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27.10.2014

06:00 Uhr

Luftfahrt

Warum werden moderne Flugzeuge aus Kohlefaser hergestellt?

Selbst bei tonnenschweren Flugzeugen kommt es auf jedes Kilo an. Pro 1000 Gramm fallen für eine Airline jährlich bis zu 300 Dollar Spritkosten an. Leichte Verbundwerkstoffe sind die Lösung, haben aber einen Haken.

Airbus A350XWB: 53 Prozent der Flugzeugbauteile werden aus leichten Verbundwerkstoffen hergestellt. dpa

Airbus A350XWB: 53 Prozent der Flugzeugbauteile werden aus leichten Verbundwerkstoffen hergestellt.

Ähnlich wie bei Autos hat auch bei Flugzeugen ein niedriger Spritverbrauch heute höchste Priorität. Leichtbauverfahren gewinnen daher an Bedeutung. Liegt beim großen Airbus A380, der seit einigen Jahren im Einsatz ist, der Anteil an leichten Verbundwerkstoffen noch bei 28 Prozent, sind es bei der A350 XWB bereits 53 Prozent. Dabei sind die 32 Meter langen und sechs Meter breiten Tragflächen des vor einem Jahr zum Jungfernflug gestarteten Passagierjets die größten jemals aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) hergestellten Flugzeugteile.

Und obwohl die Herstellungs- und Verarbeitungskosten der Verbundmaterialien weit über denen klassischer Metallbauteile liegen, schreitet ihr Einsatz im Flugzeugbau unaufhaltsam voran. Denn langfristig überwiegt der Kostenvorteil des Betriebs solcher Flugzeuge, die dank ihres geringeren Gewichts deutlich weniger Kraftstoff.

So beziffert Airbus den Gewichtsvorteil der A350 gegenüber ihrem Vorgängermodell A330 mit zehn Tonnen. Im Flugzeugbau sind das Welten. Denn schon ein Kilogramm zusätzliches Gewicht an Bord einer Langstreckenmaschine kostet die Airlines bis zu 300 Dollar Sprit pro Jahr, rechnet Airbus-Verkaufschef John Leahy vor. Die hohen Anschaffungskosten der Kohlefaserflugzeuge sollen sich also über den Betrieb der Maschinen rechnen. Das kommt bei den Airlines gut an: Die A350 wurde vor ihrer geplanten Erstauslieferung Ende des Jahres 750 Mal verkauft. Der Konkurrent Boeing 787 Dreamliner, der seit 2011 auf dem Markt ist, wurde schon über 1000 Mal verkauft.

Dabei stellen die Kohlefaserverbundwerkstoffe die Hersteller vor große Herausforderungen. Das Material besteht aus haardünnen Lagen von Kohlenstofffasern, die in eine Kunstharzmatrix eingebettet sind. Es resultiert ein Material von hoher Festigkeit und geringem Gewicht, das jedoch mechanisch extrem schwierig zu bearbeiten ist.

Und bereits die Herstellung des Ausgangsmaterials ist aufwendig. So werden etwa für die Rumpfaußenhaut millimeterdünne CFK-Bänder in einem tagelangen Prozess aufeinandergeschichtet und anschließend unter Druck und Hitze zusammengebacken. Boeing musste für diesen Prozess viel Lehrgeld zahlen: Der Dreamliner kam drei Jahre später als geplant auf den Markt und kostete Boeing mindestens zehn Milliarden Dollar mehr als geplant.

Doch die größte Herausforderung für die Flugzeugbauer liegt in der Verarbeitung des CFK. Wegen der extremen Härte des Materials müssen sie besonders hochwertige und damit teure Bohr- und Schneidgeräte einsetzen. In das Rumpfteil einer A350 XWB müssen rund 32.000 Löcher für Nieten und Strukturbauteile gebohrt sowie Ausschnitte für Fenster, Türen, Tore und Außenanschlüsse geschnitten werden. Und wegen des hohen Abriebs beim Bohren halten selbst moderne Werkzeuge mit diamantähnlichen Beschichtungen nur halb so lange wie Werkzeuge in der Metallbearbeitung. Ein luftfahrttaugliches Loch in CFK kostet laut Airbus 50 Cent, eine ähnliche Bohrung in Metall dagegen nur fünf Cent.

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Die Erfahrungen mit der Verarbeitung der neuen Werkstoffe interessieren auch die Autoindustrie. BMW hat sich die Verarbeitung von Kohlefaser bei Boeing angeschaut. Mit dem Elektroauto „i3“ haben die Münchener im vergangenen Jahr zum ersten Mal ein Auto mit Kohlefaserkarosserie auf den Markt gebracht. Ihr Ziel: Nach und nach sollen immer mehr Kohlefaserteile in alle BMW-Modelle eingebaut werden.

Kommentare (1)

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Herr Dietmar Nieder

28.10.2014, 17:15 Uhr

Es heißt Kohlenstofffaser!
"Kohle schmeißn's in' Ofen" erklärte mein Doktorvater immer wieder. Die Fasern werden überwiegend aus Polyacrylnitril gesponnen und dann thermisch zu einem hochfesten Kohlenstoff umgewandelt. Das ist wirklich keine Kohle und aus Kohle kann man keine solchen Fasern herstellen.
Wem der Begriff Kohlenstofffaser zu lang ist, kann auch Carbonfaser sagen.
Wer von Kohlefaser schreibt oder redet, zeigt, dass er keine Ahnung hat.

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