Wie viel wiegt leichtes Kohlefasermaterial für Drohnen?

Wie viel wiegt leichtes Kohlefasermaterial für Drohnen?

Was „Wie viel wiegt Kohlefaser?“ wirklich für Drohnenbauer bedeutet

Wenn Drohnenkonstrukteure fragen „Wie viel wiegt Kohlefaser?“, meinen sie in der Regel: Wie schwer ist ein fertiges Kohlefaserbauteil, nachdem es in einer bestimmten Form und Dicke hergestellt wurde? Für Drohnen ist diese Frage von praktischer Bedeutung – das Gewicht beeinflusst direkt Flugzeit, Nutzlastkapazität, Wendigkeit und strukturelle Leistungsfähigkeit. Kohlefaser als Rohmaterial hat zwar einen bestimmten Dichtebereich, relevanter ist jedoch die Dichte des fertigen Bauteils.kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff(CFK)-Verbundwerkstoff. Das bestimmt die Masse der Rahmen, Ausleger, Platten und Halterungen, die Sie an einer Drohne verwenden.

Typische Dichten – die Basisdaten für Gewichtsberechnungen

Für eine realistische Gewichtsabschätzung von Drohnenbauteilen sollte die Dichte des Verbundwerkstoffs und nicht die der Rohfaser herangezogen werden. Typische Bereiche sind:

• Kohlenstofffaser (Vollfilamente): ~1,75–1,95 g/cm³ (1750–1950 kg/m³)
• Kohlenstofffaserverbundwerkstoff (CFK mit Epoxidmatrix, typische Qualitäten für Luft- und Raumfahrt/Verbraucheranwendungen): ~1,50–1,60 g/cm³ (1500–1600 kg/m³)
• Aluminium (6061): ~2,70 g/cm³ (2700 kg/m³)
• Glasfaserverbundwerkstoff (E-Glas + Epoxidharz): ~1,90–2,00 g/cm³ (1900–2000 kg/m³)

Für Drohnenanwendungen verwenden wir üblicherweise Dichtewerte für CFK-Verbundwerkstoffe (1,5–1,6 g/cm³), da die Strukturen aus harzimprägnierten Laminaten, Wabenkern-Sandwichplatten oder Gewebe-/Prepreg-Laminaten bestehen – und nicht aus reinem Kohlenstofffasergewebe. Diese Dichtewerte sind am zuverlässigsten für die Umrechnung des Bauteilvolumens in Masse.

Wie man das Gewicht berechnet: Eine einfache Formel für Designer und Einkäufer

Gewicht (Masse) = Volumen × Dichte. Bei flachen Platten gilt: Volumen = Fläche × Wandstärke. Bei Hohlrohren berechnet man das Mantelvolumen aus Außen- und Innenradius und multipliziert es anschließend mit der Länge. Verwenden Sie einheitliche Einheiten: Meter und Kilogramm sind am einfachsten.

Beispiele für nützliche Schnellumrechnungen:

• 1 mm dicke CFK-Platte (~1,6 g/cm³) -> Masse pro Quadratmeter = 1,6 kg/m²
• 0,5 mm dicke CFK-Platte -> ~0,8 kg/m²
• 2 mm dicke CFK-Platte -> ~3,2 kg/m²

Praktische Beispiele: Umrechnung von Dichte in Gewichte von Drohnenbauteilen

Nachfolgend finden Sie Berechnungen aus der Praxis, die Sie nachvollziehen können:

Beispiel A — Platte: eine 200 mm × 200 mm (0,2 m × 0,2 m) große Deckplatte mit einer Dicke von 1,5 mm aus CFK mit einer Dichte von 1.600 kg/m³:

• Fläche = 0,04 m²
• Dicke = 0,0015 m
• Volumen = 0,04 × 0,0015 = 6,0 × 10⁻⁵ m³
• Masse = 6,0 × 10⁻⁵ m³ × 1600 kg/m³ = 0,096 kg = 96 g

Beispiel B — Hohlarm (üblicher Quadcopter-Arm): Länge 0,25 m, Außendurchmesser 20 mm (0,02 m), Wandstärke 1,5 mm (0,0015 m):

• Äußerer Radius Ro = 0,01 m, innerer Radius Ri = 0,0085 m
• Querschnittsfläche der Schale = π(Ro² − Ri²) = π(0,0001 − 0,00007225) ≈ 8,72 × 10⁻⁵ m²
• Volumen = 8,72 × 10⁻⁵ × 0,25 ≈ 2,18 × 10⁻⁵ m³
• Masse (Dichte 1600 kg/m³) = 2,18 × 10⁻⁵ × 1600 ≈ 0,035 kg = 35 g pro Arm
• Vier Arme ≈ 140 g (nur Material, ohne Motoren, Befestigungselemente, Elektronik)

Diese Beispiele zeigen, wie dünne Laminate und Hohlprofile Kohlenstofffasern bei gleicher Steifigkeit deutlich leichter machen als metallische Alternativen.

Vergleichstabelle der Dichte: Kohlenstofffaser vs. gängige Alternativen

Nutzen Sie diese Tabelle, um die erwarteten Massenwerte beim Auswählen von Materialien für Drohnenteile zu vergleichen:

Die Quellenangaben für die Tabelle finden sich am Ende des Artikels.

Warum Kohlefaser oft das beste Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht für Drohnen bietet

Die Attraktivität von Kohlefaser für Drohnen liegt nicht nur in ihrer geringeren Masse, sondern vor allem in ihrer sehr hohen spezifischen Steifigkeit (Steifigkeit pro Masseneinheit) und spezifischen Festigkeit. Dadurch können Konstrukteure dünnere Profile oder weniger Bauteile verwenden und gleichzeitig die Steifigkeit beibehalten. Dies reduziert sowohl die Masse der Struktur als auch die Übertragung von Vibrationen auf Sensoren und Kameras. Bei Hubschraubern verbessern leichtere Arme und Rahmen die Schwebeeffizienz und verlängern die Akkulaufzeit.

Fertigungs- und Laminierungsentscheidungen, die das Gewicht der Kohlenstofffaser beeinflussen

Zwei identisch aussehende CFK-Teile können sich aufgrund folgender Faktoren in ihrer Masse unterscheiden:

• Harzgehalt und Poren: Höhere Harzanteile erhöhen Dichte und Gewicht. Vakuum- und Autoklavhärtungsverfahren führen zu einem geringeren Porengehalt und oft auch zu einem niedrigeren Harzanteil als beim Handlaminieren.
• Lagenanzahl und -orientierung: Mehr Lagen erhöhen Dicke und Gewicht; unidirektionale vs. gewebte Stoffe beeinflussen den Faservolumenanteil.
• Kernmaterialien: Wabenkerne oder Schaumkerne erhöhen die Biegesteifigkeit und tragen bei richtiger Auswahl nur geringfügig zur Masse bei.
• Oberflächenbehandlungen und Veredelung: Dicke Lackschichten oder Gelcoat erhöhen die Masse; matte Klarlacke tragen weniger zur Masse bei als glänzende Autolackierungen, aber dennoch dazu.

Bei der Bestellung von Bauteilen sollten Sie die Lieferanten nach dem Faservolumenanteil (FVF) und der typischen Masse pro Fläche (g/m²) fragen, damit Sie das Endgewicht genau vorhersagen können.

Wie Hersteller und Lieferanten das Gewicht angeben sollten – was anzufordern ist

Wenn Sie Lieferanten vergleichen oder kundenspezifische Drohnenteile anfordern, fordern Sie diese klaren Datenpunkte im Angebot an:

• Werkstoffsystem und nominelle Verbunddichte (kg/m³)
• Faservolumenanteil (Prozent)
• Laminierplan und Lagenanzahl
• Nenndicke und Nettomasse pro Teil (g)
• Zulässige Toleranz für die Teilemasse (±g)

Lieferanten, die die Teilemasse ± Toleranz und die verwendete Methode (CAD-Volumen × Dichte oder gemessene Probe) angeben, zeigen eine bessere Fertigungskontrolle und sind besser auf die Bedürfnisse von Drohnen-OEMs und -Integratoren zugeschnitten.

Kosten vs. Gewicht: Realistische Abwägungen für Drohnenprogramme

Geringere Masse ist oft mit höheren Anschaffungskosten verbunden. Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung umfassen die Verwendung von Fasern mit höherem Elastizitätsmodul (steiferen Fasern) in dünneren Laminaten, Prepreg- und Autoklavenverfahren sowie Carbon-Wabenkern-Sandwichstrukturen. Jede dieser Methoden reduziert die Masse, erhöht aber die Material- und Verarbeitungskosten. Für Kleinserien oder Prototypen können handgewebte Stoffe kostengünstig sein. Bei Seriendrohnen mit strengen Gewichtsvorgaben amortisieren sich die Kosten für fortschrittliche Prepreg-Laminierungen und Kernstrukturen durch längere Flugzeiten und höhere Leistung.

Beispiele für das Gewicht von Drohnenkomponenten in der Praxis und typische Bereiche

Nachfolgend finden Sie allgemeine, typische Bereiche, die Sie bei Drohnen für Endverbraucher und ambitionierte Hobbyanwender erwarten können (nur Materialangaben, ungefähre Werte):

• Kleiner Mikro-Drohnenrahmen (4–6 Zoll): 20–80 g (CFK oder Leichtbaukunststoffe)
• Rennquad 5–7 Zoll: 40–200 g (abhängig von Armgeometrie und Material)
• Cinewhoop / kleine Filmrahmen: 150–500 g (oft CFK-Platten + Aluminium-Abstandshalter)
• Kommerzielle VTOL- oder größere Rahmen: 1.000 g+ (modulare Kohlefaser- + Wabenpaneele)

Diese Angaben beziehen sich nur auf die Strukturbauteile; Motoren, Batterien, Elektronik und Nutzlast erhöhen die Masse zusätzlich zur Struktur erheblich.

Warum Sie einen vertrauenswürdigen Partner für maßgefertigte Kohlefaserprodukte wählen sollten – und was Sie erwarten können

Für den Kauf von Kohlefaserkomponenten benötigen Sie einen Partner, der die Materialauswahl, den Laminierungsprozess und die Qualitätsprüfung kontrollieren kann. Suchen Sie nach Lieferanten, die Folgendes leisten können:

• Geben Sie die gemessene Teilemasse an und ermöglichen Sie Stichproben.
• Materialzertifikate beifügen und Faser-/Harzsysteme beschreiben
• Bieten Sie Input für die fertigungsgerechte Konstruktion, um die Masse zu reduzieren, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen.

Supreem Carbon – kundenspezifische Kohlefaserfertigung für anspruchsvolle Anwendungen

Supreem Carbon, gegründet 2017, ist ein spezialisierter Hersteller von kundenspezifischen Carbonfaserteilen für Automobile und Motorräder. Das Unternehmen vereint Forschung und Entwicklung, Design, Produktion und Vertrieb, um qualitativ hochwertige Produkte und Dienstleistungen anzubieten. Mit einer Produktionsfläche von ca. 4.500 m² und 45 qualifizierten Mitarbeitern in Produktion und Technik erzielt Supreem Carbon einen jährlichen Produktionswert von ca. 4 Millionen US-Dollar. Das Unternehmen bietet aktuell über 1.000 Produkte an, darunter mehr als 500 kundenspezifische Carbonfaserteile.

Warum Supreem Carbon für Drohnenteams relevant ist, die sich fragen: „Wie viel wiegt Kohlefaser?“

• Erfahrung in den Bereichen Engineering und Forschung & Entwicklung: Sie können hinsichtlich Materialsystemen und Laminataufbauten beraten, um enge Massenbudgets zu erreichen.
• Kundenspezifische Fertigungsmöglichkeiten: Von laminierten Platten bis hin zu komplexen Formteilen kann Supreem Carbon leichte Drohnenkomponenten mit kontrollierten Toleranzen herstellen.
• Produktbreite: Das Kernangebot umfasstMotorradteile aus Kohlefaser,Autoteile aus Kohlefaserund kundenspezifische Kohlefaserteile – Verfahren, die sich gut auf Strukturbauteile von Drohnen übertragen lassen.

Supreem Carbon ist spezialisiert auf die Forschung und Entwicklung von Kohlefaserverbundwerkstoffen sowie die zugehörige Produktion. Das Unternehmen bietet die individuelle Anpassung und Modifizierung von Fahrzeugzubehör an und produziert Gepäck und Sportausrüstung aus Kohlefaser. Die Vision von Supreem Carbon ist es, weltweit führend in diesem Bereich zu werden.Hersteller von KohlefaserproduktenFür Anfragen zu kundenspezifischen Drohnenteilen kann Supreem Carbon Ihr Design prüfen und Prototypen in Serienfertigung sowie Serienproduktionen anbieten. (Website: https://www.supreemcarbon.com/)

Checkliste zur Spezifizierung eines leichten Kohlefaserbauteils für Ihre Drohne

Bitte geben Sie bei Ihrer Angebotsanfrage Folgendes an:

• Bauteilgeometrie (vorzugsweise CAD) und vorgesehene Belastungen
• Zielmaximalmasse und Toleranz (z. B. 35 g ± 2 g)
• Bevorzugte Laminatdicke oder maximale Außenabmessungen
• Umgebungsbedingungen (Temperatur, UV-Strahlung, Feuchtigkeit)
• Anforderungen an Oberflächenbeschaffenheit und Kosmetik

Durch die Bereitstellung dieser Informationen können die Hersteller Fasertypen, Kernmaterialien und Verfahren empfehlen, die die Gewichts- und Leistungsziele effizient erreichen.

FAQ – Häufig gestellte Fragen zum Gewicht von Kohlefaser für Drohnen

Frage 1: Welcher Schätzwert für die Dichte von CFK eignet sich am besten für die Berechnungen?
A: Verwenden Sie 1.500–1.600 kg/m³ (1,50–1,60 g/cm³) als konservativen, praktischen Wert für fertige CFRP-Teile in Drohnenanwendungen.

Frage 2: Kann ich für alle Kohlenstoffteile einen einzigen Dichtewert verwenden?
A: Nein. Unterschiedliche Faserbelegungen, Harzanteile und Kernmaterialien beeinflussen die Dichte. Verwenden Sie die vom Lieferanten angegebene Dichte oder messen Sie eine Probe, wenn Genauigkeit entscheidend ist.

Frage 3: Sind Kohlefaserteile immer leichter als Aluminiumteile?
A: Nicht unbedingt – ein dickeres Aluminiumbauteil kann leichter sein als ein überdimensioniertes CFK-Bauteil. Bei gleicher Steifigkeit und Festigkeit bietet CFK jedoch typischerweise ein besseres Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis.

Frage 4: Mit welcher Gewichtsersparnis kann ich rechnen, wenn ich von Glasfaser auf CFK wechsle?
A: Bei einem Wechsel von herkömmlichen Glasfaserlaminaten zu CFK ist mit einer um etwa 15–25 % geringeren Bauteilmasse bei vergleichbarer mechanischer Leistung zu rechnen, abhängig von Design und Laminierung.

Frage 5: Wird ein lackiertes Kohlefaserteil wesentlich schwerer sein?
A: Lack und Klarlack erhöhen die Masse. Typischer Autolack erhöht die Masse je nach Schichtanzahl um 50–200 g/m². Bei kleinen Drohnenteilen ist die absolute Zusatzmasse gering, kann aber bei Mikrorahmen relevant sein.

Fordern Sie ein Angebot an oder sehen Sie sich die Produkte an – kontaktieren Sie Supreme Carbon.

Benötigen Sie Drohnenkomponenten aus Kohlefaser mit präziser Massenbestimmung? Dann kontaktieren Sie Supreem Carbon, um Materialauswahl, Laminierpläne und Prototypenfertigung zu besprechen. Das Unternehmen bietet Designunterstützung, Musterprüfung und Produktionsskalierung für Ihre Bedürfnisse.kundenspezifische KohlefaserteileUm ein Angebot anzufordern oder die Produktpalette (einschließlich Motorrad- und Automobilteile aus Kohlefaser sowie kundenspezifische Kohlefaserteile) einzusehen, kontaktieren Sie uns bitte über unsere Website oder Vertriebskanäle. Für eine schnelle Bewertung benötigen wir ein CAD-Modell und die gewünschte Massentoleranz, damit Supreem Carbon Ihnen ein präzises Angebot und die Lieferzeit mitteilen kann.

Quellen und weiterführende Literatur

• Toray Industries – Datenblätter für Kohlenstofffasern und technische Verbundwerkstoffe (Industrieharz-/Fasereigenschaften)
• Hexcel – Technische Informationen und typische Dichten von Verbundwerkstoffen
• MatWeb – Datenbank für technische Materialeigenschaften (Dichten für Verbundwerkstoffe und Metalle)
• ASM-Handbuch – Referenzwerte für Verbundwerkstoffe (Faser- und Verbundwerkstoffdichten)
• Wikipedia – Kohlenstofffaser: Überblick und physikalische Eigenschaften (für grundlegende Filamentdichtebereiche)