Teilefertigung aus Sichtcarbon

Einleitung
Der Weg zu einem perfekten Sichtcarbon Bauteil ist oft ein langer und beschwerlicher. Viele Arbeitssschritte sind von aussen betrachtet nicht sichtbar. In der Kleinserienfertigung sprechen wir zudem (fast) ausschliesslich von Handarbeit. Um dem Aussenstehenden einen kleinen Einblick in den Entstehungsprozess eines scheinbar “einfachen” Sicht-Carbon Bauteils zu geben, zeigen wir nachfolgend die Entstehung dieses Bauteils auf!

Das Bauteil
Das Bauteil ist eine Flügelendplatte für unseren Daytona Heckflügel. Die Endplatte wird mit einer beidseitigen Sichtcarbon Oberfläche in Sandwichbauweise hergestellt. Da die Endplatte an zwei Punkten mit dem Heckflügel verschraubt wird, müssen stabile Inserts in das Teil eigebracht werden, da sich sonst beim verschrauben das Sandwichmaterial einkerben würde.

Die Form
Die Form besteht aus zwei Hälften und ist für das mechanische Pressen in einer sehr massiven Bauweise hergestellt wurden.

Die Fertigung
Das Bauteil wird in einem Arbeitsschritt in der zweiteiligen Form mechanisch gepresst. Der Aufbau des Laminates gleicht in den Grundzügen einem Standartlamenierprozess.

Schritt 1: Die Vorbereitung der Form

An erster Stelle wird die Form mit einem geeigneten Trennmittel vorbereitet. In unseren Fall wird die Form erst gleichmässig mit einem Trennwachs benetzt und nach einer kurzen Ablüftzeit auf Hochglanz auspoliert. Anschliessend wird die gesamte Form zusätzlich mit einem Folietrennmittel (PVA) überzogen, um ein einfaches und problemloses Entformen zu gewährleisten.

Merke: Um so gewissenhafter die Vorbereitung, um so besser das Produkt. Fehler in der Oberfläche zeichnen sich im Composit-Bauteil ab. An dieser Stelle lieber etwas mehr Zeit einplanen und gewissenhaft arbeiten.
Verbrauchte Zeit: ca.15 Minuten

Schritt 2: Der Gewebezuschnitt

In unsrem Fall ist für das Bauteil bereits ein Handbuch mit den genauen Abmessungen und Eigenschaften der zu verwendenden Materialien angelegt worden. Nachfolgend stellen wir Ihnen den Lagenaufbau im einzelnen vor:
1. Lage 1: Sichtlage CFK 285g Köper 4/4
2. CFK Roving für die Randverstärkung
3. Lage 2&3: CFK 200g Leinwand
Da die meisten Carbongewebe relativ schwer passgenau und ohne auszufransen zugeschnitten werden können, verwenden wir in diesem Fall spezielles Gewebe das zusätzlich mit einer Lage 105g Glasfaser mit FK144 Finish schiebeverfestigt wurde. Durch diese Schiebeverfestigung können wir die Kontur der Flügelendplatte mit einem Bleistift und einer Schablone gut sichtbar auf das Gewebe übertragen. Das Gewebe lässt sich jetzt ohne auszufransen exakt zuschneiden. Der Zuschnitt wird für jede Formseite vorgenommen.

Merke: Ist kein Handbuch vorhanden muss das Bauteil ausgemessen werden und und mit einer Zugabe von 10-15% zugeschnitten werden. Lieber ein bisschen grosszügiger Zuschneiden als im Fertigungsprozess festzustellen das an einer Ecke ein Stück fehlt.
Verbrauchte Zeit: ca.20 Minuten

Schritt 3: Das Sandwichmaterial

Wir verwenden für die Flügelendplatte einen 6mm dicken Hochleistungsschaum mit einer hohen Druckfestigkeit. Der Schaum wird nach Schablone mit einem scharfen Messer ausgeschnitten. Es werden zusätzlich Aussparungen für die Inserts ausgeschnitten in die später Inserts aus CFK eingesetzt werden. Der Schaum wird anschliessend mit Schleifpapier an den Ecken abgerundet und gelocht. Durch das zusätzliche Lochen, wird ein Verbund zwischen den Composit Lagen sichergestellt.

Merke: Grundsätzlich kann fast jedes Material als Sandwichlage dienen. Es muss nur sichergestellt werden das das verwendete Material der Anforderung an der Bauteil hinsichtlich Festigkeit genügt. In jedem Fall ist die Verträglichkeit des Material mit dem verwendetem Harz zu prüfen. Die Materialien sollten nicht zu offenporig sein oder Flüssigkeiten stark aufsaugen. Was nützt ein leichtes Sandwichmaterial wenn es sich mit nur so mit Harz vollsaugt und so negativ auf die Gewichtsbilanz drückt.
Verbrauchte Zeit: ca.15 Minuten

Schritt 4: Die Inserts

Als Insert oder auch Hartpunkt verwenden wir in diesem Fall eine 6mm dicke CFK Platte aus dem die Teile ausgeschnitten werden. Die ausgeschnittenen Teile werden an den Kanten verschliffen und anschliessend mit einem geeigneten Lösemittel entfettet.

Merke: Hartpunkte können aus jedem druckfesten Material wie z.B.: Holz gefertigt werden. Der Verbund zu Faserverbundwerkstoffen ist vorher zu prüfen und die Materialien sind entsprechend vorzubereiten.
Verbrauchte Zeit: ca.10 Minuten

Schritt 5: Die Vorbereitung der Produktion

An erster Stelle wird der Arbeitsplatz mit einer Folie ausgelegt. Für unser Bauteil benötigen wir weiterhin eine kleine Schaumrolle mit Handstück, Rührbecher für das Harz, einen Spritzbeutel, Handschuhe, sowie Harz & Härter. Alle benötigten Materialien sind möglichst in der nähe des Arbeitsplatzes zu plazieren.

Merke: Es macht keinen Spass in der Produktion nach vergessenen Arbeitsutensilien zu suchen. Vor dem Umgang mit Harz & Härter sind unbedingt die Sicherheitinformationen der Berufsgenossenschaft Chemie zu lesen und für den richtigen Arbeitsschutz zu sorgen.
Verbrauchte Zeit: ca.5 Minuten

Schritt 6: Die Produktion

An erster Stelle wird ein dünner und gleichmässiger Film Harz auf die Form aufgebracht. Auf den Harzfilm wird das zugeschnittene Stück Carbon aufgelegt. Das Gewebe wird vorsichtig von der Mitte nach aussen mit dem Roller angedrückt. Nachdem die komplette Matte angedrückt und leicht durchtränkt ist wird Harz auf die Oberfläche verteilt und die Matte gleichmässig durchtränkt. Durch die Lage Glasgewebe auf der Karbon Oberfläche können wir den Tränkungsgrad sehr gut ablesen. Erst wenn das Glasgewebe komplett transparent ist, ist genügend Harz aufgebracht. Das Gewebe wird durch gleichmässiges Rollen unter leichtem Druck entlüftet. Wir lassen die erste Lage je nach Tropfzeit des Harzes angelieren. Erst wenn das Harz klebrig (tacky) wird fahren wir mit der Produktion fort.

Als erstes wird wieder Harz auf die angelierte Harzschicht aufgebracht. Der Kohlefaser Roving wird mit Harz getränkt und an den Rand des Bauteils plaziert. Es ist darauf zu achten das der Roving exakt in Position liegt und beim anschliessenden Lagenaufbau nicht verrutscht. Als nächste Lage wird ein Zuschnitt 200g Leinwand aufgelegt und durchtränkt.

Um den Rand des Bauteils wird ein Gemisch aus Kohlefaser und Harz mittels eines Spritzbeutels aufgetragen. Die Harz-Raupe sollte sehr gleichmässig sein und nicht über das Bauteil hinausgehen oder zu stark hineinragen. Über die Raupe wird der zweite Zuschnitt 200g Leinwand aufgelegt und mit Harz durchtränkt. Es wird noch einmal eine Raupe Kohlefaser Harz Gemisch um den Formenrand gespritzt. In diese Raupe wird das Sandwichmaterial mit den eingepassten Inserts gedrückt.

Anschliessend wird die zweite Formenhälfte, die bis auf die abschliessende Kohlefaser Harz Gemisch Raupe identisch aufgebaut wurde, auf die untere Formenhälfte gelegt und mit vier Schraubzwingen verpresst.

Wir lassen das Bauteil so lange auf der Folie ruhen, bis alles überschüssige Harz aus der Form gepresst wurde. Die Form wandert anschliessend für den Härteprozess unter Temperatur in die Temperkammer.

Merke: Bei dem Umgang mit Epoxid Harz Systemen ist unbedingt auf das exakte Mischungsverhältnis der Komponenten zu achten. Abweichungen von über 1% sind nicht akzeptabel und führen zu Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Bauteils. Des weiteren sollte man nur kleine Mengen Harz anrühren um ein aufkochen nach Überschreitung der Tropfzeit zu vermeiden.
Verbrauchte Zeit: ca.40 Minuten

Schritt 7: Enformung und Nachbearbeitung

Nach vollständiger Härtung und Temperung (Sieh Datenblatt des jeweiligen Harzherstellers) kann das Bauteil entformt werden. Beim Entformen zeigt sich ob man bei der Vorbereitung gut oder nachlässig gearbeitet hat. Nachdem das Bauteil vorsichtig aus der Form entnommen wurde, werden die überstehenden Harzreste am Bauteil mit einer Zange mechanisch entfernt. Anschliessend wird mit einem geeigneten Schleifwerkzeug der Rand des Bauteils besäumt. Mit Schleifpapier verschiedener Körnung werden die Ränder bearbeitet und immer feiner geschliffen. Abschliessend wird der Rand des Bauteils mit diversen Polituren auf Hochglanz gebracht. Jetzt zeigt sich unsere schöne Sicht-Carbon Kante. Nach Anbringen der Bohrlöcher wird das Bauteil mit Wasser gewaschen und so Trennmittel- und Politurreste entfernt. Jetzt kann das Bauteil final begutachtet werden.

Merke: Die Nachbearbeitung eines CFK Bauteils ist eine staubige Angelegenheit. Oft wird ein schönes Bauteil bei der Nacharbeit zerstört, weil zu grob gearbeitet wird und z.B.: Der Bohrer abrutscht oder beim Zuschnitt zu viel abgetrennt wird! Die Nachbearbeitung kann je nach Bauteil so lange wie die Herstellung dauern. Ein wichtigen Hinweis für die Benutzung von Elektrogeräten. Kohlefaser leitet Strom! Der Staub hat schon so manchen Dremel den gar ausgemacht!

Verbrauchte Zeit: ca.30 Minuten

Resümee

Auch ein Augenscheinlich sehr einfaches Bauteil, kann in der Produktion sehr aufwendig sein. Lohn der 2 1/4 stündigen Arbeit ist ein leichtes, biegefestes Bauteil mit einer schönen Sicht Carbon Optik bis in die letzte Kante! Natürlich darf man bei der Kalkulation nicht vergessen das nicht jedes Bauteil optimal gelingt, eine geeignete Form vorhanden sein muss und das Material hinzugerechnet werden muss... Da kann sich jeder an einer Hand ausrechnen, das wir bei einem Preis von ca. € 180,- für zwei Endplatten keine Reichtümer anhäufen können...!