Anwendungsorientierte Weiterentwicklung des Ultraschall-Schweißprozesses für thermoplastische CFK-Strukturen im Hubschrauberbau

Abstract

Thermoplaste (TP) bieten durch ihre reversible Verformbarkeit (im schmelzflüssigen Zustand), im Vergleich zu Duromeren, die Möglichkeit für weitere Verarbeitungsprozesse (z.B. Heißpressen), welche anwendungsspezifisch Vorteile mit sich bringen. Einer der entscheidenden Vorteile liegt in der Verschweißbarkeit thermoplastischer CFK-Bauteile, wodurch niet- und bolzenfreie Fügungen ohne Durchstoßen der Oberfläche und Fasern ermöglicht werden. Beim Fügen durch Verschweißen wird kein weiteres Material benötigt, wodurch die vorteilhafte Rezyklierbarkeit von thermoplastischen Bauteilen auch mit Fügung erhalten bleibt. Unterschiedliche Fertigungsverfahren zum Verschweißen von TP CFK-Bauteilen werden derzeit für verschiedene Anwendungen entwickelt. Das Ultraschallschweißverfahren eignet sich besonders für das Verschweißen schmaler und langer Fügenähte (z.B. von Stringern auf einer Hautstruktur). Das DLR in Augsburg untersucht derzeit primär die Möglichkeiten der Ultraschallschweißtechnologie für TPFlugezugstrukturen. Jedoch bestehen unterschiedliche Schwerpunkte der Anforderungen von Hubschrauberstrukturen zu Flugzeugstrukturen. Beispielsweise weisen Hubschrauber vermehrt variabel gekrümmte, sehr dünne Strukturen auf. Im LuFo VI Projekt COBAIN untersucht das DLR in Augsburg zusammen mit Airbus Helicopters an einer hubschrauberspezifischen Struktur (Horizontal Stabilizer) den Einsatz von Thermoplasten und der Ultraschallschweißtechnologie. In einer experimentellen Parameterstudie zum Ultraschallschweißen wurden hubschrauberspezifische Bauteilanforderungen betrachtet. Mittels eines robotisch geführten Ultraschallweißendeffektors werden die bauteilspezifischen Effekte der Schweißung untersucht. Präsentiert werden die Schweißversuche mit den Ergebnissen und der Ableitung der Erweiterung des Designraums für TPLeichtbaustrukturen im Hubschrauberbau durch Einsatz der robotisch geführten Ultraschallschweißtechnologie