Mit mehr als 400 Kilometern pro Stunde ist RACER, kurz für Rapid and Cost-Effective Rotorcraft, deutlich schneller unterwegs als herkömmliche Hubschrauber, die es etwa auf eine Geschwindigkeit von 230 bis 260 Kilometer pro Stunde bringen. Doch das ist nicht die einzige Besonderheit, durch die sich der Helikopter auszeichnet. Die Decklagen seiner Seitenschalen bestehen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), der Sandwichkern aus Phenolharzwaben. Bislang werden solche großformatigen, in Sandwichbauweise hergestellten Schalen manuell im Handlegeverfahren gefertigt – ein zeitaufwändiger, kostspieliger Prozess. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IGCV in Augsburg haben in Kooperation mit Airbus Helicopters ein Fertigungsverfahren entwickelt, das es ermöglicht, die CFK-Schalenbauteile hochautomatisiert herzustellen. Gefördert wird die Entwicklung im Rahmen des CleanSky 2-Programms der Europäischen Union. Als Paradebeispiel europäischer Koordination und Integration bringt die Demonstrator-Plattform mehr als 25 Konsortien in 13 Ländern aus Industrie und Wissenschaft zusammen, unterstützt durch ein umfangreiches Ökosystem von KMUs – vereint in dem Bestreben der EU, eine umweltfreundlichere Luftfahrt zu verwirklichen.
Die automatisiert gefertigten 3,4 x 1,5 Meter großen Schalensegmente bilden den hinteren rechten und linken Teil der Außenhaut. Sie verbinden den Heckausleger mit dem Cockpit. »Die Schalen wurden auch bislang mit kohlenstofffaserverstärkten Leichtbaumaterialien gefertigt, aber wir haben den Herstellungsprozess weiterentwickelt. Er basiert jetzt auf dem sogenannten Automated Fiber Placement Prozess«, sagt Thomas Zenker, Wissenschaftler am Fraunhofer IGCV. Ein Roboter legt die endlosfaserverstärkten, vorimprägnierten Materialien automatisiert ab. Dabei werden unidirektionale Tapes verwendet, die bessere mechanische Eigenschaften aufweisen und weniger Verschnitt erzeugen als gewebebasierte Kunststoffverbunde. Der Sandwichkern aus Phenolharzwaben trägt zur Steifigkeit des Verbunds bei, die Decklagenfasern sorgen für die Festigkeit. Ein Klebefilm stellt die Krafteinleitung zwischen Kern und Decklagen sicher.
»Bevor das Material ausgehärtet wird, legt der Roboter die Fasern in hoher Qualität in ein Werkzeug ab. Der Roboter folgt dabei einer eigens entwickelten Programmiermethodik. Das Werkzeugkonzept wurde speziell für die Prozesskette entwickelt. Seine Oberfläche definiert die Form, die die Fasern bei der automatisierten Ablage annehmen sollen. Dabei werden die komplexen Geometrien der unterschiedlich geformten Sand-wichtaschen berücksichtigt. Die Tapes werden also genau dort platziert, wo die Struktur des späteren Bauteils es erfordert«, fasst der Ingenieur den Vorgang zusammen.
Fraunhofer-Gesellschaft
