Leichtere Bauteile 16.03.2016, 10:09 Uhr

Mit dieser Messtechnik können Flugzeuge weiter abspecken

Überstehen die neuen faserverstärkten Kunststoffteile den Flug in die USA schadlos? Sind die Bauteile nicht überdimensioniert? Darmstädter Wissenschaftler wissen das jetzt dank optischer Messmethoden auf den Tausendstel Millimeter genau. Jetzt können die Bauteile der Zukunft deutlich schlanker und damit noch leichter werden.

Montage eines Airbus A350 in Toulouse: Im Flugzeugbau werden viele Bauteile aus CFK eingesetzt, um Gewicht zu sparen. Ein neues Messverfahren erlaubt, diese meist überdimensionierten Teile leichter zu konstruieren.

Montage eines Airbus A350 in Toulouse: Im Flugzeugbau werden viele Bauteile aus CFK eingesetzt, um Gewicht zu sparen. Ein neues Messverfahren erlaubt, diese meist überdimensionierten Teile leichter zu konstruieren.

Foto: Alexandre Doumenjou/Airbus

Wo es nur geht setzen Flugzeugbauer mit Kohlenstofffasern verstärkte Verbundwerkstoffe (CFK) ein, um Gewicht und damit Treibstoff zu sparen. Sicherheitshalber werden die Bauteile deutlich überdimensioniert, weil die Reaktion des hochfesten und leichten Materials nicht sicher berechenbar ist. Das wollen Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit in Darmstadt jetzt ändern.

Sie ließen ein Stück der oberen Rumpfverkleidung des 70-sitzigen Mittelstreckenflugzeugs ATR-72-600 herausschneiden und ersetzten es durch ein Bauteil aus CFK. Um dessen Bewegungen während unterschiedlicher Flugmanöver exakt zu dokumentieren, statteten sie das Bauteil mitzahlreichen Sensoren aus, die die Dehnungen messen, die etwa durch die sich ändernde Druckdifferenz zwischen drinnen und draußen sowie auf dem Boden und in Reiseflughöhe entstehen.

Konventionelle Messtechnik ist zu ungenau

Normale Dehnungsmessstreifen, die bei Verformung ihren elektrischen Widerstand ändern, waren dem Team um die Werkstoffforscherin Conchin Contell Asins zu ungenau. Sie entschieden sich für eine optische Methode. Sie klebten auf die Stellen, an denen sie besonders große Verformungen im Millimeterbereich vermuteten, Lichtwellenleiter auf. Diese haben die Eigenschaft, die Frequenz von Licht zu verändern, das eingeleitet und am Ende von einem Spiegel reflektiert wird.

Als Testflugzeug diente den Fraunhofer-Ingenieuren das Mittelstreckenflugzeug ATR-72-600 des italienischen Herstellers Alenia. Für die Flüge wurde ein etwa 5x3 Meter langes CFK-Bauteil eingesetzt. Dieser Bereich ist eines der am stärksten belasteten Bauteile beim Flug.

Als Testflugzeug diente den Fraunhofer-Ingenieuren das Mittelstreckenflugzeug ATR-72-600 des italienischen Herstellers Alenia. Für die Flüge wurde ein etwa 5×3 Meter langes CFK-Bauteil eingesetzt. Dieser Bereich ist eines der am stärksten belasteten Bauteile beim Flug.

Quelle: Alenia Aermacchi

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
AVISTA OIL Deutschland GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) im Anlagenbau AVISTA OIL Deutschland GmbH
Hannover Zum Job 
JUMO GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Strategischer Einkäufer im Bereich Mechanik (m/w/d) JUMO GmbH & Co. KG
GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH Niederlassung SLV München-Firmenlogo
Diplom-Ingenieur / Master / Bachelor (m/w/divers) GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH Niederlassung SLV München
Würzburg (Home-Office) Zum Job 
Wacker Chemie AG-Firmenlogo
Betreuungsingenieur OT-Sicherheit (w/m/d) Wacker Chemie AG
Burghausen Zum Job 
PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH-Firmenlogo
HSE-Manager (m/w/d) am Standort Mülheim, Division Ropes & Services PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH
Mülheim an der Ruhr Zum Job 
PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH-Firmenlogo
Produktionsleiter (m/w/d) am Standort Mülheim, Division Ropes & Services PFEIFER DRAKO Drahtseilwerk GmbH
Mülheim an der Ruhr Zum Job 
BORSIG ZM Compression GmbH-Firmenlogo
Mechatroniker (m/w/d) Prüffeld und Montage BORSIG ZM Compression GmbH
Meerane Zum Job 
thyssenkrupp nucera-Firmenlogo
Verfahrensingenieur/Process Engineer Elektrolysetechnologien (m/w/divers) thyssenkrupp nucera
Dortmund Zum Job 
thyssenkrupp Bilstein GmbH-Firmenlogo
Software Engineer - Automotive (m/w/divers) thyssenkrupp Bilstein GmbH
Ennepetal Zum Job 
SRAM Deutschland GmbH-Firmenlogo
Design Engineer (m/f/d) SRAM Deutschland GmbH
Schweinfurt Zum Job 
thyssenkrupp Steel Europe AG-Firmenlogo
Werkstudent:in im Bereich "Grüne Transformation" (m/w/d) thyssenkrupp Steel Europe AG
Duisburg Zum Job 
Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim-Firmenlogo
Bauteilverantwortlicher - Lichtelektronik im Sportwagen (m/w/d) Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim
Mönsheim Zum Job 
Evangelische Kliniken Rheinland gGmbH-Firmenlogo
Bauleiter:in (m/w/d) im Gesundheitswesen Evangelische Kliniken Rheinland gGmbH
Bergisch Gladbach Zum Job 
Energie-Wende-Garching GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technischer Leiter (m/w/d) Energie-Wende-Garching GmbH & Co. KG
Garching Zum Job 
RATISBONA Handelsimmobilien-Firmenlogo
Bauzeichner im Hochbau (m/w/d) RATISBONA Handelsimmobilien
Regensburg Zum Job 
RATISBONA Handelsimmobilien-Firmenlogo
Bauleiter für Handelsimmobilien (m/w/d) RATISBONA Handelsimmobilien
Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim-Firmenlogo
Ingenieur - Lichtelektronik im Sportwagen (m/w/d) Bertrandt Technologie GmbH Mönsheim
Mönsheim Zum Job 
HBC Hochschule Biberach-Firmenlogo
W2-Vertretungsprofessur (m/w/d) HBC Hochschule Biberach
Biberach an der Riß Zum Job 
RATISBONA Handelsimmobilien-Firmenlogo
Bauingenieur für unsere Tiefbauplanung (LPH 1-5) (m/w/d) RATISBONA Handelsimmobilien
Regensburg Zum Job 
NORD-MICRO GmbH & Co. OHG-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik (m/w/d) Leiterplattenlayout / Baugruppenkonstruktion NORD-MICRO GmbH & Co. OHG
Frankfurt am Main Zum Job 

Daraus lassen sich die Verformungen berechnen, und zwar auf Tausendstel Millimeter genau. Die Messflüge fanden im Rahmen einer Forschungsinitiative der Europäischen Kommission und der europäischen Luftfahrtindustrie statt.

Vergleich von Praxis und Theorie

„CFK-Strukturen verhalten sich während eines Flugs anders als Aluminium“, schildert Contell Asins. Ziel war es, Messdaten zu erhalten, um sie mit den Werten zu vergleichen, die bei Berechnungen des Verformungsverhaltens ermittelt werden. Die Messdaten wurden noch an Bord mit den Werten korreliert, die die Blackbox liefert, etwa Geschwindigkeit, Kursänderungen, Flughöhe und Geschwindigkeit. „Die Werte waren so exakt, dass man von den Dehnungssignalen auf das Flugprofil hätte schließen können“, sagt Oliver Schwarzhaupt, der zum Team gehört.

Die optische Messtechnik kann auch genutzt werden, um die Funktionsfähigkeit der Bauteile während des Routinebetriebs zu beobachten. Schäden sind, anders als bei metallischen Bauteilen, schwer zu erkennen, weil sie im Inneren entstehen. „Ändert sich das Verformungsverhalten, kann das auf Schäden hindeuten. Mit einer solchen Strukturüberwachung könnte man Bauteile deutlich länger im Einsatz belassen“, sagt Contell Asins. Und noch mehr Geld sparen.

 

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.