BUSTI zeigt das Leichtbaupotenzial von thermoplastischen Faserkunststoffverbunden in der Luftfahrt durch die Entwicklung eines innovativen, kontinuierlichen Fügeverfahrens für Rumpfelemente auf. Durch die Verbindungsausführung im Monomaterial-Design entfällt die Einbringung von zusätzlichen Verbindungselementen wie Nieten vollständig.
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Für eine klimaneutrale Zukunft ist eine Transformation der Luftfahrt notwendig. Faserkunststoffverbunde (FKV) bieten aufgrund ihrer herausragenden spezifischen mechanischen Eigenschaften ein erhebliches Potenzial für Gewichtseinsparung gegenüber klassischen Metallrümpfen aus Aluminiumlegierungen. Dieses Potenzial wurde von der Luftfahrtindustrie bereits erkannt und technologisch auf Basis duroplastischer FKV umgesetzt. Durch die Verwendung wiederaufschmelzbarer, thermoplastischer Polymermatrices werden vollkommen neuartige Fügeprozesse möglich, die eine stoffschlüssige Verbindung der Fügepartner ohne zusätzliche Applikation von Verbindungselementen oder Klebstoffen gewährleisten.
Im Projekt BUSTI wird u. a. ein kontinuierliches Verfahren zum laserbasierten Fügen kohlenstofffaserverstärkter Thermoplasthalbzeuge entwickelt. Ziel ist die materialgleiche Fügung eines Demonstrators, sog. multifunctional fuselage demonstrator (MFFD), der aus zwei vorgefertigten Rumpfhalbschalen eines Passagierflugzeuges zusammengesetzt wird. Durch den Einsatz des neuen Werkstoffs und neuartiger Technologien soll die Produktionsrate auf bis zu 60 Passagierflugzeuge pro Monat erhöht werden. Gleichzeitig soll das Gewicht des Rumpfes um eine Tonne reduziert werden. Im Prozess wird die Fügestelle durch das Aufeinandertreffen der stufig geschäfteten Enden der Rumpfhalbschale definiert. Mehrlagige, multidirektional verstärkte FKV-Laminatstreifen werden oberflächennah durch einen CO2-Laser aufgeschmolzen, in den Schäftungen abgelegt, angepresst und in-situ co-konsolidiert. So entsteht eine Verbindung, die optisch keine sichtbare Fügestelle mehr aufweist und mechanisch durch Festigkeiten auf Autoklav-Niveau überzeugt.
Das Projektvorhaben bietet einen Einblick in die technischen und wirtschaftlichen Vorteile neuartiger Fügeverfahren für thermoplastische FKV in der Luftfahrt und zeigt deren Potenziale auf, die mit bisherigen Fertigungs- und Designkonzepten nicht denkbar waren. Das entwickelte Fügeverfahren ist auf weitere Anwendungen im Bereich des kontinuierlichen Fügens großflächiger, thermoplastischer FKV übertragbar und wird aktuell für die Anwendung auf komplexen Freiformflächen weiterentwickelt. Fraunhofer leistet somit bereits heute einen Beitrag zur Entwicklung mordernster Verfahren und Technologien für emissionsfreies Fliegen der kommenden Generationen.
Eric Pohl, Fraunhofer IWS, spricht über das Fügen von thermoplastischen Rumpfschalensegmenten im Rahmen des Clean Sky 2-Projekts Large Passenger Aircraft. Hierbei kommt die vom Fraunhofer IWS entwickelte Laser in-situ Fügetechnologie zum Einsatz.
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Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
