 CMC-Engineering – Von der Werkstoffentwicklung zum Strukturbauteil |
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Das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung hat bei der Auslegung und dem Bau von CMC-Strukturen eine internationale Spitzenstellung erreicht. Grundlage hierfür ist das im DLR entwickelte Flüssigsilizierverfahren (LSI = Liquid Silicon Infiltration). Mit diesem Verfahren können C/C-SiC Werkstoffe kostengünstig im industriellen Maßstab hergestellt werden. In Technologie-Transferprojekten wurden bereits zahlreiche erfolgreiche Bauteilentwicklungen des DLR in marktfähige Produkte umgesetzt.
Das DLR ist mit dieser Technologie und seiner Engineering-Kompetenz an allen relevanten Raumfahrt-Projekten in Deutschland und Europa (ESA) beteiligt und beteiligt gewesen:
| HYTEX |
Nationales Hyperschall-Technologieprogramm zur Entwicklung einer CMC-Triebwerksklappe |
| CETEX |
Herstellung eines Ablationsschildes für die Wiedereintrittskapsel Express |
| Heiße Strukturen |
Technologieprogramm zur Entwicklung keramischer Verbindungstechniken |
| FESTIP |
Entwicklung eines keramischen Thermalschutz- Systemkonzepts für einen einstufigen Raumtransporter |
| TETRA |
Entwicklung einer thermisch extrem belasteten (Tmax. = 1800 °C) Nasenkappe für den Experimentalgleiter X-38 der NASA |
| FOTON |
Entwicklung eines Konzepts für ein Thermalschutzsystem von Raumfahrzeugen und Erprobung im realen Wiedereintritt |
| SHEFEX |
Entwicklung eines thermisch extrem belasteten (Tmax. = 1900 °C), Thermalschutzsystems auf der Basis von kostengünstigen, ebenen C/C-SiC Strukturen |
| EXPERT |
Entwicklung einer C/C-SiC Nasenkappe (laufendes Projekt) |
Im Rahmen von nationalen und internationalen Forschungsprogrammen, sowie bilateralen Projekten mit der Industrie wurden eine Vielzahl von Entwicklungen im Bereich der Friktionsanwendungen (Bremsscheiben, Reibbeläge) erfolgreich durchgeführt und lizenziert. So führte beispielsweise die Kooperation mit der Fa. Schindler Elevator Ltd. zur Markteinführung einer neuen Hochleistungsbremse für Aufzüge. In einer weiteren bilateralen Zusammenarbeit mit der Firma Nammo AS werden thermisch und abrasiv extrem beständige C/C-SiC Strahlruder für hochagile Flugkörper entwickelt und im Rahmen eines Technologietransfers in die Serienproduktion eingeführt.
CMC Engineering
Die Stärke der Abteilung liegt in der vorhandenen, geschlossenen Engineeringkette, die einen intensiven Erfahrungsaustausch zwischen den einzelnen Entwicklungsbereichen sicherstellt und dadurch erst die erfolgreiche Realisierung anspruchsvoller CMC-Bauteile ermöglicht.
Die Entwicklungsbereiche umfassen:
- Werkstoffentwicklung
- Prozessentwicklung
- Bauweisenentwicklung
- Konstruktion und Dimensionierung
- Herstellung von prototypischen Bauteilen in Originalgröße
- Qualitätssicherung und Bauteilqualifizierung
Für die Werkstoff- und Prozessentwicklung stehen unterschiedliche Laboröfen sowie umfangreiche Analysemöglichkeiten (TG, DSC, Rastererlektronenmikroskop, Lichtmikroskop mit Heiztisch bis 1700 Grad Celsius, Röntgendiffraktometer, Dilatometer) zur Verfügung. In der Bauweisenentwicklung, Konstruktion und Auslegung werden moderne CAD- und FEM-Systeme (Ansys, Unigraphics) eingesetzt. Für die Bauteilentwicklung steht eine große Ofenanlage für Pyrolyse und Silicierung (OPUS 900) zur Verfügung, mit der CMC Strukturen bis circa 1 Meter Länge realisiert werden können. Die Qualitätssicherung basiert auf einer umfangreichen Prozesskontrolle und Dokumentation sowie auf werkstoffgerechten, zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfverfahren (luft- und wassergekoppeltes Ultraschall, Computertomographie, Lock-in Thermographie, Photogrammetrie, Schallemission)