Das vom Niedersächsischen Luftfahrtforschungsprogramm (NiFö) geförderte Projekt LEITWERK-VTP Multispar hatte zum Ziel, einen neuen Herstellungsweg für einen Seitenleitwerkskasten zu entwickeln, der in einer Multilaminat-Konfiguration aus teilweise ausgehärteten, kontinuierlich hergestellten Profilen gebaut wird. Ziel war es, die Gesamtkosten des Produkts um bis zu 30 % zu senken und gleichzeitig die hohe strukturelle Qualität zu erhalten, die für ein großes Verkehrsflugzeug erforderlich ist. Um dies zu erreichen, konzentrierte sich das Konsortium auf die Entwicklung eines mehrstufigen Aushärtungsprozesses, der die Komplexität der Werkzeuge verringern, die Reproduzierbarkeit des Prozesses verbessern und die Verwendung preiswerter, neuartiger Prepreg-CFK-Materialien ermöglichen sollte, deren Aushärtungskinetik neu bestimmt und an die bestehenden Lege- und Verarbeitungsanlagen angepasst werden musste.

Im ersten Arbeitspaket (HAP 1) erarbeitete das Team die Prozessgrundlagen im Labormaßstab für die neuen Prepreg-Materialien und baute einen kleinen Demonstrator mit zwei kompletten Laminatzellen mit reduzierter Höhe und Länge. Dieser Demonstrator ermöglichte die Bewertung der vorgeschlagenen Aushärtungsrouten und lieferte die Eingangsdaten für die anschließende Prozessentwicklung im großen Maßstab. Im zweiten Arbeitspaket (HAP 2) wurde der Prozess auf eine Produktionskette in vollem Maßstab ausgeweitet. Dabei wurde ein neues Werkzeugdesign entwickelt, das die Toleranzen für die miteinander verbundenen Laminatstrukturen optimierte. Die Entwicklung des Werkzeugs wurde durch Simulationen des gesamten Bauteils und seines Herstellungsprozesses geleitet, wodurch sichergestellt wurde, dass die komplexen Wechselwirkungen zwischen den teilweise ausgehärteten Schichten kontrolliert wurden, um den Rückschlag und die Bildung von Harznetzwerken zu minimieren. Die kontinuierliche Herstellung der Laminatprofile wurde ebenfalls angepasst, um die Produktion langer, durchgehender Abschnitte zu ermöglichen, die in den Multilaminataufbau integriert werden konnten.

HAP 3 konzentrierte sich auf den strukturellen Entwurf des Seitenleitwerkskastens, einschließlich der Befestigung am Flugzeugrumpf und der Integration der Antriebslasten für das Seitenruder. Detaillierte Strukturtests bestätigten die Konstruktionsannahmen und bestätigten, dass der mehrschichtige Ansatz die erforderlichen Steifigkeits- und Festigkeitskriterien erfüllte. Der endgültige Entwurf des mittelgroßen Technologiedemonstrators, der die Kernelemente des Seitenleitwerks enthält, wurde in HAP 4 erstellt. Dieser Demonstrator wurde unter Verwendung der entwickelten Prozesskette hergestellt und von Prozessüberwachungsinstrumenten begleitet. Eine umfassende Bewertung der Leistung des Bauteils und der wirtschaftlichen Tragfähigkeit der Herstellungsroute bestätigte, dass der neue Prozess die angestrebten Kosteneinsparungen bei gleichzeitiger Einhaltung aller Qualitäts- und Toleranzvorgaben ermöglichen würde.

Zu den technischen Errungenschaften des Projekts gehören die erfolgreiche Demonstration einer mehrstufigen Aushärtungsstrategie für neuartige Prepreg-CFK-Materialien, die Entwicklung eines toleranzoptimierten Werkzeugs für komplexe Laminatstrukturen und die Validierung eines kontinuierlichen Fertigungsansatzes für den Seitenleitwerkskasten. Diese Ergebnisse bilden eine solide technologische Grundlage für die Airbus-Strategie des modularen Designs von Verbundwerkstoffkomponenten und eröffnen den Weg für weitere Kostensenkungen bei zukünftigen Flugzeugstrukturen.

Die Zusammenarbeit wurde von einem Konsortium aus vier Partnern durchgeführt. Airbus Operations GmbH fungierte als Projektleiter und koordinierte alle Aktivitäten, wobei eine enge Abstimmung mit der breiteren Forschungs- und Entwicklungsstrategie von Airbus gewährleistet wurde. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) steuerte seine Expertise in den Bereichen Verbundwerkstoffkunde und Prozesssimulation bei. Die Broetje Automation GmbH lieferte fortschrittliche Automatisierungslösungen für die kontinuierlichen Lege- und Aushärtungsprozesse. Ein Unterauftragnehmer, die CTC GmbH, unterstützte die Anwendung der “BlisterVac”-Technologie, die eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle des Harzflusses während der Aushärtung spielte. Regelmäßige Konsortialsitzungen fanden abwechselnd an jedem Partnerstandort statt, was den kontinuierlichen Austausch förderte und es ermöglichte, während der gesamten Laufzeit des Projekts ein hohes Maß an Zusammenarbeit aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse des Projekts bringen nicht nur die Technologie der Verbundwerkstoffherstellung voran, sondern stärken auch die hochqualifizierten Arbeitskräfte in Niedersachsen und tragen so zur langfristigen Nachhaltigkeit der regionalen Luft- und Raumfahrtindustrie bei.