Ausgangspunkt / Motivation

Durch die stark steigende Nachfrage nach neuen Flugzeigen, insbesondere im Single-Aisle Sektor werden effizientere und schnellere Fertigungsprozesse und Bauteilkonzepte benötigt. Faserverbundwerkstoffe (FVW) sind im Flugzeugbau seit vielen Jahren aufgrund ihres hohen Leichtbaupotentials und ihrer funktionalen Eigenschaften etabliert und gewinnen weiterhin mehr und mehr an Bedeutung.

Heutige Fertigungsmethoden von Composite-Bauteilen weisen häufig zu viele einzelne Prozessschritte auf und kommen somit aus Sicht der Zykluszeit und der Kosten den zukünftigen Anforderungen nicht nach.

Ziele

• Entwicklung einer kosteneffizienten Bauweise und Fertigungstechnologie für Faserverbund-Sandwichstrukturen mit deutlich reduzierter Produktionszeit und weniger Prozessschritten
• Etablierung eines autoklavfreien Herstellungsverfahrens auf Basis von MARI und einer innovativen 3D-Gitterstruktur aus PMI-Schaum
• Validierung der entwickelten Bauweise, Auslegungsmethodik und Fertigungstechnologie anhand eines Demonstrators (Single-Aisle Spoiler) bis zum Funktionsnachweis im Labormaßstab

Inhalt

Um die Effizienz der Fertigung zu erhöhen, ist es notwendig, eine Einschusstechnik zu entwickeln, die ohne Autoklav auskommt, da dieser einen hohen Kostenfaktor und ein Bottle-Neck bei der Fertigung von hohen Stückzahlen darstellt. Hierfür wird die Vakuuminfusion nach dem Verfahren MARI (Membrane Assisted Resin Infusion) gewählt. Jedoch sind relevante Schaumkerne, die gute Fertigungsergebnisse ermöglichen und kurz vor der Luftfahrtzulassung stehen, derzeit mit einer noch zu schwer.

An dieser Stelle setzt die Innovation und der technologische Fortschritt des Projekts an: Eine dreidimensionale Gitterstruktur wird als Schaumkern direkt im Werkzeug ausgeschäumt, ohne dass eine nachträgliche mechanische Bearbeitung erforderlich ist, und kann anschließend entweder modular aufgebaut oder als durchgehender Kern in Sandwichstrukturen tragend eingesetzt werden.

Methodik

Die Methodik des Projekts umfasst die Entwicklung und experimentelle Validierung einer neuartigen Sandwichbauweise, bei der eine dreidimensionale PMI-Schaum-Gitterstruktur direkt im Werkzeug hergestellt, mit Faserverbund-Preforms kombiniert und anschließend mittels autoklavfreier Vakuuminfusion (MARI) in einem integrierten Prozess gefertigt wird. Dies wird ergänzt durch die Ausarbeitung einer Auslegungsmethodik sowie die Erprobung und Bewertung der Technologie anhand eines Demonstrators auf Labormaßstab (TRL 4).

Erwartete Ergebnisse

Ziel ist es im Rahmen dieses Projektes die Bauweise und einhergehende Fertigungstechnologie, Schäumen einer dünnwandigen 3D-Gitterstruktur, Schließen über einen Deckel aus Schaum, Auflegen der FVW-Preform und anschließende Harzinfusion in einem Schuss, von derzeit TRL 1-2 auf TRL 4 (Funktionsnachweis der Technologie im Labormaßstab) zu heben.

In diesem Zusammenhang ist es auch das Ziel eine Methodik für Entwurf und Auslegung der Gitterstruktur aus PMI-Schaum zu entwickeln. Die entwickelte Bauweise, Gitterstruktur, Auslegungsmethodik und Fertigungstechnik sollen am Beispiel eines Single-Aisle Spoilers, bei dem in Zukunft ein sehr hoher Bedarf von 1.650 Stück pro Monat besteht, als Demonstrator validiert werden.

Projektkoordination

FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH

Projektpartner:innen

• Polymer Competence Center Leoben GmbH
• LiteCon GmbH
• FACC Operations GmbH

FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH
Roseggerstraße 15
A-4600 Wels
Tel.: +43 (5) 0804 10
E-Mail: info@fh-ooe.at