Leichtbau-Diät für fette Vögel

1. Oktober 2013, 18:45
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Leichtere Flugzeuge verbrauchen weniger Kerosin, stoßen weniger CO2 aus und helfen den Airlines Geld zu sparen - Forscher in Leoben wollen daher die idealen Werkstoffe dafür entwickeln.

Bei der indischen Billigairline GoAir hat man sich eine spezielle Weise ausgedacht, um das Gewicht ihrer Flugzeuge zu verringern: keine männlichen Flugbegleiter. Die sind zu schwer. Also suchte die Fluglinie heuer ausschließlich nach Stewardessen zwischen 18 und 24 Jahren. So sollen Treibstoff und Geld gespart werden, erklärte Airline-Chef Giorgio De Roni in der Times of India. Stewards würden im Durchschnitt zwischen 15 bis 20 Kilogramm mehr als Stewardessen wiegen.

Mag sein, dass bei GoAir auch andere Gründe als niedriges Fluggewicht zu der Entscheidung geführt haben. Fakt ist aber, dass Flugzeugbauer und Airlines mit den unterschiedlichsten Mitteln daran arbeiten, den teuren Treibstoff - und damit hohe CO2-Emissionen - einzusparen. Dazu gehören die Optimierung der Kerosinmenge in den Tanks, das Fliegen in einer jeweils besten Flughöhe, um etwa günstige Strömungen auszunutzen, oder das Anbringen sogenannter Winglets, Flügelendscheiben, die den Luftwiderstand verringern.

Auch in der Ausstattung wird um jedes Gramm gerungen: Immer mehr Fluggesellschaften führen etwa Electronic Flight Bags ein. Die Notebook- oder Handheld-ähnlichen elektronischen Pilotenkoffer sind leichter als die gedruckten Routenkarten, Handbücher und anderen Unterlagen im Cockpit, die sie ersetzen. Lufthansa berichtet, dass der Ausbau eines nur 350 Gramm schweren Telefonhörers in allen ihren Cargomaschinen eines bestimmten Typs eine Ersparnis von 3,5 Tonnen Kerosin pro Jahr bringt. Ein Kilogramm weniger Gewicht auf allen Lufthansa-Passagiermaschinen würde Berechnungen der Airline zufolge pro Jahr 30 Tonnen Kerosin einsparen. Auch Austrian Airlines ersetzte kürzlich beispielsweise bei einen Teil der Flotte die Sitze mit bis zu fünf Kilo leichteren Modellen und spart auf diese Art jährlich 1650 Tonnen Kerosin.

Eines der größten Einsparungspotenziale liegt aber in der Bauweise der Flugzeuge selbst. Faserverbundwerkstoffe sind in diesem Bereich zu einem großen Hoffnungsträger geworden. Sie nützen den Umstand, dass ein Material in Faserform eine viel größere Festigkeit aufweist als in jeder anderen Form. Je dünner die Faser ist, desto größer ist dabei die Festigkeit. Der Rumpf des neuen Airbus A350, der heuer seinen Jungfernflug absolvierte, besteht etwa bereits zu mehr als 50 Prozent aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Mit dem Werkstoff werden gegenüber klassischer Aluminiumbauweise etwa 20 bis 30 Prozent des Gewichts eingespart, erklärt der Kunststofftechniker Ralf Schledjewski von der Montanuniversität Leoben. Seit September forscht er mit seinen Mitarbeitern im Rahmen eines Christian-Doppler-Labors für hocheffiziente Composite-Verarbeitung an alternativen Herstellungsweisen für Faserverbundwerkstoffe in der Luftfahrtindustrie. Wirtschaftspartner ist der Zulieferer FACC aus Oberösterreich. Der Bund finanziert die Forschung über das Wirtschaftsministerium.

Flugzeugbauteile wie die Landeklappen aus Faserverbundkomponenten, die das Unternehmen an Airbus liefert, werden klassischerweise in einem Verfahren hergestellt, zu dem ein sogenannter Autoklavprozess gehört. Die Bauteile werden dabei in einem Ofen bei Vakuum und unter hohem Druck gefertigt. Genau dieser Prozessschritt stellt aber eine Engstelle in den Fertigungsstraßen dar, führt der Kunststofftechniker aus.

Um höhere Stückzahlen und eine wirtschaftlichere Fertigung zu erreichen, sollen die Bauteile künftig in einem Flüssigimprägnierverfahren hergestellt werden. Dabei wird die Faserstruktur des künftigen Bauteils zuerst in eine gewebeartige, textile Form gebracht und anschließend mit dem Kunststoffharz getränkt.

Nicht nur Bauelemente wie die Landeklappen, auch "Elemente, die geeignet sind, die Hauptstruktur zu tragen", etwa die Tragflächen, können auf diese Weise gefertigt werden.

Derartige neue Verfahren zielen nicht darauf ab, das leichteste Material zu schaffen, das denkbar ist. "Es soll das leichteste sein, das sich auch kostenmäßig im Wettbewerb behaupten kann", erklärt Schledjewski. Gewichtsreduktion sei in Summe zwar das ganz große Ziel, so der Forscher. Auf der anderen Seite gehe die Gewichtsersparnis aber zu einem Teil wieder zugunsten des Komforts der Passagiere verloren. Aufwändige Klima- und Beleuchtungstechnik, Entertainmentsysteme mit Monitoren auf jedem Platz bringen das eine oder andere Kilo mehr auf die Waage.

Neue Legierungen

Kollegen Schledjewskis an der Montanuni Leoben arbeiten noch an einem weiteren Werkstoff, der Jets künftig leichter machen soll. Forscher um Helmut Clemens vom Department Metallkunde und Werkstoffprüfung haben ein Legierungskonzept für das Schaufelrad im Triebwerk konzipiert, das härter und um fast 50 Prozent leichter ist als dis bisher verwendeten Nickellegierungen.

"Der neue Werkstoff zählt zur Klasse der intermetallischen Titanaluminide, ist also eine auf atomarer Ebene abgestimmte Verbindung mehrerer Metalle", sagt Clemens. Bisher wurde der Werkstoff kaum verwendet, da er aufgrund seines spröden Materialverhaltens für kaum bearbeitbar galt.

Das Problem wurde von den steirischen Forschern gelöst, indem man sich anstatt des Gusses auf das Schmieden verlegte: "Durch thermodynamische Berechnungen wurde ausgelotet, in welchem Temperaturbereich und mit welcher Phasenkonfiguration geschmiedet werden kann", sagt der Forscher. Nun könne der Schmiedeprozess sogar auf konventionellen Umformmaschinen durchgeführt werden. (Alois Pumhösel, DER STANDARD, 2.10.2013)

  • Leicht soll es sein - und trotzdem fliegen. Die Luftfahrtindustrie versucht mit vielen Mitteln, Kerosin einzusparen.
    foto: standard/fischer

    Leicht soll es sein - und trotzdem fliegen. Die Luftfahrtindustrie versucht mit vielen Mitteln, Kerosin einzusparen.

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