Kohlenstofffaserrohre können auf spezifische strukturelle Anforderungen zugeschnitten werden, da die Fasern in verschiedene Richtungen ausgerichtet werden können. In unseren Anmerkungen heißt es: "Je nach der gewünschten Leistung kann ein Kohlenstofffaserrohr durch verschiedene Verfahren wie Rollenwickeln, Pultrusion, Formpressen oder Filamentwickeln hergestellt werden. Jedes Verfahren wirkt sich auf die strukturellen Eigenschaften des Rohrs aus.[1]. Im Gegensatz zu Metallrohren (die isotrop sind) variiert ihre Festigkeit mit der Faserausrichtung, so dass das Herstellungsverfahren die endgültigen Eigenschaften direkt beeinflusst. Im Folgenden werden die einzelnen Verfahren und ihre Auswirkungen auf Rund-, Vierkant- oder Teleskoprohre.
Aushärtung im Autoklaven

Die Autoklaven-Verfahren ist ein diskontinuierliches Aushärteverfahren, bei dem gelegte Kohlefaser-Prepreg-Rohre vakuumverpackt werden und unter Hitze und hohem Druck aushärten. Diese Methode wird in der Regel für Anwendungen verwendet, die höchste Qualität und Präzision. In einem Autoklavenzyklus wird ein Dorn oder eine Form, in der sich das Schlauchgelege befindet, in einem hitzebeständigen Vakuumsack versiegelt, um die Luft zu entfernen und die Fasern zu verdichten.[3][4]. Das verpackte Teil wird dann in einen beheizten Druckbehälter (den Autoklaven) gelegt, wo es einer kontrollierten Temperatur (oft 120-180 °C) und einem Druck (z. B. 0,6-0,7 MPa) nach einem genauen Zeitplan ausgesetzt wird.[5]. Dadurch fließt das Harz und verfestigt die Lagen vollständig zu einem hohlraumfreien Schlauch mit hohem Faseranteil.[5].
Aushärtung im Autoklaven ergibt außergewöhnliche mechanische Eigenschaften und Oberflächengüte. Das Faservolumen kann maximiert und Hohlräume minimiert werden. Enge Maßtoleranzen (oft innerhalb von ±0,2 mm) sind aufgrund des gleichmäßigen Drucks erreichbar.[6]. In der Praxis werden im Autoklaven hergestellte Rohre aus Kohlenstofffasern häufig für leistungsstarke, sicherheitskritische Teile in der Luft- und Raumfahrt, im Motorsport und in der Medizintechnik verwendet. Ein im Autoklaven gehärtetes Kohlefaser-Teleskoprohr oder ein Präzisionsinstrumentenrohr hat beispielsweise gerade, gleichmäßige Wände und eine hervorragende Faserverteilung.
Abbildung: Kohlefaser-Prepreg-Rohr in einer Autoklaven-Härtekammer.

Vorteile und Nachteile des Autoklaven-Herstellungsverfahrens für Kohlefaserrohre
Vorteile: Die Aushärtung im Autoklaven ermöglicht flexible Legepläne und kundenspezifische Faserausrichtungen (0°, 90°, ±45°, usw.) für jede Rohrform. Das Ergebnis sind Rohre von höchster Qualität mit maximale Festigkeit und Steifigkeitund sehr glatte kosmetische Oberfläche[7][2]. Aufgrund der präzisen Aushärtungsumgebung sind auch enge Toleranzen und die kundenspezifische Integration von Einsätzen oder Endbeschlägen (unter Verwendung von Metalleinsätzen im Layup) möglich.[6].
Beschränkungen: Der größte Nachteil sind die Kosten und der Durchsatz. Autoklaven sind kapitalintensiv, und die Teile werden chargenweise ausgehärtet. Dieses Verfahren eignet sich am besten für kleine oder mittlere Stückzahlen oder Prototypen. Außerdem erfordert die Verarbeitung im Autoklaven teure Prepreg-Materialien und eine Tiefkühllagerung, was die Projektkosten erhöht.
Typische Rohrtypen: Autoklav-Methoden eignen sich hervorragend für kürzere Rohre oder komplexe Formen wo Qualität an erster Stelle steht. Runde und rechteckige Rohre für Ausleger in der Luft- und Raumfahrt, hochwertige Sportartikel (z. B. Präzisionsskistöcke oder Takelage) und medizinische Rohre werden häufig im Autoklaven gehärtet. Teleskopische Rohre (verschachtelte Abschnitte), die einen präzisen Durchmesser und eine präzise Oberflächenbeschaffenheit erfordern, profitieren ebenfalls von der Konsistenz im Autoklaven.
Rollenverpackung

Kohlefaser Rollenverpackung (auch Mandrel Wrapping genannt) ist ein halbmanuelles Verfahren, bei dem Kohlefaser-Prepreg-Bahnen oder -Bänder gewickelt um einen zylindrischen Dorn gewickelt und dann ausgehärtet. Bei diesem Verfahren werden Lagen von Prepreg auf Länge geschnitten und spiralförmig oder in Umfangsrichtung auf einen Dorn gewickelt, wobei die Faserwinkel und die Wandstärke durch das Wickelmuster gesteuert werden[8]. Nach dem Umwickeln wird das Rohr in der Regel vakuumverpackt und im Ofen (Autoklaven) ausgehärtet, um die Struktur zu verfestigen.
Rollenverpackung bietet Designflexibilität und ästhetisches Finish. Die Ummantelung "ermöglicht variable Wandstärken, kontrollierte Faserwinkel und eine glatte ästhetische Oberfläche, was sie ideal für strukturelle und dekorative Anwendungen macht".[8]. So können beispielsweise bei einem kundenspezifischen runden Kohlefaserrohr zusätzliche ±45°-Lagen für die Torsionsfestigkeit oder ein maßgeschneidertes getarntes Geflecht für ein einzigartiges Aussehen hinzugefügt werden. Die Naht, an der die Umhüllung zusammenkommt, kann sichtbar sein oder überlappen, aber sie kann durch sorgfältiges Zuschneiden minimiert werden.

Vorteile und Nachteile des Herstellungsprozesses von Kohlenstofffaser-Rohren durch Rollwickeln
Vorteile: Dieses Verfahren erfordert relativ einfache Werkzeuge (nur einen geeigneten Dorn) und eignet sich für Kleinserien oder Prototypen leicht. Die Ingenieure können den Schichtaufbau Schicht für Schicht feinabstimmen. Es unterstützt nicht standardisierte Durchmesser und kundenspezifische Kleinserien. Faserorientierung und Wandstärke kann entlang des Rohrs variiert werden. Umhüllungen oder spezielle Trennfolien können die Oberflächenqualität verbessern.
Typische Rohrtypen: Die Rollenverpackung wird häufig verwendet für kurze bis mittellange Rohre für Anwendungen, bei denen Individualität und Aussehen wichtig sind. Beispiele hierfür sind kundenspezifische Display-Rahmen, kleine Strukturboxen, maßgeschneiderte Halterungen oder quadratische/rechteckige Rohre mit geringem Volumen. Sie eignet sich auch für Außenschichten von mehrschichtigen Rohren (für Kosmetika oder besondere äußere Eigenschaften). Die Rollenverpackung kann zur besseren Verfestigung mit einer Autoklav- oder Ofenhärtung kombiniert werden.
Pultrusion (kontinuierliches Ziehen)

Pultrusion ist ein kontinuierliches Verfahren, das sich ideal für gerade Carbonfaserprofile (Rohre, Balken, Stäbe) mit konstantem Querschnitt eignet. Bei der Pultrusion werden kontinuierliche Carbonfaser-Rovings oder -Gewebe durch ein Harzbad (zur Befeuchtung der Fasern) und anschließend durch eine beheizte Form gezogen[9]. Das Harz wird in der Matrize ausgehärtet, und ein Zugmechanismus zieht das erstarrende Profil kontinuierlich heraus und schneidet es auf Länge. Da es sich bei dem Verfahren um eine "kontinuierliche Fertigung" handelt[9]kann es 24/7 laufen, um lange, gleichmäßige Rohre effizient.
Diese Methode ergibt Rohre mit gleichmäßige Abmessungen und gute Faserausrichtung über die gesamte Länge. Pultrudierte Kohlenstofffaserrohre sind in der Regel sehr gerade und die Fasern sind überwiegend parallel zur Rohrachse ausgerichtet, was zu einer hervorragenden axialen (längsgerichteten) Festigkeit und Steifigkeit führt. Durch Pultrusion werden Teile hergestellt, die "gerade, stark und kosteneffizient für den Einsatz in der Industrie und im Bauwesen sind".[10]. Ein pultrudiertes Vierkantrohr aus Kohlenstofffasern, das in einem architektonischen Rahmen verwendet wird, hat beispielsweise eine nahezu identische Wandstärke und Wandgeradheit im Metermaßstab.
Abbildung: Eine Pultrusionsanlage zur Herstellung von kontinuierlichen Verbundprofilen (dargestellt ist ein flacher pultrudierter Streifen). Durch Pultrusion können auch runde oder rechteckige Rohre hergestellt werden, wenn die entsprechende Düse verwendet wird.

Vorteile und Nachteile des Pultrusionsverfahrens zur Herstellung von Kohlenstofffaserrohren
Vorteile: Die Pultrusion ist hoch automatisiert und wirtschaftlich für Großserienfertigung. Die Faserplatzierung und die Harzimprägnierung sind konsistent und wiederholbar, so dass die Qualität von Rohr zu Rohr einheitlich ist. Die daraus resultierenden Rohre haben ein hohes Faservolumen über die gesamte Länge und eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität. Das Verfahren eignet sich besonders für lange, gerade zylindrische oder rechteckige Rohre (wie geriffelte Pfosten, Konstruktionsschienen oder Multimeterrohre). Es ist nur wenig Nachbearbeitung erforderlich, da die Oberfläche der Matrize glatt ist.
Beschränkungen: Konstruktionsbedingt ist die Pultrusion auf konstante (unveränderliche) Querschnitte und feste Faserrichtungen (meist 0° entlang der Länge) beschränkt. Es ist nicht ohne weiteres möglich, die Wandstärke zu variieren oder abgewinkelte Faserverstärkungen in der Mitte der Länge hinzuzufügen. Komplexe Formen oder sich verjüngende Rohre sind nicht praktikabel. Das Verfahren führt in der Regel zu einem isotropen Profil mit weniger Gestaltungsfreiheit (z. B. keine eingebetteten Einsätze, es sei denn, die Produktion wird unterbrochen). Außerdem ist die Erstausstattung mit Werkzeugen für eine Pultrusionsdüse kostspielig, so dass das Verfahren am besten für lange Produktionsläufe geeignet ist.
Typische Rohrtypen: Pultrusion ist ideal für lange gerade Rohre mit einheitlichem Querschnitt. Gängige Beispiele sind Antriebswellen, Rohre, Führungsschienen und Vierkant-/Rechteckrohre für Rahmen aus Kohlefaser. Bei einem Teleskoprohrsystem könnten beispielsweise pultrudierte Segmente für die gleitenden Teile verwendet werden, um die Vorteile der präzisen Durchmessersteuerung zu nutzen. Jedes Projekt, bei dem Dutzende oder Hunderte identischer Rohre benötigt werden (wie z. B. UAV-Ausleger, Förderschienen oder Industrieträger), kann von der Effizienz und Konsistenz der Pultrusion profitieren.[10][9].
Formpressen

Das Formpressen von Kohlenstofffasern ist ein Hochdruckformverfahren, bei dem vorgeschnittene Kohlenstofffaser-Prepregs oder Sheet Molding Compounds (SMC) in eine beheizte, angepasste Metallform eingelegt und unter Druck verfestigt werden, um die endgültige Form des Bauteils zu erhalten. Bei diesem Verfahren wird die Materialcharge entsprechend der erforderlichen Dicke und Faserausrichtung sorgfältig im Formhohlraum angeordnet und dann bei hoher Temperatur und hohem Druck komprimiert, um das Harz auszuhärten und ein dichtes, präzises Bauteil herzustellen.
Während des Formens übt die Presse einen Druck von mehreren Megapascal aus, während die Form aufgeheizt wird (in der Regel zwischen 120 und 180 °C), was eine gleichmäßige Verfestigung und minimale Hohlräume gewährleistet. Nach dem Aushärten wird die Form geöffnet und das Teil entformt, beschnitten und optional nachgehärtet oder beschichtet, um die Haltbarkeit zu erhöhen.
Das Formpressen bietet eine hervorragende Wiederholbarkeit und Maßhaltigkeit. Dieses Verfahren "liefert eine gleichbleibende Festigkeit, eine präzise Geometrie und eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit und ist damit ideal für mittelgroße bis große Mengen an Kohlefaserteilen.

Vorteile und Nachteile des Herstellungsprozesses von Kohlenstofffaserrohren durch Formpressen
Vorteile: Dieses Verfahren bietet eine hohe Gleichmäßigkeit der Teile, eine hervorragende Oberflächengüte auf beiden Seiten und eine genaue Maßkontrolle. Die geschlossene Form minimiert den Lufteinschluss und gewährleistet einen hohen Faservolumenanteil. Es eignet sich für sich wiederholende Produktionsläufe und ermöglicht eine Automatisierung für einen höheren Durchsatz. Die geformten Teile erreichen eine höhere mechanische Festigkeit und Schlagzähigkeit als bei der offenen Formgebung.
Beschränkungen: Das Formpressen erfordert Präzisionswerkzeuge aus Metall, was die Kosten in die Höhe treibt. Die Abmessungen der Form begrenzen die maximale Größe der Teile, so dass es sich weniger für sehr lange Rohre oder große Strukturteile eignet. Das Einstellen von Lege- oder Faserwinkeln ist schwieriger als beim Handlaminieren oder Rollenwickeln. Die Zykluszeit hängt von den Heiz- und Kühlraten der Form ab, was die Gesamtproduktivität beeinträchtigt.
Typische Rohrtypen: Das Formpressen wird üblicherweise verwendet für kurze, hochpräzise Kohlefaserrohre, Rohrverbinderund Baubeschläge die Stärke und Konsistenz erfordern. Es wird auch verwendet für flache oder konturierte Bauteile wie Paneele, Halterungen und Montageplatten. In der Rohrproduktion kann dieses Verfahren Endsegmente oder Verbindungsteile wo glatte Oberflächen, mechanische Genauigkeit und Haltbarkeit entscheidend sind. Das Formpressen kann auch andere Verfahren ergänzen wie Rollenverpackung durch die Herstellung von Gegenstücken oder Verstärkungen für Hybridbauteile.
Filament-Wicklung

Kohlefaser Filamentwicklung ist das Verfahren, bei dem harzimprägnierte Faserbänder in präzisen Mustern um einen rotierenden Dorn gewickelt werden. Es ist besonders gut geeignet für zylindrische Rohre und Druckbehälter. Beim Filamentwickeln werden Endlosfasern (entweder nass mit Harz oder vorimprägniert) durch einen programmierbaren Maschinenkopf auf einen Dorn geführt[11]. Das Wicklungsmuster (ringförmig, schraubenförmig, polar usw.) richtet sich nach den Belastungsanforderungen des Rohrs; so optimieren Ringwicklungen (in Umfangsrichtung gewickelte Fasern) die Berstdruckfestigkeit, während schraubenförmige Wicklungen die axiale Steifigkeit erhöhen.[11].
Nach dem Wickeln wird die nasse Schicht ausgehärtet, normalerweise in einem Ofen oder Autoklaven, um die Harzmatrix zu härten.[12]. Der Dorn wird dann entfernt (oft ist er zusammenklappbar oder auflösbar), so dass ein nahtloses Rohr übrig bleibt.[13]. Das Wickeln von Filamenten ergibt Rohre mit hoher Fasergehalt und maßgeschneiderte AusrichtungenDadurch sind sie im Verhältnis zum Gewicht extrem stabil. Das Wickeln von Filamenten "bietet maximale Festigkeitskontrolle" und wird bevorzugt für "Druckbehälter, Rohre für die Luft- und Raumfahrt und hochbelastete Anwendungen" eingesetzt.[14].

Vorteile und Nachteile des Herstellungsprozesses von Kohlenstofffaserrohren durch Filamentwicklung
Vorteile: Das Wickeln von Filamenten erzeugt sehr hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht Rohre mit hervorragender Faserbindung. Da Faserspannung und Wickelwinkel computergesteuert sind, erzielt das Verfahren eine gleichmäßige, lückenlose Imprägnierung[15]. Die Rohrlängen können recht lang sein und werden hauptsächlich durch die Handhabung des Dorns begrenzt. Es können komplexe Wickelmuster verwendet werden (einschließlich strategischer Winkeländerungen). Die Produktion ist halbautomatisch, so dass die Herstellung von Zylindern mit großem Durchmesser schneller ist als die Handauflegung. Die Wicklung ist sowohl für kleine als auch für größere Serien skalierbar, sobald sie eingerichtet ist.
Beschränkungen: Das Wickeln von Filamenten unterstützt hauptsächlich achsensymmetrische (zylindrische) Formen - Es ist schwierig, ein perfektes Quadrat oder eine komplexe Form zu wickeln, außer mit mehrteiligen Methoden. Das Wickeln auf einem rechteckigen Dorn ist komplex und wird nur selten durchgeführt. Außerdem sind innere Merkmale (wie Einlagen oder Verbundschichten) während des Wickelns schwieriger einzubringen - die meisten Einlagen müssen nach dem Aushärten hinzugefügt werden. Die Innenfläche wird durch den Dorn definiert und erfordert oft ein Trennmittel, und das Entfernen des Dorns kann eine Herausforderung sein, wenn er nicht zusammenklappbar ist. Aus diesen Gründen ist das Wickeln von Filamenten bei kurzen, stark verjüngten oder nicht zylindrischen Rohren weniger üblich.
Typische Rohrtypen: Filament Wicklung glänzt für runde Druckrohre, Raketenmotorgehäuse, zylindrische Strukturelemente und Hydraulikzylinder. So können zum Beispiel lange Antriebswellen aus Kohlenstofffasern oder Hydraulikleitungsabschnitte zu gleichmäßigen, hochfesten Rohren gewickelt werden. Das Verfahren wird auch für hochwertige Fahrrad- oder Motorwellen verwendet. Leichte zylindrische Teleskopstangen für die Fotografie oder für Drohnen können in Segmenten gewickelt (mit durch den Dorn geformten Innenflächen) und dann zusammengesetzt werden. Generell eignen sich filamentgewickelte Rohre für alle Anwendungen, die einen hohen Berstdruck oder eine hohe Torsionsbelastung erfordern (z. B. Kraftstofftanks, Hochdruckleitungen oder Antriebswellen).[14][15].
Prozess-Vergleichstabelle
Im Folgenden werden die vier Produktionsverfahren in Bezug auf die wichtigsten Aspekte verglichen:
| Prozess | Ideale Rohrform/Typ | Produktionsvolumen | Zentrale Stärken | Beschränkungen |
|---|---|---|---|---|
| Aushärtung im Autoklaven | Komplexe oder kurze Rohre (rund/quadratisch) | Gering bis mittel | Höchste Faserverdichtung; hervorragende Präzision und Oberflächenqualität | Hohe Kosten; lange Zykluszeit; Chargenverfahren begrenzt den Durchsatz; teure Prepreg-Lagerung |
| Rollenverpackung | Kundenspezifische oder Standardrohre | Mittel | Automatisiertes oder halbautomatisiertes Wickeln sorgt für einen gleichmäßigen Aufbau und schnelleren Durchsatz; | Begrenzt durch die Länge des Dorns und den Aufbau; |
| Pultrusion | Lange gerade Rohre (konstanter Querschnitt) | Hoch (kontinuierlich) | Gleichbleibende Abmessungen und Geradheit; hoher Durchsatz; kosteneffizient im Maßstab | Begrenzt auf festen Querschnitt; Faserausrichtung hauptsächlich axial; geringere Designflexibilität |
| Filament-Wicklung | Zylindrische Rohre, Druckbehälter | Mittel (nach Einrichtung) | Kontrollierte Faserausrichtung (Ring/axial) für maximale Festigkeit; hohes Faservolumen; skalierbar | Im Allgemeinen nur zylindrisch; Dorn erforderlich; Innenbearbeitung erforderlich; komplexe Integration der Einsätze |
| Formpressen | Kurze bis mittlere Rohre | Mittel bis hoch (fahrradbasiert) | Hervorragende Wiederholbarkeit und Oberflächengüte; schnelle Zykluszeit; kompatibel mit duroplastischen oder thermoplastischen Verbundwerkstoffen; ermöglicht komplexe Merkmale | Erfordert angepasste Metallformen; hohe Werkzeugkosten; begrenzt auf Teilegröße und Pressenkapazität; geringere Kontinuität der Faserlänge |
Jeder Prozess ist ausgewogen zwischen Leistung, Kosten und Flexibilität. Zum Beispiel ermöglicht die Rollenverpackung ein individuelles Erscheinungsbild, während Pultrusion senkt die Stückkosten für große Mengen auf Kosten der Geometrieflexibilität[16][9]. Das Wickeln von Filamenten ist unübertroffen, wenn eine präzise Kontrolle der Festigkeit in einem Zylinder erforderlich ist.[14]während die Aushärtung im Autoklaven in Bezug auf Genauigkeit und Faserkonsolidierung unübertroffen ist.[7][2]und Formpressen überbrückt die Lücke und bietet eine höhere Produktivität bei komplexen Geometrien, sobald die Formen vorhanden sind.
Rohr Typ vS. Empfohlener Prozess
Die Wahl des richtigen Verfahrens hängt auch von der Rohrgeometrie und der Anwendung ab:
- Runde (zylindrische) Rohre: Alle fünf Verfahren können runde Rohre herstellen. Für Großes Volumen Für die Herstellung von Industriestandardrohren eignet sich die Pultrusion oder Filamentwicklung am besten. Für Sonderlängen oder -ausführungenkann das Rollenwickeln oder Autoklavieren verwendet werden. Filament Winding eignet sich hervorragend für Druck- oder tragende Zylinder; Pultrusion eignet sich hervorragend für lange gerade Rohre; Autoclave Wrap-Ups bieten eine erstklassige Verarbeitung bei kleinen Auflagen; Formpressen eignet sich für kürzere, hochvolumige Großserien.
- Quadratische/Rechteckige Rohre: Diese werden häufig entweder durch Pultrusion oder durch Handauflegen hergestellt. Beim Pultrusionsverfahren werden gleichmäßige rechteckige Rohre in großen Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt[17]. Für benutzerdefinierte Formen oder integrierte Merkmale werden manuelle Layup- (Autoklav oder RTM in Formen) oder Roll-and-Bond-Verfahren verwendet.[18][19]. Rechteckige Rohre mit eingebetteten Fittings erfordern oft ein geteiltes Formteil oder ein präzises Layup.
In der nachstehenden Tabelle sind die besten Verfahren für jeden Rohrtyp zusammengefasst:
| Rohrform | Empfohlene Prozesse | Anmerkungen |
| Rundes/zylindrisches Rohr | Filament-Wicklung, Pultrusion, Rollenverpackung, Formpressen | Wählen Sie Filament oder Pultrusion für Festigkeit/Volumen; Walzen für kundenspezifische Ausführungen; Autoklav für kleine Präzisionsserien, Formpressen für schnelle, kurze, komplexe Formen. |
| Quadratisches / rechteckiges Rohr | Pultrusion, Autoklav/RTM, Formpressen | Pultrusion für lange gerade Abschnitte[10]Autoklav für kleine Chargen mit Einsätzen[20]Formpressen für kurze Strukturgehäuse oder integrierte Ecken |
Die Wahl des richtigen Verfahrens
Bei der Beratung unserer Kunden bewerten wir Faktoren wie Volumen, Geometrie, erforderliche Leistung und Kosten. Einige wichtige Entscheidungspunkte sind:
- Produktionsvolumen: Für Hunderte bis Tausende von Röhren (industrielle Verwendung), Pultrusion ist in der Regel der kostengünstigste Weg. Für die Herstellung von Prototypen oder Kleinserien, Autoklav-Aufbau oder Rollenverpackung gibt Flexibilität. Das Wickelverfahren hat moderate Einrichtungskosten und eignet sich für mittlere Auflagen zylindrischer Teile. Das Formpressen eignet sich für die Massenproduktion von kundenspezifischen Rohren.
- Strukturelle Anforderungen: Wenn die Anwendung ein Höchstmaß an Festigkeit und Präzision erfordert (z. B. Wellen für die Luft- und Raumfahrt oder Hochdruckrohre), Autoklav oder Filamentwicklung sind ideal. Sie ermöglichen maßgeschneiderte Faserwinkel für spezifische Lastfälle[14]. Für allgemeine Steifigkeit und Belastung bietet die Pultrusion eine einheitliche Qualität.
- Geometrie und Komplexität: Komplexe Formen oder integrierte Merkmale begünstigen Autoklav/RTM in Formen (die Enden/Fittings formen können) oder durch Formpressen für individuelle Längen[21][22]. Lange, gleichmäßige Rohre ohne Kurven sind perfekt für die Pultrusion geeignet.
- Oberflächengüte und Toleranzen: Wenn die kosmetische Qualität der Oberfläche wichtig ist (sichtbare Webmuster, glänzende Oberfläche), bieten Autoklav oder Formpressen die beste Oberfläche. Das Filament-Winding erzeugt nahtlose, glatte Zylinder. Das Wickeln auf Rollen kann eine schöne Oberfläche ergeben, aber es können Nähte sichtbar sein.
- Gewicht und Material: Alle Verfahren erzeugen leichtere Teile als Metall, aber das genaue Faservolumen kann variieren. Beim Autoklavieren, Formpressen und Filamentwickeln wird aufgrund der Druckhärtung häufig ein höherer Faseranteil (geringeres Gewicht) erzielt. Pultrusion hat einen hohen Faseranteil in Längsrichtung.
Kurz gesagt, Wir helfen unseren Kunden bei der Auswahl Wir bewerten die technischen Anforderungen und empfehlen die effizienteste Materialkombination" für jedes Projekt.[23].
Zusammenfassung des Prozessvergleichs
Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die Rohre der einzelnen Verfahren hinsichtlich der wichtigsten Eigenschaften unterscheiden:
| Eigentum | Autoklavgehärtetes Rohr | Schlauch mit Rollenverpackung | Pultrudiertes Rohr | Filament-Wickelrohr | Kompressionsgeformtes Rohr |
|---|---|---|---|---|---|
| Faserausrichtung | Vollständig anpassbares Layup | Anpassbar, Schicht für Schicht | Hauptsächlich 0° (axial) | Kontrollierte Helix-/Hoop-Muster | Zufällig oder quasi-isotrop (matt/vorgeformt) |
| Wanddicke | Variabel durch den Aufbau | Variabel durch Wickellagen | Konstant (fester Matrizenspalt) | Konstant pro Dornumschlingung | Gesteuert durch den Formhohlraum |
| Länge Fähigkeit | Begrenzt durch die Größe des Autoklaven | Begrenzt durch die Dorngröße (~<10 m) | Sehr lang (kontinuierlich) | Lang, durch Dorn begrenzt | Begrenzt durch Form/Presse (~<2 m typisch) |
| Nähte/Verbindungen | Nahtlos (wenn eine Umhüllung oder Form verwendet wird) | Überlappungsnaht vorhanden | Nahtlos durchgängig | Nahtlos | Nahtlos (geschlossene Form) |
| Abmessungstoleranz | Ausgezeichnet (±0,2 mm oder besser)[6] | Mäßig | Sehr gut in der Länge | Gut umlaufend | Ausgezeichnete Wiederholbarkeit (±0,1-0,3 mm typisch)[24] |
| Oberflächenbehandlung | Ausgezeichnet (druckkonsolidiert) | Gut, wenn getrimmt | Gut (glatter Würfel) | Gut (außen glatt, innen zu polieren) | Ausgezeichnet (formgeschliffen) |
| Durchsatz/Kosten | Geringe Leistung, hohe Kosten pro Teil | mittlere Leistung, moderate Kosten | Hohe Leistung, niedrige Kosten | Mittlere Leistung, moderate Kosten | Hoher Ausstoß nach der Werkzeugbereitstellung, niedrige Stückkosten |
Anhand dieser Kriterien kann ein Beschaffungsteam können Kompromisse abwägen. Zum Beispiel, wenn höchste Präzision für eine Charge von Prototyp-Rohren erforderlich ist, ist die Aushärtung im Autoklaven gerechtfertigt. Wenn eine große Menge gleichmäßiger Industrierohre benötigt wird, spart das Pultrusionsverfahren Kosten. Wenn ein spezieller Faseraufbau erforderlich ist (z. B. wechselnde Faserwinkel), ist das Formpressen/Filamentverfahren die beste Lösung.
Schlussfolgerung
Jedes Kohlefaserrohrprojekt ist einzigartig. Durch die Analyse der Rohrgeometrie (rund vs. eckig), der Menge und der Leistungsanforderungen wählen wir die am besten geeignete Fertigungslinie aus. Aushärtung im Autoklaven bietet höchste Qualität und Flexibilität für Rohre in kleinen Mengen und mit hoher Spezifikation[7][2]. Verpackung von der Rolle bietet benutzerdefinierte Layouts und Kleinserienkomfort[8]. Pultrusion liefert unübertroffene Effizienz und Konsistenz für lange, gerade Strecken[10]. Wickeln von Filamenten produziert extrem starke zylindrische Rohre mit präziser Faserkontrolle[14][11], Formpressen ideal für mittlere bis hohe Stückzahlen, kurze oder integrierte Verbundteiledie Oberflächenpräzision, Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit kombiniert.
Als erfahrener Hersteller von Kohlenstofffasern nutzt Alizn sein umfassendes Prozesswissen, um B2B-Kunden bei ihren Entscheidungen zu unterstützen - Unterstützung der Beschaffungsteams bei der Auswahl des besten Herstellungsverfahrens für jedes Kohlefaserrohrprodukt. Mit dem richtigen Produktionsverfahren erfüllt das resultierende Rohr die erforderlichen Festigkeits-, Passform- und Qualitätsstandards bei optimalen Gesamtkosten und Vorlaufzeiten.
Quellen: Alizn technische Ressourcen zur Herstellung von Kohlenstofffaserrohren
[1] [8] [10] [14] [16] [23] Kohlenstofffaser-Rohr VS. Traditionelle Materialien Rohre
[2] [3] [4] [5] [6] [7] Kohlefaserteile Herstellungsprozess Autoklav Linie
[9] Kohlefaserprodukte Pultrusionsformanlage
[11] [12] [13] [15] Carbon Fiber Parts Molding Process Filament Winding Produktionslinie
[17] [18] [19] [20] [21] [22] Fertigungsleitfaden für rechteckige Rohre aus Kohlenstofffaser
Abschließende Überlegungen
Als Experten für Verbundwerkstoffe sind wir bereit Sie bieten mit kritischer Unterstützung. Wer jetzt richtig entscheidet, vermeidet spätere Kostenüberschreitungen, Verzögerungen und enttäuschende Ergebnisse.
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