Leichter abheben

Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen im Flugzeugbau zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Mit einem CFK-Bugrad für einen Airbus A320 wollen Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an Verbundwerkstoffen bei 22 Prozent, beim modernen A350 XWB sind es bereits über 50 Prozent. Hier bestehen große Teile des Rumpfes und der Tragwerke aus dem ultraleichten CFK. Dass auch im Bereich der Flugzeugräder hier einiges möglich sein wird, erläutert Jens-David Wacker, der dazu ein Forschungsprojekt am Fraunhofer LBF leitet: "Unser Institut konnte bereits für den Bereich Automotive belegen, dass sich durch die Substitution von Metall- durch CFK-Räder ein vielversprechendes Leichtbaupotential aufzeigt."

Während des Start-, Lande-, und Rollvorgangs treten hohe statische, dynamische und thermische Beanspruchungen auf, die Flugzeugräder zuverlässig ertragen müssen. Bei herkömmlichen Modellen handelt es sich meist um Aluminiumschmiedekomponenten, die bis zu 100 Kilogramm wiegen können. Anders als bei PKW-Rädern werden Flugzeugräder über eine Kegelrollenlageranordnung auf der Fahrwerksachse positioniert. Zudem werden Flugzeugräder mehrteilig ausgeführt, um die Montage des vergleichsweise steifen Reifens zu ermöglichen. Obwohl Bugräder im Gegensatz zu Hauptfahrwerksrädern nicht abgebremst werden, stellt sich der gebremste Rollvorgang als kritischer Lastfall für das Bugrad heraus. Aufgrund des hohen Bremsmoments am Hauptfahrwerk entstehen am Bugfahrwerk Abstützkräfte von bis zu 16 Tonnen pro Bugrad.

Zehn Prototypen des Bugrades geplant

Bei der Entwicklung von Bauteilen aus Faserverbund ist eine Auseinandersetzung mit den möglichen Herstellverfahren und Materialien schon früh im Entwicklungsprozess wichtig, da diese entscheidende Fertigungsgrenzen mit sich bringen. "Für die Herstellung des Flugzeugrads streben wir das Resign Tranfer Molding (RTM) an. Dieses Verfahren bietet viele Vorteile hinsichtlich einer möglichen automatisierten Fertigung, der Erzeugung komplexer Bauteilgeometrien und der Realisierung hoher Laminatqualitäten", erklärt Wacker. Im Projekt sollen insgesamt zehn Prototypen des Flugzeugrads hergestellt werden. Zur Verifizierung der Bauteilauslegung wird das Fraunhofer LBF die Prototypen unter den für ein Flugzeugrad vorgesehenen Zertifizierungsversuchen testen. Die EU fördert das Projekt "Development of a composite wheel" im Rahmenprogramm Clean Sky II.