Luftfahrt 24.09.2010, 19:49 Uhr

„Respekt vor der Größe der Bauteile“

In Deutschland läuft die Produktion des wohl ambitioniertesten Airbus – dem A350 – an. Zu mehr als der Hälfte wird dieser Airbus aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen (CFK) bestehen. Schlüsselelemente des Flugzeugs werden im Airbuswerk in Stade gefertigt. Und um das Werk herum entsteht derzeit eine dichte Forschungsinfrastruktur zum Thema CFK im Flugzeugbau.

Leer und neu wirkt die riesige Halle auf dem Gelände des Airbus-Werks in Stade, der Boden hell und sauber, vereinzelt ein paar große Maschinen. Doch schon in wenigen Monaten soll es hier brummen – dann werden in dieser Halle Schlüsselelemente für den neuen Airbus A350 gefertigt – die oberen Flügelschalen. Und in den Hallen, die daran anschließen, entstehen Teile der Rumpfschalen und das Seitenleitwerk des zukünftigen Airbus A350. Alle diese Bauteile werden aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen (CFK) hergestellt und zwar – zumindest, was die Flügelschale angeht – in bisher nie dagewesenen Abmessungen. 32 m sind diese Flügelschalen lang und dort, wo sie an den Rumpf stoßen, 5,6 m breit.

Der Airbus A350 soll, auf die Struktur bezogen, zu 53 % aus CFK bestehen. Vor gut drei Wochen lief offiziell die Produktion der A350 an. Noch aber sieht man kaum Arbeiter in der neuen Produktionshalle, noch, so Jens Walla, „werden hier überwiegend Vorserienprodukte hergestellt, um Produktionsverfahren und Bauteile zu testen“.

Vor einem so genannten Tape Layer, einer Art Portalkran, unter dem das knallrote Legewerkzeug hängt, bleibt der Werksleiter des Airbus-Werks in Stade stehen. „Spätestens 2015, wenn die Produktion der A350 hochgelaufen ist, werden mindestens vier solcher Maschinen hier arbeiten.“ In drei Schichten und sieben Tage in der Woche.

Grundmaterial für die größten CFK-Bauteile, die in Stade für die A350 hergestellt werden, ist ein 300 mm breites und 0,25 mm dickes, mit Kunstharz vorimprägniertes Band aus Kohlenstofffasern. Im Gegensatz zu früheren Materialien handelt es sich dabei nicht um ein Gewebe, sondern um parallel liegende Fasern, die nur von dem klebrigen Harz zusammengehalten werden. „Wir haben“, so Walla, „festgestellt, dass die unidirektionalen Fasern wesentlich stärker belastbar sind als die Gewebe.“

Als erste Lage legt der Tape Layer den Blitzschutz in der Flügelform aus. Dabei handelt es sich um eine 0,1 mm dicke, löchrige Kupferfolie. Am fertigen Flugzeug liegt diese Schicht dann ganz außen auf der Flügelhaut und ist als feines Netz mit dem bloßen Auge zu erkennen.

Je nach den Lasten, die beim Flug auf ein Seitenleitwerk, eine Rumpfschale oder eine Flügelschale einwirken, werden die CFK-Lagen in verschiedenen Richtungen in der Form des Bauteils ausgelegt. Auch die Anzahl der Lagen, und damit die endgültige Dicke der Bauteile ist abhängig von diesen Lasten. An ihrer dünnsten Stelle wird die Rumpfschale nur 1,6 mm dick, an den Fenstern oder Türrahmen verdickt sie sich allerdings deutlich.

Mit leisem Summen läuft der Tape Layer an und presst die CFK-Bahnen in die Form. Was früher komplizierte Handarbeit war, macht heute der Tape Layer vollautomatisch, überwacht von einem einzigen Arbeiter.

Gut sieben bis acht Tage dauert dieser Prozess bei der Flügelschale, wobei der Tape Layer rund um die Uhr arbeitet. Am Ende dieser Prozedur hat der Tape Layer über 2 t CFK-Lagen in der Form ausgelegt.

Ist dieser Prozess beendet, wird die Flügelschale mit einer stabilen und extrem hitzebeständigen Folie abgedeckt, diese wird am Rand der Form verklebt und schließlich wird das Gelege vakuumisiert.

Durch ein Rolltor kommt man von der stabil klimatisierten Produktionshalle in einen etwas kleineren Hallenabschnitt – und steht vor einem riesigen tunnelähnlichen Gebilde – dem Autoklaven. Mit seinen über 9 m Durchmesser ist er, so Walla, „sicher einer der größten Autoklaven auf der Welt“.

Ein spezieller, erschütterungsfrei gelagerter Tieflader fährt die Form der 32 m langen, vakuumisierten Flügelschale in den Autoklaven, der insgesamt zwei solcher Formen fassen kann. Im Autoklaven werden die Flügelschalen oder andere CFK-Bauteile bei 180 0C und unter 10 bar Druck gut acht Stunden „gebacken“.

Nach dieser Etappe wird der CFK-Flügel aus dem Autoklaven genommen, kühlt ab und wird automatisch in seine endgültige Form gebracht.

Im nächsten Schritt geht es zur Kontrolle. Mit leisem Plätschern fährt ein großes Ultraschallgerät über das Bauteil. Wasser ist das Koppelmedium, ähnlich dem Gel, das der Arzt bei Ultraschalluntersuchungen auf die Haut des Patienten gibt. Das Gerät misst die Laufzeit des Ultraschalls durch das Werkstück. Ist diese zu kurz, deutet das auf einen Fehler hin. Der kupferne Blitzschutz auf der Außenhaut stört dabei nicht.

Das Ultraschallgerät findet Defekte im Bauteil von bis hinunter zu 36 mm2. „Bei den großen Bauteilen ist das wie die Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen“, sagt Walla, „aber wir finden sie.“ Jedes einzelne Bauteil wird dieser Prüfung unterzogen, bei den großen Flügelschalen kann sie über acht Stunden dauern.

Wird ein Fehler gefunden, ist das nicht das Ende des Bauteils. Für jeden Abschnitt eines Bauteils gibt es unterschiedliche Toleranzen. An manchen Stellen kann selbst noch ein Fehler von 200 mm2 akzeptabel sein.

Doch Walla ist zuversichtlich, dass solche Fehler die Ausnahmen bleiben und er und seine Mitarbeiter die Produktionstechnik im Griff haben. „Wir haben durchaus Respekt vor der Größe der Bauteile“, so Walla, „aber wir waren ja nicht unvorbereitet. Wir haben mit kleinen Bauteilen für die A320 angefangen, sind dann Schritt für Schritt zu immer größeren Bauteilen gekommen.“

Die letzten großen Bauteile waren die CFK-Flügelschalen für den militärischen Airbus, die A400M, mit ihren gut 20 m Länge. Da sind die Flügel für die A350 kein ganz so großer Sprung mehr. „Wir sind sicher“, so Walla, „dass wir die Produktion im Griff haben.“ Zumal der Standort Stade sich seit 1996 ausschließlich auf die Fertigung von CFK-Teilen für Airbus konzentriert hat.

Zudem kosten Pannen bei der teilweise sehr langwierigen Produktion der Bauteile nicht nur Zeit, sondern auch Geld. Bei einer unbrauchbaren Flügelschale wäre das immerhin ein großer sechsstelliger Betrag.

Hat die Flügelschale die Ultraschall-Untersuchung hinter sich, werden Verstärkungselemente, die Stringer, auf der Schale aufgebracht. Die Stringer haben die Form eines auf dem Kopf stehenden T und sind ebenfalls aus unidirektionalem CFK.

Dazu wird der Flügel an den Stellen, an denen die Stringer angebracht werden, aufgeraut, die Stringer werden „nass“, wie Walla es nennt, auf diese vorbereiteten Stellen gelegt. Bis zu 300 m Stringer sind es pro Flügelschale.

Das Ganze wird erneut vakuumverpackt, zum zweiten Mal in den Autoklaven geschoben und erneut verbacken, wobei sich das Harz der Stringer mit der aufgerauten Oberfläche der Flügel verbindet. Alle Flügelschalen müssen also zweimal für eine erhebliche Zeit in den Autoklaven.

In gut zwei Jahren soll die erste A350 an eine Fluggesellschaft ausgeliefert werden. Wenn man die leere Halle in Stade sieht, mag man da seine Zweifel haben. Gerade mal 100 Mitarbeiter arbeiten derzeit an den CFK-Bauteilen für die A350, erst in der Phase des Endausbaus 2016 werden es um die 500 sein.

Airbus-Chef Thomas Enders sprach deshalb auch von einem „Höllenritt“ bis zur endgültigen Fertigstellung der ersten A350. Walla macht inmitten der stillen Produktionshalle nicht den Eindruck, als würde ihn dieser Höllenritt schrecken.“Ich bin überzeugt, dass wir mit der Herausforderung fertig werden.“

W. MOCK

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Mock

    Redakteur und Reporter VDI nachrichten. Fachthemen: Wissenschafts- und Technologiepolitik, Raumfahrt, Reportagen.

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