Mehr Kunststoff verleiht dem Airbus leichtere Flügel
Metalle bekommen in immer mehr Bereichen Konkurrenz durch Kunststoffe. Sie helfen Gewicht zu sparen und die Kosten zu senken. Gerade die Kombination „leicht, hitzebeständig und korrosionsresistent“ ist häufig gefragt. Das Hochleistungspolymer Polyphenylensulfid (PPS) kann hier mit herausragenden Eigenschaften glänzen und ist deshalb von den Entwicklern in Fahrzeug- und Flugzeugbau immer öfter das Material der Wahl.
Längst ist er im Haushalt und im Automobilbau kein Unbekannter mehr: Der Drehteller der Mikrowelle, der Umluftpropeller im Herd, so wie manches Bauteil im Dampfbügeleisen oder im Motorraum des Autos sind aus dem Kunststoff Polyphenylensulfid (PPS). „Überall, wo es heiß und die chemische Umgebung schwierig ist, hat PPS seine Chance“, erklärt Dr. Gerhard Reuschel, Produktmanager in der Ticona GmbH, Frankfurt am Main, die den Kunststoff herstellt. In der Tat lässt sich das Hochleistungspolymer, das erst bei knapp 285 °C schmilzt, von keinem Lösemittel unter 200 °C angreifen und auch darüber nur von wenigen Ausnahmen.
Alles in allem ein herausragender Steckbrief für PPS, das schon einige Zeit bekannt ist, doch viele interessante Anwendungen tun sich erst nach und nach auf. So ist PPS heute auf dem besten Wege, die Brennstoffzellentechnik zu revolutionieren. Aber auch in der Flugzeugtechnik wird er zur Konkurrenz für Aluminium und in den üblichen Verbrennungsmotoren kommt der Werkstoff dank seiner Hitzebeständigkeit und Chemikalienresistenz immer mehr zum Einsatz, denn PPS ist leichter als übliche Materialien wie Stahl und Leichtmetalllegierungen.
Im Flugzeugbau dauert es wegen der hohen Anforderungen Jahre, bis ein neuer Werkstoff ausreichend getestet, freigegeben und dann vielleicht verwendet wird. PPS mit der Markenbezeichnung „Fortron“ hat diese Hürde genommen. Bei den Airbustypen „A340-500“ und „A340-600“ wird für die Außenhaut erstmals ein Verbundwerkstoff mit dem Hochleistungspolymer statt Aluminium verwendet. Noch ist es nur ein Stück Flügelvorderkante zwischen Rumpf und Motor, doch weitere Anwendungen sind bereits angedacht. „Es handelt sich bei dem Werkstoff um ein PPS-Composite, das mit Glasfasern oder Kohlenstofffasern verstärkt wird, um die nötige Festigkeit zu erreichen“, erläutert Peter Radden. Was die Robustheit des Kunststoffs angeht, so übertrifft er dabei nach Ansicht des Entwicklungsexperten vom Produktteam Fortron Europa der Ticona sogar Aluminium. Im Laufe der Jahre könne das Leichtmetall durch das Einsprühen mit Enteisungsmitteln korrodieren, dagegen halte der Verbundwerkstoff auf Basis von PPS diesen Chemikalien stand.
Bislang war das Material nur im Flugzeuginneren verbaut worden. Zur Zeit sind etwa 30 bis 40 Bauteile aus dem Werkstoff, darunter Türen, Klappen, Treppen und Bodenplatten. „Mit den neuen Airbus-Modellen werden nun bei jedem Flugzeug etwa 200 kg PPS eingesetzt. Das bringt eine Gewichtseinsparung von etwa 20 % gleichzeitig sinken die Herstellungskosten ebenfalls um über 20 %“, weiß der Ticona-Manager zu berichten. Bei den Klappen- oder Querrudern und beim Kielträger findet sich in den neuen Bautypen ebenfalls der Verbundwerkstoff. Auf lange Sicht will auch die amerikanische Flugzeugindustrie das neue Material nutzen.
Das Rohmaterial stellt Ticona in Frankfurt am Main her, in Österreich verarbeitet Lipp-Terler den Kunststoff zu dünnen Folien und die Ten Cate, Nijverdal, in den Niederlanden verpresst die Folien mit Kohlenstoff- oder Glasfasern bei 300 °C zu festen Composite-Platten. Diese schneiden die Flugzeugbauer in die richtige Größe. „Die Platten müssen dann nicht wie Aluminium vernietet, sondern können verschweißt werden. Löcher für Nieten in hoch beanspruchten Bauteilen sind mögliche Schwachstellen“, nennt Radden einen wichtigen Sicherheitsaspekt.
Noch ist das Bauteil am Airbus nur etwa 6 m lang und 1 m breit, verglichen mit dem Flugzeugkoloss also winzig. Doch schon der „Superjumbo A380“ soll mehr als 2 t PPS enthalten. Das wäre zehn Mal mehr als in den aktuellen Bautypen.
Wird das Flugzeug des 21. Jahrhunderts also bald zu 100 % aus Hochleistungspolymeren gebaut werden? „Nein“, lautet die klare Antwort der Entwicklungsingenieure. Nicht einmal ein Flügel könnte zu 100 % aus dem Verbundwerkstoff bestehen. Weil an ihm die schweren Motoren hängen, sind tragende Konstruktionen aus massivem Metall nötig – zumindest nach dem heutigen Stand der Technik im Flugzeugbau. Vorstellbar wäre, dass eines Tages PPS einen überwiegenden Teil der Flügelhaut ausmacht zumindest zeigt die Entwicklung in diese Richtung. M.BOECKH/S.DONNER/Si
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