Erik Schneidereit - Kohlenstofffaserverbund im Sandwich als Material für Geigendecken

Projektarbeit - Wintersemester 2025/2026

Fichtenholz ist aufgrund seiner geringen Dichte und hohen Steifigkeit seit langem das bevorzugte Holz für den Bau von Geigendecken. Als natürliches Material ist Fichte Schwankungen der Materialeigenschaften unterworfen und in den letzten Jahrzehnten ist für den Geigenbau gut geeignetes Holz immer weniger verfügbar. Da Fichte ein orthotropes Material ist, und in Längsrichtung weitaus steifer ist als in Radialrichtung, stellen sich an alternative Materialien hohe Anforderungen bezüglich ihrer Steifigkeitsverhältnisse. Bereits vor einem halben Jahrhundert wurde Kohlenstofffaserverbund (CFK) als Material vorgeschlagen, das ausreichend anisotrop ist, um diese Anforderungen theoretisch zu erfüllen. Auch mit CFK ist die Auslegung einer Decke nicht trivial. Ziel dieser Arbeit ist, die Eigenschaften eines Sandwichmaterials aus Kohlenstofffaserverbund und Balsaholz zu untersuchen und ein Plattenmaterial zu entwickeln, das in Flächenmasse, Biegesteifigeit und Dämpfung Fichte imitiert. Aus der Bandbreite der Faserverbundstoffe wird ein M46J-Prepreg ausgewählt,  und ein ausgeglichener Winkelverbund mit 12 Grad im Sandwich mit Balsa als Vorschlag erarbeitet.   Geeignete Regressionen für die Steifigkeit von Balsa werden verwendet, um aus Probestücken von 190 mm Länge auf die in-plane-stiffness der Laminate und die Biegesteifigkeit sowie Dämpfung der Sandwichmaterialien zu schließen.  Alle untersuchten Sandwichmaterialien sind in der jeweiligen Richtung weniger bedämpft als Fichte. Die ermittelten Biegesteifigkeiten werden für alle symmetrischen Sandwiches gut durch Berechnungen aus der Klassischen Laminattheorie approximiert und lassen so eine analytische Auslegung zu. Die Abweichungen der Torsionssteifigkeiten sind größer und ein asymmetrisches Sandwich konnte mit den verwendeten analytischen Methoden nicht berechnet werden. Die benötigte Dicke des Sandwichkerns in Abhängigkeit der Dicke einer Fichtendecke wird hergeleitet und die Berechnung als Programm implementiert. Mit dem vorgeschlagenen Winkelverbund können Fichtenplatten ab einer Stärke von 2.0 mm approximiert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind damit ein Schritt auf dem Weg zum ersten Prototyp einer optimierten Carbongeige.