Erstaunliche thermoplastische Verbundwerkstoffe

Kerntipp: Neue Technologien und Materialien beschleunigen ein Umdenken bei der Herstellung von Flugzeugstrukturen.

Neue Technologien und Materialien beschleunigen ein Umdenken in der Produktion von Flugzeugstrukturen.

Die Flugzeugzelle ist leichter und schneller

Der Rumpf fasst mehr als nur Passagiere und Fracht. Es trägt auch wichtige elektrische, mechanische, pneumatische und hydraulische Systeme. Die Installation der Systeme nach Fertigstellung des Rumpfes erhöht die Produktionskosten und den Zeitaufwand. Das System ist außerdem schwer. Der leichtere und einfacher herzustellende Rumpf aus thermoplastischem Verbundwerkstoff hilft, diese Nachteile auszugleichen.

Dies kann durch thermoplastische Verkleidungen erreicht werden, vor allem weil die große Anzahl an Befestigungselementen, die zum Zusammenhalten herkömmlicher Metallrumpfteile erforderlich sind, nicht mehr erforderlich ist oder die Anzahl der erforderlichen Befestigungselemente deutlich geringer ist.

Thermoplastische Verbundwerkstoffe, die für Carbon Fiber Reinforced Thermoplast Polymer Composites (CFRTP) stehen, können bei hohen Temperaturen geformt werden. Anschließend wird es abgekühlt und ausgehärtet. Wenn typische Rumpfsegmente geschickt in Kabinen- und Frachtteile integriert werden, könnte ihre Einführung zu strukturellen Gewichtseinsparungen von mehr als 10 % pro Flugzeug führen.

CFRTP-Verbundwerkstoffe bieten auch einen unmittelbareren Vorteil: Sie lassen sich leichter wiederverwenden und recyceln als Metall- oder Kohlefaserteile.

Vorinstallierte Module

Zurück zu unserem Lager. Der MFFD besteht aus zwei halbzylindrischen Schalen oder Modulen, die die Rumpftonne bilden. Die unteren Module sind bereits mit Systemen und Verkabelungen ausgestattet; Es sind einige Cockpitmarkierungen darauf angebracht.

Auf der reinen Produktionsseite ermöglicht die thermoplastische Ummantelung den Zusammenbau dieser Module mit neuen Methoden, die jeweils am MFFD getestet werden. So wird die Schale beispielsweise durch automatisiertes Ultraschall- oder Laserpunktschweißen zusammengefügt und nicht zusammengenietet. Dadurch entsteht eine relativ staubfreie Umgebung für die Montagearbeiter.

Anschließend wird der Boden des unteren Rumpfmodells durch automatisches Leitschweißen fixiert.

Bis Ende 2024, wenn das Projekt endet, hat das MFFD seine Gewichtsreduktionsziele sogar übertroffen und ist im Vergleich zu Rumpftonnen aus Metall kostenneutral. Mehr als 40 technische „Spezialitäten“ wurden auf hohem Niveau getestet, von der Mikromechanik im kleinen Maßstab (Untersuchung des Verhaltens von Verbundwerkstoffen) bis hin zu neuartigen Vorrichtungen, Werkzeugen und fortschrittlichen Schweißtechniken, wie oben beschrieben.

Der bahnbrechende Ansatz von MFFD könnte die Herstellung von CFRTP-Verbundflugzeugzellen mit einer Rate von 100 pro Monat ermöglichen, was der Zielrate für zukünftige Single-Aisle-Flugzeuge entspricht. Zusätzlich zu den wirtschaftlichen Vorteilen werden die fortschrittliche Architektur, das geringere Gewicht und die höhere Fertigungsrate der neuen Flugzeugzelle dazu beitragen, die Lebenszyklusemissionen im Einklang mit den Zielen von Clean Skies 2 zu reduzieren.

Eine europäische Erfolgsgeschichte

Seit seiner Fertigstellung steht der Demonstrator im ZAL-Zentrum für Angewandte Luftfahrtforschung in Hamburg. Tatsächlich wurde es im Fraunhofer-Institut in der Nähe von Stade zusammengebaut. Airbus verfügt über umfangreiche Anlagen in beiden deutschen Städten. Die Innovation von MFD ist eine durch und durch europäische Erfolgsgeschichte. Airbus ist einer von 13 Schlüsselpartnern des Konsortiums, zu dem Saab, GKN Fokker, das Deutsche Luft- und Raumfahrtlabor DLR, die Technische Universität Delft und ein Subunternehmer gehören.

„Wenn Hochschulen, Forschungszentren und Industrieakteure ein gemeinsames Ziel verfolgen, ist MFFD ein großartiges Beispiel“, sagte York Roth, Leiter der Jumbo-Plattform Clean Skies 2 bei Airbus. „Ein einzelner Spieler könnte niemals einen großen Demonstrationsrumpfzylinder dieser Komplexität liefern.“

Clean Skies 2-Projekt

Thermoplastische VerbundwerkstoffeRumpfabschnitt-Demonstrator

①Thermoplastische Kohlefaser-Verbundwerkstoffe

②Fortschrittliche Materialien, Methoden und Werkzeuge