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So kommt Leichtmetall kriechend in Top-Form

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Renitente Trinität aus Aluminium, Magnesium und Scandium

Vor allem aber müssen diese Materialien später im jahrelangen Praxiseinsatz in großer Höhe die erheblichen Temperatur- und Druckunterschiede sowie korrosiven Beanspruchungen zwischen der eisigen Atmosphäre außerhalb und innerhalb der Passagierkabine aushalten, so Standfuß. Diese Kabine sei letztlich ein großer beheizter Druckbehälter zum Schutz der Passagiere: „In der dünnen, kalten Luft in 10 km Höhe muss ein künstlicher Überdruck erzeugt werden, damit Menschen diese Reise überhaupt überstehen. Nur ausgewählte Materialien sind dafür geeignet,“ sagt der Projektkoordinator.

Zu diesen Werkstoffen gehöre auch eine spezielle metallische Verbindung aus Aluminium, Magnesium und Scandium. Diese in der Fachwelt „AA5024 AlMgSc“ genannte Legierung wollen Flugzeugbauer in naher Zukunft für die Rumpfstrukturen von Passagiermaschinen verwenden, wie Standfuß informiert. Denn „AA5024“ sei ähnlich fest wie die bis dato eingesetzten flugzeugtauglichen Aluminiumlegierungen, bringe aber 5 % weniger Gewicht auf die Waage und sei korrosionsbeständiger. „Das klingt nach wenig“, räumt Jens Standfuß ein, „Aber an Bord eines Flugzeugs zählt jedes Kilo weniger.“ Das Problem sei nur, dass sich mit herkömmlichen Verfahren diese Legierung nicht ohne Weiteres in die für die Verarbeitung nötige sphärische Formen bringen lasse. Das jedoch ist unabdingbar, um aus den ebenen Blechen große Strukturen für zukünftige Flugzeuge zusammensetzen zu können.

Kriecherischer Gewöhnungseffekt

„Die Industrie verwendet heute meist das Streckziehen, um Bauteile sphärisch zu formen“, erläutert Standfuß die Situation. Dafür würden sehr große Maschinen benötigt, die das Bauteil in verschiedene Richtungen ziehen. An der vielversprechenden Alu-Legierung AA5024 versage diese industrielle Streckbank aber völlig. Das Bundeswirtschaftsministerium unterstützte im Zuge seines „Luftfahrtforschungsprogramms“ (LuFo) deshalb die Ingenieure von Airbus und Fraunhofer dabei, eine brauchbare Lösung für dieses Problem zu finden, so Standfuß. Im Rahmen dessen, entwickelte das IWS-Team das bereits erwähnte Kriechformverfahren, heißt es. Dabei wird das geschweißte Blech auf eine Musterform gelegt und, wie Standfuß sagt, an den Rändern luftdicht arretiert. Dann erwärmen die Ingenieure die Alu-Legierung mit Heizmatten und sorgen in der Musterform gleichzeitig für Unterdruck. Die Kraft, die der atmosphärische Außendruck daraufhin auf die Form entwickelt, zieht das Blech in die Kavität und die Hitze ermöglicht die Verformbarkeit des Blechs. Nach einer gewissen Zeit „kriecht“ der Werkstoff, wie der Fachmann sagt. Die Spannungen bauen sich beim Kriechen ab, und das Blech „relaxiert“, das heißt, es „gewöhnt“ sich gewissermaßen an seine neue Form, erklärt Standfuß. Aus der zunächst nur elastischen Verformung werde so eine plastische. So ließen sich perspektivisch sphärische Strukturen relativ günstig aus AA5024 fertigen.

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