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