Torries

elastischen „Federwirkung“. Bedauerlicher Weise ist
diese Federstärke – der Parameter wird als Elastizitäts-
modul bezeichnet – bei Kohlefasern sehr viel höher
als bei Glasfasern. Eine dickere Schicht GFK, die sich
noch immer weit leichter dehnen lässt als eine zur
vermeintlichen Verstärkung zusätzlich aufgebrachte
dünne CFK-Auflage, wird also im Lastfall zunächst
keine der einwirkenden Kräfte aufnehmen, denn die
aufgebrachte Zugbelastung wird zunächst nahezu
völlig von den weit weniger dehnbaren Kohlefasern
übernommen. Diese gehen aber wegen der geringen
Materialstärke dann rasch in Überlast und reißen;
siehe Abbildung 9.

Somit fällt also die erhoffte Verstärkung mehr oder
weniger sofort aus. Folglich übernimmt nun die dicke-
re Schicht GFK die Belastung alleine. Da aber eben die
Kohlefasern aufgebracht wurden, weil das Glasfaser-
Bauteil die Belastung nicht aushalten konnte, wird
dieses nun auch überlastet und versagt letztlich auch.
Eine Verstärkung aus Glasfasern hätte das Problem
hingegen gegebenenfalls gelöst. Daraus leitet sich
die Erkenntnis ab, dass CFK-Auflagen zwar GFK-Teile
versteifen, aber nicht verstärken.

Und selbst wenn das GFK-Teil mit etwas Glück nun
doch nicht überlastet sein sollte, hat sich im CFK-Ma-
terial durch die nun defekte CFK-Schicht ein Risskeim
gebildet, der sich dann über die Kunststoffmatrix in
die GFK-Schicht fortsetzt und letztlich dort dennoch
zum Versagen der Struktur führen kann. Wenn es
ungünstig läuft, ist also die dünne CFK-Auflage nicht
nur keine Verstärkung, sondern kann das Material
sogar zusätzlich schwächen. Und das, obwohl die
CFK-Einlage das Bauteil sicher versteift hat. Überspitzt
kann man sich die Verhältnisse vorstellen als würde
man eine Schicht Alu-Folie auf ein Gummiband kleben.
Obwohl Aluminium sehr viel fester ist als Gummi, ist
es leicht einsehbar, dass unter Zuglast sicher erst die
Alu-Folie einreißt, bevor das Gummiband überhaupt
belastet wird.

Es ist also ein Irrtum zu glauben, man könne

zum Beispiel einen Holz-Holm mit einer dün-

nen CFK-Auflage „verstärken“. Dasselbe gilt

zum Beispiel für CFK-Auflagen auf Spanten.

Das Material mit der geringsten Elastizität wird

immer zunächst alle Kräfte aufnehmen und folg-

lich ist es so zu dimensionieren, dass es die zu

erwartenden Zuglasten alleine aufnehmen kann

ohne zu versagen. Das übrige Material dient

dann nur zur Stützung oder Formgebung, nicht

aber zur Erhöhung der Festigkeit. Daher wird

im manntragenden Flug als Stützmaterial heute

oft Hartschaum verwendet. Seine Festigkeit ist

kaum der Rede wert, doch sie wird ja auch nicht

benötigt. Dafür ist seine Masse gering.

Die übliche Flächenkonstruktion eines modernen

manntragenden Kunststoffseglers besteht aus

einem CFK-Holm und einer GFK-Flügelschale.

Der Holm hat die Aufgabe, die Biegelasten auf-

zunehmen und die Schale erzeugt neben der

Gewährleistung der Profilform die Verwindungs-

steifigkeit. Im Modellflug umgesetzt findet man

dieses Prinzip beispielsweise bei Modellen von

ArtHobby. Hier gewährleistet ein Holm aus einem

CFK-Gewebeschlauch, der über einer Stützstruk-

tur aus Hartschaum oder Balsaholz aufgebracht

ist, die Biegefestigkeit. Die Holzbeplankung macht

die Flächen äußerst drehsteif. Manchmal findet

man unter der Holzbeplankung eine Schickt

GFK; siehe Abbildung 10. Nach den gewonnenen

Erkenntnissen ist es nun diese, die die Verwin-

dung auffängt. Daher sollte sie idealer Weise in

diagonaler Faserrichtung aufgebracht sein; siehe

Abbildung 11.

Material gezielt einsetzen

Im Modellflug ist in der Regel Leichtbau wichtig,

denn dadurch wird nicht nur das Flugbild eines

Scale-Modells dem des Original ähnlicher, son-

dern bei Zweckmodellen verbessert sich deren

Sinkleistung. Das garantiert bei Seglern gute

Thermikflugeigenschaften, bei Motormodellen

führt es zu geringerer nötigen Antriebsleistung,

was wiederum die Flugzeit verlängert. Deshalb

sollte man bei der Konstruktion einer Tragfläche

nicht nach dem Motto verfahren „viel hilft viel“.

Vielmehr ist es sinnvoll, die Festigkeit dort wo

nötig durch geeignete Materialwahl ausreichend

hoch zu gestalten, in den übrigen Bereichen je-

doch eher schweres Material einzusparen. Eine

leichte und gleichzeitig feste Konstruktion ist die

Folge. Kombiniert man verschiedene Materialien,

muss man immer beachten, dass das am wenigs-

ten elastische Material nahezu alle Kräfte alleine

aufnehmen wird. Entsprechend ausreichend

muss es dimensioniert sein. Da die Verhältnisse

nicht linear sind und daher aus Erfahrungs-

werten kaum optimal bestimmt werden können,

kommt man bei größeren Modellen um eine

wirkliche Festigkeitsberechnung kaum herum,

möchte man nicht zu viel unnötiges Material im

Flügel unterbringen. ‹‹‹‹‹

Abbildung 9: Die dünne CFK-Schicht auf einem GFK-Teil ist überlastet und reißt –
danach geht das GFK-Teil gegebenenfalls auch in Überlast und bricht in dessen Folge

Abbildung 11: Die ideale Faserausrichtung
für Holm (schwarz) und Flügelschale (blau)

Abbildung 10: Eine feste und gleichzeitig leichte
Flügelkonstruktion – der CFK-Holm nimmt die
Biegelasten auf, die Beplankungschale aus
Holz oder GFK macht den Flügel verwindungssteif

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