Welche FaserRichtung GFK/CFK soll ich wählen

Ich will mir einen einteiligen QuadcopterRahmen aus einer 3mm CFK oder GFK Platte fräsen lassen. Die Arme haben an der dünnsten STelle dann einen Querschnitt von 6x3mm. Welche FaserRichtung ist sinnvoll, damit die Arme möglichst torrsionssteif werden?

Ich will nachträglich noch ne Nasenkante über die Arme, und ne Strömungsabreißkannte aus Balsa oder Rohacell unter die Arme kleben. Dann das so ausgeformte ArmProfil noch mit einem Gewebeschlauch aus Karbon oder Glasfaser beziehen, und einharzen. Macht der Armaufbau Sinn, oder gibt es da ne bessere Lösung, um den Armen ein möglichst leichtes, stabiles und aerodynamischen Profil(6x18mm) zu geben?

Die Torsion kriegst Du ja ganz gut über die Schläuche gehandelt, die idealerweise unter ± 45° orientiert liegen. Bei einem sich veränderndem Querschnitt wie in Deinem Fall würde ich allerdings eher mit einem größeren Schlauchdurchmesser arbeiten und diesen dann entsprechend strecken, so dass Faserwinkel von 30-35° resultieren. Eine möglichst hohe Biegesteifigkeit halte ich hier nämlich für weitaus wichtiger. Deshalb machen UD-Lagen in Richtung der Ausleger meines Erachtens nach auch mehr Sinn als Gewebe.

s.nase schrieb:

Ich will nachträglich noch ne Nasenkante über die Arme, und ne Strömungsabreißkannte aus Balsa oder Rohacell unter die Arme kleben. Dann das so ausgeformte ArmProfil noch mit einem Gewebeschlauch aus Karbon oder Glasfaser beziehen, und einharzen. Macht der Armaufbau Sinn, oder gibt es da ne bessere Lösung, um den Armen ein möglichst leichtes, stabiles und aerodynamischen Profil(6x18mm) zu geben?

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Aerodynamisch im Stil von senkrecht stehendes Tropfenprofil? Dann ist es nicht besonders sinnvoll, die Biegefestigkeit in den Zentralsteg zu legen. Den besser leicht halten und als rein formgebendes Element verwenden und oben und unten im Profil einen Roving einlegen. Der muss dann allerdings gut an die Motormontageplatten und die Zentralplattform angebunden werden.

Vielen Dank für eure Anregungen.

Ich hab mich darauf noch mal etwas um entschieden. Ich wollte jetzt die beiden gegenüber liegenden Arme mit einem pluderieten UD-Halbrundstab miteinander verbinden. Damit die beiden Halbrundstäbe sich nicht 'duchschneiden', kommt der eine Halbrundstab auf die Oberseite des Rahmens, und der andere auf die Unterseite. Die Halbrohre verlaufen dann nur bis zum Mittelpunkt des Rahmens, weil da dann ja der Halbrundstab des anderen Armpaares quert. Die auslaufende Spitze des Tropenprofils wollte ich auch zwei UD-Flachstäben und einem dünnen UD-Rohr formen. Das ganze Profil wird dann noch mit einem lang gezogenen Gewebeschlauch überzogen.

Ich frag mich noch, ob ich statt den tragenden Halbrundstäben nicht auch ein halbiertes gewickeltes Rohr nehmen kann. Oder ob in den Hohlräumen noch eine senkrechte oder waagerechte Abstützung sinnvoll ist.

Wie groß wird denn das Teil ? Gewicht ?
Wenn das ein kleiner Copter wird, reichen die 3mm aus.
Wenn das China CFK Platten sind, weis man nicht ob es wirklich CFK durchgehend ist
Wir reden bei 3mm ja schon von 20 Matten die übereinander liegen.
20 Quadratmeter CFK für 1 Quadratmeter Platte

Bitte nie wieder Matte sagen!

Bitte nie wieder Matte sagen!

Coax schrieb:

Wir reden bei 3mm ja schon von 20 Matten die übereinander liegen.

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Bei 50 % Faservolumenanteil und einem Gewebe mit 200 g/m² komme ich auf folgende Lagenanzahl:

Dann halt eben Lagen

Coax schrieb:

Dann halt eben Lagen

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http://wiki.rc-network.de/index.php/Gewebe

Wird ein kleiner 5zoll-Copter(14x14cm Motorachse) mit maximal 300g Abfluggewicht, wenn später noch ein FPV-Turm oben drauf ist. Wenigstens unter den Propellern soll er aerodynamisch optimiert sein, damit er auch nicht so laut und uneffektiv ist. Daher die schmalen Arme und das TropfenProfil um die Arme herum. Wenn die Tropfenform auch noch zur Stabilität beitragen kann, um so besser. Dann kann ich ne dünnere Rahmenplatte verwenden. Weniger als 2mm halte ich aber nicht für sinnvoll, da die Verbindung zwischen Arm und Motorgondel(inkl. Motor) nur aus der 2mm CFK-Platte besteht.

Man könnte die Abrisskante unter den Armen auch von Motor bis Motor führen, nur muß dann der Akku relativ weit unter den Motoren hängen, was den Copter träge macht. Daher nur die beiden 3mm hohen UD-Halbrundstäbe unter und über den ArmPaaren.

Die Biegekräfte halte ich eigentlich aus meinem 'Gefühl' her für den weniger kritischen Teil, solange bei Bodenkontakt keine zu starke Torrsion mit dazu kommt. Daher finde ich die Kombination UD im inneren des Arm's, und BD-Gewebeschlauch um den Arm herum eigentlich recht einleuchtend. Vorrausetzung dafür ist wahrscheinlich nur, das der Gewebeschlauch den UD-Stab im inneren auch zusammen halten kann. Die Tropfenform ist dafür wahrscheinlich weniger gut geeignet. So gesehen währen vermutlich zwei Gewebeschläuche sinnvoller. Einer nur um den CFK-Arm und UD-Stab, und einer als Aussenhaut um die Tropfenform herum. Die Aussenhaut würde ich dann auch eher aus GlasFaserGewebeschlauch machen, damit die Aussenhaut etwas schlag-zäher ist.

Ich hab nur keine Ahnung, ob ich mit meinen Gedankengängen richtig liege, oder völlig an der Realität vorbei denke.

Ich denke 2mm CFK sind auch ohne Versteifung sehr hart.
Ich muss mal morgen ein kleines Stück von der Platte sägen und kann dann mal ein Gewicht dran hängen.

Muss denn das Gestell unbedingt einteilig sein? Ich würde 10x5mm Alurechteckstäbe nehmen für die Motoren, und für das Zentralteil 1,5mm GFK oder CFK. Kunstoffschrauben zur Verbindung, dann brauchst du auch nicht nach jedem Absturz ein neues Gestell.

Muss meine Aussage korrigieren, 2mm ist nicht so stark wie Gedacht.
Dann lieber 3mm oder mit Verstärkung. Mit der Hand lässt sich so ein kleines Stück noch gut biegen

Mehrteiliger Rahmen ist bei gleichem Gewicht immer weniger stabil als ein einteiliger Rahmen. Klar hab ich auch an Alurechteckrohr für die Arme gedacht. Aber bei zu geringem Querschnitt bekommt man nur Rechteckrohr aus relativ weichem Alu. Brauchbare Aluqualität hab ich erst ab 10x20mm Rechteckrohr gefunden. Das ist also keine Alternative für den kleinen Copter.

Zu meiner Anfangsfragestellung zurück...
Wie biegesteif der CFK-Steifen ist, hängt ja scheinbar auch stark vom Faserverlauf im CFK-streifen ab. Wenn 50% der Fasern parallel zur Biegerichtung verlaufen, und die restlichen 50% genau 90° quer dazu, ist wahrscheinlich nicht so optimal. Wenn ich es richtig verstanden habe, ist ein Faserverlauf von 45°/-45° zur Biegerichtung sinnvoller. Oder am bestens sogar 30°/-30° bzw. 22.5°/-22.5° Faserverlauf zur Biegerichtung. Ist das so korrekt?

Ich weis nicht wie meine Platte gepresst worden ist.
Schätze 0/90
Ich konnte das 2,04mm CFK in der Faserrichtung von 0/90 biegen

Die Biegekräfte muss der Rahmen nur bei extremen Manövern aushalten. Es arbeiten ja alle Motoren gleichzeitig, und wenn nicht, ist da die Luft nur der Wiederstand und kein Fester Körper

Woraus ist dein kleiner Kopter denn, den du verstärkt hast?

Im Flug sind die Biegekräfte vermutlich zu vernachlässigen. Da müßen die Arme nur so steif sein, das sich die Propellerebene nicht zu sehr verbiegt, und ausreichend Dämpfung haben, das sich der Copter nicht aufschwingen kann. Bei unkontrolliertem Bodenkontakt sind die Kräfte viel höher. Und das soll der Copter halt auch möglichst gut weck stecken können. Die Massenträgheit des Copters und die Lageträgheit der rotierenden Propeller selber, halte ich da für das kleinere Problem.

Im Moment geistert der Copter erstmal nur in meinem Kopf und CAD-Programm herum. Dabei mußt ich jetzt auch feststellen, das ein CFK-Platte mit 45° Faserwinkel für einen einteiligen Rahmen nicht verwendbar ist. Da der Faserwinkel ja auf allen Armen gleich verlaufen soll, klappt das beim einteiligen Rahmen nur mit 90° CFK-Platte und 90° Armwinkel optimal. CFK-Platten mit 45° Faserwinkel, sind nur bei mehrteiligen Rahmen mit einzelnen Armen verwendbar, und sinnvoll.

Das Problem der Biegekräfte senkrecht zu CFK-Plattenebene bleibt ab trotzdem bestehen. Auf ne endgültigen Lösung, wie ich diese Biegenkräfte in dem Tropfenprofil sinnvoll abfangen kann, bin ich noch nicht gestoßen. Vor allen weil dabei das Rahmenzentrum immer noch möglichst flach bleiben soll. Am liebsten würde ich ja gewickelte CFK-Rohre verwenden, die ich in der Längsachse halbiere und von unten und oben auf die Armpaare mit Gewebeschlauch fixiere. Dann könnte ich auch gleich die Motorkabel in dem HalbrundRohren verlegen. Frage bleibt halt, wie stabil so ein 'halbgewickeltes' Halbrundrohr noch ist.

Nie mehr Matte sagen

Nie mehr Matte sagen

s.nase schrieb:

Ich wollte jetzt die beiden gegenüber liegenden Arme mit einem pluderieten UD-Halbrundstab miteinander verbinden.

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@ Gideon

und das so stehen lassen???

Wolfgang

Halbrund ist Stabil Torbögen zum Beispiel

Wattsi schrieb:

@ Gideon

und das so stehen lassen???

Wolfgang

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Ich kämpfe auch ständig mit der Autokorrektur (oder wahlweise mit meiner Legasthenie)

s.nase schrieb:

Wie biegesteif der CFK-Steifen ist, hängt ja scheinbar auch stark vom Faserverlauf im CFK-streifen ab. Wenn 50% der Fasern parallel zur Biegerichtung verlaufen, und die restlichen 50% genau 90° quer dazu, ist wahrscheinlich nicht so optimal. Wenn ich es richtig verstanden habe, ist ein Faserverlauf von 45°/-45° zur Biegerichtung sinnvoller. Oder am bestens sogar 30°/-30° bzw. 22.5°/-22.5° Faserverlauf zur Biegerichtung. Ist das so korrekt?

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Für (gegen) Biegung willst Du Gewebe in 0/90° Richtung , auch wenn die Hälfte davon nur verdickend wirkt (ideal wäre 0° unidirektional, aber das geht bei Deinem Kreuz mit nur einer Platte nicht). Für Torsion willst Du ein Hohlprofil unter +/- 45°. Pultrudiert 0° hat nahezu null Widerstand gegen Torsion.

Coax schrieb:

Halbrund ist Stabil Torbögen zum Beispiel

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Hm. Soll der Copter trittfest werden? In die Belastungsrichtung hilft der romanische Torbogen in der Tat...

s.nase schrieb:

Mehrteiliger Rahmen ist bei gleichem Gewicht immer weniger stabil als ein einteiliger Rahmen. Klar hab ich auch an Alurechteckrohr für die Arme gedacht. Aber bei zu geringem Querschnitt bekommt man nur Rechteckrohr aus relativ weichem Alu. Brauchbare Aluqualität hab ich erst ab 10x20mm Rechteckrohr gefunden. Das ist also keine Alternative für den kleinen Copter.

[]
Am liebsten würde ich ja gewickelte CFK-Rohre verwenden, die ich in der Längsachse halbiere und von unten und oben auf die Armpaare mit Gewebeschlauch fixiere. Dann könnte ich auch gleich die Motorkabel in dem HalbrundRohren verlegen. Frage bleibt halt, wie stabil so ein 'halbgewickeltes' Halbrundrohr noch ist.

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Ich glaube, du over-engineerst das Ganze zu sehr. So stabil, dass die Flugbelastungen ausgehalten werden, wird die Kiste mit Alu allemal, egal welche Qualität. Gegen Absturzschäden kann man bautechnisch eh nichts unternehmen.
Sinnvoll dagegen ist es, den Schaden dorthin zu konstruieren, wo er nicht weh tut. Nennt sich Sollbruchstelle. In sofern ist es wesentlich vernünftiger, so zu konstruieren, dass bei einem Crash nur Kunstoffschrauben platzen oder Aluträger verbiegen, beides ist schnell ersetzt oder sogar wieder geradegebogen.
Ich würde niemals sehr viel Konstruktions-und Fertigungsaufwand in dasjenige Bauteil stecken, welches beim Crash als erstes kaputtgeht, und das sind nunmal die Auslegerarme.
Und wenn diese ein Teil mit dem Rest der Struktur sind, noch schlimmer, dann musst du alles ersetzen, Komponenten umbauen etc.
Das ist doch sinnlos.
Nimm dir leichte Alurohre, meinetwegen 8mm dünnwandig, gibts bei architekturbedarf.de, und quetsch sie in der Mitte auf 20mm Länge platt. Mach ein Loch an diese Stelle, leg sie kreuzweise übereinander und verschraube sie zentral unten an der Hauptplatte mit einer mittigen Schraube. Weiter außen kurz vor der Kante der Hauptplatte dann seitlich von den Rohren 2 kleine Löcher, dort einen Kabelbinder durchziehen um jedes Rohr, dann hält es dort auch gut. Ganz außen das Rohr plattdrücken und Löcher passend für die Motorverschraubung rein. Fertig.
Kostet fast nix, hält gut, und ist nach einem Crash einfach zu ersetzen.
Kohlefaser ist halt für schlagbeanspruchte Bauteile nicht unbedingt das Material der Wahl.