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Beulen und Kratzer gehören leider zum Alltag, sowohl beim Auto als auch beim Flugzeug. Für herkömmliche Fahr- und Flugzeuge gibt es daher etablierte Verfahren zur Reparatur. Bei Automobilen oder Flugzeugen aus Leichtbauwerkstoffen hingegen müssen beschädigte Teile häufig komplett ausgetauscht werden, da die Reparatur insbesondere von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) noch manuell erfolgt und damit momentan zu teuer ist. Die Wissenschaftler der Gruppe Verbundwerkstoffe des Laser Zentrums Hannover e.V. (LZH) forschen daher an Laser-basierten Reparaturprozessen, die automatisierbar und damit wesentlich günstiger sind als bisherige Prozesse.
CFK gilt als Werkstoff der Zukunft für den Automobil- und Flug-zeugbau. Er ist der perfekte Ersatz für Stahl, da er sehr hohe Fes-tigkeiten und Steifigkeiten aufweist und so das gleiche Sicher-heitsniveau wie Stahl gewährleistet. Die Eigenschaften des Leichtbaumaterials beruhen auf deren Fertigungsart. Wie Textilien werden die Kohlenstofffasern als Gewebe und Gelege gewirkt und anschließend mit Kunststoff ummantelt.
Laser: Keine Abnutzung durch das Material
Der Unterschied zum Metall macht sich daher auch in der Bearbeitung des CFK bemerkbar. Werkzeuge wie Bohrer und Sägen nutzen sich am faserverstärkten Kunststoff schnell ab und Schnitte und Löcher werden ungenau. So gilt die Bearbeitung und auch die Reparatur bisher als sehr teuer. Beschädigte Teile werden deshalb meist komplett ausgetauscht. Die Wissenschaftler um Dr.-Ing. Peter Jäschke arbeiten am LZH daher an neuen Methoden, um den Leichtbauwerkstoff für weitreichende Einsätze in Großserie zugänglich zu machen. "Das besondere an der Laserbearbeitung ist, dass das Bauteil nicht berührt wird, wodurch sich ein Werkstoffbedingter Verschleiß, wie es bei herkömmlichen Werkzeugen der Fall ist, vermeiden lässt. Auf diese Weise können stets konstante Bearbeitungsergebnisse gewährleistet werden. Laser-basierte Prozesse sind daher ideal für die Automatisierung", erläutert Jäschke.
Stufe für Stufe
Bei der Reparatur von CFK Bauteilen wird der Laser genutzt, um die beschädigte Stelle stufenförmig Lage für Lage abzutragen. „Die Stelle sieht nach dem Abtrag aus, wie eine auf dem Kopf stehende Pyramide", erklärt Jäschke. „In die Vertiefung können anschließend exakt passende Faserlagen eingeklebt werden. Das Bauteil erreicht so nahezu die ursprünglichen Festigkeiten."
Die Wissenschaftler des LZH arbeiteten zuletzt an der Reparatur eines Flugzeug-Vorflügel-Demonstrators. Dieses am vorderen Rand der Tragfläche angebrachte Bauteil ist für die Aerodynamik wichtig. Durch seine Position ist er besonders anfällig für Schä-den, etwa durch Kollision mit einem Vogel. Ein geeigneter Reparaturprozess ist also von zentraler Bedeutung, um die Luftfahrt ressourcenschonender und damit nachhaltiger zu gestalten.
Nachhaltigkeit – auch auf der Straße
Essenziell sind kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe ebenso für eine nachhaltige Fortbewegung auf der Straße – im Automobilbau der Zukunft. Im aktuellen Projekt HolQuest 3D werden die Verarbeitung von CFK und die Prozessautomatisierung an Bauteilen für den Automobilbau weiter erforscht.
Besucher der Hannover Messe können sich anhand eines Vorflügel-Modells ansehen, wie eine komplexe dreidimensionale Struktur mit dem Laser für die Reparatur vorbereitet werden kann. An verschiedenen Exponaten können Sie sich die Vorteile der Laserbearbeitung von CFK erläutern lassen. Hierzu zählen neben der Reparatur vor allem das Trennen und das Schweißen.
Das LZH auf der Hannover Messe: Gemeinschaftsstand Land Niedersachsen, Halle 2, Stand A08
http://www.lzh.de/de/hannovermesse2014 - mehr Informationen zum LZH auf der Hannover Messe 2014
Reparaturvorbereitung eines CFK-Flugzeug-Vorflügels: Mit einem UV-Laser wird das Material Lage für L ...
Foto: LZH
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Reparaturabtrag mittels Laserstrahlung.
Foto: LZH
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Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, all interested persons
Materials sciences, Mechanical engineering, Traffic / transport
transregional, national
Transfer of Science or Research
German
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