System bei GKN

Infrarotstrahler in der Composit-Fertigung

Qualitätsverbesserung an Airbus-Bauteilen dank selektiver Erwärmung
Ein Infrarot-Wärmesystem hilft die Qualität von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen sichern, die in der neuen Anlage von GKN Aerospace bei Western Approach in der Nähe von Bristol hergestellt werden. Das Infrarot-System wurde kundenspezifisch für die Erwärmung von lageweise aufgebauten Compositbauteilen konstruiert, die später als Tragkonstruktion in Flügelkonstruktionen am Heck des Airbus 350 XWB zum Einsatz kommen.

Infrarot-Wärme trägt im Herstellungsprozess dazu bei, Strukturstörungen in den Compositlagen hochwertiger Flugzeugbauteile zu vermeiden. Das neue Infrarot-System wurde nach ersten Tests im Anwendungszentrum von Heraeus in Neston in enger Kooperation mit GKN Aerospace Ingenieuren entwickelt.

GKN hat nach eigenen Angaben 170 Millionen Pfund in eine neue Anlage zur Herstellung von Flugzeugflügeln investiert. Sie besteht aus einer automatisierten Hochgeschwindigkeitsproduktion zur Herstellung von Compositbauteilen nach neuestem Standard und einer Weiterverarbeitung, die die Compositbauteile zu Flügelstrukturteilen weiterverarbeitet.

Ein wichtiger Arbeitsschritt in der Anlage ist die Herstellung der Heckflügeltragkonstruktion für den Airbus 350 XWB aus Kompositmaterial. Dafür wird ein Pre-preg Carbonkomposittape flächig und mehrlagig auf eine für das jeweilige Tragwerkbauteil spezifische Form aufgelegt und in einem Autoklaven gehärtet. Bei solch komplexen Prozessen, bei denen das Composit lageweise in einer genau definierten Struktur aufgebracht werden muss, kann es an der Oberfläche zu Strukturstörungen im Aufbau kommen.

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Infrarot-Strahler erwärmen große Bauteile

Hohlräume oder ein Übermaß an Harz zwischen den Lagen führen zu Verschiebungen und damit zu Strukturstörungen und Schwächungen. Ein übliches Verfahren, um diese Verschiebungen zu vermeiden, ist die lagenweise Verdichtung des Compositaufbaus. Dazu fixiert man den Sitz der Lagen immer wieder unter Vakuum und Einsatz moderater Wärme. Dazu werden die Formen mit den Kompositlagen immer wieder zwischen dem Aufbau der verschiedenen Lagen in Vakuumhüllen gesteckt, die Luft oder Gase zwischen den Pre-preg Laminaten herausgedrückt und so unter dem Einsatz von Wärme die Haftung verstärkt und die Struktur der Kompositlagen fixiert.

Die Ingenieure bei GKN erkannten, dass eine wiederholte Verdichtung der Bauteile während des Aufbauprozesses signifikante Vorteile bietet und baten Heraeus um erste Versuche mit Infrarot-Strahlern, um die für die Verdichtung erforderliche Wärme gezielt und lokal an der Form einbringen zu können. Danach folgten Versuche bei Western Approach vor Ort mit einem portablen Infrarot-System. Diese waren so erfolgreich, dass ein Prototyp geliefert wurde. Schließlich wurde der Prototyp von einem produktionsreifen System mit 465 Kilowatt Nennleistung ersetzt. Das System besteht aus drei Sektionen, die jeweils sieben einzeln regelbare Zonen enthalten, um die Oberflächenerwärmung auch an diesen extrem großen Bauteilen präzise und gleichmäßig steuern zu können.

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