Startbereit: Türen der A350 mit Primärstrukturbauteil aus Victrex-Polymer

VICTREX PEEK 90HMF40 sorgt in den Kabinentüren der A350-900 für höhere Qualität sowie 40-prozentige Gewichts- und Kostenreduktion

Airbus Helicopters ersetzt bei einem Beschlag der Flugzeugtür für den Airbus A350-900 Aluminium durch einen hochsteifen, kohlenstofffaserverstärkten Hochleistungskunststoff. Der jetzt aus VICTREX™ PEEK 90HMF40 gefertigte, funktionsgleiche Befestigungsclip wurde von Airbus Helicopters entwickelt und ist nach entsprechender Bauteilqualifikation bereits in der Serienfertigung im Einsatz. Durch die erfolgreiche Metallsubstitution wird eine Gewichts- und Kostenreduktion von jeweils 40 Prozent erzielt. Die im Spritzguss hergestellte Polymerlösung ersetzt damit die kostenaufwendigere Herstellung der Halterung aus einem Aluminiumblock.

Die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur (FKV-Struktur) der Flugzeugtür der A350 nutzt eine Außenhaut sowie eine Versteifungsstruktur auf der Innenseite. Ein jetzt aus dem 90HMF40-Thermoplast hergestellter Beschlag verbindet punktuell die Außenhaut mit der inneren Versteifungsstruktur. Die beiden Bauteile bilden ein Kastentragwerk, um das maximale Flächenträgheitsmoment auszunutzen.

Christian Wolf, Head of Airplane Doors Research and Technology, Airbus Helicopters, verdeutlicht Funktionsweise und Bedeutung des PEEK-Bauteils: „Für den Standardlastfall, also den Kabineninnendruck, reduziert diese punktförmige Verbindung die Verformung auf der Außenhaut und stellt damit die aerodynamische Qualität der Flugzeugtür sicher. Alle Bauteile in der Flugzeugtür sind einfach redundant ausgelegt. Fällt ein Bauteil in der Umgebung der Halterung aus, stellt sie einen alternativen Lastpfad für die Übertragung von strukturellen Lasten dar und ist somit ein Teil der Primärstruktur des Flugzeugs.“

Metallersatz: Neue Halterung reduziert Kosten und verbessert Qualität

Durch den Einsatz des kohlenstofffaserverstärkten Hochleistungskunststoffs VICTREX PEEK 90HMF40 anstelle des bisherigen Aluminiums ist es Airbus Helicopters gelungen, ein funktionsgleiches Teil zu fertigen, das eine Reihe von Vorteilen bietet. Gewicht und Herstellungskosten konnten um jeweils 40 Prozent reduziert werden. Bei der Verbindung des PEEK- anstelle des Aluminiumbauteils mit einem Duroplast entsteht eine Vereinfachung beim Bohren. Durch die Verwendung von optimierten CFK-Bohrern*) verbessert sich die Lochqualität im Vergleich zur bisherigen Lösung.

90HMF40 ist ein bei Airbus spezifiziertes Material. Der Thermoplast widersteht problemlos der kontinuierlich auftretenden Feuchtigkeit in den Flugzeugtüren. Für korrosionsanfälliges Aluminium hingegen wurde eine spezielle Oberflächenbehandlung benötigt, um Korrosion zu vermeiden. „Das geeignete Material von Victrex, aber auch das Know-how und die Zusammenarbeit mit den Werkstoffexperten haben zur erfolgreichen Entwicklung und Bauteilqualifikation beigetragen. Das Know-how aus der ersten Anwendung von faserverstärktem PEEK lässt sich auf weitere Bauteile sowie auch andere Einsatzgebiete mit ähnlichen Anforderungen übertragen“, so Wolf.

Neue Entwicklungen und Investitionen sichern Vorsprung

Im Flugzeugbau ist das „design&build“-Vorgehen, zum Beispiel die Entwicklung entsprechend einer vorgegebenen Spezifikation, eine mögliche Option für die Realisierung von Strukturbauteilen. Bei dieser Vorgehensweise hat der Entwickler zusätzliche Freiheitsgrade etwa bei der Materialauswahl. „90HMF40 ist ein spezieller Hochleistungsthermoplast, der sich auch für tragende Strukturbauteile eignet, wie jetzt erstmals im Airbus A350-900, und damit für den regulären Flugbetrieb. Dieser ersten Anwendung folgen sicher sehr schnell weitere”, erklärt Uwe Marburger, Aerospace Business Development Manager bei Victrex. Das weltweit agierende Unternehmen aus Großbritannien verfügt über 35-jährige Erfahrung und bietet nicht nur auf Polyaryletherketonen (PAEK) basierende Lösungen, sondern auch konstante Produktqualität sowie zusätzlich hohe Liefersicherheit.

Im April 2015 hatte Victrex die dritte Produktionsanlage in Betrieb genommen und damit seinen Vorsprung als führender Anbieter von PAEK, zu denen VICTREX PEEK zählt, weiter ausgebaut. „Wir stehen auch in Zukunft für neue Herausforderungen bereit, zum Beispiel wenn es um partnerschaftliche Zusammenarbeit bei „design&build“-Anwendungen geht und neben der Materialauswahl auch ein neues Design nötig ist, um die vorgegebene Funktion zu erreichen“, versichert Marburger. Victrex hatte erst vor Kurzem die erfolgreiche Einführung des Advanced-Hybrid-Molding-Verfahrens verkündet. Es ermöglicht eine sehr gute Kombination aus Festigkeit und Designfreiheit speziell bei der Entwicklung sehr leichter Strukturbauteile.

Konstrukteure der Luft- und Raumfahrttechnik sowie Verarbeiter profitieren vom Einsatz von VICTREX PEEK 90HMF40. Dieser mit hochsteifen Kohlenstofffasern verstärkte Hochleistungskunststoff (high-modulus fibres, HMF) basiert auf der 90er-Serie des Victrex Polyaryletherketons (PAEK), die primär für sehr dünnwandige Spritzguss-Bauteile verwendet wird. Aus dem leicht fließenden, einfach zu verarbeitenden Material lassen sich hochfeste Bauteile herstellen. Seine Eigenschaften gehen über die der Standardtypen hinaus. So verfügt VICTREX PEEK 90HMF40 über eine bis zu 100-fach längere Ermüdungsdauer und eine bis zu 20 Prozent höhere spezifische Festigkeit und Steifigkeit, verglichen mit Aluminium 7075-T6, unter gleichen Bedingungen.

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*) CFK: Kohlenstoff- bzw. karbonfaserverstärkter Kunststoff, engl. carbon-fibre-reinforced plastic (CFRP)

Bildunterschrift: Flugzeug-Halterung ist erstes Primärstrukturbauteil aus VICTREX PEEK; Copyright: Airbus Helicopters