Welches Material für eine kleine Form (Vakuum Injektion)

[ABSimon]

Hallo,

ich habe einen kleine Becher, 50mm im Durchmesser, und möchte den im Vakuum Injektionsverfahren mit Carbonfasern und Epoxy herstellen.
Ich habe nicht viel Ahnung aber schon mal alles bestellt (R&G)... und eine kleine Fräse und könnte wohl die Außenform aus PTFE oder Silikon
(ein Urmodell abgießen) herstellen. Die Innenform muss nicht unbedingt glatt sein.

Bei diesem Becher geht es in erster Linie um Festigkeit. Ich bräucht wohl einige Anläufe und Tests bis ich da etwas ausreichend Festes habe.
Bei R&G gibt es Anleitungen wie die Vakuum Injektion aufgebaut. Bzgl. der Form haben ich einige Fragen.

Klebt Epoxy an PTFE? Brauch man bei der Form des Bechers ein Trennmittel für das Entformen?
Klebt ein Dichtband für die Folie an Silikon (oder PTFE)? Ist Silikon ausreichend fest, bzw. kann man sich da leicht etwas verziehen durch das Vakuum?
...

Wenn hier jemand Erfahrung hat oder Ideen würde ich mich sehr freuen.

Vielen Dank & Viele Grüße
Simon

 

[Solidmanager]

Hi

warum nicht kpl. aus festem Aluminium fräsen? Warum - wenn als CfK Teil, unbedingt als Injektionsverfahren. Wenn als CfK Teil, ganz einfach zweiteilige Form (rechts/links - einteilig geht nicht aufgrund der senkrechten Wände) und vielleicht mit einem Silikonstempel für den Innenteil arbeiten. Aber wie gesagt, ich würds einfach aus 7075 fräsen, geht man dem ganz Formgedöns aus dem Weg und ist ruckzuck fertig

Grüsse

Gero

 

[ABSimon]

Hallo Gero,

vielen Dank für Antwort. Ganz verstehe ich das noch nicht. Anbei eine einfache Skizze.
Das Vaakum würde den Silikonstempel in die Form drücken. Eine seitliche "Pressung" erreicht man wohl nur bedingt durch eine zweiteilige Form.
Wie wichtig das ist, weiß ich nicht... Beide Aluminumhälften werden verschraubt. Wie würde man die dicht bekommen?
Ist der Aufbau so in etwa richtig?

Anbei auch meine erste Idee...

Viele Grüße
Simon

 

[Solidmanager]

Hi

nein, ich meinte, warum nicht das abgebildete Teil gleich in Alu fräsen

Grüsse
Gero

 

[dschim]

Hallo Simon,
wieso Vakuum und Injektion? Bei der einfachen Form reicht doch eine zweiteilige Außenform aus GFK oder
sonstiger Formmaße und ein passender Innenstempel.
Alternativ kannst und den Innenstempel aus Silikon giesen und wenn der etwas länger ist und mit einer Schraubzwinge
ordentlich gedrückt wird geht der auch in die Breite. Du musst halt deine Lagen ordentlich dimensionieren.

 

[ABSimon]

Hallo,

der Becher soll so torsionsstabil wie möglich sein. Um verschiedene Samples testen und vergleichen zu können brauche
ich eine gleichbleibende Qualität. Und ich hatte gehört das man mit Vakuuminjektion einen hohen Gewebeanteil erreicht.
Wäre es nur eine Abdeckung etc. dann brauch sowas natürlich nicht. Ich hab jetzt für die Form PE-HD bestellt
(Epoxy soll nicht oder kaum dran haften) und dieses Trennmittel https://shop1.r-g.de/art/165135

Da ich am Boden des Bechers den Harz zuführe, kann ich wohl darüber auch den Becher aus der Form klopfen/schlagen.
Wandhöhe sind 2cm und der Becher sollte stabil genug sein. Soweit der Plan, vielleicht klappt das ja.

Einen Innenstempel möchte ich eher nicht verwenden. Ich werde versuchen Folie im Becher zu verlegen.
So hab ich immer den gleichen Druck auf allen Seiten, wenns klappt. Habe eine Folie mit 400% Dehnung und
eine mit 1000% nicht ganz so Geeignete bestellt, aber die Form ist ja auch klein und die Pumpe hoffentlich
groß genug.

Ahnung - Erfahrung habe ich nicht ... aber bastel gern.

Viele Grüße
Simon

 

[CrashChris]

Erfahrung kommt von erfahren.
Finde ich gut, dass Du so angstfrei dran gehst (habe selber nur Erfahrung mit normalen Vakuum-Laminat)
Gruß
Christoph

 

[Gideon]

Hohe Faservolumenanteile sind durch die Vakuuminfusion möglich, das ist soweit korrekt. Beim Nasspressen mit Stempel kannst Du da allerdings noch eine Schippe drauflegen. Zumal die 50 mm Durchmesser ein ganz schönes Gefummel beim Infusionsaufbau werden. Bei begrenzter Zugänglichkeit ist Nasspressen das ideale Fertigungverfahren, das zudem auch beidseitig glatte Oberflächen produziert.

 

[steve]

Hallo,
wenn der Becher 100% zylindrisch sein soll/wird, kommst Du nicht um eine zweiteilige Form herum. Du bekommst das Teil sonst nicht entformt. Entweder eine klassische Teilung oder im Boden einen Stempel mit ordentlich Durchmesser.
Die Form würde ich aus Alu drehen oder wenn du es kannst dann auch fräsen.
Für solche Bauteile (geteilte Formen) werden 2 Alu-Stücke verstiftet und verschraubt - dann bekommen sie die eigentliche Form zB auf der Drehbank. Dabei bleiben sie verstiftet und verschraubt.

Zum Thema Vakuum-Infusion: Der Druck, den man bei einem derartig kleinen Bauteil mit Schrauben erzielen kann, übersteigt dem der Infusion und selbst dem Druck im Autoklaven. Kannst ja mal nachrechnen. Stefan hat es oben ja auch schon angesprochen.

VG

 

[ABSimon]

Hallo,

Danke. Stempel und zweiteilige Form klingt auch gut. Das könnte ich auch auf meinem Drehtisch herstellen.
Nur wenn ich das Gelege ändere, kenn ich nicht den passenden Stempeldurchmesser. Das macht die Folie automatisch.
Aber das kann man ja auch anpassen.

Nicht entformt ... PE-HD hat ein niedriges E-Modul im Vergleich zu Kunstoffen die ich kenne (wohl etwas biegsam)
und soll nicht kleben plus Trennmittel. Wände sind zylindrisch und 2cm hoch. Ich hoffe mal ich krieg das da
rausgepresst. Großer Stempel wäre möglich. Polyethylen mit geringer Dichte auch. Hmm ...

Auf jeden Fall nochmal vielen Dank an alle für die ganzen Tips.

Simon

 

[steve]

Hallo,
wenn der Zylinder 2cm hoch ist: Du kannst auch eine dünne Form aus PE nutzen. Zu Stabilität kommt die PE-Form dann in einen Alu-Topf. Auf diese Weise wird das Teil sehr genau und die doch relativ weiche PE-Form ziehst Du nach dem Aushärten des CFK zunächst zusammen mit dem CFK aus dem Alu-Rahmen. Dann kannst Du die PE-Form vom fertigen CFK-Teil abziehen. Ist dann auch eine zweiteilige Form aber mal etwas anders.
VG

 

[Gideon]

Silikon ist inkompressibel, verhält sich also wie eine Flüssigkeit. Der Stempel sollte dann im Durchmesser so klein sein, dass er gefahrlos in das Werkzeug mit bereits eingelegtem Laminat eingeführt werden kann. Wird dann von oben mit einer festen Platte auf das Silikon gedrückt, füllt es die Kavität komplett aus und verteilt die Kraft der Schraubzwinge überall gleichmäßig. Ein Überdrücken ist damit unmöglich.

 

[steve]

Also, idealerweise zieht man das Laminat über den Stempel und drückt dann den Stempel mit dem Laminat in die Form - anders herum habe ich es auch schon versucht - das wird bei einer 90° Kante aber nichts. Geht schon bei Spinner-Formen nur so lala. Einzig etwas Harz in den Kanten, evtl. auch ein Rowing als Verstärkung macht da Sinn.
Wenn man unbedingt erst das Laminat in die Form einbringen möchte oder muss, legte ich dann eine Folie über das Laminat und lasse den Stempel in der Folie in die Form flutschen. Backpapier ist da mein ein und alles, weil es doch etwas stehen bleibt und sich nicht so leicht verschiebt.

 

[Steffen]

der Becher soll so torsionsstabil wie möglich sein.

wichtige Frage:
soll er so Torsionsstabil sein wie möglich bei vorgegebener Größe? Oder soll es so Torsionsstabil wie möglich pro Gewicht sein?

Ersteres ist Stahl besser, zweiteres ist CFK interessant.

Schubmodul Stahl ca. 80GPa
Schubmodul CFK 45° ca. 16GPa
Schubmodul CFK 0°/90° ca. 1,6GPa

Damit ist CFK gewichtsbezogen sogar nur dann besser, wenn das komplette Laminat sicher unter 45° zur Anwendung kommt.

 

[ABSimon]

Hallo,

Danke für die Werte. Ich werde ausschließlich Carbonschläuche verwenden. Es gibt auch welche mit 50mm
die haben dann da genau 45 Grad. Ich denke ganz so eindeutig ist das Thema nicht, siehe hier

https://www.youtube.com/embed/hjErH4_1fks?wmode=opaque&start=0

Fazit ist glaube ich geringeres Gewicht und torsionssteifer, ich bin da aber der Fachmann.
(Stahl kann ich nicht verwenden ... und wäre viel einfacher)

Viele Grüße
Simon

 

[Steffen]

Fazit ist glaube ich geringeres Gewicht und torsionssteifer,

CFK ist nur leichter bei gleicher Steifigkeit ODER steifer bei gleichem Gewicht.

Stahl ist aber immer steifer bei vorgegebener Geometrie.

und bei Deiner Geometrie hast Du niemals nur 45 Grad, es muss ja irgendwie in den Deckel...

Wenn Du den Verwendungszweck nennen würdest, könnte man was dazu sagen ob da CFK sinnvoll ist.

 

[ABSimon]

im BBC Video ist die Carbonfaserwelle viel leichter (1:24), 1.376 Nm macht Stahl
auf der Torquemaschine (3:14), Carbon über 4.500 Nm ...

bei carbon gibt auch große Unterschiede, vielleicht haben die da einen Hochleistungstyp...
und stahl ist nicht gleich stahl. wer weiß was die da wiederum verwendet haben.
beides gibt es wohl in 3x stärker

es ist kein modellbauprojekt. habe ich früher viel gemacht und dachte,
formenbau ... da wir unglaublich viel gebaut, auch kleine Teile.
so kam das.

viele grüße
simon

 

[Steffen]

im BBC Video ist die Carbonfaserwelle viel leichter (1:24), 1.376 Nm macht Stahl
auf der Torquemaschine (3:14), Carbon über 4.500 Nm ...

Das liegt daran, dass die Stahlwelle auf gleiche Torsionssteifigkeit ausgelegt ist, damit dünnwandiger ist und dann ein Beulversagen vorliegt.
Du darfst Festigkeit und Steifigkeit nicht verwechseln und bei beiden geht die Form ein.

Die Welle sieht in Stahl einfach geometrisch anders aus.

Dein Deckel aber ist ein Deckel und da wirst Du nahezu keinerlei Gewinn haben, wenn nicht sogar Nachteile.

Ich hatte schonmal ein Projekt bei dem unbedingt ein CFK-Träger benutzt werden sollte, weil alle dachten CFK sei steifer.
Wunderten sich dann alle, dass der Querschnitt größer war, weil sonst Biegedrillknicken auftrat, was den Stahlträger gar nicht juckte.

 

[ABSimon]

Hallo,

Festigkeit und Steifigkeit hab ich in Tat verwechselt. Ich glaube aber auch das die Angabe
Schubmodul 16 GPA für CFK nicht mehr aktuell ist. Habe ich hier gefunden, aus dem Jahr 2002

Kennzahlen Gfk CfK etc

Guten Morgen Gemeinde ich bin auf der suche nach physikalischen Kennzahlen verschiedener Materialien wie GfK, CfK, Balsa, Abachi, Aramid, Stahl, Alu, Polystahl etc. Diese Daten werden häufig bei Berechnungen (Holmauslegungen etc) gebraucht. Querschnittsfläche (mm²) Biegefestigkeit (N/mm²)...

www.rc-network.de

Vergleicht man z.B. die dortige E-Modul Angabe mit R-G

Kohlefasern (Carbon) – R_G Wiki

www.r-g.de

CFK E-Modul: 40000 N/mm² (Forum - Gewebe mit gleichem Faseranteil in Kett- und Schussrichtung)
CFK E-Modul: 88000 N/mm² (R-G - quasiisotrope Laminate, nahezu gleiche Festigkeit in jede Richtung)

Ob das High-Modulus Faser waren weiß ich nicht. E-Modul ist nicht Schubmodul,
aber die schreiben "Bei gleichem Gewicht hat CFK (Carbon Gewebe) die fünffache Zugfestigkeit und
Steifigkeit von Stahl." Und die Harze haben sich wohl auch verbessert.

Wenn man bzgl. Steifigkeit nicht an Stahl herankommt, wäre schade, aber ist dann halt so.

Viele Grüße
Simon

 

[Steffen]

CFK E-Modul: 88000 N/mm² (R-G - quasiisotrope Laminate, nahezu gleiche Festigkeit in jede Richtung)

Das ist ein kühner Wert.

aber die schreiben "Bei gleichem Gewicht hat CFK (Carbon Gewebe) die fünffache Zugfestigkeit und
Steifigkeit von Stahl."

Ja, schreiben kann man viel. muss man aber auch genau sagen wofür.

fünffache Festigkeit im Laminat schaffe ich höchstens bei UD/Rovings, nicht in bidirektionalen Lösungen und schon kaum auf Druck.
fünffache Steifigkeit ist eher noch sportlicher.
Beides sind gewichtsspezifische Werte die nur in sehr eingeschränkten Bereichen ausgenutzt werden können und typischerweise nicht gleichzeitig.

Bedenke: Stahl ist etwa 5,5 mal so schwer wie CFK. Um die fünffache spezifische Festigkeit zu erreichen, müsste die Festigkeit also etwa gleich sein, das gleiche für die Steifigkeit und ein E-Modul von 210GPa habe ich noch nicht in CFK gesehen, schon gar nicht isotrop.
die Behauptung "Kohlefaser ist fünfmal so steif/fest bei gleichem Gewicht" ist also durchaus für Materialkennwerte als utopisch zu bezeichnen und kann nur erreicht werden, wenn mit anderer Geometrie gearbeitet wird wie auch beim Vergleich der beiden Wellen beim BBC.

Und bei beidem ist noch unterschlagen, dass das nicht im mindesten für Krafteinleitungen gilt, sondern nur für die langen Bauteile oder in Materialproben.

Nicht zu vergessen, dass die hohen Wert nur bei perfekter Verarbeitung in fasergerechter Lastrichtung gelten. Das macht man nicht eben ohne umfangreiche Optimierung aus dem Handgelenk.

Bauteiltests (building block) ergibt aber deutlich andere Ergebnisse als Materialproben (specimen), die sich auf eine einzelne Last beziehen (Schub, Druck, Zug)

In einem Becher mit 50mm Durchmesser wirst Du schwerlich Erfolg haben leichter zu sein als Stahl oder auch Aluminium machst Dir aber jede Menge Arbeit.

CFK ist da nur sinnvoll, wenn eines davon zutrifft:
-das abgeschlossene Rohr ebenfalls CFK ist und es nur ein Verschlussdeckel ist
-keine relevanten Kräfte in den Deckel eingebracht werden
-elektrochemische Probleme drohen (galvanische Korrosion)
-es halt nach CFK aussehen soll
-Erfahrung mit Formenbau und CFK aufgebaut wird