Regeln für die Bauteilgestaltung mit CFK

- Fasern in Richtung der angreifenden Lasten
- Möglichst symmetrischer Lagenaufbau

- großflächige Krafteinleitung

FVW - Faserverbundwerkstoff, besteht aus (Harz)-Matrix und Verstärkungsfasern
GFK  - Glasfaserverstärkter Kunststoff
CFK  - Carbonfaserverstärkter Kunststoff (Kohlefaserkunststoff)
SFK  - Synthesefaserverstärkter Kunststoff (Aramid)
Matrix - Einbettungsmaterial für Verstärkungsfasern (meist Duroplaste, z.B. Epoxydharz).
Funktion der Matrix:
- formt das Bauteil
- leitet und überträgt auftretende Kräfte auf die Fasern
- schützt die Fasern
Laminat - (von lat. lamina = die Schicht)
Ein Laminat ist ein flächiges Produkt, das aus einem Verbund von Harz und Faser besteht, unabhängig von seiner Form und dem Fertigungszustand (feuchtes Laminat, ausgehärtetes Laminat).
unidirektional - Bedeuted "nur in eine Richtung".
Die Verstärkungsfasern verlaufen nur in eine Richtung.
bidirektional - Hier verlaufen die Fasern in zwei Richtungen, meist im Winkel von 0°/90°.
multidirektional - Faserverlauf in min. 3 Richtungen, meist 0°/90° und ± 45°
Anisotropie - Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften in verschiedene Richtungen,
bei FVW abhängig vom Faserverlauf (in Faserrichtung hohe Festigkeiten, quer dazu geringe).
Isotrope - Werkstoffe sind z.B. Metalle mit gleichen Eigenschaften in jede Richtung.


Quelle: http://www.swiss-composite.ch/pdf/i-FVW-Einfuehrung.pdf

Verbundwerkstoffe

Ein Verbundwerkstoff besteht aus mindestens zwei Materialien (nicht unbedingt Konstruktionsmaterialien), deren Eigenschaften zu einem Werkstoff mit hoher Festigkeit und Steifigkeit vereint sind. Im Bauwesen bedient man sich dieses Verfahrens seit Jahrtausenden. So wurden bereits Steinzeithütten aus Lehm und Stroh gebaut. Ein modernes Beispiel ist der Stahlbetonbau, bei dem die Armierung die Zugkräfte und der Beton die Druckkräfte aufnimmt.

Als moderne Verbundwerkstoffe haben sich vor allem faserverstärkte Kunststoffe bewährt. Dabei unterscheidet man mit kurzen und mit langen (kontinuierlichen) Fasern verstärkte Kunststoffe. Kurzfasrige Verstärkungen kommen vor allem beim Spritzguss bzw. Strangpressen von Kunststoffbauteilen zum Einsatz. Mit langen Fasern verstärkt man große Kunststoffelemente im Schiff-, Behälter- oder Flugzeugbau, bei WKA-Rotorblättern etc. Die Fasern nehmen Zug- und Druckbelastungen, der Kunststoff, die Matrix, Schubspannungen auf.

Kohlefaser im Vergleich zu einem menschlichen Haar 

Cfaser haarrp.jpg

Ein wesentlicher Vorteil von Verbundwerkstoffen ist die Gewichtsersparnis - beispielsweise gegenüber Stahl oder Aluminium. Zum einen sind die Ausgangsmaterialien leicht und mit spezifischen Eigenschaften versehen. Zum anderen lassen sich Verbundwerkstoffe von Anfang an auf den jeweiligen Anwendungszweck optimieren, also durch entsprechende Wahl von Materialkombination und Faseranordnung für bestimmte Belastungsarten konstruieren.

Darüber hinaus zeichnen sich faserverstärkte Kunststoffe gegenüber traditionellen Werkstoffen durch weitere Vorzüge aus - u.a. hohe Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit sowie elektrische und thermische Isolation. In so gut wie allen Branchen sind Verbundwerkstoffe auf dem Vormarsch. In den letzten Jahrzehnten haben sich ihre Vorzüge und hohe Haltbarkeit zunehmend bewährt und herumgesprochen. Gleichzeitig wurden sie durch vermehrte Forschung und Produktentwicklung ständig verbessert, so dass sie heute mit reduzierten und somit realistischeren Sicherheitsfaktoren noch gezielter eingesetzt werden können.


Quelle: http://www.fiberline.de/komposit/kompositter/verbundwerkstoffe

Nach dem ersten Treffen mit unseren Betreuern, wollten wir unser Blattform noch einmal umwandeln und verbessern. Nach einigen Überlegungen und zahlreichen Vorschlägen, sind wir nun auf diese Organische Form gekommen,was zwar auf dem ersten Blick nichts mehr mit einem Blatt zu tuen hat,aber uns war klar,das wir die Form eines Blattes nicht 1 zu 1 übernehmen können, wenn wir eine tragbare Brücke entwickeln möchten.

der bisherige Verlauf

eine neue Idee entwickelt sich

2.Entwurf für Augsburg

04.09.2011

Wir alle drei waren mit unserem 1.Entwurf nicht ganz zufrieden, zu schlicht, zu normal, zu einfach, schien er uns.

Daraufhin setzten wir uns ein weiteres mal zusammen und nah
men nicht Papier und Bleistift zur Hand, sondern probierten uns mit Modelliermasse.

Wir kneteten etwas herum, bis wir auf eine sehr interessante Lösung stießen. Die gekrümmte 8, sollte unsere Grundstruktur ergeben. Wir sehen darin einige Vorteile, wie z.B. keine scharfen Kanten, ein Rohr was relativ viele Druckkräfte aufnehmen kann.

Unsere Grundkonstruktion erinnert an ein stark gewundenes Seil oder Tau, wie man es mit deren an Anlegestellen oder Häfen in Verbindung bringt. Nun hatten wir ein Konzept, eine Idee!

Wir blieben beim Thema Seil, und nutzten auch dies bei den mit Zug beanspruchten Teilen, so soll die Unterkonstruktion der Fahrbahn, als auch der Mittelsteg der Brücke in Seiloptik entstehen.

Die Fahrbahn selbst soll nach jetzigen stand nur wenig bis keine Kräfte aufnehmen.

06.11.2011

Wir kauften einige Materialien im Baumarkt und versuchten uns nun an der Realisierung in einem größeren Maßstab.

Die geformte 8, stellten wir schnell fest ist der Knackpunkt unseres Models, hierzu verwendeten wir einen relativ steifen Gartenschlau, bei dem es jedoch kaum möglich war eine vernünftige Konstruktion hinzubekommen, da sich dieser immer wieder komisch verdrehte. Die Zugbänder realisierten wir mit einfachen Stricken.

Ein erster kleiner Belastungstest, war doch sehr positiv, wir erkannten jedoch auch die Schwachstellen. So ist die Gefahr, wenn die Brücke zu flach wird, dass sie oben in der Mitte einfach eingenickt. Ist sie jedoch zu Steil, weichen die beiden Krümmungen zur Seite aus.

Nun suchten wir einen geeigneten Werkstoff um unser Traggerüst zu realisieren. Dieses Material muss sowohl hohe Druckkräfte aufnehmen können und zum anderen noch sehr leicht sein.

Unsere erste Idee, die gebogene 8, im 1:1 Model zu realisieren war die mit einem hohlen Aluminiumrohr. Dies wird zum einen schwierig, da die Gewichtsbegrenzung von 1,2kg so nur schwer einzuhalten ist und zum anderen ist die Herstellung ein kritischer Faktor, da das Rohr beim Kaltverformen schnell eingenickt und so unbrauchbar wird.

Weitere Punkte sind die Anschlussdetails, am Kopf, am Fuß, sowie im mittleren Teil der Brücke.

Diese haben wir kurz mit ein paar Skizzen Dokumentiert.