Belastungsopti­mierte Wabenkerne für Sandwichstruk­turen

Projektbeschreibung

Leichtbau ist einer der wichtigsten Schlüssel für eine energieeffiziente und klimaschonende Luftfahrt. In modernen Flugzeugen kommen dafür häufig Sandwichstrukturen zum Einsatz, die aus festen Deckschichten und einem leichten Wabenkern (Honeycomb) bestehen. Der Stand der Technik stößt hier jedoch an Grenzen: Klassische Wabenkerne besitzen über das gesamte Bauteil hinweg konstante mechanische Eigenschaften. Da reale Bauteile jedoch lokal sehr unterschiedlich belastet werden, führt dies oft zu Kompromissen. Bisher müssen Kernstücke unterschiedlicher Qualitäten aufwendig manuell gestückelt und verklebt werden („Potting“/„Spleißen“), was zu Gewichtszunahme und Schwachstellen im Material führt.

Hier setzt das Forschungsvorhaben LastOWabPLUS („Auslegungsmethoden und Herstellungsverfahren für belastungsoptimierte Multimaterial-Wabenkerne“) an. Ziel des Projektes ist die Entwicklung sogenannter Tailored Honeycomb Cores (THC). Dies sind Wabenkerne, deren Eigenschaften (z. B. Zellgröße, Wandstärke oder Materialmix) gezielt innerhalb eines einzigen Bauteils variieren können, um exakt den lokalen Belastungsanforderungen zu entsprechen .

Um diese neue Generation von Wabenkernen zu realisieren, verfolgt das Projekt einen ganzheitlichen Ansatz. Dieser reicht von der Entwicklung automatisierter Auslegungsmethoden mittels evolutionärer Algorithmen über die Simulation des Herstellprozesses bis hin zur physischen Fertigung auf neuen Laboranlagen. Ein besonderer Fokus liegt zudem auf der Langlebigkeit: Erstmals wird das Verhalten dieser neuartigen Multimaterial-Kerne unter zyklischen Belastungen (Ermüdung) detailliert experimentell untersucht und simuliert, um den sicheren Einsatz über die gesamte Lebensdauer eines Flugzeugs zu gewährleisten.

Durch die Vermeidung von Materialverschwendung und die Gewichtsreduktion der Bauteile leistet LastOWabPLUS einen direkten Beitrag zur Ressourcenschonung und zur Reduktion des Energieverbrauchs in der Luftfahrt.

Die Projektschwerpunkte

Das Vorhaben konzentriert sich auf vier zentrale Innovationsbereiche:

• Intelligente Auslegung & Simulation: Entwicklung einer automatisierten Auslegungsmethodik basierend auf evolutionären Algorithmen sowie numerischer Modelle, die sowohl die Herstellbarkeit als auch das Strukturverhalten der variablen Kerne vorhersagen.

• Innovative Fertigungstechnologien: Erforschung neuer Verfahren zur Herstellung von Wabenkernen mit variablen Zellgrößen und Materialübergängen (Multimaterial-Design) innerhalb eines einzigen Expansionsprozesses, inklusive adaptiver Klebstoffauftragstechniken.

• Materialcharakterisierung & Ermüdung: Umfassende experimentelle Untersuchung der verwendeten Aramidpapiere und Harzsysteme, insbesondere im Hinblick auf ihr Verhalten unter zyklischer Belastung (Dauerfestigkeit), um Wissenslücken zum Schädigungsverhalten zu schließen.

• Validierung & Demonstration: Herstellung und Prüfung von realen Demonstrator-Bauteilen (ebene und gekrümmte Sandwichstrukturen), um die Leistungsfähigkeit der „Tailored Honeycombs“ im Vergleich zu konventionellen Lösungen nachzuweisen.

Partner & Förderung

Das Projekt LastOWabPLUS ist ein Verbundvorhaben, das Experten aus Forschung und Industrie zusammenbringt.

Verbundpartner:

• IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH

  (Verbundkoordinator; Zuständig für Testverfahrensentwicklung, Simulation und Validierung)

• Technische Universität Dresden

  • Institut für Luft- und Raumfahrttechnik, Professur für Luftfahrzeugtechnik

    (Zuständig für Auslegungsmethoden, Simulation und zyklische Charakterisierung)

  • Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik, Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen

    (Zuständig für die Entwicklung der Fertigungsanlagen und Prozessautomation)

Projektdaten

© BMWE

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