Daher setzt alles daran, seinen Wettbewerbern bei der Entwicklung des Flugzeugs der Zukunft einen Schritt voraus zu sein. Als anerkannter Thermoplast-Experte vernachlässigt der französische Konzern jedoch nicht die Duroplast-Verbundwerkstoffe, deren Fast-Cure-Harze deutlich kürzere Brennzyklen ermöglichen werden. Damit lassen sich auch die von den Flugzeugherstellern geforderten höheren Produktionsraten erfüllen. Der aktuelle Stand der Dinge:
Daher ist seit über zwanzig Jahren im Bereich der Verbundwerkstoffe tätig und konnte sich durch den Einsatz von thermoplastischen Verbundwerkstoffen deutlich vom Wettbewerb abheben. Durch die Übernahme der thermoplastischen Werkstatt von Airbus im Jahr 2009 wurde das Werk in Bouguenais bei Nantes zum weltweit größten seiner Art.
Technologischer Vorsprung
Diese gute Position möchte die Gruppe mehr als nur ausbauen. Denn wie Didier Kayat, CEO von Daher, bei der Grundsteinlegung für das TechCenter Shap’in, das sich mit Verbundwerkstoffen befasst, erklärte (siehe Kasten): „Wir verfügen über einen anerkannten technologischen Vorsprung im Bereich modernster Verbundwerkstoffe für die Luftfahrt. Das sind insbesondere Thermoplaste, die sich leichter automatisieren lassen, wiederverwertbar, reparierbar und schweißbar sind, und deren mechanische Eigenschaften einen geringeren Materialeinsatz und insgesamt leichtere Strukturen ermöglichen. Das führt zu erheblichen Leistungssteigerungen und einer geringeren Umweltbelastung durch das Flugzeug.”
Mit diesem Vorsprung ist die Gruppe also ideal aufgestellt, um die Bedürfnisse von Flugzeugherstellern zu adressieren, die die Produktionsraten von Verkehrsflugzeugen (weiter) erhöhen und den Herausforderungen des kohlenstoffarmen Flugzeugs vor dem Hintergrund technologischer Neuerungen begegnen wollen.
In Bezug auf diesen letzten Punkt ist Daher bereits an zahlreichen CORAC-Projekten beteiligt. Eines der am weitesten fortgeschrittenen ist zweifellos der sogenannte Wing of Tomorrow, eine Vorform des Flügels, von der das Nachfolgemodell des A320neo profitieren soll. Die Gruppe ist seit 2018 in diesem Programm aktiv, und zwar als einziger Vertreter aus Frankreich. „Wir haben in unserem Werk in Saint-Aignan-de-Grandlieu (Loire-Atlantique) fünf hochstabile thermoplastische Rippen und einen unechten Längsträger aus duroplastischem Verbundwerkstoff außerhalb des Autoklaven neu konstruiert (durch die Verwendung eines Trockenschranks, wodurch die Kosten um 5 bis 10% gesenkt werden konnten – Anm. d. Red.). Für Airbus, die drei Flügel im Maßstab 1:1 herstellen, haben wir im Laufe des Jahres 2021 die Prototypen 1 und 2 nach Broughton und Filton (Großbritannien) geliefert, wobei der letzte in Kürze folgen wird. Die Flügel werden dann ab 2023 bis zum Bersten getestet. Wenn alles gut läuft, könnten wir damit die Stufe TRL6 erreichen“, erläutert Dominique Bailly, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Daher.
Mit Shap’In rückt Daher die Forschung und Entwicklung direkt an die Seite der Produktion
Ab November 2022 wird das neue Techcenter Shap’In das Bestreben von Daher umsetzen, eine neue Innovationsdynamik zu erzeugen, indem Forschung und Produktion zukünftig Hand in Hand arbeiten. Die neue Einrichtung auf einer Fläche von 1.600 m² mit zunächst 160 Mitarbeitern, von denen 80 für F&E-Projekte zuständig sind, wird direkt neben dem ersten französischen Werk liegen, das 2015 als Schaufenster der Fabrik der Zukunft ausgezeichnet wurde. Diese Fabrik ist, wie Daher ebenfalls angibt, „einer der führenden Standorte in Europa und sogar weltweit in der Herstellung von Flugzeugteilen aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen.“
Im Fokus: die NSA
Im Rahmen des Ecoprop-Projekts mit Airbus und Safran arbeitet die Gruppe an der Triebwerksumgebung für die künftige NSA (New Single-Aisle). Sie ist in zwei Lose aufgeteilt. Das erste betrifft den Lufteinlass über einen Rahmen, der aus Thermoplast hergestellt wird. Diese komplette Neugestaltung des Lufteinlasses wird zu einer Gewichtseinsparung führen, deren Umfang zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht bekannt gegeben wurde. Das zweite Los betrifft Sekundärstrukturen von Stützen, deren Material erst noch bestimmt werden muss. Hier könnten die Duroplast-Verbundwerkstoffe der nächsten Generation ins Spiel kommen, denn mit Fast-Cure-Harzen lässt sich die Zeit für das Aushärten erheblich verkürzen (siehe Kasten). Für dieses Programm, das 2021 begonnen hat und bis 2024 laufen soll, kann Daher auf die Expertise aus der Produktion von RSS (rear secondary structure)-Losen für die Programme A320ceo und A320neo zurückgreifen.
Noch Verbesserungsmöglichkeiten für duroplastische Verbundwerkstoffe
Sicherlich können duroplastische Verbundwerkstoffe einige Nachteile aufweisen, die sie ungeeignet machen für immer höhere Taktraten und die Konstruktion CO2-freier Flugzeuge. Sie müssen nämlich vor der Verarbeitung in Gefrierschränken gelagert werden, und ihr Verfallsdatum beträgt lediglich ein Jahr. Einmal gebrannt, ist dieses Material übrigens nicht mehr reversibel. Im Gegensatz zu Thermoplasten kann es im Falle eines Defekts also nicht nachbearbeitet werden. Schließlich erfordern die Materialien auch sehr lange Aushärtungszeiten in Autoklaven, deren Energiekosten in den letzten Monaten in die Höhe geschnellt sind. Diese Erkenntnisse haben Daher dazu bewegt, sich auf eine Technologie zu verlegen, bei der wärmehärtende Verbundwerkstoffe keine Autoklaven benötigen. Dadurch wurde die Schwierigkeit, Autoklaven in die Produktionsprozesse in einer Fabrik zu integrieren, beseitigt. Frei nach dem Motto: Die richtige Lösung unter Berücksichtigung der technologischen Entwicklung am richtigen Ort, plant Daher nun, wieder in Duroplaste einer neuen Generation zu investieren. Diese zeichnen sich aus durch sehr kurze Brenn-/Aushärtungszeiten von unter einer Stunde.
Nicht zuletzt treibt Daher seit 2020 das derzeit größte französische Forschungsprojekt zu thermoplastischen Kunststoffen voran. Dieses Projekt, namens TRAMPOLINE 2 (TheRmoplAstic coMPosite for hOrizontal tall plaNE) steht für einen weiteren technologischen Durchbruch. Dabei geht es um die Einführung des thermoplastischen Induktionsschweißens, d. h. um Schweißen ohne Nieten. Dadurch wird sowohl die Masse um 5-10% reduziert, als auch die Zeit für den Zusammenbau von Unterbaugruppen erheblich verkürzt. Die erste konkrete Umsetzung wird im Laufe der Jahre 2023 und 2024 mit der Fertigstellung eines maßstabsgetreuen Vorführmodells eines geschweißten thermoplastischen Torsionskastens der festen horizontalen Ebene eines Flugzeugs erfolgen. Dieser Prototyp wird Ende 2024 getestet und dient der Evaluierung der neuen Technologie.
Die F&E-Teams von Daher arbeiten parallel weiter an den mit Thermoplast gefüllten Rippen mit hohem Füllstoffanteil, um deren Masse immer weiter zu optimieren. Auch hier werden weitere Studien rund um das Schweißen weitere Gewichtseinsparungen ermöglichen. Das dritte Ziel von TRAMPOLINE 2 besteht in der Entwicklung, Herstellung und Erprobung eines zweiten Torsionsgehäuses für die kommerzielle Luftfahrt (CS 25), da die Arbeiten an TRAMPOLINE 2 letztendlich auf das NSA-Programm ausgerichtet sind.
Weltpremiere
Außerhalb des CORAC-Programms ist Daher an mehreren anderen Projekten beteiligt, die insbesondere die Triebwerksumgebung und die Tragflächen betreffen. Das erste Projekt umfasst die Lufteinlassrahmen für das Riesentriebwerk UltraFan von Rolls Royce (3,56 m Gebläsedurchmesser). Die weltweit ersten Rahmen aus thermoplastischem Verbundstoff wurden im Laufe des Jahres 2021 ausgeliefert. Die Montage erwies sich als problemlos, so dass keine Zweifel über mögliche Schwierigkeiten aufkamen. Das NSA Programm wird von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren.
„Wir arbeiten ebenfalls an der Entwicklung voluminöser thermoplastischer Teile, die zum Beispiel in einem Flügelmittelkasten verwendet werden können“, so Pascal Laguerre, Chief Technology Officer von Daher.
In der Zwischenzeit wird Daher sein Fachwissen über neue Materialien nutzen, um seine TBM-Flugzeugreihe damit auszustatten. Nach der Zertifizierung Mitte Dezember 2021 wird der Flugzeughersteller die derzeitigen Pedale aus gefrästem Metall durch solche aus recyceltem Thermoplast ersetzen. Bei gleicher Masse werden diese Pedale um 75 % kostengünstiger sein.
Zusätzlich zur Arbeit an den Wasserstofftanks scheint die Daher-Gruppe also bestens aufgestellt, um bei allen oder zumindest einem Teil der neuen Programme mitzumischen, die von zivilen Flugzeug- und Triebwerksherstellern in Zukunft entwickelt werden.
Olivier Constant
(Air & Cosmos, Nr. 2780, 29/04/2022)
