Präzisionsfertigung komplexer CFK-Profile am Beispiel Rumpfspant

Abstract

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) spielen bei der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von kommerziellen Großflugzeugen eine stark wachsende Rolle. Im Gegensatz zu der Laminatqualität die sich auf hohem Niveau reproduzieren lässt ist die geometrische Präzision der CFK-Bauteile immer noch ein Problem das zu erhöhten Kosten in der Produktion und der Montage führt. Der aus der anisotropen Natur der CFK-Laminate resultierende „Spring-In“ Effekt ist besonders bei komplexen, gekrümmten CFK-Bauteilen ein Hauptgrund für die Toleranzprobleme. Die Rumpfspantsegmente, die hier analysiert wurden zeigen ein sehr starkes Deformationsverhalten, weil globale und lokale „Spring-In“ Effekte interagieren. Die Dissertation konzentriert sich auf eine Methode zur Vorhersage der „Spring-In“ Deformation, die auf der Kombination von einfachen Experimenten und linear, statisch, thermoelastischen FEM Simulationen beruht. Zusätzlich wird ein Produktionskonzept für kostengünstige Spantsegmente mit geringer geometrischer Streuung identifiziert. Abschließend werden noch weitergehende Strategien zur Prozess- und Materialoptimierung vorgestellt, die allerdings eher für die langfristige Forschung interessant sind, da sie weit über heute zertifizierte Randbedingungen hinaus gehen.