F+E-Projekt EcoRudder prüft thermoplastische Sandwichstrukturen für den Flugzeugbau
Thermoplastische Wabenkern-Sandwichstrukturen lassen sich effizient verarbeiten und sind zudem recyclingfähig. Diese Vorteile sollen nun auch für die Herstellung von Komponenten im Flugzeugbau nutzbar werden.
Die Faserverbund-Sandwichbauweise ist seit Jahrzehnten etabliert im Flugzeugbau und kommt unter anderem für Steuerflächen wie Seitenruder zum Einsatz. Es lassen sich sehr leichte und dennoch hochsteife und feste Strukturen realisieren. Allerdings werden dabei bislang ausschließlich duroplastische Faserverbundwerkstoffe in Verbindung mit einem Wabenkern aus Aramidpapier verwendet. Die Herstellung entsprechender Bauteile ist aufwändig und von vielen manuellen Arbeitsschritten geprägt.
Um größere Stückzahlen zu realisieren und höhere Anforderungen in Bezug auf den ökologischen Fußabdruck zu erfüllen, wird der Einsatz nachhaltiger thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe erforscht. Diese lassen sich darüber hinaus in wesentlich stärker automatisierten Prozessen verarbeiten und ermöglichen somit eine Produktivitätssteigerung für die Fertigung von Flugzeugkomponenten.
Gesucht: Bestes Sandwich
Das Projekt EcoRudder, ein Teilprojekt des EU Clean Aviation Forschungsvorhabens FasterH2, forscht daher zum Einsatz von thermoplastischen Sandwichstrukturen für das Seitenruder. Konkret: Im Verbund untersuchten die beteiligten Partner den Einsatz von thermoplastischen Wabenkern-Sandwichstrukturen aus dem Hochtemperatur-Kunststoff PEI. Der von der
Firma EconCore entwickelte Wabenkern mit spezieller, hexagonaler Zellgeometrie wird in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt und mit kohlenstofffaserverstärkten Sandwich-Deckschichten versehen.
Die Verarbeitung der vorkonsolidierten Sandwich-Platten erfolgte anschließend mit
der am Fraunhofer IMWS entwickelten Thermoplastic Sandwich Moulding-Technologie. Dabei wird das thermoplastische Sandwich entsprechend der Bauteilkontur 3D thermogeformt, wobei der Wabenkern erhalten bleibt und die Tragfähigkeit des Sandwichs gewährleistet. In Randbereichen erfolgt ein gezieltes Herunterschmelzen des Wabenkerns. Damit Leichtbau für steile Kurven F+E-Projekt EcoRudder prüft thermoplastische Sandwichstrukturen für den Flugzeugbau lassen sich auslaufende Rampen an den Bauteilrändern realisieren, wie sie beispielsweise an den Sandwichschalen des Seitenruders benötigt werden.
Seitenruder-Abschnittsdemonstrator mit thermoplastischen Sandwichschalen (© Fraunhofer IMWS)
Praxis-Probe und Demonstrator
Das Prozessverhalten beim Randverformen wurde in Laborversuchen systematisch untersucht, der Prozess anschließend skaliert und eine Versuchs-Fertigungseinrichtung aufgebaut. Damit wurden Sandwichschalen auf einer Länge von bis zu 1600 mm mit einer Zykluszeit von einigen Minuten am Rand verformt.
Ein im Projekt prototypisch hergestelltes Bauteilsegment des Seitenruders demonstriert das Potenzial der entwickelten Sandwich-Technologie. Der Demonstrator zeigt die verarbeiteten thermoplastischen Sandwichschalen an einem Segment des originalen, lasttragenden CFK-Holms.
Eigener Eindruck
Eine Möglichkeit für detaillierten Austausch zu neuartigen Composite-Sandwich-Technologien bietet die Composite Sandwich Conference, die am 5. und 6. Mai 2026 wieder in Halle (Saale) stattfindet.
Sandwich-Leichtbau am Ruder des Seitenleitwerks (© Airbus SAS 2025)
Projektpartner: Airbus, Fraunhofer IMWS, EconCore N.V., DTU
Kontakt:
Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen, Halle/Saale
Dr.-Ing. Ralf Schlimper
Gruppenleiter Bewertung und Design von
Faserverbundstrukturen / Polymeranwendungen
Tel.: +49 345 55 89-263
Mobil: +49 160 99 02 67 46
ralf.schlimper@imws.fraunhofer.de
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