Zero Emission Aircraft with Sustainable Fuselage Concept and Technology (ZEus)

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Kontinuierlich thermisch direktgefügte Sitzschiene mit Titankrone und kohlenstofffaserverstärktem Low-Melting Polyaryletherketon-Profil, hergestellt im Continuous Compression Molding-Verfahren.

Herausforderungen der zukünftigen Flugzeugfertigung

ZEus demonstriert das Leichtbaupotenzial von thermoplastischen Faserkunststoffverbunden sowie hybriden Metall-Faserkunststoffverbunden in der Luftfahrt durch die Entwicklung innovativer Fügeverfahren für tragende Flugzeugstrukturen. Durch die direkte stoff- oder formschlüssige Verbindung der Fügepartner entfällt das Einbringen mechanischer Verbindungelemente wie Nieten vollständig.

CONTIjoin: Laserbasiertes Fügen komplex gekrümmter CFK-Rumpfstrukturen

Das Fraunhofer IWS entwickelte die CONTIjoin-Technologie für die Ablage und Verschweißung mehrlagiger CF-LM-PAEK-Laminatstreifen auf komplex gekrümmten Rumpfsegmenten weiter. Hierfür wurden ein adaptives Konsolidierungswerkzeug sowie eine sensorbasierte Konturerfassung mit dynamischer Anpassung der Laserstrahlformung entwickelt und erprobt. Der Proof-of-Concept zeigte eine nahezu vollflächige Anbindung auf einem mehrfach gekrümmten Demonstratorpanel. Material- und Festigkeitsuntersuchungen bestätigten, dass die erzeugten Schweißverbindungen bei geeigneter Prozessführung Kennwerte auf dem Niveau heißgepresster Referenzverbunde erreichen können.

Thermisches Direktfügen: Hybride Titan-CFK-Sitzschienen

Für hybride Sitzschienen aus Titan und CF-LM-PAEK entwickelte das IWS einen kontinuierlichen thermischen Direktfügeprozess. Die Titanoberflächen wurden laserstrukturiert, um einen belastbaren Formschluss mit der thermoplastischen Matrix zu schaffen. Couponversuche erreichten im Scherzug mehr als 90 % der Festigkeit des CFK-Grundmaterials; das Versagen trat überwiegend im Faserverbund und nicht an der Fügegrenzfläche auf. Die Demonstration einer kontinuierlich gefügten Omega-Hat-Sitzschiene bestätigte die grundsätzliche technische Umsetzbarkeit. Weiterer Entwicklungsbedarf besteht bei Bauteiltoleranzen, der Erwärmung von Randbereichen und der belastungsgerechten Bauteilauslegung.

Klebstofffreie Fügeverfahren und hohe Automatisierbarkeit

Für die Industrie bieten beide Technologien Potenziale für automatisierte, kontinuierliche und klebstofffreie Fertigungsprozesse. Sie können Montage- und Materialaufwand reduzieren und sind auch für Anwendungen im Fahrzeugbau, der Wasserstofftechnik oder im Bauwesen relevant.

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