Leicht-Athletik

39 GRAFIK 3. Mai 2012 DIE ZEIT N°19 N° Leicht-Athletik 151 Carbon ist leicht, stabil und individuell anpassbar. Wegen seiner herausragenden Materialeigenschaften ersetzt es immer mehr klassische Bauteile – auch am Menschen. er Leistungssportler Oscar Pistorius war 11 Monate alt, zeitig eine hohe Steifigkeit und Festigkeit. als ihm wegen eines Gende- Die Matrix stützt diese Fasern, schützt sie fekts beide Beine vom Knie sern sind sehr leicht, besitzen aber gleich- vor äußeren Einflüssen und sorgt für die abwärts amputiert werden Kraftübertragung zwischen den Fasern. Je THEMA: CARBON mussten. Auch dank seiner speziell ange- nach Anordnung der Kohlenstofffasern passten Carbonprothesen läuft er dennoch schneller als viele seiner gesunden Wett- für das CFK individuelle Eigenschaften streiter. Bringen ihm die Prothesen etwa und Auswahl des Matrixharzes können Die Themen der letzten Grafiken: erreicht werden. Auch das macht Carbon sogar einen unfairen Vorteil gegenüber sei- für so vielfältige Anwendungen interes- nen unversehrten Konkurrenten? Pistorius sant. Im Flugzeugbau, Automobilbau, in 150 potentielle Teilnahme an den Olympi- der Medizin und sogar im Bauwesen, zur schen Spielen 2008 war deshalb stark um- Seismologischen Nachrüstung von Bauten stritten. Zweifelsohne schreitet die For- (Erdbebensicherheit), wird CFK cinge- schung an dem so vielversprechenden Material weiter voran und so wird uns der zügen des Materials wird es wohl dennoch Begriff Carbon auch vor den kommenden Olympischen Spielen wieder begegnen. Der richtige Name für den umgassprach- ches tauschen wollen. lich Carbon genannten Werkstoff ist al- lerdings CFK (Carbonfaser-verstärkter Kunststoff). Er besteht aus Kohlenstofffa- sern, die durch ein Harz, der sogenannten Matrix, gestützt werden. Kohlenstofffa- Einheiten 149 setzt. Doch bei all den bestechenden Vor- max. Körpergewicht: 147 kg Fertiggerichte 148 viele weitere Jahre dauern, bis Menschen freiwillig ihr echtes Bein Amputationsgrad: Oberschenkel gegen ein künstli- Drogen max. 358 mm Weitere Grafiken im Internet: ..... min. 254 mm www.zeit.de/grafik 460 Gramm ...... Scit wann Carbon wo cingcsctzt wird Militär und Raumfahrt Alpha Jet F-114 Nighthawk Ariane 5 F 35 Lightning II Avenger Drohne Sport Exxon Graftek Diamantrahmen McLaren MP 4-1 UVEX Helm Cheetah Prothese RC44 Yacht Zivile Luftfahrt Airbus A 300 Airbus A 320 Boeing B 777 Airbus A 350 Energie Volvo Schwung- WKA 60 radspeicher Durch seine hohen Herstellungskosten war Carbon lange Zeit wenigen Einsatzgebieten vorenthalten. Doch die aktuelle Preisentwicklung führt dazu, dass immer mehr Branchen auf das Material zurückgreifen. Automobil McLaren FI BMW i3 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Die IHerstellung von Carbon Materialcigenschaften im Vergleich Wichtige Verarbcitungsarten Carbon ist in aller Munde – doch kaum jemand weiß, wie der so aufsehen- erregende Werkstoff hergestellt wird. Wir zeigen den hochtechnologischen Herstellungsprozess in einem exemplarisch vereinfachten Schema: Mehr und mehr klassische Bauteile werden durch Carbon ersetzt. Aber wo genau liegen die entscheidenden Vorteile? Wir vergleichen die Materia- ligenschaften von Carbon mit jenen, traditioneller Werkstoffe. Bei Carbon denkt man unweigerlich an das markante Schachbrettmuster. Für viele Anwendungen werden die Fasern jedoch nicht gewebt, sondern gelegt. Wir zeigen wichtige Verarbeitungsarten im Vergleich. Polyacrylnitril Gewicht Elastizität Festigkeit Unidirektionales Tape: Als Ausgangsstoff wird meist der Kunststoff Polyacrylnititril (PAN) 150 Unidirektionale (nur in eine Richtung laufende) kN/mm? 5g verwendet. 3400 N/mm? Faserbänder werden 1 O0cm3 schichtweise in individuell 15g anpassbarer Orientierung gelegt → wichtigste Verarbeitungsart bei High-Tech Anwendungen. PAN-Fasern Das Polyacrylnatril wird zu einzelnen Fasern gesponnen. Roving Leinwandbindung: Die Einzelfasern werden auf 70 kN/mm? einer Spule zu einem sog. Roving zusammengefasst. Sie ist die einfachste Gewebebindung und verfügt über eine hohe Schiebefestigkeit. Jedoch ist sie schlecht drapierbar (verformbar) → gut geeignet für flache Platten oder einfache Formteile. 27g 3 1Ocm? IIIII Carbonisierung Durch mehrmaliges Erhitzen wird die 500 N/mm? Molekülstruktur der PAN-Fasern verändert. Kohlenstofffasern entstehen. 4 Gewebe Matrix Satin- o. Atlasbindung: Aus dem carbonisierten Roving wird die typische Struktur gewebt. Das Gewebe wird mit der sog. Matrix (Harz) ummantelt. 210 kN/mm? Grafik: David Gärtner Gut geeignet für sehr komplizierte Geometrien, sehr gute Drapierbarkeit. Sie besitzt eine geringere Schiebefestigkeit und weniger Fadenkreuzungen, → höhere Festigkeit im 798 Joana Kelén Dalila Keller Ludwig Rist Tobias Schrank 1Ocm? 1400 N/mm? CFK Herzlichen Der fertige Faserverbundwerkstoff CFK kann zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden. Dank an: Laminat und besonders Dr. Patrick Starke, MT Aerospace; Össur Prothetik glatte Oberfläche. 6. Preisentwicklung von CFK 2, Stahl Aluminium Carbon