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IMAC PRO - Industrialisierte Herstellung von CFK-Profilen

Technologisches Ziel von IMAC-PRO ist die Entwicklung einer kompletten integrierten Prozesskette zur kostengünstigen Serienfertigung von optimierten CFK-Aussteifungsprofilen (z.B. Rahmen, Längsträger, Streben, Bodenträger, Antriebswellen...) für alle Arten von Flugzeugen (Passagierflugzeuge, Hubschrauber, Kampfflugzeuge) auf Basis textiler Technologien in Kombination mit fortschrittlichen Injektions- und Aushärtetechnologien.

Kurzbeschreibung

Motivation

Profile sind eines der wichtigsten Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt sowie in vielen Anwendungen im Landverkehr, Schiffbau und Maschinenbau. Zusammen mit der Außenhaut bilden sie leichte Strukturen mit hoher Steifigkeit und Festigkeit und zusätzlicher Funktionalität (z.B. aerodynamische Form).

Andere Profile werden verwendet, um die innere Struktur eines Flugzeugrumpfes aufzubauen. PAX-Bodentraversen und Längsträger, teilweise mit integrierten Sitzschienen und den Streben, die zur Abstützung des Bodengitters dienen, können als Vertreter von Profilen genannt werden, die in sehr hoher Stückzahl notwendig sind.

Ziele

  • Optimiertes Design und kostengünstige Herstellung von Profilen
  • Verbesserung der ökologischen Verträglichkeit von Flugzeugen und Hubschraubern (schnell wachsenden Flugzeugmarkt und steigende Nachfrage an Leichtbaukonstruktionen)
  • Reduzierung der Produktions- und Entwicklungskosten von Flugzeugen

Inhalt

Fertigungsanlagen wurden als Pilot errichtet und mehrere realistische Komponenten unter realistischen Bedingungen hergestellt und getestet.

Die Komponenten einer so genannten Cargo Floor Unit stellten die größte Herausforderung für die Profilproduktion dar, die in IMAC-PRO gelöst werden sollten:

  • Gebogene Profile
  • Variable Profilquerschnitte
  • Lokale Verstärkungen
  • Hohe Variabilität zur Realisierung verschiedener Profiltypen

Als Herstellungsprozess wurde der Out-of-Autoklav-RTM-Prozess definiert in Verbindung mit Mikrowellenhärtung; ein zur allgegenwärtigen Verwendung von Prepregs konträrer Zugang.

Methodik

Ausgehend vom Versteifungsdesign (intensive strukturmechanische Untersuchungen hinsichtlich Geometrie, lokalem Querschnitt, Laminatstapelung basierend auf den Belastungen und den geforderten Geometrien) wurde ein neuer Ansatz für eine hochvolumige, kostengünstige Profilfertigung entwickelt. Dabei wurden die verschiedenen Fertigungsprinzipien auf Basis der textilen Vorformung in Kombination mit angepassten Injektions-, Konsolidierungs- und Aushärtetechnologien wie Pultrusion, RTM oder vakuumunterstützten Prozessen berücksichtigt.

Ergebnis zu Projektende

Profile mit mindestens der gleichen strukturellen Leistung wie Prepreg-basierte Teile konnten realisiert werden. Einige Anwendungen, wie z.B. gebogene Rahmenprofile, erreichen durch die Optimierung der Faserorientierung sogar eine höhere Leistung. 20% Gewichtseinsparung im Vergleich zu Aluminiumkonstruktionen bei 25% niedrigeren Gesamtkosten.

Downloads

Presentation IMAC PRO (pdf, 2.54 MB)

Projektbeteiligte

Förderprogramm: FP7