Gummiwerk KRAIBURG GmbH & Co. KG

Rubber improves compositesKRAIBON®

Leichter, leiser, wirtschaftlicher!

Gummiwerk KRAIBURG ist immer bestrebt neue Geschäfts-bereiche zu eröffnen und den Einsatz von Elastomeren als High-Tech-Werkstoff zu erweitern. So hat sich gezeigt, dass Elastomer-Mischungen des Gummiwerks KRAIBURG eine hervorragende Ergänzung für faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind und hier Nachteile dieser Werkstoffklasse aus-gleichen können.

Bei diesem „Werkstoff der Zukunft“ werden die auf das Material wirkenden Kräfte in erster Linie durch die Fasern aufgenommen. Diese sind in Längsrichtung besonders be-lastbar, gegen Querbelastungen, wie etwa bei einem Stein-schlag, allerdings relativ intolerant.

Eine weitere Eigenschaft von Faserverbundkunststoffen ist die relativ hohe Bauteilsteifigkeit, was wiederum zu einem geringen Dämpfungsverhalten und schlechteren akusti-schen Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Ma-terialien führt.

Genau hier setzten die Elastomer-Mischungen von Gummi-werk KRAIBURG an:

KRAIBON® ist eine dünne Folie aus unvernetztem Kaut-schuk, die im selben Herstellungsprozess innerhalb des Bauteillaminats aushärtet. Es entsteht ein Hybridmaterial, welches das Beste aus zwei Welten kombiniert.

Durch die Integration von KRAIBON® in den Lagenaufbau von FVK kann ein alternierender Aufbau aus harten und weichen Material erreicht werden, der die guten mecha-nischen Eigenschaften des FVK mit den guten „elastischen“ des Elastomers verbindet. Haupteinsatzgebiete sind die Verbesserung der Akustik, sowie des Impact- und Splitter-verhaltens.

Der entscheidende Vorteil liegt in der direkten Integration der Elastomere in den üblichen Herstellungsprozess für FVK Bauteile und darin, dass es zu einer direkten Verbin-dung zwischen Elastomer und FVK ohne zusätzliche Haft-vermittler kommt. Diese Technologie wird gezielt in Bran-chen wie dem Automobilbau, der Windkraft, der Luft- und Raumfahrt, bei Schienenfahrzeugen oder auch der Medi-zintechnik eingesetzt.

KRAIBON® - Elastomere als perfekte Ergänzung für Faserverbundkunststoffe

Branchen und Einsatzbereiche: u.a.

Automobilindustrie, Wind-kraft, Luft- und Raumfahrt,

Schienenfahrzeuge, Medizintechnik, Sport.

1

Schwingungsverhalten bei 120 Hz

Schwingungsverhalten bei 620 Hz

— CFK-Platte ohne KRAIBON®

— CFK-Platte mit KRAIBON®

Leichtbau ist ein zentrales Element im modernen Fahrzeugbau.Gleichzeitig muss dieser jedoch auch den Komfortbedürfnissen der Kunden Rechnung tragen.

Laute, unkomfortable Fahrzeuge verkaufen sich schlecht. Unter dem Schlagwort NVH (Noise, Vibration, Harshness) gibt es verschiedene Lösungsansätze, wobei i.d.R. Schwerschichtmatten eingesetzt werden. Dass dies nicht im Sinne des Leicht-baus ist, wird bereits im Begriff Schwerschicht deutlich.

In den folgenden Grafiken wird die hervorragende Performance von KRAIBON® im Vergleich zu reinen CFK-Bauteilen und Alubutyl-gedämpften Bauteilen deutlich. KRAIBON® übertrifft dabei die Leistung der Schwerschichtmatten. Wesentlicher Vorteil ist die Gewichtseinsparung von ca. 2,5 kg/m² im Vergleich zur konventionellen Lösung.

Das akustische Verhalten von Composite-Bauteilen lässt sich durch die Integration von KRAIBON® signifikant verbes-sern. Untersuchungen zeigen, dass KRAIBON® die Körperschalldämpfung von z. B. Alubutyl übertrifft und das mit einem Bruchteil des Gewichts.

Akustik - federleichte Dämpfung für Composites

KRAIBON® vereint

Leichtbau und Komfort.

2

Akustik - federleichte Dämpfung für Composites

CFK

Die Dämpfung (Verlustfaktor tanδ) einer reinen CFK-Platte liegt unter 4%. In der Praxis äußert sich das in einem sehr blechernen Klang.

Alubutyl

Die Dämpfung einer reinen CFK-Platte mittels nachträglich aufgebrach-tem Alubutyl (zusätzliches Flächengewicht ca. 2,8 kg/m²), zeigt ein Dämpfungsmaximum von etwa 30% bei Raumtemperatur.

KRAIBON®

Die Dämpfung einer CFK-Platte mit integriertem KRAIBON® zeigt ein Dämpfungsmaximum bei Raumtemperatur von ca. 40%. Das Flächen-gewicht zusätzlich zur CFK-Platte beträgt nur etwa 0,6 kg/m².

Dieser Aufbau liefert also eine bessere Performance und spart 2,0 - 2,5 kg pro Quadrat-meter Gewicht ein!

Tem

pera

tur °

C

Gewichtseinsparung von 2,5 kg/m² im Vergleich zu konventionellen

Lösungen!

Tem

pera

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Frequenz Hz

Frequenz Hz

Frequenz Hz

AKUSTIK

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3

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0,5

1,0

1,5

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3,0

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utyl

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KRAI

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1/kg

/m²

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δkg

/m²

Dämpfungsvergleich

KRAIBON® zeigt bereits bei geringen Schichtstärken, und damit geringem Zusatzgewicht, ein höheres Dämpfungsvermögen als Aluminiumbutyl. Des-halb kann KRAIBURG auch kundenindividuelle Lösungen entwickeln, welche den Themen Dämpfung, Temperaturbereich und Steifigkeit Rechnung tra-gen.

Gewichtsvergleich

Durch Constraint-Layer-Damping wird eine deutlich effizientere Dämpfung möglich. Eine Schicht KRAIBON® wiegt dabei nur 20% einer üblichen Alubutyl-Schicht.

Performancevergleich

Vergleicht man das Verhältnis des erreichten Verlustfaktors zum zusätzlich eingesetzten Gewicht, wird der große Vorteil von KRAIBON® deutlich. Die Performance (Verlustfaktor zu Gewicht) steigt um ca. 600%.

Vorteile:

• Durch Einlegen modifizierter Elastomere kann der Verlust CFK deutlicherhöht werden.

• Die durch den Einsatz von KRAIBON®-Lagen im CFK erreichte Dämpfungist größer als die Dämpfung von CFK mit Alubutyl.

• Das Flächengewicht der KRAIBON®-Lagen ist deutlich geringer als Alu-butyl.

• Die Performance, d.h. das Verhältnis von max. Verlustfaktor und Flä-chengewicht, kann mit KRAIBON® um ca. 600% im Vergleich zu Alubutylgesteigert werden.

Dämpfung / Gewicht / Performance:

4

ohne KRAIBON® mit KRAIBON®

Grad

der

Sch

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ung

zunehmende Belastung

CFK - ohne Elastomer

CFK - Elastomer mittig

CFK - gradienter Aufbau

Auslegung bisher Auslegung neu

Einschlag- und Splitterschutz für Composites

Faserverbundkunststoffe sind zwar leicht, aber auch leicht zu zerstören.

Ein Weg diesem Problem zu begegnen, ist die Auslegung der Strukturen über die primäre Anforderung hinaus. Ein anderer Ansatz ist der Schutz durch zusätzlich aufgebrachte Folien oder die Integration teurer Hochleistungsgewebe. Alle Ansätze treiben entweder das Gewicht und/ oder den Preis nach oben.

Durch die Integration von KRAIBON® kann eine deutliche Erhöhung der Schadenstoleranz erreicht werden, ohne dass es zur Gewichts- oder Kostenerhöhung kommen muss.

Wie in der Grafik unten dargestellt, kann das Bauteil mit KRAIBON® entweder auf höhere Belastungen hin ausgelegt wer-den oder aber bei konstanter Impacttoleranz, leichter und günstiger hergestellt werden.

IMPACT

5

2 Spannungsebenen

1 Spannungsebene

Impactor

Impactor

Impactor

Laminat

3 Spannungsebenen

Laminat

Laminat

Crash-Test: Konventioneller Aufbau

Crash-Test: Aufbau mit KRAIBON®

—KR

AIBO

N®

Soll neben der Schadenstoleranz auch das Splitterverhalten verbessert werden, bietet KRAIBON® Möglichkeiten, die mit herkömmlichen Materialien bisher nicht denkbar waren.

• Die einfache Integration von KRAIBON® verbessert das Splitterverhalten signifikant.• Der Energieabbau kann deutlich optimiert werden.• Das Elastomer geht hierbei eine hervorragende Bindung zum Faserverbundbauteil ein und verhindert das Ablösen

abgesplitterter Bruchstücke.

Fallturmtest: FEM-Modell

CFK

Die dem Impactor abgewandte Lage CFK nimmt mehr oder weniger alleine die Materialbe-lastung auf und wird daher zerstört.

Eine Schicht KRAIBON®

KRAIBON® ermöglicht es, den einzelnen Schichten im Laminat, relativ un-abhängig voneinander, die entstehenden Belastungen aufzunehmen. Somit existieren mehrere lasttragende Schichten, die im Impactfall gleichzeitig die maximal auftretende Belastung aufnehmen.

Mehrere Schichten KRAIBON®

Abhängig davon, ob in dem Lagenaufbau eine oder mehrere KRAIBON® Schichten integriert werden, steigt die Impacttoleranz je Lage um 100%.

Mit Hilfe dieses Lagenaufbaus kann die Widerstandsfähigkeit der Bauteile und gleichzeitig deren Lebensdauer deutlich gesteigert werden oder das Bauteil wird, je nach Anforderung, leichter und günstiger.

6

Festi

gkei

t [M

pa]

Dehnung [%]

Hybride Composites - CFK-KRAIBON®-Metall

Hybride Materialkombinationen zwischen Metall und Carbon eröffnen ein hochattraktives Feld im Bereich des Mischbaus. Durch die Verbindung dieser beiden Werkstoffe lassen sich Bauteile realisieren, die leichter als ein reines Metall-, aber deutlich günstiger als ein CFK-Bauteil sind.

Ein klarer Schwachpunkt bei diesen Verbunden sind die herkömmlich benutzten Klebstoffe. Sie gleichen die Unterschiede in den Materialien nur mäßig gut aus und verursachen dadurch eine Schwächung des Bauteils. KRAIBON® bietet hier eine innovative und leistungsstar-ke Alternative zu herkömmlichen Klebstoffen.

• Wenn Metall direkt per Klebstoff mit Carbon verbunden wird, kann es zu Kontaktkorrosion kommen. Durch die Ver-wendung von KRAIBON® wird eine isolierende Schicht zwischen beide Werkstoffe eingefügt, die einer Korrosion vor-beugt und die Lebensdauer des Bauteils erheblich erhöht.

• Noch schwerwiegender ist die unterschiedliche thermische Ausdehnung beider Materialien, die durch den Unter-schied zwischen der Temperatur während des Herstellungs- bzw. Lackierprozesses und der Temperatur des Einsatzes entsteht und so zu Spannungen im Materialverbund führt. KRAIBON® gleicht diese Spannungen deutlich besser aus als herkömmliche Klebstoffe und behält zu beiden Werkstoffen eine exzellente Haftung.

• Beispiel: Ein Hybridbauteil aus Aluminium und CFK von 1000 mm Länge wird bei 150°C gefertigt. Bei -30°C beträgt die Länge des Aluminiumteils ca. 996 mm, die des CFK-Anteils 1000 mm. An der Kante muss eine Klebeschicht von

0.3 mm eine Längendifferenz von 2mm ausgleichen. Sie wird also um ca. 566 % gedehnt.

• KRAIBON® bietet bei hybriden Materialkom-binationen eine sehr gute Haftung, höhere Flexibilität, und – insbesondere bei crashrele-vanten Anwendungen – eine deutlich bessere Energieaufnahme und damit Sicherheitsreser-ven.

Neue Möglichkeiten im Bereich der

CFK-Metall-Hybridverbindungen!

HYBRID

7

15,3

17,3

12,7

16,2

14,7 14

21

18,50 18,3

24,4

15,7 16,7

0

2

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CFK Aluminium KTL-Beschichtung gehärteter Stahl Eloverzinkter Stahl Polyamid

Zugs

cher

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Pa)

HAAS9275/45 HVV9632/19

Vergleich der Haftung zwischen HVV9632/19 und HAA9275/45

Vergleich der Haftung zwischen HVV9632/19 und HAAS9275/45

Kosten

Gewicht

Steifigkeit

Crash

Akustik

Betriebsfestigkeit

CFK / MetallCFK /KRAIBON®/ Metall

CARBON

• Hohe Festigkeit• Hohe Steifigkeit• Geringe Dichte• Hohe Energieabsorption

KRAIBON®

• Geringe Dichte• Dauerhaft viskoelastisch• Gute Dämpfungswirkung

METALL

• Hohe Steifigkeit• Hohe Festigkeit• Duktiles Versagen

WIRKMECHANISMEN

• Constrained Layer Damping• Thermische Entkopplung• Elektrochemische Entkopplung

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Platz für Ihre Notizen

Rubber improves compositesKRAIBON®

ein Produkt der:

Gummiwerk KRAIBURG GmbH & Co. KG Teplitzer Str. 2084478 WaldkraiburgGermanyinfo@kraibon.comwww.kraibon.com

© Gummiwerk KRAIBURG GmbH & Co. KG, 09/2016KRAIBON® ist als Europäische Marke 011282209 geschützt. Der KRAIBON®-Prozess - das direkte Verbinden von Gummi und FVK - ist durch die Europäischen Patente EP 1 893 405 B1, EP 2419272 B1 und weitere anhängige Patentanmeldungen geschützt (WO 2010/118860 A1; PCT/EP2012/004106; PCT/EP2012/004041). KRAIBURG haftet im konkreten Anwendungsfall nicht für genannte Eigenschaften, da KRAIBURG beeinflussende Parameter nicht bekannt sind.