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Werkzeug-Leichtbau

Compositeteile mit Formen aus Nickel günstiger fertigen

| Autor/ Redakteur: Alexander Hauber / Peter Königsreuther

Besonders der Aerospace-Sektor setzt heutzutage noch stärker auf carbon- und glasfaserverstärkte Bauteile, die Gewicht und damit Treibstoff sparen helfen. Nickelwerkzeuge helfen bei der wirtschaftlicheren Herstellung der Leichtbaukomponenten.

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Für die Hertellung einer Leichtbaulandeklappe hat das Unternehmen Galvanoform ein Nickelwerkzeug mit einer 7,6 m langen Schale gebaut. Hier nur ein ganz kleiner Ausschnitt davon...
Für die Hertellung einer Leichtbaulandeklappe hat das Unternehmen Galvanoform ein Nickelwerkzeug mit einer 7,6 m langen Schale gebaut. Hier nur ein ganz kleiner Ausschnitt davon...
(Bild: Galvanoform)

In modernen Flugzeugen stecken viele Bauteile aus carbonfaserverstärktem Kunststoff, um Gewicht und somit den Kerosinverbrauch im Betrieb zu senken. Doch bereits bei der Herstellung kann man auf echte Leichtgewichte setzen: Galvanoform stellt Formen aus Nickel her, mit denen GFK- und CFK-Teile angefertigt werden – und verbraucht im Vergleich zu anderen Werkstoffen bis zu 75 % weniger Material. Aufgrund der dünnen Formschale, die man realisieren kann, benötigt die Herstellung auch deutliche weniger Energieaufwand, um das Werkzeug vor der Ferigung aufzuheizen.

Werkzeuge komplett aus Nickel

„Im aktuellen Airbus A350XWB stecken rund 50 % Faserverbundbauteile. Gerade in der Luftfahrtbranche wird das Leichtbaupotential immer wichtiger, um Kerosin zu sparen“, betont Dr. Christian Feldmer von Galvanoform. Zu den Hauptabnehmern zählen die Automobil- und die Luftfahrtindustrie. Im Gegensatz zu sonst üblichen Materialien wie Stahl oder Eisen-Nickel-Legierungen, setzt man bei Galvanoform als Werkstoff ganz auf Nickel – und wie der Unternehmens schon vermuten lässt, werden die Werkzeuge durch galvanisches Abscheideprozesse aufgebaut.

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Nickelwerkzeuge bieten viele Vorteile

„Unsere Werkzeuge aus Nickel und haben eine Wandstärke von nur 5 mm. Im Vergleich zu anderen Materialien sind sie so teilweise um 75 % dünner“, merkt Feldmer an, woraus sich die hohe Materialersparnis erklären lässt. „Wir erreichen eine sehr gleichmäßige Wanddicke der Nickelschale, wodurch die Werkzeuge zum Beispiel im Autoklav auch ein sehr gleichmäßiges Aufheizprofil an den Tag legen“, so Feldmer. Außerdem habe der Werkstoff Nickel den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie GFK. Bei korrekter Skalierung lassen sich aber auch CFK-Bauteile mit Nickelwerkzeugen einwandfrei herstellen. Der größte Vorteil sei jedoch die Energieeffizienz: „Die Heizenergie ist ein erheblicher Kostenfaktor. Im Autoklav benötigt man mit unseren Nickelformen im Gegensatz zu anderen Metallen deutlich weniger Energieaufwand, weil viel weniger Masse aufgeheizt werden muss“, erklärt Feldmer.

Nachjustieren, statt spanend korrigieren

Üblicherweise würden die Nickelwerkzeuge nach Nominaldaten gefertigt. Bei der First-Article-Inspection (Erstmusterprüfung) könne es passieren, dass die Bauteilgeometrie nicht innerhalb der geforderten Toleranzen liege. „Bei unserem Werkzeugkonzept wird die Nickelschale auf einem spannungsarm geglühten Stahlrahmen befestigt. So kann man die Form auf einer Koordinatenmessmaschine nachjustieren. Andere metallische Werkzeuge dagegen müssten in diesem Fall mechanisch bearbeitet werden. Deshalb ist die nachträgliche Korrektur bei unseren Werkzeugen schneller und günstiger“, sagt Feldmer. So gelinge es einen eventuell auftretenden Spring-Back-Effekt des Bauteils zu kompensieren. Es wird sowohl bei flachen Bauteilen (Panels) als auch bei doppelt gekrümmten oder U-förmigen Teilen angewendet, so Feldmer. Ein weiterer Vorteil des Werkstoffs Nickel sei seine Langlebigkeit, denn im Falle von Flugzeukomponenten halte eine Nickelform die gesamte über Lifetime erforderliche Stückzahl.

Nickelformen erlauben auch Hinterschnitte

Mit den Werkzeugen von Galvanoform werden etwa folgende Bauteile für Flugzeuge hergestellt: Triebwerks- und Landeklappenverkleidungen (Flap support, Nose cap, Trailing edge), Türen, Fahrwerksabdeckungen, Finnen oder Radome (Kunstwort für Radar-Dom – quasi die Flugzeugspitze, hinter der das Bugradar sitzt). „Wir können auch hinterschnittige Bereiche realisieren, indem wir Losteile aus Edelstahl in die Form integrieren, die man vor dem Entformen des Bauteils entfernen kann. So lässt sich das Laminatbauteil aus der Form nehmen, ohne zerstört zu werden“, erklärt Feldmer. Für den Automobilsektor stellt Galvanoform Formen und Werkzeuge mit Leder- oder technischer Narbung für Instrumententafeln her.

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentierte diese Innovation mit ihrem Thinking im Dezember 2018. Mit diesem Label gibt die Leichtbau BW GmbH monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform.MM

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