Schlussbericht für das Teilvorhaben "Effizienter, nachhaltiger Leichtbau durch neue Composite Produktionstechnologien - ELECTRON" innerhalb des Verbundvorhabens "Neue Technologien für ökoeffiziente Hubschrauber - NEUTRON"

Abstract

Das Partnervorhaben „NEUTRON – ELECTRON“ fokussierte die Entwicklung von neuartigen, nachhaltigen Bauweisen und Strukturen für die hybridelektrische Luftfahrt. Zielsystem war dabei ein mittelschwerer Hubschrauber mit hybridelektrischer Antriebstechnik. Für diese Anwendung sollten in verschiedenen Streams Teilaspekte über spezifische Lösungswege adressiert werden. Das übergeordnete Ziel bildete dabei die Nachhaltigkeit der zu entwickelnden Strukturen als Beitrag zur umweltfreundlichen Luftfahrt, was auf unterschiedliche Weise adressiert wurde. So wurde einerseits durch die Verwendung von recycelten Carbonfasern eine Möglichkeit der Rückführung von Produktionsabfällen oder End-of-Life Strukturen in die Wertschöpfungskette betrachtet, wodurch sich gegenüber konventionellen Neufasermaterialien zentrale ökologische Kennzahlen wie das Treibhauspotential der Materialkomponente signifikant verbessern lassen. Ein weiterer Aspekt war die Entwicklung innovativer Brandschutzkonzepte auf Basis von Verbundkeramik. Brandschutz gewinnt für elektrifizierte Antriebssysteme durch die mitzuführenden Batteriesysteme zusätzlich an Bedeutung. Die Beforschung neuartiger Keramiksysteme bot hier das Potential zur Schaffung neuartiger Lösungen, die potentiell in der Lage sind, auch durch strengere Vorgaben bedingte schärfere Anforderungen zu erfüllen. Weiter wurden Fertigungsaspekte von konventionellen faserverstärkten Kunststoffen bezugnehmend auf den Anwendungshorizont weiterentwickelt. Dabei wurde beispielsweise der einhergehende Trend zur Variantenvielfalt adressiert, indem die Entwurfs- und Engineeringphase durch automatisierte Ansätze und neuartige Schnittstellen diesem Bedarf angepasst wurde. Additiv gefertigte Legewerkzeuge tragen durch ihren angestrebten modularen Aufbau zur effizienten Abbildung von Variantenvielfalt in der Produktion bei. Die additive Fertigung der Werkzeuge ermöglicht unter anderem die Verwendung von alternativen Materialien, wie beispielsweise Sand, und kann dadurch ebenfalls zu einer Verbesserung der Ökobilanz der Werkzeuge gegenüber mittels zerspanender Fertigung umgesetzter, konventioneller Metallbauweisen beitragen. Des Weiteren wurde die Bauweise von Segmenten der Helikopterzelle betrachtet und vor dem Anwendungshorizont in hybriden Fluggeräten optimiert. Dies zielte beispielsweise auf eine Erhöhung der Funktionalität von Schalenbauteilen durch eine direkte Integration von Spanten oder Spantanbindungen und anderen Trägerstrukturen ab. Zusätzlich wurden Anstrengungen unternommen, das Strukturgewicht durch optimierte Leichtbaukonzepte weiter zu senken. Durch das potentiell hohe Zusatzgewicht der Batteriesysteme ist die Minimierung des Strukturgewichts essentielles Entwicklungsziel für Hubschrauber mit hybriden Abtriebssystemen. Stoßrichtungen sind dabei beispielsweise eine Optimierung der Faserarchitektur für unidirektionale Materialien oder die Verwendung alternativer Kernmaterialien. Letzteres kann auch unter ökonomischen Aspekten attraktiv sein. Schlussendlich sollte durch eine automatisierte Rückführung von Prozessfehlern in die Fertigungskonzeptentwicklungsphase die methodenbasierte Basis für eine kontinuierliche Technologieverbesserung im Produktionsumfeld geschaffen werden.