Leichtbau Der Weg zum rentablen Faserverbundbauteil

Der Leichtbau hat in der industriellen Fertigung überall Einzug gehalten. Dabei tauchen auch regelmäßig die beiden Begriffe Composite- und Faserverbundwerkstoffe auf, die mittlerweile in Schlüsselbranchen wie dem Automobil- und dem Flugzeugbau immer breitere Einsatzgebiete finden.

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Für ein auf die Entwicklung, Bearbeitung und Produktion von Flugzeugkomponenten ausgerichtetes Unternehmen wie die Röder Präzision GmbH ist die Faserverbundbauweise auf Carbon- oder Glasfaserbasis (Composite) eine wichtige Grundlage zur Gewichtsoptimierung von Bauteilen. Dabei versucht die Luftfahrtindustrie, durch Leichtbau die Energieeffizienz ihrer Flugzeuge nachhaltig zu verbessern. Mehr noch als in anderen Branchen geschieht das durch den Einsatz von faserverstärkten Komponenten und Strukturen in Verbundbauweise. Die im Vergleich zu Metallbauteilen deutlich höheren Herstellkosten von Composites müssen durch den reduzierten Verbrauch von Treibstoff und die relativ lange Nutzungsdauer im Flugzeug in relativ kurzer Zeit amortisiert werden, um den Einsatz rentabel zu machen.

Composites sind nicht mit üblichen Werkstoffklassen vergleichbar

Röder Präzision kann aus einer jahrzehntelangen Erfahrung in der Bearbeitung von Luftfahrtkomponenten, sowohl in herkömmlicher Metallbauweise als auch in Compositebauweise, schöpfen. Wie kaum ein anderes Unternehmen hat Röder ein tiefgehendes Wissen darüber zu bieten, wenn es um die Einsatzstärken und -schwächen der unterschiedlichen Werkstoffe geht. Wie vollzieht sich nun aber speziell der Weg zu einem einsatztauglichen Compositebauteil? Nach den für alle Projekte geltenden initialen Arbeitsschritten wie Marktanalysen, Machbarkeitsstudien und Planungsphasen beginnt die eigentliche Konstruktion. Das Bauteil wird zunächst als CAD-Modell gezeichnet und optimiert, bevor es anschließend einer FEM-Berechnung (Finite-Elemente-Methode) unterzogen wird. Im Hinblick auf die Besonderheiten bei Faserverbundbauteilen wird das Eigeschaftsprofil eines Compositeteils feinjustiert. Das kann unter Umständen eine Neukonstruktion zur Folge haben, wenn die Berechnungsergebnisse nicht die gewünschten Eigenschaften des Bauteils zeigen.

Besonderes Augenmerk liegt auf den Herstellmethoden

Bis zu einem real existierenden Demonstrator oder Prototypen muss von da an jedoch noch ein langer Weg gegangen werden, da nun die Auswahl der für den jeweiligen Einsatzzweck geeigneten Werkstoffe und deren Kombination betrachtet werden muss. Spezielle Zulassungskriterien der Luftfahrtbranche sorgen dabei für zusätzliche Entwicklungsschritte, denn es dürfen nur Komponenten verarbeitet und eingesetzt werden, die alle Kriterien der Zulassungsbehörden erfüllen. Aufgrund dieser besonderen Reglementierung sind für die Luftfahrt zugelassene Werkstoffe in der Regel teuerer als vergleichbare Materialien, die in anderen Branchen verwendet werden können. Das Kostenproblem wird außerdem dadurch verstärkt, dass im Flugzeugbau die Stückzahlen niedriger sind als etwa im Vergleich zur ebenfalls stark von Vorgaben geprägten Automobilindustrie.

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