Leichtbaugarage #2 CFK Druckkalotte @ Airbus A 320

02.06.2021 von Micha Clauß

©Bernulius/stock.adobe.com

Das Fahrzeug

Seit Mitte der 1970er Jahre sind Faserverstärkte Kunststoffe fester Bestandteil von Rohbau- und Verkleidungsteilen ziviler Luftfahrzeuge. Unter dem Augenmerk vieler positiver Leichtbaufaktoren wurde im April 2018 auf der ILA Berlin ein erster serienreifer Demonstrator einer CFK Druckkalotte der Firma Premium Aerotec vorgestellt.

©TJDarmstadt, „D-AINE Lufthansa A320neo FRA“, CC BY 2.0.

Die Druckkalotte ist auf die Druckkabine eines Airbus A320 ausgelegt und besticht nicht nur durch eine Gewichtseinsparung im Vergleich zu seinem Vorgänger aus Aluminium, sondern kann hauptsächlich durch sein Fügeverfahren und das damit verbundene Automatisierungspotenzial überzeugen.

Die Technologie

Einer der technologischen Hauptfortschritte liegt in der Anwendung von elektrischem Widerstandsschweißen zum Fügen der Kalotten-Komponenten. Dieses Verfahren ist ideal abgestimmt auf die Materialkombination aus Kohlestofffaser und thermoplastischer Matrix. Die aus acht Segmenten aufgebaute Druckkalotte kann somit durch das Aufschmelzen des Thermoplastes stoffschlüssig gefügt werden, was zu einer nahezu fehlerfreien Fügezone führt. Hinzu kommt, dass dieses Verfahren im Gegensatz zum Nieten und dem damit verbundenen Vorbohren der Fügezonen, sauberer und schneller ist, was sich in niedrigeren Kosten und geringeren Taktzeiten widerspiegelt.

© Florian Wätzold, Skizze der Druckkalotte

Die Verwendung eines Faser Matrix Verbunds macht besonders in diesem Anwendungsbereich Sinn, da die hohen Druckkräfte in der Druckkammer durch die Fasern in Zugrichtung aufgenommen werden können. Das Ziel für die Produktion ist es die Fasern lastorientiert, jedoch ohne einen Autoklav oder Vakuumkammer, abzulegen. Hierdurch werden die Taktzeiten weiter reduziert und die Produktion bleibt simpel. Partiell werden Cut Outs in der Kalotte durch radiale Faserlagen verstärkt, um das Bauteil lastgerecht und gewichtsoptimiert auszulegen. Beim Airbus A380 gelingt die CFK Konstruktion sogar mit einem Durchmesser der Druckkalotte von 6 Metern, wobei dieses Konzept durch weitere Rippen mit Schaumkern versteift werden muss, um den Passagieren ein komfortables Druckniveau entsprechend 2000 Meter Höhe zu garantieren.

Der Leichtbauaspekt

Das Gewichtseinsparpotenzial dieses Verfahrens liegt bei rund 25 Prozent, wobei die Fertigungstechnischen Vorteile und geringe Taktzeiten ebenso für das Erfolgsmodell verantwortlich sind.

 

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