Leichtbautechnologien für die Luft- und Raumfahrt

Hochleistungsbauteile aus Sonderwerkstoffen

Hochfeste und dennoch leichte Bauteile sind die Grundvoraussetzung für Anwendungsfelder in der Luft- und Raumfahrtbranche. Wir unterstützen Unternehmen dieser Branche mit qualifizierten Produktionstechnologien für sicherheitsrelevante und hochbeanspruchte Bauteile. Das Fraunhofer IPT widmet sich gezielt der Optimierung des Fertigungsprozesses und die Entwicklung von Prozessketten zur Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen für die Luft- und Raumfahrtbranche.

Strukturbauteile im Flugzeug

Rumpf- und Rippenstrukturen

Durch den großen Anteil der Rumpf- und Rippenstrukturen am Gesamtgewicht birgt die Verwendung von Verbundmaterialien für diese Komponenten ein enormes Potenzial

Triebwerkummantelung

Die Verwendung neuer Produktionstechnologien von FVK-Werkstoffen führt zu großen Potenzialen z.B. hinsichtlich der Zeitersparnis im Herstellungsprozess aufgrund automatisierter Prozesse und neue Gestaltungsmöglichkeiten von Funktionsflächen.

Fahrwerkstrukturen

Oberflächenstrukturen

Das Auftragen von sogenannten Riblet-Strukturen verbessert das Strömungsverhalten turbulent überströmter Oberflächen durch Reduktion des Reibungswiderstandes und führen so zu einer Effizienzsteigerung um bis zu 5%.

Forschungsprojekte

FibreChain

Im Projekt »Integrative Prozesskette für die automatisierte und flexible Produktion von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FibreChain)« entsteht das weltweit erste automatisierte und dennoch flexible, schlüsselfertige Produktionssystem zur Serienfertigung hochleistungsfähiger und recyclebarer Leichtbaukomponenten aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten.

Multi-Material Head

Mit dem multifunktionalen Tapelegesystem »Multi-Material-Head«, das am Fraunhofer IPT entwickelt wurde, lassen sich sowohl thermoplastische Tapes und duroplastische Prepregs als auch gespreizte und bebinderte Dry-Fiber-Rovings verarbeiten. Die Verar-beitung dieser Halbzeuge mit nur einem einzigen System reduziert den maschinellen Aufwand und erhöht die Flexibilität in der Produktion von Leichtbaukomponenten.

ComMunion

ComMUnion ermöglicht die produktive und kosteneffiziente Fertigung von 3D Metall / CFK Multi-Material-Komponenten. Laserunterstütztes automatisiertes Tapelegen von CFK, Hochgeschwindigkeits-Lasertexturieren und -Oberflächenreinigen, Online-Überwachung und -Überprüfung sowie computergestützte Modellierung werden in eine mehrstufige, roboterbasierte Fertigungszelle integriert, um Materialverbindungen höchster Güte zu produzieren.

Verbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt

FVK sind Werkstoffe aus lasttragenden Fasern und einer bettenden Matrix. Bei den verwendeten FVK handelt es sich meist um kohlenstofffaserverstärkte Materialien (CFK). Diese gewinnen aufgrund ihrer hohen Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht immer mehr an Bedeutung im Leichtbau. Im Bereich der Luftfahrt ermöglicht der Einsatz von FVK die Senkung des Treibstoffverbrauchs und somit eine größere Reichweite bzw. die Erhöhung der transportierbaren Nutzlast. Zudem bietet die Verwendung der Verbundmaterialien ein großes Kostenpotenzial. Im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Materialien wie Aluminium, ergeben sich um bis zu 30% geringere Kosten. Der Anteil an Verbundwerkstoffen im Flugzeug ist mittlerweile bei über 50%. Die Herstell- und Bearbeitungsverfahren der Bauteile erleben zurzeit eine rasante Weiterentwicklung hin zur Serienfertigung. Darüber hinaus werden innovative Reparaturkonzepte für beschädigte Bauteile entwickelt, welche die Verwendung von Verbundbauteilen noch attraktiver macht. Bei Strukturen aus Metall kann der beschädigte Bereich herausgeschnitten und neues Blech vernietet werden. Ein Herausschneiden ist bei FVK-Bauteilen allerdings nicht möglich, da die lasttragenden Fasern so durchtrennt werden würden und die Stabilität des Bauteils dadurch nicht mehr gewährleistet wäre. Stattdessen beschäftigen sich aktuelle Verfahren mit dem großflächigen Abtragen beschädigter Strukturen mit einem Laser und anschließender Auftragung eines sogenannten Patches unter lokaler Wärmeeinleitung. Die Möglichkeit für eine kostengünstige Reparatur ist vor allem für Großdimensionsbauteile, wie sie vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie zum Einsatz kommen, sehr attraktiv.