Cleveres Vorformen ergibt umweltfreundliche Flugzeugbauteile
In Kompositmaterialien sind Verstärkungsfasern mit der sie verbindenden Matrix kombiniert. Herkömmlicherweise setzt man bei der Herstellung auf die Vorimprägnierung der Fasern mit einem Harz und den Einsatz eines Autoklavs zur Fertigung der Vorform. Das erfordert enorme Mengen an Energie und erzeugt erhebliche Abfallberge. Beim Liquid-Composite-Moulding (LCM), Teil einer bestens etablierte Verfahrensfamilie, verwendet man die trockene Faservorform in einem Formwerkzeug, in das dann ein flüssiges Harz eingespritzt wird. Die Wissenschaftler haben das Prozedere zur Herstellung von trockenen Faservorformlingen mit Hilfe der EU-Finanzmittel des Projekts "Advanced preformmanufacturing for industrial LCM-processes" (APRIL) vorangebracht. Schwerpunkt war das Ersetzen des Autoklav-Verfahrens durch Komponentenfertigung auf Textilbasis und der Einsatz neuartiger Verbindungstechniken zur Fertigung der Vorform. Resultat ist nun ein umweltfreundlicherer Prozess zur Herstellung kohlenstofffaserverstärkter Flugzeugstrukturen. Diese Preform muss geometrischen Toleranzen erfüllen und die Abmessungen für ein nahezu endgültiges Formresultat beibehalten. Die Wissenschaftler wollten außerdem Vorformen in komplexen geometrischen Formen erzeugen sowie zwecks höherer Flexibilität kleinere in größere Formen integrieren. Unter den Entwicklungen waren die Auswahl neuer Bindematerialien und die Einführung der roboterunterstützten Flechttechnologie zur Herstellung von Teilen für Versteifungen (T-Stringer). Mit Analysen wies man nach, dass der Flechtprozess Versteifungen, welche die mechanischen Anforderungen erfüllen, eine erhöhte Fertigungseffizienz und eine wesentlich gesenkte Ausschussrate (weniger als ein Prozent) hervorbrachte. Es wurden verschiedene Technologien zum Vorformen und Verbinden der Teile bewertet. Eine thermische Aktivierung des Bindemittels ergab beim Versteifungs-Vorformen die genauesten Resultate. Das Ultraschallbindemittelschweißen stellte sich als eine sehr wenig Energie verbrauchende und schnelle Möglichkeit zur Verbindung separater Vorformen zu großen Vorformsätzen dar. Der Prototyp einer Serienfertigungslinie war im Vergleich zu den konventionellen Prepreg-Autoklavprozessen und den hochmodernen Umformtechnologien äußerst erfolgreich. Man stellte bei der Produktion von Luftfahrtbauteilen aus Kompositen eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs und der Abfallerzeugung fest. Durch nachhaltige Produktionsprozesse, die Leichtbaukomponenten für einen geringeren Energieverbrauch und demzufolge gesenkten Emissionen im Flugverkehr liefern, wird nun ein umweltfreundlicherer Luftverkehr realisierbar.
Schlüsselbegriffe
Flugzeuge, Luftfahrzeug, Komposit, Verstärkung, Fasern, Matrix, Harz, Autoklav, Vorform, Vorformling, Liquid-Composite-Moulding, Flechten, Geflechte, Versteifungen
