Fertigung gebogener Komposite à la PUL-AERO
Komposite aus Kohlenstofffaser-Polymermaterialien sind heutzutage ein wichtiges Strukturelement von Flugzeugen, so dass es ein großer Fortschritt für die Luft- und Raumfahrtindustrie wäre, wenn man leichtere, kostengünstigere und hochwertigere Verbundwerkstoffe produzieren könnte. Das EU-finanzierte PUL-AERO-Konsortium (High quality curved aerospace composites using pultrusion manufacturing) hat in Form eines neuen zukunftsweisenden Pultrusions-Produktionsprozesses auf dieses Ziel hingearbeitet, um jene Art von gebogenen Kompositen herzustellen, die in der Luftfahrt benötigt werden. Strangziehen ist ein kontinuierliches Formverfahren, bei dem Verstärkungsfasern mit einem flüssigen Polymerharz gesättigt und dann mit Hilfe einer erwärmten Form mit Sorgfalt geformt und hindurchgezogen werden, um ein Teil zu formen. „Normalerweise wird Pultrusion als eine ‘Schwarze Kunst’ betrachtet, aber wir haben in den letzten zehn Jahren daran gearbeitet, den Fertigungsprozess noch stärker wissenschaftlich zu untermauern“, sagt PUL-AERO-Projektkoordinator John Hartley von Exel Composites im Vereinigten Königreich. „Das PUL-AERO-Projekt entwickelt zusätzliche Technik, um die strengen Qualitätsanforderungen der Luft- und Raumfahrt zu erfüllen, und nicht nur gerade Teile, sondern auch gebogene Abschnitte herstellen zu können.“ Das PUL-AERO-Projekt mit seinen Industriepartnern im Vereinigten Königreich, in Griechenland, Israel und Frankreich sowie der Cranfield University, Vereinigtes Königreich, hat eine zukunftsweisende Pultrusions-Produktionslinie konzipiert. Bei Einsatz von Strangziehverfahren kann sich die Fertigung gekrümmter Teile schwierig gestalten, was insbesondere für Epoxidharze in Luft- und Raumfahrtqualität gilt, die eine sorgfältige Temperatursteuerung und langsame Aushärtung erfordern. Das Projekt arbeitete an der Modellierung des Prozesses und erstellte eine kommerzielle Simulationsplattform. Ein wichtiger Aspekt war die Modellierung der Verdrehung, die im Pultrusionsprozess auftritt und für die Formung gebogener Teile von entscheidender Wichtigkeit ist. Das neue Pultrusionsliniendesign bindet außerdem neue Harzinjektionsausrüstung ein, die mit geringer Strömungsgeschwindigkeit arbeitet und Sensorsysteme zur Überwachung von Harzströmung und Druck beinhaltet. Ein Hauptfortschritt war ein Online-Echtzeit-Qualitätssicherungssystem zur Durchführung zerstörungsfreier Prüfungen an den hergestellten Kompositen. „Bislang wurde die gesamte Profilproduktion zerstörungsfrei vom Kunden getestet, was sowohl sehr zeit- als auch kostenaufwendig war. Grundidee ist für uns, bei der Profilherstellung online zerstörungsfrei prüfen zu können. So gelangen wir zu einer Win-win-Situation“, erläutert Hartley. Auf diese Weise zu prüfen hat den offensichtlichen Vorteil, dass Probleme jeglicher Art sofort korrigiert und gelöst werden können: „Wir müssen das Profil nicht für Prüfungen rund um die halbe Welt schicken, nur um dann herauszufinden, dass es Ausschuss ist“, sagt Hartley. „Eine Kostenersparnis ergibt sich daraus, dass man die Möglichkeit hat, unverzüglich festzustellen, ob es ein Problem mit der Produktion gibt.“ Der Prozess wurde von Projektpartnern, sowohl den Herstellern als auch den Endverbrauchern, erprobt und verifiziert. Die gegenwärtigen Herstellungsverfahren setzen dem Einsatz von gekrümmten kohlenstofffaserverstärkten Polymerkompositen aufgrund mangelnder Automatisierung, sehr hoher Investitionskosten und dem Bedarf an hochqualifizierten Arbeitskräften Grenzen. Der vorgeschlagene neue Produktionsprozess wird den Herstellern voraussichtlich Hilfestellung dabei geben, im Zusammenhang mit Luftfahrtqualitätsnormen endlich wirtschaftlich agieren zu können. Momentan baut das führende Unternehmen für Verbundwerkstoffe, Exel Composites, eine neue, für die Luft- und Raumfahrt vorgesehene Anlage auf, die eine neue Pultrusionsmaschine einschließlich der im Rahmen des PUL-AERO-Projekts entwickelten Ausrüstung und Technologien beinhalten wird. Die serienmäßige Produktion wird Mitte 2017 beginnen.
Schlüsselbegriffe
PUL-AERO, kohlenstofffaserverstärkte Polymerkomposite, Luft- und Raumfahrtkomposite, Pultrusion, Strangziehen, Formverfahren, gekrümmte Verbundwerkstoffe, gebogene Komposite, automatisierte zerstörungsfreie Prüfung
