Verbundstoffe in der Luftfahrt

In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat sich in der Luftfahrtindustrie im Bereich der Verbindungen von Oberflächen einiges getan. Die klebende Verbindung löst das bisherige Vernieten immer mehr ab. Die Vorteile einer flexiblen Klebeverbindung liegen auf der Hand. Neben der Gewichtsersparnis ist es die bessere Lastenverteilung an den Übergängen.

Nur mit Nieten und Klebstoff

Luftfahrttechnik
Luftfahrttechnik (Foto © lassedesignen – Fotolia.com)

Flugzeuge, im Besonderen große Passagierjets, unterliegen enormen Kräften, wobei hier die Start- und Landephase besonders hervorzuheben ist. Ein A380, das momentan größte Passagierflugzeug der Welt, muss mit immerhin fast 400 Tonnen die Schwerkraft überwinden. Dazu muss dieses Gewicht auf etwa 380 Stundenkilometer beschleunigt werden. Wer schon einmal bei 200 Km/h mit einem 1,5 Tonnen schweren Fahrzeug auf der Autobahn unterwegs war, kann sich eine ungefähre Vorstellung davon machen, welche Kräfte hier mobilisiert werden.

Das alles zerrt am Rumpf, an den Flügeln und am Fahrgestell eines Flugzeuges und es wird doch nur mit Nieten und Klebstoff zusammengehalten. Nach wie vor werden die meisten Flugzeuge im Passagierbereich genietet. Das hängt zum einen mit den Zulassungsverfahren der IATA zusammen und zum anderen mit bestehenden Fertigungsstrecken der Flugzeughersteller. Lediglich beim Dreamliner von Boeing, die 787, wurde die Außenhaut aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gefertigt und komplett in einem speziellen thermischen Verfahren geklebt.

Kohlenfaserstoffe machen das Fliegen leichter

Den Kohlenfaserstoffen gehört im Flugzeugbau die Zukunft, bietet dieses Material doch eine höhere Stabilität als Aluminium bei geringerem Gewicht. Da Kohlefaser nicht vernietet werden kann, müssen die Nahtstellen der einzelnen Segmente miteinander verklebt werden. Dazu werden Zweikomponentenkleber und spezielle Geräte genutzt, die den Kleber erwärmen. Erst in einem bestimmten Temperaturbereich gehen der Kleber und die Kohlenfaserstoffe eine feste Verbindung ein, die aber trotzdem flexibel genug ist, um auftretende Kräfte zu absorbieren.

Es geht letztendlich darum, die Flugzeuge leichter zu machen, um eine höhere Ladekapazität zu erreichen und die Treibstoffkosten zu senken. Mit Aluminium und Nietverbindungen sind die physikalischen Grenzen erreicht. Es wird allerdings noch viele Jahre dauern, bis die beiden großen Hersteller Boeing und Airbus ihre Herstellungsverfahren komplett umgestellt haben. In der Zwischenzeit werden bei Modifikationen bestehender Muster immer mal wieder Teile aus Aluminium durch Kohlefaserstoffe ausgetauscht. Das ist zudem eine Art schleichendes Zulassungsverfahren für die Zulassungsbehörden wie FAA und EASA. Dabei werden keine sicherheitsrelevanten Teile verändert. Es bestehen aber an einem Flugzeug genügend Segmente, die hohen Kräften ausgesetzt sind, ohne dem System zu schaden. Hier kann im Langzeittest geprüft werden, wie sich Kohlefaser und Kleber in verschiedenen Situationen verhalten.

Wie langwierig und kompliziert es ist, neue Materialien im Flugzeugbau zu etablieren und eine internationale Zulassung dafür zu erhalten, ist gut am 787, dem Dreamliner von Boeing zu sehen. Gestartet wurde mit Bau und Entwicklung im Januar 2004 und erst fünf Jahre später folgte der Erstflug. Noch einmal zwei Jahre später, im Jahr 2011, konnte All Nippon Airways als erste Fluggesellschaft einen Dreamliner in Empfang nehmen.

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