Der steigende Anteil von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) in den Strukturen moderner Verkehrsflugzeuge und die zunehmenden, monatlichen Auslieferungszahlen führen zu einem verstärkten Bedarf an wirtschaftlichen Herstellverfahren für diese CFK-Strukturen. Für strukturbezogene Optimierungen durch Faserverbundbauteile an derzeitigen viel gefragten Flugzeugen bedarf es Fertigungsmethoden, die in der Lage sind, hohe Stückzahlen mit geringen Kosten und einer hohen Reproduzierbarkeit herzustellen. Dies kann durch neue, hochindustrialisierte Ablegetechnologien, verbesserte Formwerkzeuge und Produktionsstrategien sowie durch höhere Integrationsgrade der Verbundstrukturen realisiert werden.
Das übergeordnete Ziel des Projekts EWiMa (Efficient Wing Cover Manufacturing) ist daher die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die industrielle Produktion von Flügelschalen in CFK-Bauweise. In Zusammenarbeit der Abteilungen Funktionsleichtbau, Faserverbundtechnologie und Verbundprozesstechnologie wird die Struktur- und Bauweisenoptimierung ebenso in Betracht gezogen, wie die Entwicklung und Optimierung geeigneter Produktions- und Qualitätssicherungsprozesse. Durch die Verzahnung der unterschiedlichen Aufgaben wird sichergestellt, dass bauteil- und produktionsbezogene Randbedingungen eng aufeinander abgestimmt sind. Mit EWiMa wird somit an die Projekte WingCover und LaWiPro angeknüpft, in denen die Untersuchung verschiedener Fertigungstechnologien sowie die Entwicklung einer hochintegrierten Flügelschalen-Struktur mit laminaren Strömungseigenschaften erfolgte.
Um eine effiziente Fertigung von Flügelschalen in CFK-Bauweise zu ermöglichen, müssen Produktionsrandbedingungen bereits in der Auslegungsphase berücksichtigt werden. In einem ersten Schritt des Projekts EWiMa erfolgt daher eine Optimierung der Bauweise integraler Flügelschalen, bei der sowohl die strukturmechanischen Anforderungen als auch die von der Fertigungstechnologie abhängigen Produktionsrandbedingungen berücksichtigt werden. Hierfür werden auf Basis eines Flügeldesigns Zeit- und Kostentreiber analysiert und auf die Fertigungstechnologien abgestimmte Konstruktionsregeln entwickelt. Die Analyse der dafür notwendigen Ablegezeiten erfolgt dabei sowohl simulativ, als auch durch praktische Legeversuche mit der Forschungsanlage GroFi (Großbauteile in Fiberplacementtechnologie) des Zentrums für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) in Stade. Hierbei wird zudem das Potenzial der Multihead-Ablage für die Fertigung von CFK-Flügelschalen eines künftigen Kurz- und Mittelstreckenflugzeuges untersucht.
Einen weiteren Ansatzpunkt stellt der zeit- und energieintensive Autoklavprozess dar. Zur Verringerung des zur Aushärtung notwendigen Energieeinsatzes wird die Integration heiz- und regelbarer Ablege- und Aushärtewerkzeuge betrachtet. Hierzu wird ein aktiv beheizbares Aushärtewerkzeug in die Steuerung des Forschungsautoklaven "BALU" des DLR eingebunden. Durch in das Werkzeug integrierte Sensoren werden die Temperaturverteilung und der Aushärtezustand des Bauteils erfasst und das Heizsystem des Werkzeugs vom Autoklaven angesteuert. Neben der Verkürzung von energieintensiven Autoklavzeiten kann damit die Prozesssicherheit erhöht und die Ausschussrate gesenkt werden.
Darüber hinaus erfolgt die Betrachtung des Faserlegeprozesses. Durch die Fertigung von Validierungsstrukturen werden Methoden zur prozesssicheren Faserablage in vertikaler Position des Ablegewerkzeugs erarbeitet und im Versuch nachgewiesen. Neben der Ablage auf der vom Verbundpartner Fraunhofer IFAM entwickelten Trennfolie wird die Kontrolle der Faserhaftung durch das werkzeugintegrierte Heizsystem und durch Verwendung unterschiedlicher Hilfsstoffe erprobt.