Heli­ko­pter-Schar­nier

Schar­nier für eine Helikopter-Tür

Mit der Ent­wick­lung eines Pro­zes­ses für die Her­stel­lung von Bau­tei­len mit kom­ple­xer Geo­me­trie konn­te dar­ge­legt wer­den, dass mit lang­fa­ser­ver­stärk­ten Ther­mo­plas­ten ähn­li­che Fes­tig­kei­ten wie mit end­los­fa­ser­ver­stärk­ten Kunst­stof­fen erreicht wer­den kön­nen. Gleich­zei­tig lässt sich für das gewähl­te Bau­tei­le eine Gewichts­ein­spa­rung von über 80% erzielen

Spe­zi­fi­sche Herausforderungen

Die effi­zi­en­te Her­stel­lung von Bau­tei­len mit kom­ple­xer Geo­me­trie stellt in der Faser­ver­bund-Tech­no­lo­gie eine beson­de­re Her­aus­for­de­rung dar. Wäh­rend in den ver­gan­ge­nen Jah­ren für die Her­stel­lung von flä­chi­gen Bau­tei­len diver­se auto­ma­ti­sier­te Pro­zes­se bis zur Seri­e­rei­fe ent­wi­ckelt wur­den, fehl­te bis­her ein ent­spre­chen­der zyklus­op­ti­mier­ter Pro­zess für klei­ne­re Bau­tei­le mit gros­sen Unter­schie­den in der Mate­ri­al­stär­ke, wie sie u.a. häu­fig bei Las­tein­lei­tungs­ele­men­te wie Bra­ckets und Fit­tings auf­tre­ten. Die Anwen­dung bekann­ter Ver­fah­ren für die Her­stel­lung sol­cher Bau­tei­le führt zu einer Viel­zahl von Gele­ge- oder Gewe­be-Zuschnit­ten, die auf­wän­dig plat­ziert und fixiert wer­den müs­sen, so dass eine Auto­ma­ti­sie­rung ent­spre­chend schwie­rig wird.

In einem KTI-Pro­jekt wur­de zusam­men mit dem Insti­tut für Kunst­stoff­tech­nik der Fach­hoch­schu­le Nord­west­schweiz sowie wei­te­ren Part­nern ein neu­es Ver­fah­ren ent­wi­ckelt und opti­miert. Die­ses beruht auf der Idee, Chips aus lang­fa­ser­ver­stärk­ten Ther­mo­plast­bän­der in einer Press­form auf­zu­hei­zen, beim Errei­chen des Schmelz­punkts zu ver­pres­sen und zu kon­so­li­die­ren. Durch eine geschick­te Wahl der Chip­s­län­ge kann die Faser­ori­en­tie­rung beein­flusst wer­den, um somit die mecha­ni­schen Wer­te in aus­ge­wähl­ten Rich­tun­gen zu erhöhen.

Das Poten­zi­al die­ses Ver­fah­rens wur­de mit­tels eines Schar­niers für die Cock­pit-Tür eines Hub­schrau­bers auf­ge­zeigt, wel­ches für ein Reen­gi­nee­ring als Demons­tra­tor­bau­teil zur Ver­fü­gung gestellt wur­de und der­zeit aus Stahl gefer­tigt wird. Für die neue Lösung aus Faser­ver­bund wur­de als Aus­gangs­ma­te­ri­al ein CF/­PEEK-Tape von Sup­rem SA ver­wen­det. Inner­halb des Pro­jek­tes wur­den unter ande­rem die Werk­zeug- und Pro­zess­tech­no­lo­gie ent­wi­ckelt und optimiert.

Pro­jekt­er­folg

Zur Über­prü­fung der mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten wur­den Bau­tei­le mit ver­schie­de­nen Chip­s­län­gen her­ge­stellt und im Zug­ver­such getes­tet. Es konn­te auf­ge­zeigt wer­den, dass durch die Wahl von geeig­ne­tem Aus­gangs­ma­te­ri­al und einer opti­mier­ten Pro­zess­füh­rung das Bau­teil eine Last auf­neh­men kann, wel­che deut­lich ober­halb der im Real­fall auf­tre­ten­den Belas­tung liegt. Gleich­zei­tig redu­ziert sich das Bau­teil­ge­wicht um mehr als 80%. Anhand einer Initi­al­se­rie von Bau­tei­len mit iden­ti­schen Her­stel­lungs­be­din­gun­gen wur­de nach­ge­wie­sen, dass das die Streu­ung hin­sicht­lich Gewicht, Geo­me­trie und Ver­sa­gens­last genü­gend klein ist, um die not­wen­di­ge Pro­zess­si­cher­heit zu garantieren.

Für Anwen­dun­gen im Non-Aero­space­be­reich bie­tet es sich an, anstel­le der PEEK-Matrix bspw. faser­ver­stärk­tes Poly­amid ein­zu­set­zen. Die Pro­zess­füh­rung wird durch den nied­ri­ge­ren Schmelz­punkt im Ver­gleich zu PEEK deut­lich ver­ein­facht, wodurch die Her­stel­lungs­kos­ten wei­ter gesenkt wer­den können