Leichtbaugarage #9 Keramikfaserverbunde als Hitzeschild @ SHEFEX DLR

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Das Fahrzeug

Als Leichtbauer ist unser globales Ziel die Optimierung und Effizienz. Dabei geht es am Ende nicht allein um das eingesparte Kilogramm. Die Optimierung kann auch als positiver Sekundäreffekt auftreten, da innovative Materialien viele positive Materialeigenschaften kombinieren. Ein Beispiel hierfür ist die Anwendung von oxidkeramischen Verbundwerkstoffen im SHEFEX („sharp edge flight experiment“) Projekt des DLR in welchem ein scharfkantiger Wiedereintrittskörper in nun schon drei Evolutionsphasen konzipiert und 2005 als SHEFEX I zum ersten Mal eingesetzt wurde.

©DLR German Aerospace Center, Shefex II auf Startrampe @ Andøya Space Center, CC-BY 3.0

Das Folgeprojekte SHEFEX II feierte seinen ersten Erfolg 2011 mit einer Wiedereintrittsgeschwindigkeit in die Atmosphäre von 11000 km/h. Grundsätzlich geht es bei dem Projekt um die Realisierung der scharfkantigen Kontur eines Wiedereintrittskörpers, welcher im Zuge der Einstellung des Space Shuttle Projekts ins Leben gerufen wurde. Vorteile der Kontur sind vor allem die Reduktion der Herstellungskosten, da die ursprünglichen gebogenen Hitzeschilde aufwändige Fertigungsverfahren benötigen. Durch die neue Kontur entstehen punktuelle Last an den Fügekanten, an welchen Keramik-Faserverbunde ihre Anwendung finden.

Die Technologie

Durch die Kombination von hitzebeständiger Keramikmatrix mit hochfesten Keramikfasern, zur Erhöhung der Festigkeit und Duktilität der des Verbundes, werden exzellente Materialeigenschaften hinsichtlich Gewichts, elektromagnetischer Transparenz, Formstabilität und Hochtemperaturfähigkeit kreiert.

©Alexander Stirn, Detailansicht Keramik Verbund Eintrittsschild Shefex II, CC BY-NC-ND 2.0

Durch die Evolution der Keramik Verbund Platten in SHEFEX II können diese zusätzlich durch Aktuatoren gesteuert werden, was zu einer weiteren Funktionalität der Kantengeometrie führt. Durch diese Integration können Steuerelemente an anderen Strukturbereichen des Wiedereintrittskörpers eingespart werden, was ein klassisches Prinzip des Funktionsleichtbaus ist. Mittels dieser Funktionsintegration, kann an anderen Stellen Gewicht eingespart werden.

Der Leichtbauaspekt

Da im SHEFEX Projekt die Gewichtsreduktion nicht an erster Stelle steht, für uns als TGM jedoch der wichtigste Aspekt ist, wird im direkten Vergleich Stahl zu Keramik klar, welches Potenzial in thermisch hochbelasteten Keramiken steckt. Mit der Hälfte der Dichte und etwa der dreifachen Hitzebeständigkeit lässt sich durch Keramik-Faserverbunde ein Einsparpotenzial des Faktors 6 erreichen, was reine Keramiken für Leichtbauanwendungen sehr interessant macht.[1] Durch die Kombination mit Keramikfasern wird die Bruchzähigkeit stark erhöht und somit dem Werkstoff ein breites technisches Anwendungsspektrum ermöglicht wird.

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