Kohlenstofffaserverstärkte Thermoplasten in der Großserie - Auslegung einer Produktion zur Herstellung von Rumpfbauteilen (Bachelorarbeit)

Kurzfassung

Die herausragenden Materialeigenschaften von kohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten mit Matrixwerkstoffen wie PEEK oder LM-PEAK ermöglichen bereits heute die Herstellung von Primärstrukturen für Flugzeuge. Die bisherige Fertigung von Bauteilen dieser Art beschränkt sich jedoch größtenteils auf die Fertigung unter experimentellen Bedingungen, weshalb in der vorliegenden Forschungsarbeit eine erste Überführung der Fertigung von Bauteilen dieser Art in den industriellen Maßstab erfolgt. Im Rahmen der Arbeit wurde eine erste Untersuchung zur industriellen Fertigung von Primärstrukturen aus kohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten mit LM-PEAK als Matrix anhand einer Rumpfoberschale durchgeführt. Hierbei diente der Aufbau der Rumpfoberschale des MFFD-Forschungsprojektes als Vorlage. Für die Fertigung der Einzelteile sowie die Durchführung der Endmontage wurden jeweils zwei Fertigungs-/ Montageverfahren hinsichtlich ihrer Prozesszeiten untersucht, miteinander verglichen und das nach derzeitigem Technologiestand am besten geeignete Verfahren ausgewählt. Hierbei wurden für alle Verfahren anhand von Prozesszeiten, Prozessgeschwindigkeiten und Bauteildimensionen die Produktionsdauern der Einzelteile und der Endmontage errechnet und anhand der eingesetzten Anzahl an Produktionsanlagen entsprechend aufeinander abgestimmt. Da die Auswahl eines geeigneten Montageverfahrens nicht sofort getroffen werden konnte, erfolgte diese basierend auf der ermittelten Anzahl erforderlicher Produktionsanlagen sowie einer Kosten-Nutzen-Abwägung. Auf Basis der so ermittelten Produktionsanlage wurde ein passender Produktionsgrundriss unter Berücksichtigung der Anlagenanzahl erstellt sowie eine Kostenabschätzung pro Rumpfoberschale durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse sind vielversprechend und zeigen das Potential einer Fertigung von Bauteilen aus endlosfaserverstärkten CFRTP und betonen den Bedarf an weiterer Forschung und Entwicklung.