CFK-Rumpf Technologische Kompetenz für den Flugzeugbau

Kurzfassung

Von der Flugzeugindustrie (Airbus) wird das Ziel verfolgt das Gewicht der Druckru mpfe zuku nftiger Verkehrsflugzeuge deutlich zu reduzieren (etwa 30%). Neben der Forderung nach konsequenterem Leichtbau besteht zusatzlich, im harten internationalen Wettbewerb, die Notwendigkeit die Herstellkosten zuku nftig im Vergleich zu heutigen Metallrumpfbauweisen um etwa 40% zu senken. Das Erreichen dieser Ziele macht einen Technologiesprung erforderlich. Die gro„ ten Chancen diesen zu erlangen bietet die Faserverbundtechnologie. Bestehende Potentiale, wie auch wichtige zusatzliche, konzeptionelle Freiheitsgrade gegenu ber Metall sind bisher nicht ausgeschopft. Die Verwendung von kohlenstofffaserverstarktem Kunststoff (CFK) statt der konventionellen Metalllegierungen soll daru ber hinaus den Wartungsaufwand erheblich verringern; Komfort und Crashsicherheit sollen verbessert und die Durchbrandsicherheit und die Lebensdauer erhoht werden. Im Rahmen des HGF-Projektes “Schwarzer Rumpf– (SWR) wurde im Deutschen Zentrum fu r Luft- und Raumfahrt (DLR - Institut fu r Strukturmechanik, Braunschweig, Institut fu r Bauweisen- und Konstruktionsforschung, Stuttgart, Institut fu r Antriebstechnik, Koln-Porz) an der Realisierung eines solchen CFK-Rumpfes geforscht. Hierzu wurden sowohl der Entwurfsprozess durch Nutzung der parallelen Vorgehensweise des Concurrent/Integrated Engineering als auch die anzuwendenden Faserverbundbauweisen in optimierter Form untersucht. Diese Arbeiten wurden in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrums Karlsruhe (FZK - Institut fu r Technikfolgenabschatzung und Systemanalyse) in Bezug auf die Umweltvertraglichkeit bei der Herstellung, dem Einsatz und bei der Entsorgung von Rumpfkomponenten durchgefu hrt. Wesentlicher Bestandteil des Projektes war die Gestaltung neuer fasergerechter Strukturkonzepte, die das Potential von Faserverbunden optimal ausnutzten und auf spezifische Fragestellungen (u.a. Crash, Impact, Komfort) einer solchen Flugzeugstruktur in Form konstruktiver Bauweisen Rechnung tragen. Dazu wurden klare und u bersichtliche Schalenbauweisen erarbeitet und auch tiefergreifende Uberlegungen in Bezug auf das Gesamtkonzept eines solchen Flugzeugrumpfes verfolgt. Auf Basis der vorgeschlagenen Bauweisenkonzepte wurden entsprechende fertigungstechnische Konzepte und Ideen entworfen und kostengu nstige Fertigungsverfahren untersucht. Dabei wurde konsequent die Nasstechnologie zur Herstellung von CFK-Bauteilen weiterentwickelt und die Moglichkeiten der Nutzung der Textiltechnologie fu r trockene Halbzeuge verfolgt. Leitgedanken waren auf der einen Seite die Realisierung eines moglichst hohen Integrationsgrades bei der Fertigung der Faserverbundbauteile. Auf der anderen Seite wurde das gesamte Konzept auf eine mechanisierte/automatisierte Serienfertigung vor dem Hintergrund der Erfu llung der geforderten Mengen-, Kosten- und Qualitatsanforderungen hin ausgerichtet. Zur Demonstration der gewonnenen Erkenntnisse wurde eine full-scale Demonstrator-Struktur gefertigt. Dieses Bauteil stellt exemplarisch eines der entwickelten Bauweisenkonzepte unter Beru cksichtigung der gewonnenen strukturmechanischen Erkenntnisse und dem Einsatz neuer wirtschaftlicher Fertigungstechnologien vor.