TELOS – Thermisch-elektrisch optimierte Luftfahrtantriebssysteme

Im Projekt TELOS entwickelt die TUM innovative Fertigungsprozesse für Faserverbundkomponenten sowie eine Materialcharakterisierungsroutine für Prepreg-Materialien zur Anwendung in thermisch-elektrisch optimierten Luftfahrtantriebssystemen.

Projektpartner
Airbus Defence and Space GmbH, Airbus Operations GmbH, Karlsruher Institut für Technologie, Siemens AG / Rolls-Royce Deutschland Ltd und Co. KG, Neue Materialien Bayreuth GmbH

Laufzeit
01.01.2016 – 31.12.2020

Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Motivation
Durch die Entwicklung optimierter Antriebssysteme für das hybrid-elektrische Fliegen entstehen neue Anwendungsgebiete für Faserverbundwerkstoffe wie z.B. das Rotorgehäuse eines Leichtbaugenerators. Da hier besondere Anforderungen an die thermischen und elektrischen Eigenschaften herrschen, müssen neue Materialien entwickelt werden. Neue Materialien Bayreuth stellt dafür Prepregs mit Füllstoffen in der Matrix her, die die TUM mittels Automated Fiber Placement (AFP) zu Bauteilen verarbeitet. Die Füllstoffe verändern dabei nicht nur die Eigenschaften der Materialien im ausgehärteten Zustand sondern auch im unausgehärteten (Verarbeitungs-)Zustand, was die Material-Prozess-Interaktion während der Fertigung beeinflusst. Eine wirtschaftliche, automatisierte Verarbeitung der Prepreg-Materialien ist daher nur mit genauer Kenntnis der Materialeigenschaften möglich.

Vorgehen
Zur Prozessentwicklung und Materialcharakterisierung für das Automated Fiber Placement (AFP) wurden zunächst alle fertigungsrelevanten Materialeigenschaften identifiziert und entsprechende Prüfmethoden evaluiert. Dabei wurde insbesondere die Klebrigkeit (engl. tack) des Prepregs betrachtet. Da es für diese Eigenschaft bislang keine Prüfnorm gibt, wurde eine neue Prüfmethode entwickelt, die eine zuverlässige Schälprüfung der Prepreg-Klebrigkeit ermöglicht. Neben der Materialcharakterisierung mit neu entwickeltem Material sowie mit Referenzmaterial in verschiedenen Alterungszuständen wurden Ablageversuche mit einer AFP-Anlage des Lehrstuhls durchgeführt. Hierbei wurde der Zusammenhang von sich ändernden Materialeigenschaften mit dem Auftreten von Ablagedefekten bei der Ablage entlang nichtgeodätischer Bahnen (engl. steering) untersucht. In der Prozessentwicklung lag der Fokus auf der Integration eines online-QS-Systems sowie der Erarbeitung eines Szenarios für die Serienfertigung. Alle Ergebnisse fließen schließlich in die Fertigung eines komplexen Demonstratorbauteils ein.

Publikationsliste
Heller, K., Hallmannseder, M., Colin, D., Kind, K., Drechsler, K.: Comparing Test Methods for the Intra-ply Shear Properties of Uncured Prepreg Tapes. Science and Engineering of Composites. 2020; 27:89-96, https://www.degruyter.com/view/journals/secm/27/1/article-p89.xml
Heller, K., Hallmannseder, M., Colin, D., Kind, K., Drechsler, K.: Comparing Test Methods for the Deformation Behavior of Uncured Prepreg Tapes. ACM4 - The Fourth International Symposium on Automated Composites Manufacturing, 2019
Heller, K.; Böckl, B.; Ebel, C.; Drechsler, K.: Influence of Prepreg Aging and Tack on Lay-Up Effects/defects in Thermoset Automated Fiber Placement. ECCM18 - 18th European Conference on Composite Materials, 2018, https://az659834.vo.msecnd.net/eventsairwesteuprod/production-pcoconvin-public/bef692fd348c4c04b4ba79f4b814f239

Danksagung
Der Lehrstuhl bedankt sich für die Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo V-2 (“TELOS - Thermisch-elektrisch optimierte Luftfahrtantriebssysteme”, Förderkennzeichen: 20Y1516F).