03.02.2014

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CirComp: Faserverstärkte Fachwerkstrukturen in Faserwickeltechnik

Platten- oder Schalenstrukturen werden im Bereich der Luft- und Raumfahrt vornehmlich in Längsrichtung durch Stringer und senkrecht dazu verlaufenden Spanten oder Rippen versteift. Dieses Konzept besitzt ein hohes Leichtbaupotential. Ausschnitte für Fenster und Türen lassen sich gut in dieses Design integrieren. Die Versteifungen lassen sich zudem zur Befestigung von Sekundärbauteilen nutzen. Allerdings gilt die Herstellung und die Montage derartiger Platten- oder Schalenstrukturen als sehr material- und arbeits- und somit als sehr kostenintensiv.

Die als Alternative zu herkömmlichen Fertigungskonzepten entwickelte "FilaWin"-Faserwickeltechnologie von CirComp ermöglicht laut Unternehmen die Herstellung kohlenstofffaserverstärkter Fachwerkstrukturen, auch Isogrid-Strukturen genannt. Isogrid-Strukturen bestehen aus dreieckig angeordneten Rippen mit Knotenpunkten zur Verteilung konzentrierter Lasten. Dieses Design ist demnach auch ohne die angeschlossene Außenhaut eine in sich sehr stabile Konstruktion. Im Anschluss an die Herstellung der Isogrid-Fachwerkstruktur im "FilaWin"-Faserwickelverfahren lasse sich die Außenhaut sehr effizient im gleichen Fertigungsschritt, ebenfalls im Faserwickelverfahren, an die kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkten Rippen anschließen und es entsteht demnach eine Isogrid-Struktur mit herausragendem Leichtbaupotential.

Das Faserwickelverfahren gilt im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsverfahren als weniger material- und arbeitsintensiv und somit als sehr effizient. Ausschnitte für Fenster und Türen sowie Kraftübertragungspunkte zur Befestigung von Nachbar- und Sekundärbauteilen lassen sich ebenfalls in diesem Fertigungsverfahren und in Design integrieren.

Eine besondere Herausforderung stellt bei jeder Fachwerkkonstruktion die Ausbildung der Knotenpunkte dar, da dort meist große Kräfte zwischen den Rippen übertragen werden. CirComp ist es den weiteren Angaben zufolge gelungen, im Rahmen des FP7 Forschungsprojekts WASIS die Ausbildung der Knotenpunkte weiter zu entwickeln und Fertigungsverfahren zur Herstellung von Fachwerkstrukturen im Faserwickelverfahren zu etablieren.

Das Isogrid Design Handbook, NASA-CR-124075 (1973) stellt am Beispiel einer Raketenstruktur die hohe Effizienz einer dreieckig versteiften Isogrid-Struktur dar. Neben der Entwicklung von Platten- und Schalenstrukturen in Anwendungen von Raketenstrukturen ist das Potential derartiger Leichtbau-Fachwerkstrukturen vielfältig und liegt beispielsweise im Bereich der Fertigung von Flugzeugstrukturen, Satelliten-Strukturen, Helikopter-Strukturen (Tailboom), Walzen und Wellen, Roboterarmen, Kragarmen, unbemannten Tauchfahrzeugen (Unmanned underwater vehicle, UUV) und unbemannten Luftfahrzeugen (Unmanned aerial vehicle, UAV).

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