Flugzeuge aus Glas und Kohle?

Neue Werkstoffe werden im Labor auf ihre Belastungsfähigkeit getestet. Hier wird ein Material für Turbinenschaufeln untersucht. Bild: DLR
Neue Werkstoffe werden im Labor auf ihre Belastungsfähigkeit getestet. Hier wird ein Material für Turbinenschaufeln untersucht. Bild: DLR

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Flugzeuge verbrauchen umso mehr Benzin, je schwerer sie sind. Daher haben Wissenschaftler schon vor vielen Jahren begonnen, nach neuen leichteren Materialien zu suchen. Inzwischen wurden so schon viele Fortschritte erzielt. Doch die Arbeit geht weiter …

Bereits im Jahr 1927 waren Flugzeug-Leitwerke schon so leicht, dass sie von einem Kind getragen werden konnten.<BR>Bild: Archiv GBSL
Bereits im Jahr 1927 waren Flugzeug-Leitwerke schon so leicht, dass sie von einem Kind getragen werden konnten.
Bild: Archiv GBSL

Als Ersatz für den schweren Stahl geriet bei der Flugzeughülle zuerst das viel leichtere Aluminium in den Blick. Es lässt sich nämlich gut formen – und es gehört übrigens zu den häufigsten Materialien, die es auf der Erde gibt, ist also auch nicht sonderlich teuer. Natürlich verwendet man Aluminium im Flugzeugbau nicht so dünn wie bei der Alufolie, die man aus der Küche kennt und in die ihr vielleicht euer Butterbrot einwickelt. Sondern als Blech.

Trotzdem: Wenn man ein Flugzeug aus Aluminium bauen will, gibt es da ein kleines Problem. Denn dieses Leichtmetall allein ist für eine solch große Konstruktion wie ein Flugzeug längst nicht stabil genug.

Auf der Suche nach einer Lösung sind die Ingenieure auf die Idee gekommen, das Aluminium mit anderen Materialien zu kombinieren. Solche Werkstoffe, bei denen man verschiedene Materialien verbindet, nennt man „Verbundwerkstoffe“.

Superharte Leichtgewichte

Als Verstärkung für das Aluminium wurde nach vielen Versuchen Glas gewählt. Allerdings nicht als Scheibe, wie man es als Fenster kennt, sondern in Form hauchdünner Fäden. Diese Glasfasern werden dann als Gitter auf das Aluminium geklebt. Wenn viele dieser Schichten übereinander verklebt sind, ist das neue Material sogar härter als Stahl – und dabei viel leichter!

Kunststoff + Fasern = „unkaputtbar“

Hier wird eine Rumpfschale aus kohlefaserverstärktem Kunststoff – CFK – hergestellt. Bild: DLR
Hier wird eine Rumpfschale aus kohlefaserverstärktem Kunststoff – CFK – hergestellt. Bild: DLR

Und weiter ging die Entwicklung: Bei den Experimenten haben sich offenbar einige Wissenschaftler an ihre Kindheit erinnert und an die berühmten Pappmaché-Arbeiten gedacht, bei denen man sich damals schon im Kindergarten die Finger schmutzig gemacht hat. Ihr werdet das vielleicht auch selbst kennen: Papierschnipsel werden mit Kleister vermischt und auf ein Drahtgitter, auf Pappe oder auf einen aufgeblasenen Luftballon aufgetragen. Nachdem alles getrocknet ist, kann das Pappmaché-Objekt erstaunlich stabil sein.

Fest und nachgiebig zugleich: ein Modell des sogenannte „Vorflügels“ aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff. Bild: DLR
Fest und nachgiebig zugleich: ein Modell des sogenannte „Vorflügels“ aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff. Bild: DLR

Jedenfalls haben sich die Forscher offenbar ganz an diesem Prinzip orientiert, als sie sich gefragt haben: Was wäre, wenn man Kunststoff mit Fasern aus Glas oder auch aus Kohle verstärken würde? Könnte so ein noch härteres und gleichzeitig flexibles Material entstehen? Und in der Tat: Es ist ihnen gelungen, ein solches Material herzustellen. Es nennt sich CFK, was für „kohlefaserverstärkter Kunststoff“ steht.

Anfangs wurden nur kleinere Bauteile aus dem neuen Material angefertigt. Inzwischen werden aber auch große Teile der Flugzeuge aus CFK und anderen Verbundwerkstoffen gebaut. Und in Zukunft soll über die Hälfte eines Flugzeugs aus verstärktem Kunststoff sein. Denn die Vorteile liegen auf der Hand: Die Materialien sind stabil, einfach zu formen und werden im Gegensatz zu Metall niemals rosten. So werden die Flugzeuge leichter und verbrauchen auch weniger kostbaren Treibstoff – was nicht nur Geld spart, sondern auch die Umwelt entlastet. Denn je weniger Treibstoff ein Flugzeug verbraucht, desto weniger Abgase erzeugt es logischerweise.

Beim neuen Airbus A350 werden Rumpf und Tragflächen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Bild: Airbus
Beim neuen Airbus A350 werden Rumpf und Tragflächen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Bild: Airbus
Kompakt & wissenswert
  • Neue Materialien aus der Natur
    Übrigens gibt es auch rein biologische Verbundmaterialien: Sie bestehen aus Pflanzenfasern und Harz. Damit werden zwar keine Flugzeuge gebaut, wohl aber kleinere Gebrauchsgegenstände wie Tabletts. Sie sind so stabil, dass man daraus sogar Schutzhelme machen kann. Das alles sind im wahrsten Sinne „Abfallprodukte“ aus der Luftfahrt-Forschung. Denn die Materialien sind später auch leicht zu entsorgen: vollständig biologisch abbaubar.
  • Auf die Bauweise kommt es an
    Ihr seht: Es kommt nicht nur auf die Materialien selbst an, die man verwendet. Sondern auch auf die Art, wie man sie verwendet – also auf die Bauweisen. Verschiedene Materialien werden da zu einem Bauteil kombiniert. In anderen Fällen ordnet man die Werkstoffe wie Waben im Bienenstock an, um Gewicht zu sparen. Manchmal „klauen“ Wissenschaftler eben auch Ideen von der Natur.