Ultralight-Schaltkästen aus Carbon (CFK) [Lupine, Blinker, Verteiler]

[TitanWolf]

Wolfs neue Kurzfassungsthemen, kein TL;DR.

Auftrag: Lupine-Verteilerkästen aus Echtcarbon, handmade by Wolf in Ultraleicht.. von einem freundlichen (und geduldigen, danke!) Forumsmitglied in Auftrag gegeben. Da mir die Carbonverarbeitung Freude bereitet - los gehts:

Zwei handlaminierte Echtcarbongehäuse.. erster Versuch einer Positiv-Negativ-Verbundbauweise ohne Vakuumpumpennutzung / V.-Infusion. Einmal mit Kanteneinschnitten, einmal nur "gestretcht", muss interessehalber alles ausprobieren.

Beide Gehäuse übereinander:



Ein original Lupineverlängerungskabel, müssten 30 cm sein. War mit dem Durchknipsen zu schnell. Sauschwer für Ultralightbau:



Ein ganzer Haufen der Verlängerungskabel - genauer: alle benötigten Teile davon (teurer Spaß):



Ultralight-Stripping beginnt:



Schon besser - die Antwort lautet..:



Carbongehäuse mit handgefeilten Ausschnitten - Wandstärke zwischen 0,25 und 0,45 mm an den Seiten, ein Gehäuse in einem Fertigungsschritt laminiert, eines in zwei (Unterschied ca. 2 Gramm):



Industrieschalter - Gewicht vorgegeben. Optisch wie 1€ Asiaschalter von eBay, liegen preislich beim X-Fachen und sind ab Werk zweifach gedichtet, rostfrei und mit Silberkontakten:



Transplantation Tüten => Gehäuse erfolgreich, bereits überlaminiert mit Carbon (robust fixiert, nicht bloß mit Rovings umwickelt), Teil 1.. Teil 2 folgt die Tage im nächsten Posting:



Viele Grüße
Wolf

 

[Kettenblatt]

hier gibt es alternative die Buchse auch so allerdings nicht mit Gummi hülle. Ich hatte das Gleiche Problem alles ich mir für meine Pico ein Größeres Akku für den Rucksack/Trinkgurt basteln wollte

https://www.akkukaufhaus.de/zubehoe...e-akku-metallstift-lupinestecker-kabel?c=2184

 

[TitanWolf]

Hallo Kettenblatt,

hier gibt es alternative die Buchse auch so allerdings nicht mit Gummi hülle.

das sind Molex 1625-Type Steckverbinder. Gibt es in Endkunden-Stückzahl nur in weiß, nicht in schwarz. Kannst Du auch bestellen und selbst vercrimpen, sind recht günstig.

Die Gummitüllen / Originalsteckverbinder waren in diesem Fall jedoch gewünscht, daher keine Alternative.

Viele Grüße
Wolf

 

[TitanWolf]

Sonntägliche Grüße an Euch! Kurzgefasst und actionreich, die Leichtbauverteilerkästen sind fertiggestellt:

Miniaturistische Ausgabe einer KSQ-angebundenen Status-LED als Blinkerkontrollleuchte:



Die Elektronik wurde integriert, justiert, verdrahtet und fixiert (gegen Vibrationsbelastungen im VM) - leider stellte sich hierbei heraus, dass das teuere "ab 5,5V funktionale" (lt. Anleitung) Blink-SolidStateRelais erst ab 7,95V sinngemäß funktioniert.

Demnach landete ein kompakter Step-Up-Schaltwandler davor, welcher die Blinkerversorgung (und nur diese) auf 12V stabil einpegelt:



Ansicht von oben nach dem Abschleifen und Lackieren (leider nicht ganz perfekt geworden, da durch die internen Bearbeitungen einige Harzmatrixschäden auftraten - aber für den Erstversuch bin ich zufrieden, die Oberfläche ist glatt):



Ansicht von unten - da ich die Gehäuse nicht komplett zulaminieren wollte, wurde ein carbonverstärkter, hauchdünner Kunststoffdeckel gedruckt, welcher ringsherum minimalistisch verklebt ist. Dieser ist im Notfall für eine Überarbeitung / Instandsetzung wieder lösbar und wiegt keine fünf Gramm. Die Bohrungen dienen als Kondenswasserabtropfkanäle:



Seitenansicht - die Gleichmäßigkeit ist durch die 3D-Verzugsformgebung dieses Gehäuses (keine Einschnitte, sondern umgeformtes einteiliges Gewebe) etwas beeinträchtigt. Es lohnt sich, Einschnitte für starke 3D-Konturformen einzubringen, bei welchen Überlappungen möglich sind:



Das Gewicht der Elektronikbox mit Blinkerelektronik, Step-Up-Wandler, Steckverbindern und Industrieschaltern:



Das Gewicht des "einfacheren" Elektronikverteilerkastens ohne Blinkerelektronik:



Die Blinkerfunktion in Präsentation:



(Die gelben Steckverbinder werden noch schwarz eingefärbt resp. eingeschrumpft!)

Funktion der Blinker ist nun selbst bei ~3V Eingangsspannung gegeben, wenngleich die Akkus bei etwa 5,8-6V Entladeschlussspannung abschalten :



Viele Grüße
Wolf

 

[Micha13]

Das Netzgerät hab ich auch! Total verwirrende Anordnung / Bedruckung vorne drauf...

Ich finde die Optik der Carbonteile ehrlich gesagt nicht so ganz "wolfwürdig"... Warum druckst du nicht das ganze Kästchen? Oder einen Rahmen, in den sich dann Carbonplatten einkleben ließen?

 

[TitanWolf]

Hallo Micha,

Das Netzgerät hab ich auch! Total verwirrende Anordnung / Bedruckung vorne drauf...

ja, diese Bedruckung war anfänglich etwas verwirrend - vor allem, da von schräg oben die angedeuteten Kreise kaum zu erkennen sind.

Ich finde die Optik der Carbonteile ehrlich gesagt nicht so ganz "wolfwürdig"..

Die Optik lässt sich noch deutlich steigern, bei diesem Projekt fiel das Ganze unter "neue Fertigungsmethoden für Leichtbau ausprobieren" (weshalb beide Gehäuse sehr unterschiedlich hergestellt wurden - daher auch die unterschiedlichen Optikaspekte innen wie außen) - learning by doing.

Das, was im Inneren etwas merkwürdig ausschaut, sind kleine Reste der Trennfolie, bei welcher ich ebenfalls experimentierte. Schwerpunkt lag auf sehr niedrigem Gewicht und guter Fixierung der Steckverbinder trotz teils nur einlagigen Carbonschichten. Das hat sehr gut funktioniert, ich werde bei meinen eigenen Projekten in Zukunft fast keine Druckgehäuse oder gar Industriegehäuse mehr verwenden - das Gewicht unterscheidet sich teils um den Faktor 100.

Warum druckst du nicht das ganze Kästchen? Oder einen Rahmen, in den sich dann Carbonplatten einkleben ließen?

0,3mm Wandstärke zu drucken wäre gleichbedeutend mit: wenn Du es anfasst, brechen Dir die Schichten auseinander und die gesamte Box verformt sich.

Eine oben im Thread abgebildete Initialgehäusekonzeption war anfänglich nur einlagig laminiert und dennoch robust genug (bei ~4g Eigengewicht), um über 500g Gewicht gleichmäßig verteilt darauf zu stellen oder über 150g Druckkraft durch Klemmzwingen auf einen Flächenbereich von 2 x 3 cm auszuwirken. Das wäre mit Druckgehäusen nicht ansatzweise realisierbar. Der "Deckel" auf der Unterseite hat als Druckteil immerhin schon eine Stärke von 0,65 mm - und ist kaum belastet (nur Auflagefläche), daher kein Problem. Doch Schalter dort zu montieren käme mir nicht im Traum in den Kopf - Du betätigst den Schalter und er bricht aus dem Kunststoff.

Daher werde ich mit laminierenden Faserverbundfertigungsmethoden weiter experimentieren und hoffentlich die Optik zukünftiger Gehäuse noch deutlich verbessern können.

Ein Rahmen, in welchen sich Carbonplatten einkleben ließen, ist eine interessante Idee, doch abgerundete Kanten lassen sich dann nur durch abschleifen/verrunden oder überlaminieren erzielen - zusätzlich steigt das Gewicht an.

Viele Grüße
Wolf

 

[Kraeuterbutter]

das Gewicht unterscheidet sich teils um den Faktor 100.

waaa? Faktor 100

du machst aus einer 500g schweren Box eine 5g leichte ?

oder meintest du eher Faktor 10 ?

 

[TitanWolf]

Hallo R. / Kraeuterbutter,

Faktor Einhundert ist im Extremfall möglich und auch als solcher genannt, nicht als üblicher Wert. Üblich dürfte Faktor 10-30 sein.

Dickwandige IP54 Industriegehäuse aus Alu oder Edelstahl vs. vergleichbar voluminöse Carbonverschalung, welche als Halbschale auf eine bereits bestehende Carbonverkleidung auflaminiert wird (und somit keinen Extraboden bedingt) ergibt etwa ein Hundertstel des Gewichts.

Bis vor fünf Jahren schätzte ich die wasserdichten, ultrarobusten Industrielösungen sehr, da sie unter Anderem auch Feuerschutz bieten. Mittlerweile nutze ich andere Technologien, um von Vornherein recht effektiv zu verhindern, dass ein Feuer ausbricht (so ist z.B. keine zwangsläufige Wasserdichtigkeit mehr notwendig, wenn die Elektronik selbst auch unter Wasser problemlos funktioniert, Temperatur lässt sich elektronisch überwachen / alamieren). Ist nur ein Beispiel von sehr vielen.

Klar: die Carbon- oder Aramid-, Flachs-, Nylon- oder Glasfaserverschalung hat andere Nachteile. Geringer Widerstand gegen hohe Temperaturen (die Matrix versagt), geringer Widerstand gegen scharfe/spitze Gegenstände (im Vergleich zu dickwandigem Alu/Edelstahl), geringe Wiederverwendungsmöglichkeit an anderer Stelle (durch die spezifische Formgebung), teils höhere Bruchtendenz, keine Kaltverfestigung durch Verformung, ..

Das wiegen die Vorteile für mich jedoch mehr als auf: Alles Notwendige kann leichtgewichtig einlaminiert werden, ist dann nicht nur fixiert, sondern auch formstabil. Die Formgebung ist frei von metallurgischen Aspekten auch mit variabler Wandstärke möglich. Ausschnitte und Randverstärkungen sind einfach realisierbar. Wasserschutz ist mit geringer Mehrarbeit (nicht zwangsläufig IP68, aber für IP54 reicht es allemal) integrierbar.

Da fertige Industriegehäuse selten in exakt jenen Abmaßen existieren, welche ich benötige, waren die Meisten auch deutlich zu schwer/zu groß/zu dickwandig für ihre eigentliche Funktion. Kleine Elektronikbox aus Kunststoff mit 160x80x60 mm Abmaßen wiegt schon ~230g. Ein geeignetes CFK-Verschalungsstück für die von mir integrierten Komponenten, anlaminiert an die CFK-Sitzrückseite.. wiegt vielleicht 15g, also ein Fünfzehntel. Nachteil: das gibts nicht für ~20€ fertig im Einkauf.

So, zurück zum Thema: Die abschließenden Komponenten wurden einsatzbereit vorbereitet, noch um einige Gramm abgespeckt gegenüber dem Auslieferungszustand - und anschließend an ihre beiden neuen Besitzer versendet.

Die Original-Kontermuttern mit Sperrzahnprofil aus Stahl wurden durch abgedrehte, partiell ausgefräste (damit sie über den Schaftabschnitt der Blinker passen, ohne eine Mindestwandstärke zu erfordern) Aluminiummuttern ersetzt:



Die von mir verwendeten, bewährten und vergoldeten Steckverbinder erhielten ein Wolf-Modding: sie sind nun weiterhin verpolgeschützt, jedoch teilbar und somit durch die (ansonsten zu enge) M8er Kontermutter durchfädelbar:



Das Blinkerset in der Übersicht:



Viele Grüße
Wolf