Untersuchung eines innovativen Herstellungsprozesses für eine Seitenleitwerksbox in Vielholmbauweise unter Verwendung neuartiger Fertigungsverfahren und Fügetechniken

Abstract

Diese Masterarbeit ist als Teil eines übergeordneten Forschungsprojektes am Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V. entstanden. Untersuchungsgegenstand ist ein zweistufiger Fertigungsprozess zur Herstellung eines Seitenleitwerks in Vielholmbauweise für zukünftige Verkehrsflugzeuggenerationen. Der zweistufige Fertigungsprozess sieht eine Teilaushärtung der aus Prepreg-Halbzeugen gefertigten Komponenten im Formwerkzeug bis zur Formstabilität vor, die nach dem Fügen im Verbund ohne den Einsatz weiterer Werkzeuge vollausgehärtet werden. Vorteile werden dabei vor allem im Hinblick auf einen hohen Integrationsgrad bei geringer Werkzeugkomplexität und der Steuerung des Verzugs der Einzelkomponenten erwartet. Ziel dieser Arbeit ist die Analyse dieses sogenannten Semi-Curing-Prozesses durch die Umsetzung an einem Ausschnitt einer simplifizierten Seitenleitwerkstruktur bei einem ausgewählten Aushärtegrad mit der schwerpunktmäßigen Untersuchung der Fügeverbindung. Der Fertigungsprozess und die Fügeverbindung werden anhand definierter Versuchsparameter qualitativ und z. T. quantitativ untersucht. Dafür kommen u. a. genormte Verfahren zur Prüfung der Zugscherfestigkeit und des Schälwiderstandes von Klebverbindungen sowie die Beurteilung von Schnitt- und Bruchbildern zum Einsatz. Es werden eine entwickelte Prozessroute zur zweistufigen Fertigung validiert und mehrere geeignete Fügeverfahren ermittelt, welche sich durch den Einsatz von Oberflächenvorbehandlungen an den Komponenten weiter verbessern lassen. Die Verbindung wird demnach als Klebung mittels unausgehärteter Prepreg-Lagen ausgeführt, die den integralen Charakter des Bauteils erhalten und gleichzeitig in der Lage sind Unebenheiten an den Fügeteiloberflächen auszugleichen. Die Formstabilität der Komponenten bei dem gewählten Aushärtegrad wird als ausreichend beurteilt.