Rapid Repair

Hightech-Reparatur für Faserverbundwerkstoffe

Um die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte ständig steigern zu können, werden von der Luftfahrtindustrie immer bessere Strukturwerkstoffe entwickelt. Besonders Hightech-Verbundwerkstoffe wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gewinnen beim Bau von Flugzeugen immer größere Bedeutung. Für die verstärkte Verwendung von Faserverbundwerkstoffen im modernen Flugzeugbau sprechen das günstige Verhältnis von Festigkeit zu Masse, die Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit sowie ihre Formbarkeit. Aufwändige und teure Reparaturverfahren hingegen relativieren bisher noch die hohen Einsparungspotentiale beim Bau.

Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojekts (von Januar 2009 bis April 2012) arbeitet die Lufthansa Technik AG mit fünf Verbundpartnern ( iSAM AG, Cassidian, GOM - Gesellschaft für optische Messtechnik, Electro Optical Systems – EOS und Eurocopter) an der Entwicklung einer durchgängigen Prozesskette zur schnellen, automatisierbaren und reproduzierbaren Reparatur von Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffen. Den Schwerpunkt des Vorhabens bildet die Reparatur von Hautfeldern an monolithischen und Sandwich-Strukturen. Das zukünftige Reparaturverfahren „Rapid Repair" soll vornehmlich an Rumpf-, Zellen - und Tragflächenstrukturen von Flugzeugen sowie an Rotorblättern von Helikoptern zum Einsatz kommen. Für das laufende Projekt, das vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) gefördert wird, wurde bereits ein Patent angemeldet.

Und so funktioniert es:

Nachdem der Schaden erkannt und das beschädigte Bauteil gereinigt wurde, setzt der Prozess des Forschungsprojektes ein. Zunächst werden die Oberfläche und die Kontur des Bauteils mittels Streifenlichtprojektion abgetastet und erfasst. Von jedem beschädigten Bauteil muss stets eine individuelle Oberflächen- und Konturerfassung vorgenommen werden, da kein Schaden dem anderen völlig gleicht. Die Abtastung und Erfassung erfolgt dabei auf ein Hundertstel Millimeter genau.

Für das Projekt wurde eigens eine entsprechende Software entwickelt, die es ermöglicht, die schadhafte Fläche mit einer beliebig konturierten Schäftung zu versehen. Ein Computer berechnet die zu fräsenden Bahnen im Material, so dass die Klebeflächen optimal vorbereitet und angepasst sind. Der verwendete Fräsroboter verfügt über einen drei Kubikmeter großen Arbeitsbereich, um auch besonders große Bauteile bearbeiten zu können. Er befindet sich in einem separaten Fräsraum und wird aus einem Nebenraum gesteuert, um den beim Fräsen entstehenden Feinstaub zu isolieren und sicher absaugen zu können.

Nach dem Fräsen wird das neue Bauteil erneut gescannt, um eine Qualitätserkennung der Schäftung vorzunehmen. Dabei werden die vorhandenen Daten der Schäftung und der Streifenlichtprojektion übereinander gelegt, um Abweichungen leichter erkennen zu können. Die so gewonnenen Daten werden zugleich auch für die weitere Entwicklung von neuen Reparaturwerkzeugen genutzt.

Mit Hilfe eines Ply Cutters, der einer Schneidemaschine für textile Gewebe ähnelt, werden anschließend die Zuschnitte der Faserverbundlagen hergestellt und auf das zu reparierende Bauteil aufgetragen. Dies geschieht mit hundertprozentig passgenauen Lagen. Abschließend werden die einzelnen Lagen des Zuschnitts mit dem Primärgefüge verklebt und schließlich entsprechend ausgehärtet.

Da der Großteil des Arbeitsprozesses von „Rapid Repair" roboterbasiert ist, kann das Verfahren zunächst nur stationär eingesetzt werden. Daher wurde bereits während des laufenden Forschungsprojekts das daran anschließende dreijährige Folgeprojekt „Caire" geplant (ab April 2012), um einen mobilen Einsatz des neuen Reparaturverfahrens zu ermöglichen. So können die Techniker zukünftig mit ihrem Arbeitsgerät an das jeweils zu reparierende Kundenflugzeug heranfahren und unmittelbar vor Ort reparieren. Der aufwändige Ausbau der betroffenen Teile und Baugruppen entfällt somit.

Das zukünftige automatisierte Reparaturverfahren spart gegenüber dem bisherigen manuellen Verfahren rund 60 Prozent der benötigten Zeit ein. So schafft die Lufthansa Technik mit dem neuen Verfahren eine Möglichkeit, die Reparaturkosten zu senken und liefert somit ein wichtiges Argument für den verstärkten Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im Flugzeugbau.