Veröffentlicht am Juli 5, 2020

Integriertes Legeverfahren für Sandwich-Strukturen mit monolithischen Bereichen

Integriertes Legeverfahren für Sandwich-Strukturen mit monolithischen Bereichen

Integriertes Legeverfahren für Sandwich-Strukturen mit monolithischen Bereichen

Mehr denn je ist die Luftfahrtindustrie heute bestrebt, Emissionen durch umweltfreundlichere und effizientere Flugzeuge zu reduzieren. Diese Entwicklung wird aktuell durch die Pläne der europäischen Regierungen zur CO2-Neutralität noch beschleunigt werden. Wir sehen schon jetzt ein hohes Maß an Entwicklungsaktivitäten bei den wichtigsten Industriepartnern mit Schwerpunkt auf alternativen Antriebstechnologien und der Ausweitung des Leichtbaus.

In dieser Hinsicht sind Faserverbund-Sandwichstrukturen ein äußerst vielseitiges Werkzeug. Sie bieten eine hohe massenspezifische Steifigkeit (Steifigkeits-/Gewichtsverhältnis), wodurch sie für die anspruchsvollen, gewichtsbeschränkten Anwendungen in Flugzeugen geeignet sind. In früheren Artikeln haben wir bereits einige Einblicke gegeben, wie die Fiber Patch Placement (FPP) Technologie das Lay-up des anspruchsvollen Multimaterial-Mixes aus Klebefilm, Glas- und Kohlefasern direkt auf Waben-Sandwichkerne automatisieren kann.

Bestimmte Komponenten für Flugzeuge benötigen ausschließlich elektrisch nicht-leitende Materialien, um die elektromagnetischen Sensoren vor Störungen zu schützen und eine klare, starke Signalübertragung zu gewährleisten. Diese Bauteile sind besonders häufig bei unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) und Passagierdrohnen für innerstädtische Luftmobilität (UAMs) mit einer erhöhten Anzahl von Sensoren zu finden, spielen aber auch in jedem kommerziellen oder militärischen Flugzeug eine bedeutende Rolle. Das gebräuchlichste Material für solche Anwendungen im Bereich der kommerziellen Luftfahrt ist Glasfaser. Das prinzipielle Design und die Konstruktion von Komponenten, die elektromagnetische Empfänger oder Sender beherbergen, sind oft identisch: Materiallagen auf nichtmetallischen Kernen, die mit monolithischen Bereichen kombiniert sind, um die Komponente am Rahmen zu befestigen.

Der heutige Produktionsprozess für diese Komponenten ist in der Regel vollständig manuell. Die Sandwichbereiche werden von speziell ausgebildeten Faserverbundtechnikern Schicht für Schicht aufgebracht. Für die monolithischen Bereiche verwenden viele Hersteller vorgefertigte Lagenaufbauten, um die Anzahl der Einzelplatzierungen zu reduzieren. Diese Zeiteinsparung wird jedoch teilweise durch den höheren Aufwand für die Integration des vorgefertigten Elemente wieder aufgehoben. Die größte Herausforderung bleibt also bestehen: Der Gesamtprozess ist langsam, teuer und schwierig zu skalieren.

Die Fiber Patch Placement (FPP)-basierten SAMBA Produktionszellen von Cevotec können diese leistungsfähigen, aber komplexen Leichtbaustrukturen mit einem einzigen Produktionssystem und in einem durchgehenden Prozess verarbeiten, wie wir Anfang des Jahres an einem Demonstratorbauteil gezeigt haben: verschiedene Lagen- und Patchgrößen für den Sandwichteil und den monolithischen Bereich des Teils wurden in einem integrierten Prozess verarbeitet.

Darüber hinaus wurde das Laminatdesign des Bauteils optimiert. Der Sandwichaufbau ist auf möglichst wenige Lagen ausgelegt, während die monolithischen Bereiche mit vorgefertigten Patch-Stacks gestaltet sind. Dieser kombinierte Ansatz wird durch die FPP-spezifische Software ARTIST STUDIO vollständig unterstützt. Dadurch wird die Produktionszeit verkürzt und es ergibt sich mehr Flexibilität für Laminatanpassungen im Entwicklungsprozess, wann immer diese erforderlich ist – bei deutlich reduziertem Aufwand im Vergleich zu den heutigen Verfahren.

Durch die Verbindung der Materialflexibilität mit den jüngsten Fortschritten bei den Designkombinationen ist die Fiber Patch Placement Technologie zu einem wichtigen Werkzeug für die Hersteller von Hochleistungs-Flugzeugstrukturen geworden. Typische Einsparungen bei Produktionszeit und -kosten liegen zwischen 20% – 60% im Vergleich zu den heutigen manuellen Verfahren.

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Über Cevotec:

Der Münchner Automations-Spezialist Cevotec bietet mit SAMBA und ARTIST STUDIO eines der modernsten Faserverbund-Produktionssysteme weltweit an. An der Schnittstelle zwischen Faserverbund, Maschinenbau und Software entwickelt das Unternehmen Produktionsanlagen und Software auf Basis der Fiber Patch Placement (FPP) Technologie. Die besonders für die automatisierte Faserablage bei komplexen 3D Geometrien geeigneten Anlagen verarbeiten neben Carbonfasern auch Glasfasern, Klebefilme sowie weitere technische Fasern und sind damit für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar. Die Flexibilität wird insbesondere von Kunden aus der Luftfahrt und Medizintechnik sehr geschätzt, die 20%-60% an Kosten und Zeit sparen beim Wechsel von manuellen Prozessen auf FPP.

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