CFK im Modellbau

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Spätestens beim Bau von Modellflugzeugen wird das Gewicht ein entscheidender Faktor: Je leichter ein RC-Flieger ist, desto länger kann er in der Luft bleiben. Schwer werden die kleinen Flugzeuge durch den Motor und den Akku von ganz alleine. Darum ist die Reduktion von Gewicht an allen anderen Stellen in dieser Anwendung so wichtig. Aus diesen Gründen haben sich CFK-Halbzeuge im Modellbau schon lange bewährt.

Was ist kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff?

Verbundmaterialien gibt es schon lange. Noch bevor das Eisen entdeckt wurde, haben die Menschen Häuser aus Lehm gebaut, der mit Zweigen verstärkt wurde. Der Trick bei Verbundmaterialien ist immer der gleiche: Zwei Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften werden so kombiniert, dass sie ihre Stärken vereinigen und ihre Schwächen gegenseitig ausgleichen. Eines der innovativsten und jüngsten Vertreter dieser Werkstoffe ist kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff. CFK-Platten und Profile aus Kohlenstofffasern bestehen aus einem Gewebe, welches mit einem Kunstharz verstärkt wird. Die Halbzeuge sind in ihrem Gewicht so leicht, dass sie für den Modellbau geradezu prädestiniert sind.

Kohlenstofffasern bestehen tatsächlich aus wortwörtlich geschmolzener, extrudierter und gesponnener Kohle. Kohlenstoff selbst ist zwar ein sehr häufig vorkommendes Element. Jedoch ist seine Verarbeitung äußerst aufwändig. Das sieht man bereits beim Schmelzpunkt: Volle 3700° Celsius sind notwendig, um Kohlenstoff zu verflüssigen und zu Fäden spinnen zu können. Da dieses Element bekanntermaßen auch sehr leicht brennt, ist die Herstellung der Fasern besonders kompliziert. Das macht die Profile und Platten aus diesem Material recht kostspielig. Doch an den richtigen Stellen – etwa im Modellbau – eingesetzt, werden sie zu echten Leistungsträgern.

Anwendungen im Modellbau

Im CFK-Modellbau werden die Profile besonders gerne für Spanten, Querträger und Versteifungen verwendet. Sie ermöglichen enorm belastbare Modelle mit extrem geringem Gewicht. Dort, wo Leichtbau ein Schlüssel zum Erfolg ist, sind die Platten und Profile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff daher zunehmend unverzichtbar: Flugmodelle, bei denen hohe G-Kräfte auftreten, sind ohne dem Verbundwerkstoff heute nicht mehr herstellbar.

Ob Propellermaschinen für eine waghalsige Luftakrobatik oder Mini-Jets mit echten Düsentriebwerken – im Modellbau bieten sich innovative Ansätze.

Drohnen mit vielen Möglichkeiten

Der nächste Schritt im Modellbau mit CFK kündigt sich schon an: Die technische Entwicklung von Drohnen stellt immer neue Anforderungen an diese hoch stabilen Fluggeräte. Waren sie bis heute noch reine Träger von Kameras, kommt ihnen zunehmen eine neue Nutzung zu: Der Transport von Waren und Gütern. Schon heute werden Versuche unternommen, bei denen Briefe und Medikamente auf küstennahe Inseln transportiert werden.

Wenn neben dem Antrieb und der Energieversorgung nun auch eine Nutzlast im Design der Drohne einkalkuliert werden muss, kommt dem Leichtbau eine besondere Bedeutung zu. Es gilt, das Gewicht so weit wie möglich zu reduzieren. Platten, Eckprofile oder CFK-Rundrohre sowie andere Halbzeuge werden hier eine entscheidende Rolle spielen.

GFK oder CFK?

Die Platten und Profile aus CFK schicken sich an, die bewährten Produkte aus GFK in vielen Punkten  im Modellbau abzulösen. Das gilt vor allem in allen Bereichen, bei denen hohe Kräfte aufgenommen werden müssen. Zwar sind die Kennwerte der beiden Werkstoffe recht ähnlich. Platten und Profile aus CFK schaffen diese Eigenschaften aber mit wesentlich weniger Gewicht. Das macht diesen Werkstoff ideal für den Leichtbau. Rein auf die Faser gerechnet, hat der Kohlenstoff nur etwa 50 – 70% der Dichte von Glasfasern. Da die Zugfestigkeit von Kohle- gegenüber den Glasfasern aber 70 – 130% höher liegt, werden die Unterschiede erheblich:

Für die gleiche Aufgabe kann das Bauelement aus Kohlefasern bis zu 75% dünner oder schmaler gewählt werden als bei Glasfasern.

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff im Handel

Zwar gibt es durchaus auch die losen Matten aus Kohlefasern zu kaufen, wie man sie von den Glasfasern kennt. Jedoch sollte ihr Einsatz wohl überlegt sein. Das als „Karbon“ wegen seiner Optik beliebte Material findet sich häufig bei der individuellen Gestaltung von Auto- Innenräumen wieder. Mit den passenden Klebe- und Lackiertechniken lässt sich aber ein fast identischer Effekt erzielen, der aber nur einen Bruchteil des Preises kostet. CFK, das in Form von Halbzeugen erhältlich ist, nimmt häufig solche Formen an, dass es ideal für den Modellbau bzw. Leichtbau ist.

Rundrohre können beispielsweise bevorzugt als Masten bei Modellschiffen verwendet werden, während Kantrohre, etwa Vierkantrohre, stabile Rahmenelemente beim Bau von Modellflugzeugen bilden. Ebenso Tragflächenstifte lassen sich mit den Halbzeugen kreieren. Vorteilhaft an solchen Profilen und Platten ist die leichte Verklebbarkeit, die es erheblich vereinfacht, funktionale und komplexe Modelle zu gestalten.

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff in der Verarbeitung

Im CFK-Modellbau ist der Verbundwerkstoff in der Verarbeitung nicht sehr anspruchsvoll. Er lässt sich gut mit Handwerkzeugen in die passende Form bringen.

Ideal zum Bearbeiten von CFK-Platten ist der Dremel. Dieses kleine und praktische Universal-Werkzeug gehört ohnehin in jede Modellbau-Werkstatt. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff lässt sich problemlos sägen, bohren, schleifen oder sogar schneiden. Dünne Platten aus Kohlenstofffasern leisten einer normalen Schere kaum Widerstand. Bei dickeren Platten sollte aber eine Säge oder – noch besser – eine Fräse eingesetzt werden.

Immer mit Absaugung

Bei der Bearbeitung von CFK entsteht Staub. Dieser hat eine unangenehme Eigenschaft: Er ist entzündlich. Um zu verhindern, dass herum wirbelnder Kohlenstaub explodiert, gehört eine Absaugung immer dazu. Die kann sich ein im Modellbau versierter Bastler mit einem einfachen Staubsauger auch ganz leicht selbst bauen. Wer sich aber mit der Erstellung von Flugzeugen, Booten und Drohnen auskennt, der wird vor dem Bau eines eigenen Zyklon-Abscheiders nicht zurückschrecken. Diese ungeheuer praktischen Vorreiniger für Absaugungen schonen die Filter und verhindern, dass der Kohlenstaub im Staubsauger zu Problemen führen kann.

CFK sollte nur mit Atemschutz bearbeitet werden. Die entstehenden Mikropartikel können nämlich auf Dauer durchaus schädlich für die Lungen sein.

Achtet man auf diese Maßnahmen, kann aber nach Herzenslust mit diesem innovativen Material geforscht und gearbeitet werden.

Die Zukunft der Kohlenstofffasern im Modellbau

Wer von den heutigen Möglichkeiten von Kohlenstofffasern schon fasziniert ist, der sollte bei den Begriffen „Graphen“ und „Nanotubes“ hellhörig werden. Dies sind Werkstoffe, bei denen die Kohlefasern bis auf die Atomstruktur hinein so angeordnet sind, dass sie eine maximale Zugfestigkeit bieten. Was hier in Laborversuchen bereits erreicht wurde, lässt nur staunen. Da kommt noch einiges, was sich auch im Modellbau als sehr nützlich erweisen wird.