Helmholtz-Perspektiven

7Forschung Helmholtz Perspektiven September – Oktober 2013 Es war der 28. April 1988, der den Blick auf den Flugzeugbau für immer verändert hat: In mehr als 7.000 Metern Höhe löste sich bei einer Boeing 737- 200 der Aloha Airlines ein großes Stück des oberen Rumpfes – nur mit Mühe konnte der Pilot den Jet noch notlanden, der urplötzlich zum Cabrio gewor- den war. Der Grund für das Unglück mit einer Toten und 65 Verletzten: Zwischen zwei Nieten-Reihen in der Flugzeughaut hatte sich ein Riss gebildet. „Wenn man Flugzeuge ohne Nieten bauen kann, ist so ein Fall praktisch ausgeschlossen“, sagt Norbert Huber, Leiter des Instituts für Werkstoffforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht. Mit seinen Kol- legen arbeitet er an innovativen Methoden, um die verschiedenen Komponenten von Flugzeugrümpfen zusammenzufügen. Sicherheit ist dabei ein wichtiger Faktor – genauso wie die Suche nach Gewichts- einsparungen, die das Fliegen in Zukunft deutlich umweltfreundlicher machen sollen. Wie wichtig die Forschung ist, zeigt ein Blick auf die Statistik: Jedes Jahr wächst die kommerzielle Luft- fahrt weltweit um rund fünf Prozent. Airbus schätzt den Bedarf an neuen Flugzeugen in den kommenden 20 Jahren auf rund 30.000 Jets, eine gigantische Zahl. Die große Revolution im Kampf gegen die Kilos bei der Konstruktionsweise steht dabei gerade am Anfang. Boeing baut seinen Zweistrahler 787, der schon im Einsatz ist, überwiegend aus Kohlefaser- Verbundwerkstoffen (CFK). Der neue Airbus A350, der ab Ende 2014 im Liniendienst fliegen soll, wird ebenfalls aus dem leichteren Material gebaut. Diese Flugzeuge sparen wegen der neuen Bauweise etwa ein Fünftel der bisherigen Betriebskosten, verspre- chen die Hersteller. Lukrativ ist das vor allem bei großen Flugzeugen. Aber: „Rund 80 Prozent der in den nächsten 20 Jahren gebauten Jets werden zu den kleineren Typen mit nur einem Mittelgang („sin- gle-aisle“) gehören. Nach heutigen Überlegungen sollen diese Flugzeuge weiterhin aus Metall gebaut werden“, sagt Jorge dos Santos, Materialwissen- schaftler in Geesthacht. „Das ist bei CFK vor allem eine Kostenfrage beim Material und bei der Her- stellung, außerdem ist durch das bisher ungelöste Recycling-Problem bei CFK die gesamte CO2 -Bilanz ungünstig.“ Dos Santos arbeitet daran, Metall für den Flugzeugbau der Zukunft attraktiver zu machen – und zwar durch verbesserte Fügetechnik. Bis heute nämlich bestehen Flugzeugrümpfe zumeist aus hochfesten Aluminiumblechen, deren einzelne Hautfelder durch Nieten miteinander verbunden werden. Rund eine halbe Million davon steckten in einem Airbus A310 aus den 1980er Jahren, in einer Boeing 747 sind es rund fünfmal so viele. Die moderne Boeing 787 mit ihrem CFK-Rumpf dagegen braucht nur noch etwa 20 Prozent der Nieten im Vergleich zu einem konventionell aus Metall gefer- tigten Flugzeug. Das ist ein großer Vorzug, denn Nieten zu verarbeiten ist aufwendig. „Auf die gesamte Struktur bezogen nimmt das Setzen einer Niete durchschnittlich etwa eine Minute in Anspruch“, sagt Norbert Huber. Nieten bringen außerdem eine Menge zusätzliches Gewicht, verschlechtern die Aerodynamik der Flugzeugober- fläche und sind obendrein anfällig für Rissbildung in den eigens ausgebohrten Löchern. Eine Alternative zu den Nieten im Metall-Flugzeugbau, so hat die Arbeit der Geesthachter Forscher ergeben, kann das Schweißen sein. Im kleinen Rahmen wird etwa bei den kleinsten Airbus-Typen A318 und A319 sowie beim Größten, dem A380, heute bereits das Laserstrahl-Schweißverfahren genutzt. Bisher allerdings ist die Branche zögerlich. „Die Flugzeug- hersteller müssen wir noch überzeugen, die haben oftmals Bedenken gegenüber dem Fügen, weil durch die entstehende Hitze das Material verändert wird“, sagt Jorge dos Santos. Das gilt für die Leichter sollen sie werden, sparsamer - und natürlich sicherer: Flugzeuge sind für Materialforscher eine echte Herausforderung. Wissenschaftler in Geesthacht arbeiten an einem Verfahren, das für den Jet von morgen richtungsweisend sein könnte Abheben mit Hightech

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