Composites Europe: Leichtbau-Innovationen für Flugzeuge

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Die Fachmesse Composites Europe zeigt die neuesten Leichtbau-Innovationen im Wettrennen der Flugzeugbauer: Erst wenige Wochen ist es her, dass der Airbus A350 XWB am 2. und 3. Juni seine ersten beiden Langstreckenflüge mit Passagieren erfolgreich absolviert hat. Unter typischen Einsatzbedingungen unternahm das Testflugzeug mit der Bezeichnung MSN2 die so genannten „Early Long Flights“ mit Kabinen-Crews von Air France und Lufthansa. Das Prestigemodell von Airbus ist das Symbol für den Siegeszug von Faserverbundwerkstoffen in der Aerospace-Industrie. Knapp 100 Jahre nachdem Junkers 1919 in Dessau das erste Ganzmetallflugzeug der zivilen Luftfahrt auf die Reise schickte, besteht der A350 XWB heute bereits zu 53 Prozent aus Kohlefaserverbundwerkstoffen (CFK). Beim großen Bruder A380, dem Giganten der Lüfte, liegt der Anteil immerhin bei 28 Prozent. Und auch Konkurrent Boeing fertigt seinen Dreamliner, die B787, zur Hälfte aus dem Composite.

Mit ihren Großraumjets treiben die beiden Unternehmen die Entwicklung auf dem CFK-Markt entscheidend voran. Dessen sind sich auch die Veranstalter der internationale Messe Composites Europe bewusst und räumen innovativen Faserverbundkunststoff-Lösungen für die Luftfahrt seit Jahren breiten Raum ein. Auf der Fachmesse, die in diesem Jahr vom 7. bis 9. Oktober in Düsseldorf stattfindet, zeigen sich auch diesmal die namhaften Unternehmen der Branche und präsentieren ihre neuesten Entwicklungen für die beiden Flugzeughersteller.

Bodenstrukturen aus hochbelastbaren CFK-Sandwichpanels

So könnte – wenn der A350 XWB seinen Linienbetrieb aufnimmt – auch ein Bauteil an Bord sein, das in der ambitionierten Entwicklungszeit von nur zwei Jahren von den Elbe Flugzeugwerken (EFW) im Rahmen einer Partnerschaft mit Airbus sowie in Kooperation mit dem Leichtbau-Zentrum Sachsen (LZS) projektiert wurde. Dabei handelt es sich um eine innovative Bodenstruktur, die mit Hilfe neuester Faserverbund-Simulationstechniken realisiert wurde. Derzeit befindet sich das Bauteil in der anspruchsvollen Validierungs- und Zulassungsphase bei Airbus.

Die Bodenstruktur musste in Bezug auf die Robustheit alle relevanten „In-Service“-Anforderungen erfüllen, um eine lange Lebensdauer und somit geringe Wartungsumfänge zu gewährleisten. Dabei setzten sich hochbelastbare CFK-Sandwichpanels in der Entwicklung gegen metallische Strukturen durch. Aus dem konzipierten Design und Herstellungsprozess des prototypischen Bauteils ließ sich in der weiteren Projektphase ein wirtschaftliches Serienprinzip für den A350 XWB ableiten.

Den Ingenieuren gelang es, ein robustes und leichtes Design zu entwickeln, das es ermöglicht, viele Adaptionsmöglichkeiten von Innenraummodulen wie Bordküche oder -toiletten bereitzustellen und dabei nahezu bis zum Zeitpunkt der Installation im Flugzeug auf individuelle Änderungswünsche des Kunden reagieren zu können. Zudem wurden auf kleinstem Raum die Steifigkeits- und Festigkeitsvorgaben und die Ansprüche an eine hohe Variantenvielfalt erfüllt. Das LZS als Tochter der Technischen Universität Dresden arbeitet eng mit dem dort angesiedelten Institut für Leichtbau- und Kunststofftechnik (ILK) und kann auf dessen aktuellste Forschungsergebnisse zurückgreifen. Das ILK präsentiert sich auf der diesjährigen Composites Europe.

Leichtere Sitze aus Titan und Verbundwerkstoffen

Einen Flugzeugsitz, der um die Hälfte weniger wiegt, als die derzeit leichtesten Modelle auf dem Markt, und der für die Economy Class in den Flugzeugserien Airbus A320 und Boeing B737 zum Einsatz kommt, hat Expliseat zusammen mit den französischen Partnern Hexcel und Roctool sowie Tencate Advanced Composites (Niederlande) und A&P Technology (USA) entwickelt. Der Sitz besteht aus Titan und Verbundwerkstoffen und hat als erstes Modell mit diesem Materialmix den dynamischen 16g-Crashtest bestanden. Aufgrund des um vier Kilogramm geringeren Gewichts pro Person ermöglicht er dank des niedrigeren Treibstoffverbrauchs Einsparungen von 300’000 bis 500’000 US-Dollar pro Passagierjet.

Bei der Entwicklung kam die Technologie 3iTech von RocTool zum Einsatz, bei der Induktionsspulen direkt in die Stahlpressform integriert sind. Zudem suchte Expliseat eine besonders starke Faser, die sich zur Verwendung mit dem speziell für die Applikation entwickelten Thermoplast-Harzsystem eignete und zudem ungeleimt war. Die Wahl fiel auf HexTow AS4 12k von Hexcel, das für den TenCate-Prozess hervorragend geeignet ist und in Verbindung mit dem Thermoplast-Harz so gute Leistungen erbrachte, dass es selbst die anspruchsvollsten Sitzstrukturprüfungen bestand. Zwei der Entwicklungspartner, nämlich Hexcel und Tencate Advanced Composites, sind in diesem Jahr in Düsseldorf vertreten.

Erstes chinesische Mittelstreckenflugzeug setzt auf Composies

Auch die Aussteller Evonik Industries und Secar Technologie haben sich zusammengeschlossen, um die industrielle Serienfertigung von Composite-Komponenten für die Luftfahrtindustrie voranzutreiben. Dazu haben beide Unternehmen Ende vergangenen Jahres das Joint Venture LiteCon initiiert. Dabei bringt der Rohstofflieferant sein Expertenwissen in der Materialentwicklung ein und setzt dabei vor allem auf den Strukturschaum Rohacell. Secar stellt seine Kompetenzen in der Serienfertigung von Leichtbauteilen zur Verfügung.

„LiteCon ist der nächste Schritt in unserer Partnerschaft mit der Automobil- und Luftfahrtindustrie, deren Entwicklungen in Richtung Leichtbau wir seit Jahren mit unseren Produkten unterstützen“, sagte Gregor Hetzke, Leiter des Geschäftsbereichs Performance Polymers von Evonik. „Die große Kompetenz in der Entwicklung und Herstellung von Composites von Secar und unser Polymer-Wissen vereinen wir, um unseren Kunden den besten Nutzen aus dieser Synergie zu bieten.“ Am Joint Ventures mit Sitz Hönigsberg sind Evonik mit 49 und Secar mit 51 Prozent beteiligt.

Wenn im kommenden Jahr das erste chinesische Mittelstreckenflugzeug, das vollständig in der Volksrepublik entwickelt und gefertigt wurde, zum Jungfernflug abhebt, dann wird auch Rohacell von Evonik mit an Bord sein. Der Passagierjet mit dem Namen C919, von dem ab 2018 die ersten Serienmodelle ausgeliefert werden sollen, wird von der Commercial Aircraft Corporation of China Ltd. (COMAC) in Shanghai produziert. Das Unternehmen hat nach eigenen Angaben seit der Vorstellung des Prototypen im November 2010 auf der Luftfahrtmesse Airshow China 16 Kunden und insgesamt 400 Vorbestellungen verbucht.

Evonik Industries liefert eine passgenaue Leichtbauanwendung für das Flugzeug. Dank dieser spart der Jet Gewicht und verbraucht weniger Treibstoff. Das macht ihn besonders energieeffizient. Für den hinteren Teil des Rumpfs – das sogenannte Kabinendruckschott – hat das Unternehmen den Prototypen eines Großbauteils aus Rohacell entwickelt. Dieser Verbundwerkstoff auf PMI-Basis (Polymethacrylimid) ist zum einen sehr leicht.

„Nur fünf Monate nach Freigabe der Entwürfe haben wir das Formteil gebrauchsfertig geliefert und stehen COMAC auch bei der Weiterentwicklung zur Seite“, erklärte Uwe Lang, Marketing-Experte von Evonik im Bereich Aircraft und Ansprechpartner für den chinesischen Markt. „Die Flugzeugbauer wollen hochwertige Materialien bei leichtem Gewicht und wirtschaftlich soll das Ganze natürlich auch sein. Da kann Rohacell überall punkten.“ Deshalb sei es kein Wunder, dass der Verbundwerkstoff schon seit vielen Jahren ein gefragtes Material in der Luftfahrtindustrie ist.

Die vergleichsweise schmale C919 soll Platz für 168 Passagiere bieten und eine Reichweite von bis zu 5’555 Kilometern haben. Da das Flugzeug damit nicht auf den populären Routen von China nach Europa oder in die USA eingesetzt werden kann, soll es bei sämtlichen Fluggesellschaften der Volksrepublik – von Air China über China Eastern bis hin zu China Southern Airlines – auf Inlandsflügen Verwendung finden. Nach Angaben von COMAC ist es konkurrenzfähig gegenüber den Modellen der Wettbewerber, wie beispielsweise dem Airbus A320 und der Boeing 737.

Während die Asiaten bei der C919 die schlanke Linie bevorzugen, setzt Airbus beim A350 XWB auf den extrabreiten Body. Denn mit einem 221 Zoll breiten Kabinenquerschnitt ist der Jet für uneingeschränkten Passagierkomfort auf Langstrecken in allen Klassen optimiert und ermöglicht – auch dank Composites – im Vergleich zu bisherigen Flugzeugen in dieser Größenkategorie eine Optimierung der Effizienz um 25 Prozent. Bis Ende Mai 2014 lagen dem Hersteller 812 Bestellungen von 39 Kunden aus aller Welt vor.

Das Rennen um die Vorherrschaft am Himmel geht also weiter und es bleibt nicht mehr länger nur ein Zweikampf. Neue Wettbewerber knabbern an den Marktanteilen der renommierten Hersteller. Und weil die Kunden immer neue Anstrengungen zur Verbesserung der Effizienz erwarten, setzen alle Anbieter in zunehmendem Maße auf innovative Materialien aus Faserverbundwerkstoffen.

Composites Europe zeigt Produktionslösungen

Zusammen mit der Internationalen AVK-Tagung hat sich die Composites Europe nach acht erfolgreichen Veranstaltungen als die führende Kraft im deutschen Messemarkt für faserverstärkte Kunststoffe bewiesen. 440 Aussteller aus 25 Nationen werden vom 7. bis 9. Oktober auf dem Düsseldorfer Messegelände erwartet. Die Veranstaltung bildet die ganze Bandbreite der Verbundwerkstoffe ab. Im Mittelpunkt steht dabei auch dieses Jahr wieder die Automatisierung bei den großserientauglichen Fertigungsprozessen von Composites-Bauteilen. Neue Leichtbaukonzepte, Materialien und modernste Produktions- und Automatisierungslösungen werden zu sehen sein. Veranstaltet wird die COMPOSITES EUROPE vom Messeveranstalter Reed Exhibitions in Kooperation mit dem europäischen Branchenverband EuCIA, der AVK, dem VDMA Forum CompositeTechnology und der internationalen Fachzeitschrift Reinforced Plastics.

Zeitgleich findet die Aluminium Weltmesse statt. Auf der weltweit größten Branchenveranstaltung der Aluminiumindustrie treffen sich Aluminiumhersteller, Verarbeiter, Anbieter von Technologien und Ausrüstungen für die Produktion, Weiterverarbeitung und Veredelung. In vier Messehallen zeigen rund 940 Aussteller aus 50 Nationen das volle Leistungsspektrum der Branche: Von der Produktion des Werkstoffs über die Verarbeitung bis zum Endprodukt.

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