Zukunft sein, er wird soch dort weiter verbreiten.

Höhenflosse oder Leitwerke oder Wingtips bestehen heute schon aus dem Materrial.
Eigentlich schon seit derm A300, eine Wabanstruktur in den 1980

Grüße Frank

[corvette-gold]

der Flugzeugrumpf hat natürlich verschiede Belastungen .
Die sind abe rnatürlich geringer als beim U Boot.
In 10 000 Meter Höhe sind 0,3 Bar Luftdruck.
Im Inneraum wird der Luftdruck auf 0,75 Bar gesenkt, um den Rumpf nicht all zu seher zu belasten, zu stressen.
Bei jedem Aufstieg wird der Rumpf aufgeblasen, durchläuft einen Zyklus.
Das führt bei Alu auf Dauer zu Rissen, weil irgendwann das Material diese Kräfte nicht mehr aufnehmen kann. (Matereialermüdung)

Also ist der Unterschied nur 0,5 Bar mehr innen als außen. Nicht 400 Bar in 4000 Meter Tiefe.

Bei Flugzeugen ist es daher Vorschriften.
Ein Beispiel:
Der D-Check (Second Heavy Maintenance Visit) alle 6 Jahre.
Das wird das Flugzeug zerlegt, in jede Luke geöffent nach Rissen geschaut.
Mittel Wirbelsctrom, Ultraschall. USW.
Die Hersteller wissen, wo die Kräfte ( z,B an den Flügeln) in den Rumpf reingehen.
Und dashalb auch genau die Orte, wo man sehr genau hinschauen muss.
Hier gibt es ein paar Basic Informationen
https://www.flugrevue.de/flugzeugbau/wartung-nach-plan-instandhaltungs-abc/

[corvette-gold]

Nun kommen wir zu Kohlefaser.
Auch das altert, der Kleber zwischen den Schichten kann sich im laufe der Zeit auflösen.
Der Fachbegriff ist delaminieren. Genau so wie beim GFK

Da gibt es spezille Verfahren (Wärme Unltaschall usw) um das zu kontrollieren.
Im Vorfeld hat es mit hier Lifetime Zyklen in Simulatoren ( Mechanischen Birds)
z.B Rostock am Windkanal) durchlebt. Und geschaut, ob das gehalten hat.

Da wird ein Flugzeug in ein Stahlgestell geschraubt, was mittels Hydraulikzylindern
immer weider verbogen wird, das Flugzeugleben simuliert.
Wir habe dort an kriischen Stellen Dehnungsmessstreifen aufgeklebt umd zu messen,
wie sehr das Material seine Festigkeit im Flugzeugalter verändert.
Und Wir haben sogar absichtlich Schlitze eingesägt, um zu sehen, wie schnell so ein Riss sich ausbreitet.
Aus diesen Erfahrungen werden Vorschriften für die Instandhaltung abgeleitet.

https://www.gantner-instruments.com/de/anwendungen/luft-raumfahrt/strukturtests/

Hier geht man kein Risiko ein, weil man nicht möchte, das so etwas ablöst oder bricht.

[Der Frosch]

Sorry für eine kleine Nachfrage.

Ich habe es so verstanden das diese Carbon Zylinder in einer
Boeing - Personenkabine- sehr gut funktionieren da der Innendruck grösser ist ais der Aussendruck.
Also auch das es ganze Boeing 737 aus diesem Material gibt.

Aber das diese Carbonfasern eher hochgehen wenn der Aussendruck grösser als der Innendruck macht doch das Material unbrauchbar für ein Tauchboot bis 3800 Tiefe.

[corvette-gold]

Und nun zurück zum U Boot.
Es wurden Titan Ringe gefertigt, welche das Gerüßt bildete.
Darüber wurde Kohlefaser gelegt.

1 Feher
Offensichtlich war die Matererialstärke zu gering für den enormen Druck.
Es wurde über ein maß hinaus belastet, so dass es Risse gab.
Falsche Dimensionierung.
Nach seinen Berechnungen hätte es halten sollen. die Berechnungen waren aber offensichtlich falsch, das wissen wir nun.

2 Fehler
Keine Tests.
Das Boot sollte auf 6000 Meger gehen können.
Dan lasse ich doch mal die Hülle auf 7000 Meter runter und schaue mal,
ob der Rumpf das aushällt. Wurde nicht durchgeführt.
Sogar Picard hat das so durchgeführt, bevor er auf 11 000 Meter Challange Deep abstieg. ein Test ohne Insassen.

3 Feher
Keine Rissprüfungen nach den Tauchgängen.
Es ging mehr als 10 x gut. Aber das Material hatte nun schon Vorschäden,
welche nicht erkannt wurden.

4 Warnungen Ignoriert
Übereinstimmend haben PAX nach den Tauchfahrten geschildert, dass es
Knackgeräuche gegeben hätte. der Eigentümer meinte dazu, das wäre bei allen
U Booten so. Nur bei Metall ist sind es andere Geräusche. Geräusche, welche es bei Kohlefaser nicht geben darf.
Das sind keine Spannungen im Metall, sondern Risse vereinzelterr Kohlefasen.
So etwas ist dann nicht mehr reparabel und auch nicht mehr belastbar.
Grüße Frank

[Der Frosch]

Aber wie kann man so fahrlässig sein.

[corvette-gold]

Zitat von Der Frosch

Sorry für eine kleine Nachfrage.

Ich habe es so verstanden das diese Carbon Zylinder in einer
Boeing - Personenkabine- sehr gut funktionieren da der Innendruck grösser ist ais der Aussendruck.
Also auch das es ganze Boeing 737 aus diesem Material gibt.

Aber das diese Carbonfasern eher hochgehen wenn der Aussendruck grösser als der Innendruck macht doch das Material unbrauchbar für ein Tauchboot bis 3800 Tiefe.

Mir ist keine 737 bekannt, die einen Kohlefaserrumpf hat.



" I’m sure what parts you want to know about. I remember reading about Boeing using graphite-epoxy composites for the stabilizers, I think. Maybe be more specific about individual parts. "

Anders ist das bei der 787 (Dreamliner)
Der 787 "Dreamliner" ist das erste Verkehrsflugzeug, das nicht überwiegend aus Metall, sondern aus Kohlefaser-Verbundbauteilen besteht.
Doch dieses Problem verdeckt ein anderes, möglicherweise ein gravierenderes: Den Umgang mit Kunststoffen in grossem Massstab bei Linienflugzeugen. Rund 50 Prozent des Dreamliners bestehen aus sogenanntem carbonfaserverstärktem Kunststoff, kurz CFK.
Unsichtbare Schäden
Aerodynamischer, leiser, leichter - das ist die Devise im Flugzeugbau. Wer ein Flugzeug mit tiefem Spritverbrauch betreibt, hat bei der Jagd auf Kunden die besseren Karten. Um das Gewicht zu reduzieren, setzten Flugzeughersteller wie Boeing und Airbus immer mehr CFK ein. Die Fluggesellschaften erhofften sich eine Gewichtsersparnis bis zu 30 Prozent.
Das hat seinen Preis.

Grüße Frank

[Der Frosch]

Ich habe verstanden das Kohlefaser nicht knacken sollte.
Aber wo blieb dann die Materialprüfung und warum Kohlefaser?

Ich verstehe das ein Rennmotorrad leicht sein muss wegen Kilo PS Verhältnis. Aber bei einem Tauchboot ist das doch egal.

Warum nicht komplett aus einem Werkstoff gebaut ?

[corvette-gold]

Zitat von Der Frosch

Aber das diese Carbonfasern eher hochgehen wenn der Aussendruck grösser als der Innendruck macht doch das Material unbrauchbar für ein Tauchboot bis 3800 Tiefe.

Man kann es nehmen, nur es hätte viel dicker und somit stabiler sein müssen.
War es aber nicht.
Und hätte man Rssprüfungen durchgeführt, wäre das Problem sicher vorher erkannt worden.
Grüße Frank

[Der Frosch]

Zitat von corvette-gold

Mir ist keine 737 bekannt, die einen Kohlefaserrumpf hat.



" I’m sure what parts you want to know about. I remember reading about Boeing using graphite-epoxy composites for the stabilizers, I think. Maybe be more specific about individual parts. "

Anders ist das bei der 787 (Dreamliner)
Der 787 "Dreamliner" ist das erste Verkehrsflugzeug, das nicht überwiegend aus Metall, sondern aus Kohlefaser-Verbundbauteilen besteht.
Doch dieses Problem verdeckt ein anderes, möglicherweise ein gravierenderes: Den Umgang mit Kunststoffen in grossem Massstab bei Linienflugzeugen. Rund 50 Prozent des Dreamliners bestehen aus sogenanntem carbonfaserverstärktem Kunststoff, kurz CFK.
Unsichtbare Schäden
Aerodynamischer, leiser, leichter - das ist die Devise im Flugzeugbau. Wer ein Flugzeug mit tiefem Spritverbrauch betreibt, hat bei der Jagd auf Kunden die besseren Karten. Um das Gewicht zu reduzieren, setzten Flugzeughersteller wie Boeing und Airbus immer mehr CFK ein. Die Fluggesellschaften erhofften sich eine Gewichtsersparnis bis zu 30 Prozent.
Das hat seinen Preis.

Grüße Frank

Ich meinte auch die Dreamliner.

[Der Frosch]

Zitat von corvette-gold

Man kann es nehmen, nur es hätte viel dicker und somit stabiler sein müssen.
War es aber nicht.
Und hätte man Rssprüfungen durchgeführt, wäre das Problem sicher vorher erkannt worden.
Grüße Frank

Ich habe auch gehört man kann dieses Material geradlinig auftragen -nicht gut- oder über Kreuz - besser und stabiler- stimmt das?

[corvette-gold]

Zitat von Der Frosch

Ich habe verstanden das Kohlefaser nicht knacken sollte.
Aber wo blieb dann die Materialprüfung und warum Kohlefaser?

Ich verstehe das ein Rennmotorrad leicht sein muss wegen Kilo PS Verhältnis. Aber bei einem Tauchboot ist das doch egal.

Warum nicht komplett aus einem Werkstoff gebaut ?

Es ist billiger.
Bei denn jetzigen Depp Dive U Booten aus Titan wird ein Tonnenschwerer Rohlig genommen, erwärmt und mittels Pressen in Form geschmiedet.
Eine Kugelform, weil sich hier die Last gleichmäig verteilt.
Das kostet viel viel Geld.

Da ist eine Kohlefaserhülle einfach günstiger.
Grüße Frank

[corvette-gold]

Zitat von Der Frosch

Ich habe auch gehört man kann dieses Material geradlinig auftragen -nicht gut- oder über Kreuz - besser und stabiler- stimmt das?

Im Flugzeugbau nimmt man das von der Rolle, über Kreutz, zumindest 45 Grad.
Schaue mal das Video da sihet du das legen. Das muss hochpräziese sein, sonnst erfüllt es dei Belastungen nicht und Vorgaben nicht.

https://youtu.be/aGBlv_kbD4U

[Der Frosch]

Ich bin absolut technischer Laie aber ich kann mir nicht vorstellen das dieses Kohlenfaser Getöse billiger ist als Stahl.
- keine Kugelform zur Verteilung der Druckes- Schwachstellen- Verbindung mit Carbon und Titan...
Dazu noch die Form- alles missachtet was zu mißachten ist. Wird schon gutgehen.

[corvette-gold]

mechanischen Bird
Jedes Sereinflugzeug durchläuft diese Stadium. Auch z.B ein A400 M in der Entwicklung.
Wenn erst in der Serie eine Strukurschwäche so etwas im normalen Betrieb extrem teuer. Das muss im Vorfeld aussortiert werden.
So etwas könnte auch heute ein Unternehmen wie z.B Airbus an den Rand der Pleite bringen.

https://youtu.be/B74_w3Ar9nI

[Der Frosch]

Danke für diesen Bericht.

[corvette-gold]

Zitat von Der Frosch

Ich bin absolut technischer Laie aber ich kann mir nicht vorstellen das dieses Kohlenfaser Getöse billiger ist als Stahl.
- keine Kugelform zur Verteilung der Druckes- Schwachstellen- Verbindung mit Carbon und Titan...
Dazu noch die Form- alles missachtet was zu mißachten ist. Wird schon gutgehen.

Es ist nicht billiger als Stahl, es ist teurer.

Mal ein ein paar Schritte zurück.
Anfangs , nach der Holz Zeit, baute man Flugzeuge aus Stahl.
Ganzmetallflugzeuge.

Dann ersetzt man Stahl durch Aluminium. Spezielle Legierungen, welche elastisch sind und nicht so schnell reißen.
Thema Hugo Junkres .
Selbst wenn ich das Alu dicker machen muss als Stahl, ist es bei gleichere Festigkeit Alu immer noch leichter als Stahl.

Nun endet die Alu Zeit im Flugzeugbau.
Man geht noch auf Sicherheit, die Flügelinnenstrucktur ist noch aus Aluminium. Außen hat man Kohlefaser auf dem Flügel.

Aber klar ist, und das weis man aus der Formel 1 , Kohlefaser ist nochmal
40% leichter als Alu bei gleichere Festigkeit.
Und man muss und will Gewicht sparen, will man den Verbrauch weiter senken.
Darum wird Kohlefaser mehr und mehr im Flugzeugbau Einzug halen.
Gräße Frank

[Der Frosch]

Zitat von corvette-gold

Im Flugzeugbau nimmt man das von der Rolle, über Kreutz, zumindest 45 Grad.
Schaue mal das Video da sihet du das legen. Das muss hochpräziese sein, sonnst erfüllt es dei Belastungen nicht und Vorgaben nicht.

https://youtu.be/aGBlv_kbD4U

Genau das meinte ich

[Der Frosch]

Titan Zylinder war aber nicht über Kreuz oder zumindest in Wellen. Herstellung war nur gerade. Führt zu Bruch.

[Der Frosch]

Zitat von corvette-gold

Es ist nicht billiger als Stahl, es ist teurer.

Mal ein ein paar Schritte zurück.
Anfangs , nach der Holz Zeit, baute man Flugzeuge aus Stahl.
Ganzmetallflugzeuge.

Dann ersetzt man Stahl durch Aluminium. Spezielle Legierungen, welche elastisch sind und nicht so schnell reißen.
Thema Hugo Junkres .
Selbst wenn ich das Alu dicker machen muss als Stahl, ist es bei gleichere Festigkeit, ist Alu immer noch leichter als Stahl.

Nun endet die Alu Zeit im Flugzeugbau.
Man geht noch auf Sicherheit, die Flügelinnenstrucktur ist noch aus Aluminium. Außen hat man Kohlefaser auf dem Flügel.

Aber klar ist, und das weis man aus der Formel 1 , Kohlefaser ist nochmal
40%l eichter als Alu bei gleichere Festigkeit.
Und man muss und will Gewicht sparen, will man den Verbrauch weiter senken.
Gräße Frank

Ja aber was wenn Kohlefaser in der Zylinderform nur den Druck von innen nach aussen hält wie beim Flieger ?

Und nicht von aussen nach innen so das etwas implodiert ?

[corvette-gold]

Und klar, man teste im Flugzeugbau weit über die berchneten Limits. Bis es bricht.

Hier Flügelbruch B 777. Zu einer Zeit, wo man das noch reell simulierte und nicht, wie heute, nur noch berechent.

https://youtu.be/Ai2HmvAXcU0


Aber egal was man berechet und entwickelt
In der Paxis kann es immer wieder anders verhalten.
Hier ging bei den Zulassungstest für die Bremse fast ein A340 600 verlohren.
Eigentlich nur ein Startabbruch bei V1 nur mit der Bremse, ohne Gegenschub.
Für den fall., das alle 4 Treibwerke gleichzeitig ausfallen

Achtet mal auf die Panik in den Stimmen der Piloten am Ende.
Und die waren noch nicht mal in der Luft... Ab Minute 5 wird es für die Feuerwehrleute am Boden lebensgefährlich.

Grüße Frank
https://www.youtube.com/watch?v=irTizOVM-3U

[Der Frosch]

Zitat von corvette-gold

Es ist billiger.
Bei denn jetzigen Depp Dive U Booten aus Titan wird ein Tonnenschwerer Rohlig genommen, erwärmt und mittels Pressen in Form geschmiedet.
Eine Kugelform, weil sich hier die Last gleichmäig verteilt.
Das kostet viel viel Geld.

Da ist eine Kohlefaserhülle einfach günstiger.
Grüße Frank

Kohlefaser kann doch nicht billiger sein als Stahl. ich habe heute gehört von einem der sich ein U Boot aus 2 alten Oeltanks gebaut hat.

[Fraenkie]

Kohlefaser ist natürlich einer der teuerst möglichen Werkstoffe.

Sonst würden die Autobauer ja net Stahlkarossen bauen

Die Fasern werden net nur längs / quer / 45° angeordnet sondern im Besten Fall so, dass sie in Lastrichtung liegen.
(Bei Segeln schön zu sehen, hat man aber schon bei "normalem" Stoff immer schon so einigermassen versucht hin zu kriegen. Kette / Schuss)

Meine Diplomarbeit 1984 war über Faserverstärkte Kunststoffe. Crashverhalten..... -lang ist´s her-

Hier ein "schönes" Video was ein CFK Monocoque aushalten kann (Kubicka/ Kanada / eigentlich unverletzt am Ende),

https://www.formula1.com/en/latest/v...941588001.html

Wohingegen ein Senna gestorben ist, weil seine CFK Lenkwelle gebrochen ist im ganz normalen Betrieb und er eben nimmer lenken konnte.

Das Problem ist, dass man bei Stahl und Alu eben schon viel Tests, Theorien, Berechnungsmethoden und (bittere) Erfahrungen hat auch zur Dauerfestigkeit unter wechselnden Lasten (Wöhlerkurve zum Beispiel), die man bei Faserverstärkten Kunsststoffen evtl. noch nicht so hat. (Vom Prüfen evtl. auch nicht. Risse und "Ungänzen" sind bei Metall leichter zu erkennen??).



Die vierstrahlige britische de Havilland DH.106 Comet war das erste in Serie gebaute Strahlverkehrsflugzeug der Welt.
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In den Jahren 1953 und 1954 kam es bei der Comet 1 zu einer Serie von Unfällen, bei der die Flugzeuge in der Luft zerbrachen.
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Erst nach einer äußerst aufwändigen Untersuchung mit einer vollständigen Rumpfstruktur in einem Tauchbecken, in welchem die Zyklen der Druckkabine nachgeahmt wurden,[3] wurde die Ursache gefunden: Das Ausdehnen und Zusammenziehen der Druckkabine beim Aufstieg und Abstieg der Maschine führte zu stark erhöhter Materialermüdung im Bereich der Antenne des Radiokompasses.[10] Nach einer bestimmten Anzahl von Flugzyklen bildeten sich aufgrund der wiederholten Spannungsspitzen Haarrisse (siehe Wöhlerkurve). Dies führte schließlich zu einem plötzlichen Versagen der Struktur, einem damit einhergehenden explosionsartigen Druckverlust und somit zum Totalverlust der Flugzeuge.

https://de.wikipedia.org/wiki/De_Havilland_DH.106_Comet

[höchste eisenbahn]

Zitat von Der Frosch

Kohlefaser kann doch nicht billiger sein als Stahl. ich habe heute gehört von einem der sich ein U Boot aus 2 alten Oeltanks gebaut hat.

Frank (corvette-gold) schrieb von Titan als Material für die Tiefseetauchboote, nicht von Stahl.

mal 2 Beispiele für die Dinger:

https://de.wikipedia.org/wiki/Nautile
https://de.wikipedia.org/wiki/Alvin_(DSV-2)

[Metalfriese]

Zitat von Der Frosch

Ja aber was wenn Kohlefaser in der Zylinderform nur den Druck von innen nach aussen hält wie beim Flieger ?

Und nicht von aussen nach innen so das etwas implodiert ?

Ganz einfach- bei Überdruck innen wird das Material auf Zug belastet, da ist Kohlefaser unschlagbar .
Überdruck aussen belastet das Konstrukt auf Druck, und da bist mit dem Material schlechter beraten.
Es ist zwar teurer, aber leichter zu verarbeiten. Grob gesagt, kannst dir so ein U Boot in der Garage laminieren- ne Kugel aus Titan schmieden wird da schon schwieriger
Schau dir Bauteile aus Kohle oder Glasfaser an- alles so konstruiert, das die Belastung auf Zug geht. Drückst du, bricht das Harz und die Fasern knicken