HIOS - Hochintegrierte Organobleche - Teivorhaben: FIBRE: Thermofügen hochintegrierter Organobleche für Strukturanwendungen; STFI: Hochintegrierte bauteilspezifische Organobleche auf Basis von rCFVliesstoffen und funktionalisierten TFP-Tapes

Die aktuellen Trends der Luftfahrtforschung sind Klimaschutz und Ressourceneffizienz. Die angestrebte klimaneutrale Luftfahrt erfordert innovative Fertigungstechnologien und alternativen Antriebskonzepte. Enormes Leichtbaupotential bieten carbonfaserverstärkte Polymere durch geringe Dichte bei hohen Festig- und Steifigkeiten bei steigender Nachfrage. Thermoplastische faserverstärkte Polymere erlauben eine effiziente Produktion mit hohem Volumen durch ihre Prozessflexibilität, Schweißbarkeit, Recyclingfähigkeit sowie kurze Zykluszeiten. Verfahren zur Herstellung von recycelten Carbonfaser-Vliesstoffen sind industriell verfügbar. Um die Entwicklung der fehlenden Prozesse und Verfahren zum Wiedereinsatz in Bauteilen voranzutreiben, entwickelten STFI und FIBRE eine ressourceneffiziente Prozesskette zur quasikontinuierlichen Fertigung hochintegrierter Organobleche für Luftfahrtanwendungen auf Basis lokal verstärkter Vliesstoffe aus recycelten Carbonfasern mit zugehörigem Thermoform- und Fügeprozess auf Endkontur. Als effizientes Verfahren zur Fertigung schalenförmiger Bauteile mit konstanten Dicken ist das Thermoformen etabliert. Die Integration der Organoblechherstellung in die Bauteilentwicklung konnte das Potential des Thermoformens erhöhen und die Prozesskette verkürzen. Im Vorhaben wurde die Prozesskette eines generischen Spoilers mit integriertem Z Holm demonstriert. Das STFI entwickelte einen quasi-kontinuierlichen Prozess zur Herstellung lokal dickenvariabler Organobleche aus rCF - Vliesstoffen mittels Intervallheißpresse. Während der Organoblechfertigung werden lokal lastgerechte Verstärkungen eingebracht, hier der integrierte Z-Holm. Ergänzende lastangepasste Verstärkungsbänder erhöhen die Leistungsfähigkeit weiter. Das FIBRE entwickelte den zugehörigen Thermoformprozess. Das im IR-Feld erwärmte Organoblech für die untere Spoilerhaut wird in der Presse geformt und verbleibt nach dem Abkühlen dort. Ein eingeschwenkter IR-Strahler erwärmt nur den Fügebereich. Ein Teil des oberen Werkzeugs wird abgetrennt und als Kern und Pressfläche eingesetzt. Parallel wird ein zweites Organoblech im IR-Feld erwärmt und in die Presse verbracht. Die Presse schließt, formt die obere Haut und verbindet sie gleichzeitig mit der Unteren. Die entstandenen Box-Struktur enthält den integrierten Z-Holm, wodurch weitere Fügeprozesse entfallen. Der Prozess entspricht einer Co-Konsolidierung mit lokaler Erwärmung des Fügebereichs. Die Integration angepasster Verstärkungen in die Organoblechfertigung stellt einen neuen Herstellungsansatz dar, der den Stand der Technik überschreitet. Sonst angewendete Pick & Place Verfahren stoßen bei großen Strukturen und Stückzahlen an Grenzen. Der entwickelte 2-Stufige Thermoformprozess mit zugehörigem Werkzeugkonzept ist eine Weiterentwicklung des konventionellen Thermoformens. Erstmals wurden dickenvariable Organobleche ohne zusätzliche Werkzeuge oder Fügeprozesse zu Box-Strukturen auf Endkontur thermogeformt. Das Thermoformwerkzeug dient sowohl dem Formen einzelner Komponenten als auch als Fügewerkzeug. Die Prozesse sind auf weitere Anwendungen, Strukturen und Materialkombinationen übertragbar.