Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV
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HERA – Hochratenfähige einfach gekrümmte Hinterbaustrukturen in Faserverbund-Architektur

Projektziel

Das durch das das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogrammes VII-1 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 künftige Flugzeuggenerationen deutlich leichter und nachhaltiger konstruiert werden. Die aktuellen Fertigungsverfahren für Faserverbundstrukturen sind jedoch häufig zu langsam sowie kosten- und energieintensiv, um Produktionsraten von über 70 Flugzeugen pro Monat zu realisieren. Konventionelle Faserverbundbauweisen schöpfen das volle Leichtbaupotenzial von CFK-Materialien nicht aus. Zudem fehlen durchgängige, industrialisierte Prozessketten für komplexe Rumpf-Hinterbaustrukturen, die gleichzeitig die Gewichtsziele erfüllen und eine automatisierte Hochratenfertigung ermöglichen.

Projektdurchführung

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 beteiligten Fraunhofer-Institute

Die beteiligten Fraunhofer-Institute, Fraunhofer ICT, Fraunhofer IFAM und Fraunhofer IGCV 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.