Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAMProjektziel
Das durch das das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogrammes VII-1 (https://luftfahrtforschungsprogramm.de/) geförderte Verbundvorhaben HERA zielt auf die Entwicklung und Validierung von CFK-Technologien für innovative, hochratenfähige und nachhaltige Hinterbaustrukturen (Spante, Türumgebungen, Kleinbauteile) für zukünftige Flugzeuggenerationen ab. Fokussiert wird die industrielle Forschung in der Fachdisziplin der Herstellverfahren von CFK-Strukturen, sowie in die Erarbeitung von optimierten Architekturkonzepten in Faserverbundbauweise, um eine maximale Gewichtseinsparung im Rumpf zu erreichen. Bis Ende der Projektlaufzeit sollen durch die Fertigung von Validatoren die technologische Umsetzbarkeit nachgewiesen und die Prozessketten hinsichtlich Hochratenfähigkeit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit bewertet werden.
Problemstellung
Um die ambitionierten Klimaziele der Luftfahrt zu erreichen, müssen zukünftige Flugzeuggenerationen deutlich leichter und nachhaltiger gebaut werden. Bestehende Fertigungsprozesse für Faserverbundstrukturen sind oft zu langsam, kosten- und energieintensiv für angestrebte Produktionsraten von über 70 Flugzeugen pro Monat. Konventionelle Faserverbund-Bauweisen schöpfen das volle Leichtbaupotenzial von CFK-Material nicht aus. Es fehlt an durchgängigen, industrialisierten Prozessketten für komplexe Rumpf-Hinterbaustrukturen, die sowohl Gewichtsziele als auch Anforderungen an eine automatisierte Hochratenfertigung erfüllen.
Durchführung
Die Arbeiten im Verbund sind in vier Hauptarbeitspakete gegliedert: Anforderungen & Bewertung, Hochkadenzfähige Kleinbauteile, Nachhaltige Großbauteile sowie Validation & Verwertung. Airbus Operations GmbH ist der Verbundführer dieses Vorhabens. Alle Verbundpartner aus Industrie und Forschung entwickeln Schlüsseltechnologien wie automatisierte Ablegeverfahren, innovative Preforming-Technologien und effiziente Konsolidierungsverfahren. Im Rahmen des Projekts werden Werkzeugkonzepte für eine resiliente Großratenfertigung entwickelt, Prozesse an Validatoren erprobt und die Ergebnisse durch Strukturtests und zerstörungsfreie Prüfungen validiert.
Beiträge der Fraunhofer-Institute
Die Fraunhofer-Institute IGCV, ICT und IFAM adressieren im Verbundvorhaben »HERA« die Entwicklung ressourcenschonender hochratenfähiger „thermoplastbasierter“ Preforming-, Formgebungs- und Konsolidierungsprozesse, als Enabler wirtschaftlicher und nachhaltiger Produktionslösungen für CFK-Leichtbaustrukturen. Dabei werden seitens Fraunhofer ICT und Fraunhofer IGCV verschiedene Technologiebausteine für die automatisierte Einzelbauteilherstellung von kleinen und großen Hinterbaustrukturen, wie bspw. das Automated Fiber Placement, das Automated Tape Laying, Pressumformung sowie thermoplastisches Short Fiber Injection zur Funktionalisierung untersucht. Das Fraunhofer IFAM wird den Einsatz von plasmapolymeren Trennschichten auf Formwerkzeugen zur trennmittelfreien Um- und Entformung thermoplastischer CFK-Bauteile erproben. Die entwickelten Technologien sollen durch die Fertigung von ausgewählten Versuchsmustern in Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern validiert werden.
