HESTIA

Das Projektziel ist die material- und energieeffiziente Produktion von Fensterrahmen für Flugzeugrümpfe unter Verwendung eines thermoplastischen Verbundwerkstoffs aus recycelten Kohlenstofffasern. Dabei werden die charakteristischen Eigenschaften von Stapelfasern gezielt genutzt, um die mechanische Beschaffenheit der Fensterrahmenstruktur optimal auszuschöpfen. Durch den Einsatz dieses neuartigen Materials bieten sich große Potenziale zur Reduktion der CO₂-Emissionen bei der Herstellung von Flugzeugkomponenten, während gleichzeitig die Materialeffizienz und Leichtbauqualität verbessert werden.

Das Ausgangsmaterial für die Fensterrahmen sind Stapelfasergarne, die aus Polyaryletherketon (PAEK)-Filamenten und recycelten Kohlenstofffasern mit einer Länge von über 50 mm bestehen. Diese werden in einer speziell entwickelten Imprägnier- und Verstreckungsanlage am IVW zu Tapes geformt. Das Ergebnis ist ein konsolidiertes rCF-Tape (recycled Carbon Fiber), das gerichtete, diskontinuierliche Verstärkungsfasern enthält. Diese Morphologie ermöglicht durch das Abgleiten der Fasern eine wellenfreie Ablage, selbst bei der Herstellung von Bauteilen mit komplexen, gekrümmten Geometrien, wie etwa einem Fensterrahmen. Die Ausrichtung entlang der gekrümmten Lastpfade maximiert die strukturelle Effizienz. In einem weiteren Schritt kann die tragende Struktur durch Umspritzen funktionalisiert werden, sodass äußere Belastungen optimal in den Einleger eingeleitet werden können. Dies ermöglicht nicht nur eine verbesserte Belastungsverteilung, sondern erhöht auch die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der gesamten Struktur erheblich.

Ein Finite-Elemente-Modell (FEM) wird verwendet, um die optimalen Faserverläufe und Krafteinleitungsgeometrien zu ermitteln. Die Simulationsergebnisse werden anschließend mit experimentellen Prüfungen verglichen, um diese numerischen Daten zu validieren. Hierzu werden Prototypen von Flugzeugfensterrahmen gefertigt und umfassend getestet.