Damit Drohnen eine hohe Tragfähigkeit und eine lange Lebensdauer haben, müssen ihre Außenhüllen eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht aufweisen. Bisher wurden für die Hülle von Drohnen in der Regel technische Kunststoffe verwendet, die jedoch nach und nach durch Kohlefaserverbundwerkstoffe ersetzt werden.

Drohnen werden als Hightech-Produkte für Luftaufnahmen, Bildübertragungen, geografische Vermessungen, landwirtschaftliche Besprühungen und Kartierungen eingesetzt und finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Wie Flugzeuge sind auch Drohnen auf leichte, hochfeste Materialien angewiesen, um effektiv arbeiten zu können. Die überlegenen Eigenschaften von Kohlefaser, einem aufstrebenden Material, machen es ideal für die Herstellung von Drohnen.

Warum wählen Kohlefaser für Drohnen?

Die Materialien für die Herstellung von Drohnen sind vielfältig. Bei den ersten Drohnen wurden hauptsächlich Aluminiumlegierungen verwendet, bei einigen auch Titanlegierungen oder Stahl. Metalle bieten zwar eine hohe Festigkeit, aber ihr hohes Gewicht führt zu einer geringen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit, was die Nutzlastkapazität der Drohne verringert. Außerdem reflektieren Metalle leicht Radarsignale und erzeugen dadurch Sekundärwellen, was für militärische Anwendungen nachteilig ist. Kohlefasern bieten eine hohe spezifische Festigkeit und eine hervorragende elektromagnetische Abschirmung, um diese Mängel zu beheben.

Kohlefaser ist leicht und dennoch stabil und verfügt über hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften. Moderne Drohnen, darunter Luftbilddrohnen, landwirtschaftliche Sprühgeräte und Spielzeugmodellflugzeuge, verwenden zunehmend dieses fortschrittliche Material und erfreuen sich großer Beliebtheit.

Leistungsvergleich

Im Vergleich zu Metallen sind Aluminiumlegierungen relativ leicht, mit einer Dichte von 2,2 bis 2,8 g/cm³ je nach Legierungselementen und einer Zugfestigkeit von etwa 300 MPa. Ihr Elastizitätsmodul und ihre Steifigkeit sind jedoch gering. Während Aluminium anfällig für Korrosion ist, bilden Aluminiumlegierungen an der Luft eine Oxidschicht, die weitere Korrosion verhindert.

Kohlefaserverbundwerkstoffe übertreffen mit einer Dichte von nur 1,6 g/cm³ die Festigkeit von Stahl und bieten überlegene Erdbebensicherheit, Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit und geringe Wärmeausdehnung. Im Vergleich zu Aluminiumlegierungen sind Kohlenstofffasern wesentlich vorteilhafter.

Vorteile bei der Herstellung

Rohre aus Kohlenstofffasern können durch verschiedene Verfahren geformt werden, z. B. durch Filamentwickeln, Formpressen, Pultrusion und Autoklavgießen. Im Gegensatz zu Aluminiumlegierungen können Kohlenstofffasern integral geformt werden, was den Bedarf an zusätzlichen Komponenten reduziert, die Strukturen vereinfacht und das Gewicht weiter verringert.

Obwohl Kohlefasern teurer sind als Aluminiumlegierungen, werden ihre Kosten mit dem wirtschaftlichen Fortschritt immer erschwinglicher. Die Verwendung von leichten Kohlenstofffasern verringert den Energieverbrauch von Drohnen, trägt zum Umweltschutz bei und bietet langfristig erhebliche wirtschaftliche Vorteile.

Langlebigkeit und Sicherheit

Die Ermüdungsgrenze der meisten Metalle liegt bei 30%-50% ihrer Zugfestigkeit, während Kohlefaserverbundwerkstoffe 70%-80% erreichen, wodurch das Risiko plötzlicher Ausfälle während des Einsatzes verringert wird. Dies erhöht die Sicherheit und verlängert die Lebensdauer, was Kohlefaser zum bevorzugten Material für moderne Drohnen macht.

Schlussfolgerung

Dank ihres geringen Gewichts, ihrer hohen spezifischen Steifigkeit und Festigkeit ermöglichen Kohlefaserverbundwerkstoffe die integrale Herstellung verschiedener Strukturformen. Sie sind zum optimalen und unersetzlichen Material für Drohnenschalen in aktuellen Anwendungen geworden.

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