Knotenpunkt eines Flugzeugrumpfs in thermoplastischer Bauweise, autoklavlos gefertigtes Hautlaminat, Integration der Längs- und Querversteifungen mittels Widerstandsschweißen
Demonstrator als Teil eines faserverstärkten thermoplastischen Flugzeugrumpfsegments. Der Demonstrator besteht aus einer thermoplastischen Haut, welches mit einem Spantsegment, drei Stringerabschnitten und drei Cleats versteift ist. Die Haut und die Stringerabschnitte wurden co-konsolidiert. Spant und Cleats wurden mit dem Widerstandsschweißprozess integriert.
Im Rahmen des Vorhabens TB-Rumpf werden die Autoklav-lose Konsolidierung thermoplastischer Laminate sowie das Widerstandsschweißen als Technologie-Bausteine für zukünftige Flugzeugrümpfe in Thermoplast-Bauweise weiterentwickelt und validiert. Die Arbeiten sind dabei in einen Verbund mit Partnern aus der Luftfahrtindustrie sowie Forschungseinrichtungen eingegliedert.
Stand der Technik für die Konsolidierung großflächiger Bauteile aus endlosfaserverstärktem Hochtemperatur-Thermoplast, wie zum Beispiel CF-PAEK, ist die Autoklav-Konsolidierung. Durch ein optimiertes Setup und angepasste Prozessführung ist es möglich, eine vollständige Konsolidierung nur mit Temperatur und Vakuumdruck zu erreichen. Durch die Verwendung von eigenbeheizten Formwerkzeugen oder Öfen kann auf einen Autoklav verzichtet und damit Kostenvorteile generiert werden. TB-Rumpf zielt auf die Reifmachung des VCT (Vacuum Consolidation Technique) genannten Verfahrens sowie auf die Ermittlung der Prozessgrenzen in Bezug auf maximal möglicher Laminatdicke ab.
Die Schweißbarkeit thermoplastischer Strukturen stellt einen wesentlichen Aspekt für die zukünftige Verwendung dieser Materialgruppe dar. Besonders das Widerstandsschweißen zeichnet sich durch hohe erreichbare Festigkeiten aus und ist deshalb von großer Wichtigkeit für thermoplastische Rumpf-Strukturen. Im Rahmen von TB-Rumpf werden der Schweißprozess an sich als auch die notwendigen Schweißelemente gezielt optimiert und die erreichbaren mechanischen Kennwerte validiert.
Die hier dargestellten Ergebnisse entstanden im Forschungsvorhaben TB-Rumpf (FKZ: 20W1721D) im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms V-3, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.
Video: Technology Bricks for Future Thermoplastic Aircraft
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