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Leichtbau ist in der Luftfahrt ein entscheidender Schlüssel, um Treibstoff und damit Emissionen einzusparen. Können mit Kohlefasern verstärkte Sandwich-Bauteile für die tragenden Strukturen eines Flugzeugs eingesetzt werden? Dieser Frage geht Dr. Ralf Schlimper vom Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in einem Vortrag auf der Konferenz »Luftfahrt innovativ Kunststoff trifft Luftfahrt« am 31. Mai im Rahmen der Berlin Air Show nach.

Die Luftfahrtbranche hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2050 die Kohlendioxid-Emissionen um 75 Prozent und die Stickoxid-Emissionen um 90 Prozent gegenüber den Werten aus dem Jahr 2000 zu senken. Jedes Kilogramm, das ein Flugzeug leichter wird, hilft dabei. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist für den Leichtbau besonders attraktiv: Das Material vereint eine hohe Festigkeit mit niedrigem Gewicht.

»In CFK-Bauteilen sind die Kohlenstofffasern in eine Matrix aus Harz eingebettet, sodass eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit erreicht wird«, erklärt Dr. Ralf Schlimper, der am Fraunhofer IMWS die Gruppe »Faserverbundstrukturen« leitet. CFK-Bauteile werden entweder in Monolithbauweise gefertigt, indem mehrere faserverstärkte Lagen übereinander geschichtet werden, oder in Sandwichbauweise, bei der ein Stützkern aus Waben oder Schaum von faserverstärkten Decklagen umschlossen wird.

In den tragenden, sicherheitsrelevanten Strukturen des Flugzeugs werden CFK-Bauteile bisher vor allem in Monolithbauweise eingesetzt. Könnte man auch dort auf CFK-Schaum-Sandwichteile zurückgreifen, wäre eine weitere Gewichtsersparnis von rund 10 Prozent möglich. Zudem würde sich die Effizienz der Fertigung nochmals steigern lassen. Doch bevor das möglich wird, gilt es natürlich, die Sicherheit des Materials nachzuweisen.

Das Fraunhofer IMWS ist mit seiner Expertise in der Mikrostrukturaufklärung dabei gefragter Partner der Industrie. So besteht schon seit 2005 eine intensive Kooperation mit Airbus. In einem aktuellen Projekt forscht das Institut gemeinsam mit Airbus, dem Faserinstitut Bremen, dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum Stuttgart, EADS Innovation Works und Lufthansa Technik zu den Einsatzmöglichkeiten von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen.
Die bisherigen Ergebnisse stellt Schlimper im Vortrag »Sicherer Einsatz von CFK-Schaum-Sandwich in der Flugzeug-Primärstruktur« am 31. Mai auf der erstmals stattfindenden Konferenz »Luftfahrt innovativ Kunststoff trifft Luftfahrt« im Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Wildau vor. Die Tagung wird vom Fraunhofer IMWS mitveranstaltet und ist ins Programm der Berlin Air Show eingebettet.

»Die Luft- und Raumfahrt ist auf Hochleistungswerkstoffe angewiesen, bei denen Zuverlässigkeit das oberste Gebot ist. Wir tragen dazu bei, indem wir nicht nur die Schadenstoleranz von Bauteilen ermitteln, sondern auch Methoden zur Bewertung neuer Werkstoffe und Materialien entwickeln«, sagt Schlimper.

Die Teilnahme an der Tagung ist kostenlos.