Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Sandwichbauteile mit ihrem extrem leichten Schaumkern sind ideal für den Leichtbau. Aufgrund ihrer gleichzeitig wärme- und schallisolierenden Eigenschaften werden sie zunehmend auch in neuen Branchen, etwa in der Logistik, eingesetzt.
Im Flugzeugbau oder bei Windkraftanlagen, deren Rotorblätter mittlerweile bis zu 90 Meter lang sind, spielt neben dem geringen Gewicht die Schadenstoleranz der Bauteile eine entscheidende Rolle. »Es muss klar sein, wie sich das Material, etwa bei Kollisionen mit einem Vogelschwarm, verhält. Eine hohe Lebensdauer und die Sicherheit müssen gewährleistet sein«, betont Dr. Ralf Schäuble vom Fraunhofer IMWS in Halle.
Seit mehreren Jahren entwickelt sein Team Methoden, um die Belastbarkeit der Sandwichbauteile zu bewerten. »In einem von Airbus geführten Konsortium ermitteln wir, wie Bauteile Beschädigungen ertragen, die im normalen Flugbetrieb unvermeidbar auftreten können, ohne sofort zu versagen«, erläutert er. Der Betreiber muss wissen, wie sich eine zunächst unentdeckte Beschädigung auswirkt und wie lange das Bauteil weiter hält, bevor es repariert oder ausgetauscht werden muss. Dies fließt ein, um die Inspektionsintervalle festzulegen.
Airbus will Sandwichbauteile nicht nur im Flugzeuginnenraum nutzen, sondern auch für das Seitenleitwerk – eine so genannte Primärstruktur der allerhöchsten Sicherheitsstufe. »Besonders gefährlich sind leichte Schlagschäden, bei denen es im ungünstigsten Fall zur begrenzten Ablösung der steifen und festen Deckschicht vom Schaumkern kommt, ohne dass man dies von außen erkennt. Es muss vorher sichergestellt sein, dass sich ein solcher Schaden nicht weiter gefährlich ausdehnt und die Sandwichstruktur instabil wird«, betont Schäuble.
Sowohl mit Tests als auch über numerische Simulation ermitteln die IMWS-Mitarbeiter mit höchster Genauigkeit die Belastungsgrenzen der Bauteile. Ein Kollege war für ein Jahr bei der NASA zu Gast, um dort an der Entwicklung der entsprechenden Normen und Richtlinien für die amerikanische Luftaufsichtsbehörde mitzuarbeiten. Vom Know-how, so Schäuble, profitieren auch Projekte aus vielen anderen Branchen.