Kurz: Drei Dinge entscheiden das: Die Abmessungen, die Wandstärke und die Komplexität der Flächen. Passt Ihr Bauteil als Einzelkomponente in 1,5 × 4 m, liegt die Wandstärke zwischen 0,3 und 25 mm und kommt die Geometrie ohne angeformte Rippen aus, ist der grösste Teil der Frage beantwortet.
grösste Einzelkomponente – die Grenze kommt vom Autoklav
Spanne der gefertigten Wandstärken, nahezu materialunabhängig
ab hier statt Prepreg: Infusion, Nasstechnik oder RTM
typisch erreichbare Toleranz je nach Grösse und Anspruch
Diese Seite richtet sich an Konstrukteure und Entwicklungsingenieure, die abschätzen wollen, ob ein Bauteil als Faserverbund sinnvoll ist – bevor sie eine Anfrage stellen. Sie nennt die Grenzen, an denen es scheitert, und die Fälle, in denen wir abraten.
Zur Machbarkeit gehört dabei mehr als die Herstellung. Ein Bauteil muss auch messbar und prüfbar sein. Was wir dabei selbst können und was nicht, steht weiter unten.
«Wir fertigen von sehr dünnen Prepreg-Laminaten bis, wenn es sein muss, 25 Millimeter Wandstärke und das fast materialunabhängig.»
Bevor es um Laminataufbau und Nachweise geht, klären wir drei Dinge. Für eine Einschätzung in fünf Minuten brauchen wir dazu ein 3D-Modell – auf einer Zeichnung ist in dieser Zeit nicht erkennbar, ob sich die Flächen entformen lassen.
Luft- und Raumfahrt, Industrie und Automatisierung, Motorsport, Marine, Medizintechnik. Konsumgüter in Massen nicht.
Zu gross passt nicht in den Autoklav, zu klein lohnt den Aufwand nicht. Die Werte stehen im nächsten Abschnitt.
Die schwierigste der drei. Ohne besondere Anforderung an Gewicht, Steifigkeit oder Temperatur ist Metall fast immer günstiger.
Wenn der Anspruch nicht passt, kommen wir preislich nicht zusammen. Das sagen wir lieber früh als spät.
Eine Einzelkomponente darf bis 1,5 × 4 m gross sein. Diese Grenze kommt nicht aus der Konstruktion, sondern aus dem Autoklav – dort härtet das Laminat unter Druck und Temperatur aus, und grösser ist die Kammer nicht.
Zusammenbauten dürfen grösser sein. Mehrere Komponenten werden gefügt, und die praktische Grenze ist dann nicht mehr der Autoklav, sondern der Weg nach draussen: Das fertige Bauteil muss durch das Hallentor und um die Ecken passen.
Die Angaben sind Richtwerte aus abgeschlossenen Projekten. Für Ihr Bauteil gelten die Werte, die wir in der Auslegung nachweisen.
Der Autoklav setzt die Grenze: 1,5 × 4 m je Einzelkomponente. · Quelle: Connova AG
Unsicher, ob Ihre Masse noch passen? Schicken Sie uns das Modell – Sie wissen es nach einem Blick.
Die Spanne reicht von 0,3 mm bis 25 mm und ist nahezu unabhängig vom Material. 0,3 mm entsprechen einem Sandwich-Facesheet aus vier Lagen. 25 mm wurden an einem Strukturbauteil für die Bahnindustrie erreicht, das in zwei Härtungen entstand – ein Einzelfall, keine Serienangabe.
Der Normalbereich für monolithisches CFK im Prepreg liegt bei 8 bis 10 mm. Ab rund 15 mm verlässt man das Prepreg-Verfahren: Dann braucht es Druck, um das Harz durch die Dicke zu bringen, und damit Vakuum-Infusion, Nasstechnik oder RTM.
Ab etwa 10 bis 12 mm kommt ein zweiter Effekt dazu, den viele unterschätzen: die Exothermie. Beim Aushärten setzt das Harz chemische Energie frei. Je dicker das Laminat, desto mehr Wärme staut sich im Inneren. Beherrschbar ist das nur mit einer langsamen Heizkurve und Haltepunkten – nicht mit dem Standardzyklus.
Die Angaben sind Richtwerte aus abgeschlossenen Projekten. Für Ihr Bauteil gelten die Werte, die wir in der Auslegung nachweisen.
Komplexe Freiformflächen sind kein Hindernis. Hinterschnitte ebenfalls nicht – sie werden über geteilte Werkzeuge gelöst. Eine komplette Rennwagen-Front mit Einbuchtungen, Erhebungen sowie Licht- und Kühlkanälen führt zu einem mehrfach geteilten Werkzeug, ist aber machbar.
Umgekehrt ist eine Flugzeugnase trotz starker Krümmung vergleichsweise einfach: aerodynamisch glatt, ohne Hinterschnitte, gut entformbar. Komplexität im Sinne der Fertigung heisst nicht «stark gekrümmt», sondern «schwer zu entformen».
Jedenfalls nicht im Prepreg-Autoklav-Verfahren. Das ist das häufigste Missverständnis in Erstanfragen. Wer eine gefräste Metallstruktur vor Augen hat, erwartet, dieselbe Geometrie in CFK nachbauen zu können. In CFK entstehen Rippen als separate Bauteile und werden gefügt – differentielle Bauweise.
Differentielle Bauweise: Die CFK-Struktur trägt, die Krafteinleitung übernehmen metallische Beschläge. · Quelle: Connova AG
Je nach Bauteilgrösse, Komplexität und Anspruch liegen die erreichbaren Toleranzen typischerweise zwischen 0,1 und 0,5 mm.
Der Weg dorthin führt über das Werkzeug. Ein Werkzeug, das auf 0,1 bis 0,2 mm genau gefertigt ist, liefert ein Bauteil, das etwa 0,2 mm darüber liegt. Metallische Formen sind dabei in der Regel genauer, weil sie direkt gefräst werden. Composite-Formen entstehen selbst aus einer Form und verlieren dabei etwas.
Dazu kommt die Wärme. Im Autoklav dehnen sich Werkzeug und Bauteil unterschiedlich aus. Das muss in der Werkzeugkonstruktion vorweggenommen werden – darin liegt die eigentliche Arbeit, nicht im Laminieren.
Bei den Oberflächen gilt eine einfache Regel: Je besser die Werkzeugoberfläche, desto besser die Bauteiloberfläche. Deshalb lohnt es sich, den Aufwand ins Werkzeug zu legen, sobald es mehrfach verwendet wird. Auf der CFK-Oberfläche selbst messen wir keine Rauheit – realistisch liegt sie eher bei Ra 3,2, weil Porositäten und Pinholes eine Rolle spielen. Relevant ist das ohnehin nur dort, wo das CFK sichtbar bleibt oder lackiert wird: bei etwa einem Drittel der Bauteile.
Eine allgemeine Toleranzaussage bleibt eine Vereinfachung: Abmessung, Wandstärke, Formhaltigkeit, Positionstoleranz, Ebenheit und Rechtwinkligkeit sind verschiedene Dinge und werden verschieden erreicht. Die Angaben sind Richtwerte aus abgeschlossenen Projekten.
Greiferbalken für die Verpackungstechnik. Gefertigt in einem geschlossenen Werkzeug, die Genauigkeit wird über den Spalt eingestellt. Erreicht werden rund 0,1 mm.
Teleskopstruktur mit 4,8 mm Wandstärke. Im Pressverfahren laminiert, Wandstärkentoleranz etwa ± 0,1 mm. Die Kontur liegt darüber – die Wandstärke ist der Wert, der hier eingestellt wird.
Wickelprodukte folgen anderen Regeln. Auf dem Wickeldorn, also innen, liegt die Genauigkeit im Hundertstelbereich. Aussen ist das rohe Rohr deutlich ungenauer. Erst das Aussenrundschleifen bringt auch den Aussendurchmesser in den Hundertstelbereich – ein zusätzlicher Prozessschritt, der sich im Preis niederschlägt.
Welche Toleranz Ihr Bauteil wirklich braucht, zeigt sich an der Schnittstelle. Senden Sie uns die Anschlussmasse mit.
Die Ursache ist meist dieselbe: Konstruiert wird in der Gewohnheit isotroper Werkstoffe. Metall verhält sich in alle Richtungen gleich, ein Laminat nicht.
Composite-Fachleute kommen erst dazu, wenn die Konstruktion schon steht. Dann sind die teuren Entscheidungen gefallen.
Zu punktuell. Jede Bohrung durchtrennt Fasern und schwächt lokal. Wo sie sein muss, zählen Randabstand, Durchmesser, Platzierung und lokal erhöhte Wandstärke.
Eine Faser lässt sich nicht scharf um eine Kante zwingen; dort überträgt sie keine Kraft mehr. Mindestradien sind in der Praxis das Thema Nummer eins.
Ein vollständiges Datenpaket: 3D-Daten, Zeichnungen, Anforderungen und – soweit vorhanden – Grenzmuster und Prüfvorschriften.
Entscheidend sind die Schnittstellen. Wie ist das Bauteil gelagert und angeschlossen? Wo werden Lasten eingeleitet, wohin fliessen sie ab? Ein Strukturbauteil muss Kräfte übertragen, ohne Schaden zu nehmen – das lässt sich nur beurteilen, wenn klar ist, wie es im übergeordneten System sitzt.
Fehlt etwas, fragen wir nach. Nicht jede Frage lässt sich sofort beantworten, weil manches noch nicht entschieden ist. Dann sagen wir auch das: Solange Informationen fehlen, gibt es keine verbindliche Machbarkeitsaussage. Man nähert sich iterativ.
Vier Fälle sind technisch machbar und trotzdem keine gute Idee.
CFK aus dem Vollen fräsen. Mehr als 90 % der Fasern werden dabei durchtrennt. Was bleibt, hält wie ein reines Kunststoffteil. Als Designobjekt möglich, als Strukturbauteil nicht.
Sehr kleine Bauteile wie Ösen, Haken oder kleine Inserts. Sie müssen viel Kraft auf wenig Fläche übertragen und haben kaum Leichtbaupotenzial. Aluminium oder Titan ist dort die bessere Wahl. Schrauben und Gewindeeinsätze gibt es aus gutem Grund nicht aus CFK.
Kleine Beschläge in CFK. Üblich und sinnvoller ist die Kombination: grosse CFK-Struktur, metallische Endbeschläge und Fittings aus Aluminium, Titan oder Edelstahl.
Extreme Materialansammlungen. In Stahl sind lokal 30 bis 50 mm nicht ungewöhnlich. In CFK ist das untypisch. Rund 90 % der Composite-Strukturen sind im Verhältnis zu ihrer Gesamtabmessung dünnwandig – genau darin liegt ihr Vorteil.
Dazu kommt die Stückzahl. Die Connova AG ist auf anspruchsvolle Bauteile in überschaubaren
Mengen ausgelegt, nicht auf hoch automatisierte Massenfertigung. Für Wickelprodukte gilt das
nicht: Connova Deutschland fertigt Ringe und Hülsen in Stückzahlen bis rund 50’000 pro Jahr.
Und der häufigste Fall von allen: Die Einschränkung ist oft gar nicht die technische Machbarkeit, sondern die Wirtschaftlichkeit. Was das kostet und ab wann es sich rechnet, steht auf den Seiten zu Kosten und zur Abgrenzung.
Erste Einschätzung zu Abmessungen, Wandstärken und Entformbarkeit – bevor Sie Aufwand investieren.
Inklusive Vorhalten des Wärmeverzugs im Werkzeug – der Punkt, an dem die Endtoleranz entschieden wird.
Bauteile und Werkzeuge werden im Haus dreidimensional vermessen, auch bei komplexer Geometrie.
Ultraschall, CT-Scan und Röntgen machen wir nicht selbst. Wir organisieren sie über geprüfte Partner.
Sie müssen nichts entscheiden, um eine Einschätzung zu bekommen. Die unverbindliche Beratung kostet Sie ein Gespräch und liefert Ihnen eine Aussage, mit der Sie intern weiterarbeiten können – auch dann, wenn sie lautet, dass CFK für Ihr Bauteil nicht das Richtige ist.
3D-Modell, Branche, Abmessungen und das, was das Bauteil leisten muss. Zeichnungen und Anforderungen, soweit vorhanden.
Abmessungen, Wandstärken, Entformbarkeit und Lasteinleitung. Was uns fehlt, fragen wir im Gespräch nach.
Eine Einschätzung zur Machbarkeit, die offenen Punkte benannt – und falls es nicht passt, eine Begründung statt eines Angebots.
oder direkt an Sebastian Preiss, Head of Engineering
Eine Einzelkomponente bis 1,5 × 4 m – diese Grenze kommt von der Autoklavkammer. Zusammenbauten dürfen grösser sein; die Grenze ist dann der Transport aus der Halle.
Nicht im Prepreg-Autoklav-Verfahren. Rippen werden als separate Bauteile gefertigt und anschliessend gefügt – differentielle Bauweise.
Typischerweise 0,1 bis 0,5 mm, je nach Grösse, Komplexität und Werkzeug. Mit Nacharbeit auf der CNC sind wenige Hundertstel möglich.
Nicht im Haus. Wir arbeiten dafür mit einem Partnernetzwerk.
Technisch ja, sinnvoll nein. Über 90 % der Fasern werden dabei durchtrennt, das Bauteil verliert seine Verstärkung.
Branche, Abmessungen, Anspruch – und ein 3D-Modell.
Nein. Dort gelten andere Genauigkeiten und andere Stückzahlen.
Prepreg — Mit Harz vorimprägniertes Fasergewebe, das unter Druck und Temperatur aushärtet.
Autoklav — Druckbehälter, in dem das Laminat unter Überdruck und Temperatur aushärtet.
Differentielle Bauweise — Rippen und Versteifungen entstehen als separate Bauteile und werden gefügt.
Exothermie — Wärme, die das Harz beim Aushärten selbst freisetzt.
Hinterschnitt — Geometrie, die ein Entformen in einer Richtung verhindert.
Anisotrop — Richtungsabhängig. Ein Laminat verhält sich entlang der Faser anders als quer dazu.
Ra — Mittenrauwert, Mass für die Oberflächenrauheit.
Zerstörungsfreie Prüfung — Prüfverfahren ohne Beschädigung, etwa Ultraschall, Röntgen oder CT.
Branche, Abmessungen, Anspruch. Sie bekommen eine erste Einschätzung zur Machbarkeit – ohne dass daraus eine Anfrage werden muss.
Leitet das Engineering und beurteilt, ob und wie sich ein Bauteil in Composite umsetzen lässt.
Was kostet ein CFK-Bauteil?
Wie lange bis zum ersten Bauteil?
Ab welcher Stückzahl lohnt sich Serie?
