ThessaForm - Entwicklung von Leichtbau-Sandwichstrukturen aus Faltkernen und Organoblechen

Abstract

Ziel des Verbundvorhabens ThessaForm war die Entwicklung nachhaltiger, recyclinggerechter thermoplastischer Leichtbau-Sandwichstrukturen mit Faltkernen und Organoblechen auf Basis recycelter Carbonfasern (rCF) für Anwendungen im Luftfahrtbereich. Der Beitrag des Instituts für Flugzeugbau (IFB) lag dabei auf der geometrischen Auslegung, der prozesstechnischen Herstellung sowie der mechanischen Charakterisierung der innovativen Faltkernstrukturen aus rCF/PP-Vliesstoffen. Hierzu entwickelte das IFB ein reproduzierbares Herstellungsverfahren mit vorgefalzten Halbzeugen, um die Kernstrukturen prozesssicher umzuformen. Die anschließende mechanische Bewertung zeigt ein ausgezeichnetes Leichtbaupotential der entwickelten Strukturen. Ergänzend erstellte das IFB zur digitalen Vorauslegung ein parametrisches Python-Tool zur Geometriegenerierung sowie validierte Elastoplastizitäts-Modelle für die Finite-Elemente-Simulation, was abschließend in der Konstruktion und Fertigung eines komplexen Demonstratorbauteils mit lokaler Dickenvariation mündete. Bei der Untersuchung der Fügeprozesse für den Sandwichverbund konnte zudem gezeigt werden, dass ein direktes thermisches Verschweißen von Faltkern und Deckschicht erfolgreich umsetzbar ist. Während der Schälwiderstand der geschweißten Sandwichverbünde ähnliche Werte wie Literatur zu geschweißten thermplastischen Sandwichverbünden zeigt, kann er jedoch nicht die Größenordnung geklebter Verbünde erreichen. Die Ergebnisse des IFB belegen damit die grundsätzliche Eignung und das hohe Leichtbaupotenzial rCF-basierter Faltkerne für thermoplastische Sandwichstrukturen und leisten einen essenziellen Beitrag zur Ressourceneffizienz und Recyclingfähigkeit zukünftiger Luftfahrtstrukturen.