Der Weg zum rentablen Faserverbundbauteil

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Aus Sicht der Werkstoffhersteller ist die Luftfahrtbranche deshalb noch kein wesentlicher Markt. Die Unternehmen jedoch, die Faserverbundbauteile für die Flugzeugindustrie produzieren und liefern wollen, müssen aufgrund der geschilderten Situation ein gut funktionierendes Lieferantennetzwerk aufrechterhalten, um ihren Bedarf an zugelassenen Materialien immer zu decken.

Es gilt aus diesem Grund nicht nur ein funktionsfähiges Bauteil zu konstruieren, sondern auch einen besonderen Schwerpunkt auf luftfahrtkonforme Fertigungsverfahren zu legen, immer mit Blickwinkel auf der Reproduzierbarkeit, Herstellungskosten und an erster Stelle auf eine höchstmögliche Sicherheit im fliegerischen Dauereinsatz. Nachdem das Materialscreening, das Herstellungsverfahren sowie die Berechnung und die Konstruktion abgeschlossen sind, kann die Fertigung von Prototypen erfolgen und die Testphase beginnen.

Für die Herstellung der Prototypen müssen spezielle Formen konstruiert und gefertigte werden. Röder Präzision arbeitet dabei für die sich anschließenden Testreihen sehr eng mit verschiedenen Forschungsinstituten zusammen. Hervorzuheben ist das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt mit einer breit gefächerten und großen Erfahrung bei der Konstruktion, Auslegung und Bewertung von Faserverbundstrukturen.Die zulassungsrelevanten Testzyklen für neue oder optimierte Bauteile können sich jedoch über mehrere Jahre erstrecken.

Berechnung statt Trial-and-Error

Da aber entgegen der in der Vergangenheit von einigen Unternehmen angewendeten Trial-and-Error-Methode sich nun die anfertigungsgerechte Auslegung auf Basis von Berechnungsprogrammen etabliert hat, kann in vielen Fällen der Testablauf im Vergleich zu früher deutlich verkürzt werden. Obwohl intensiv an neuartigen, schnelleren und günstigeren Fertigungsverfahren wie RTM (Resin Transfer Moulding), Pressen und RIM (Resin Infusion Moulding) gearbeitet wird, kommt der Herstellungsprozess für Composites ohne Einsatz des relativ teuer zu unterhaltenden Autoklaven nicht aus.

Mit einem Autoklaven jedoch vergeht sehr viel Zeit, um ein Bauteil zu tempern. Dabei muss oft mit um die drei bis vier Stunden gerechnet werden, bis das Tempern erledigt ist. Neuere Methoden, wie das RTM oder Pressverfahren, sind im Vergleich dazu viel effizienter und günstiger, können aber im Gegensatz zur Autoklavennutzung die Reproduzierbarkeit und den Faservolumenanteil für Strukturbauteile, die luftfahrttauglich sind, noch nicht anforderungsgerecht sicherstellen.

Bei der Herstellung von Bauteilen im Autoklaven werden in den meisten Fällen sogenannte Prepregs verarbeitet – Gewebe, das mit der Matrix aus Harz und Härter vorimprägniert wurde. Die Vorteile, die der Einsatz von Prepregs bringt, sind beispielsweise die saubere, staubfreie Verarbeitung bei der Compositeherstellung und die reproduzierbare, gleichmäßige Durchtränkung des Gewebes mit der Matrix, was im Endeffekt den gewünschten Faservolumenanteil gewährleistet.

Hohe Investitionen in dieAutomatisierung bleiben Ausnahmen

Haben die Protoypen schließlich die verschiedenen Testphasen und Versuche am Boden mit Erfolg absolviert, dann werden sie in richtigen Flugversuchen direkt oder am Flugzeug näher unter die Lupe genommen. Diese geflogenen Tests werden in enger Zusammenarbeit mit dem Hersteller des Flugzeugs, dem OEM, den Airlines sowie den beteiligten Instituten und den Luftfahrtbehörden durchgeführt. Die Dauer und der Umfang der Versuchsreihen sind zu diesem Zweck in diversen Vorschriften wie der DIN/ISO, CS 25 oder ETSO definiert. Erst nach erfolgreich abgeschlossenen Flugversuchen bekommt das neue Faserverbundbauteil seine Luftfahrtzulassung und darf in einem Luftfahrzeug integriert werden. Zur möglichst wirtschaftlichen Herstellung von Serienbauteilen ist eine Automatisierung oder zumindest eine Teilautomatisierung anzustreben. Das Zuschneiden der Prepregs wird zu diesem Zweck etwa von sogenannten Cuttern übernommen. Das erforderliche Bestücken der Form wird meist noch manuell vorgenommen, da die Investitionskosten in eine Automatisierung dieser Aufgabe vor dem Hintergrund der geringen Stückzahlen meist unrentabel sind. Die Fertigungskontrolle von Carbonbauteilen ist ein weiteres sehr wichtiges Thema. Beispielsweise können Bauteile dazu nach ihrer Herstellung geröntgt werden. Danach werden sie bei jeder Grundüberholung mit Ultraschall oder dem sogenannten Coin-Tab-Test (abklopfen) überprüft.

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