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Faserverbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt

Faserverbundwerkstoffe bestehen aus Verstärkungsfasern (kurz, lang oder endlos) und einer Kunststoffmatrix (Thermoplast oder Duroplast). Die Matrix umgibt die Fasern, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Matrix gebunden sind. Faser-Kunststoff-Verbünde weisen hohe spezifische Steifigkeiten, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeiten bei geringem Gewicht auf. Die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbünden können über eine Vielzahl von Parametern eingestellt werden. 

Neben einer Vielzahl von anspruchsvollen Aufgaben haben die Flugzeughersteller derzeit vordringlich die Energie- und CO2-Problematik zu lösen. Mit erfolgreichster Ansatz heute: Der Leichtbau und damit der Einsatz leichter, hochsteifer und alle luftfahrttechnisch relevanten Sicherheitsanforderungen erfüllender Werkstoffe. Und das sind heute eben hauptsächlich die Faserverbundwerkstoffe aus Carbon.

Historische Entwicklung

Extreme Fortschritte wurden hierzu Ende der 1950er-Jahre erzielt. Universitätsinstitute in Stuttgart, Akaflieg und weitere Kooperationspartner entwickelten „Phönix“, das erste Segelflugzeug aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Reduziertes Gewicht und extrem verbesserte aerodynamische Eigenschaften ermöglichten bis dahin nicht erreichbare Flugleistungen und extreme Gleitzahlen.

Die Firma Grob dagegen baute den ersten Motorsegler, der aus GFK gefertigt wurde. Die Ingenieure der Grob Aircraft AG haben ihn konstruiert und er wurde in Mindelheim gefertigt. Die Entwicklung des mittlerweile nicht mehr hergestellten Flugzeugs begann 1979 und bekam 1981 zunächst die Musterzulassung als Grob G109A.

Boeing und Airbus begannen Anfang der 1970er-Jahre erste CFK-Komponenten in verschiedenen Mustern zu erproben und zu verbauen. Vorläufiger Höhepunkt mit CFK-Anteilen 50 und mehr Prozent sind der Dreamliner und der A350.