Kürzlich wurde im Rahmen des Clean SKY 2 Atemberaubenden Projekts die untere Hälfte des Thermoplastischen Multifunktionsrumpf-Demonstrators (MFFD) geliefert. Das MFFD ist ein Abschnitt eines Flugzeugrumpfs und gilt als eine der größten thermoplastischen Verbundbaugruppen der Welt.

Im Rahmen der europäischen Initiative Clean Sky 2 sucht die Luft- und Raumfahrtindustrie nach einem Weg zur Nachhaltigkeit. Das MFFD soll zeigen, wie der Einsatz thermoplastischer Verbundwerkstoffe in dieser Hinsicht eine wichtige Rolle spielen kann. Wie? Indem wir zeigen, dass mit Hilfe von thermoplastischen Verbundwerkstoffen Flugzeuge mit der gleichen Festigkeit und Haltbarkeit gebaut werden können wie heutige Aluminiumflugzeuge. Gleichzeitig reduziert das Material die wiederkehrenden Kosten für die Herstellung des Rumpfes sowie die Gesamtmasse des Flugzeugs und die daraus resultierenden Emissionen erheblich.

Innovativ

Die untere Hälfte des MFFD, die eine Länge von 8 m und einen Durchmesser von 4 m hat, wurde von GKN Fokker, TU Delft, SAM|XL und hergestellt Königliches NLR, der es „Atemberaubendes Projekt“ nannte. Das MFFD-Projekt wird von Airbus geleitet. Die revolutionäre Struktur des Flugzeugs besteht aus mehr als 400 thermoplastischen faserverstärkten Teilen sowie Tausenden von Punktschweißnähten und Hunderten von Metern durchgehender Schweißnähte. Die untere Rumpfhälfte wird am Fraunhofer IFAM in Stade montiert, die obere Hälfte wird vom Deutschen Luft- und Raumfahrtinstitut DLR in Augsburg gefertigt.

Skin-Modul

Das Projekt „Stunning“ startete 2017, wobei GKN Fokker für die Montage der Rumpfsektion verantwortlich war, die aus einem Hautmodul und einem Bodengittermodul besteht. Die Modulhaut wurde von NLR mittels automatischer Faserplatzierung hergestellt. Aufgrund der Größe der endgültigen Haut wurde diese in zwei Segmenten im 90°-Winkel verlegt. Nach dem Auflegen besteht der nächste Schritt darin, die beiden Segmente zu einem 180°-Segment zu konsolidieren und zu verbinden. Dies erfordert einen sehr großen Autoklaven, um die beiden Segmente platzieren und erhitzen zu können, um sie zusammenzufügen. Da es in den Niederlanden keinen solchen Autoklaven gibt, wurde dieser in Deutschland installiert und die beiden Segmente im Rahmen eines Konsolidierungsprozesses zu einem nahtlosen Ganzen zusammengeführt.

Das Hautmodul umfasst außerdem 38 gerade Xelis-Versteifungen, die in einem kontinuierlichen Pressverfahren hergestellt wurden – einige davon wurden von Royal NLR gebogen, 208 spritzgegossene Clips, die vom ECO-CLIP-Konsortium hergestellt wurden, und Rahmenmontageteile.

Vorteilhafte Thermoplaste

Wenn die beiden Teile des unteren Segments im Konsolidierungsprozess nahtlos zu einem Ganzen zusammengefügt werden, kommen auch die Vorteile der Verwendung eines thermoplastischen Materials gegenüber einem Duroplast zum Tragen. Thermoplaste können Sie im Herstellungs- und Montageprozess mehrfach erhitzen. Um verschiedene thermoplastische Teile zusammenzubauen, erhitzen Sie einfach das Material, um es zu verschweißen. Diese Funktion bedeutet auch, dass erhebliche Einsparungen bei den Hunderttausenden von Befestigungselementen erzielt werden können, die ein herkömmliches Flugzeug zusammenhalten. Dies wiederum trägt zur Reduzierung des Gesamtgewichts des Flugzeugs bei. Darüber hinaus sind Thermoplaste etwas leichter als Duroplaste, da es sich um ein stärkeres und schlagfesteres Matrixmaterial handelt.

Bodengittermodul

Das Bodengittermodul enthält Montageteile für die Bodenträger. Auch die Bodenträger für den Fahrgastboden werden mittels automatischer Faserverlegung hergestellt. Montageteile für Rahmen und Bodenträger werden von GKN Fokker hergestellt. Das Bodengitter ist mit dem Hautmodul komplett mit verschiedenen Montagesystemen ausgestattet.

Nachgewiesenes Potenzial

Arnt Offringa, Direktor des Global Technology Centre NL von GKN Aerospace: „Dieses bahnbrechende Projekt hat unser Verständnis erheblich verbessert und die Entwicklung thermoplastischer Technologien für große und komplexe Flugzeugkomponenten beschleunigt.“ Es zeigte das Potenzial für die industrielle Anwendung des Roboterschweißens bei der Montage thermoplastischer Flugzeugstrukturen. Kooperationsprojekte wie dieses werden von entscheidender Bedeutung sein, wenn wir die Grenzen der Technologie weiter verschieben, um unsere Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

Das Größte aller Zeiten

„Die untere Haut des MFFD, das größte thermoplastische Teil, von dem wir wissen, dass es jemals auf der Welt hergestellt wurde, ermöglichte es uns, thermische und Positionierungseffekte bei der Herstellung komplexer thermoplastischer Teile zu untersuchen“, fügt Johan Kos, Projektmanager NLR, hinzu. „Darüber hinaus profitiert die Zusammenarbeit mit GKN Fokker Aerostructures, GKN Fokker Elmo und Airbus von der Entwicklung des NLR-Wissens über andere relevante Konstruktions- und Systemtechnologien, wie beispielsweise das Induktionsschweißen von thermoplastischen Teilen, sowohl experimentell als auch durch Simulation. Der NLR-Beitrag und der Wissensaufbau werden von mehreren Abteilungen unseres Forschungsinstituts durchgeführt und tragen zur Entwicklung erschwinglicher und anwendbarer Technologie für die niederländische Fertigungsindustrie bei, um die Zivilluftfahrt nachhaltiger zu gestalten.

Dieser Artikel ist bereits erschienen in Kunststoff und Gummi 2 – 2023