Höher, schneller, leichter: Die Luftfahrt und das Streben nach Leichtigkeit

Im Flugzeugbau zählt jedes Gramm, denn gewichtsreduzierte Teile aus Hochleistungsmaterialien machen die Luftfahrt nicht nur sicherer, sondern auch wirtschaftlicher und nachhaltiger. Die Konstruktionsphilosophie Leichtbau sorgt bei uns für maximale Qualität bei möglichst geringem Gewicht.

Es ist mehr als nur ein Konstruktionsprinzip. Es ist eine Philosophie, eine ganzheitliche Denk- und Arbeitsweise: Leichtbau. Ziel ist die maximale Gewichtseinsparung bei optimiertem Materialeinsatz und gleichzeitiger Steigerung der Ressourceneffizienz. Teile oder Komponenten werden also so konstruiert, dass sie möglichst leicht und doch höchstbelastbar sind. Dabei soll das eingesetzte Material zudem bestmöglich ausgenutzt werden. „In der Luftfahrt ist Leichtbau durchaus eine maßgebliche Herausforderung, insbesondere wenn wir an die schmiedetechnische Umsetzung denken. Die Designhoheit liegt in diesem Segment immer beim Kunden. Wir haben die anspruchsvolle Aufgabe, das Schmiedeteil nach den vorgegebenen Anforderungen möglichst effizient auszulegen und dabei die Prozessstabilität unbedingt zu halten“, so Bernd O., Leiter Innovation, Digitalisierung & Neuteilmanagement bei voestalpine BÖHLER Aerospace.

Weniger Material, mehr Wert

Um das Optimum im Leichtbau zu erreichen, sind neben der Konstruktion die eingesetzten Werkstoffe, Fertigungstechnologien und Prüfverfahren entscheidend. Nur ein Teil das auch gefertigt und zerstörungsfrei geprüft werden kann, eignet sich für den sicherheitskritischen Einsatz in der Luftfahrt. Für die Effizienz des Herstellprozesses ist das Buy-to-Fly-Ratio ein bewährter Indikator. Es beschreibt das Verhältnis von eingesetztem Material zu Endgewicht des im Flugzeug verbauten Teils. Um diese Ratio zu optimieren, gilt es neben den Kräften, Belastungen und Randbedingungen des jeweiligen Teils auch die Limitationen des Fertigungsverfahrens zu kennen. So können sowohl einzelne Komponenten als auch ganze Bauteilgruppen nach dem Prinzip Leichtbau und den damit verbundenen Vorteilen ausgelegt werden:

• Je effizienter ein Teil ausgelegt wird, desto leichter ist es auch im Endverbau im Flugzeug.
• Je weniger Gewicht ein Teil hat, desto weniger Treibstoff verbraucht das Flugzeug insgesamt. Dies bedeutet für Kunden nicht nur geringere Treibstoffkosten und höhere Nutzlast, sondern auch reduzierte CO₂-Emissionen.
• Je näher ein Schmiedeteil der Endgeometrie kommt, desto effizienter gestaltet sich für die Kunden die Zerspanung in der Endbearbeitung.
• Je weniger ressourcenintensiv hergestelltes Vormaterial eingesetzt wird, desto nachhaltiger und schonender ist die Fertigung des Teils.

Zusätzlich liefert voestalpine BÖHLER Aerospace Kunden auch eine Simulation vom Schmiedeprozess und der Wärmebehandlung. Eigenschaften des Materials sowie Spannungen innerhalb des Bauteils werden damit prognostiziert, damit Kunden das Teil möglichst effizient fertigbearbeiten können.

Engineering Teamwork

Die Luftfahrt ist im Vergleich zu anderen Industrien langfristig orientiert. Neue Materialien für den Flugzeugbau zuzulassen ist aufgrund der hohen Sicherheitsstandards und damit einhergehender umfangreicher Erprobungen extrem aufwendig. voestalpine BÖHLER Aerospace strebt daher danach aus Werkstoffen, die bereits seit Jahrzehnten etabliert sind, stets das Beste herauszuholen. „Wir verstehen die Legierungen sehr gut und können unsere Prozesse und Verfahren immer weiter verbessern, um die Spezifikation des Kunden optimal on time und on quality zu erfüllen“, schildert Bernd O. Durch eine enge Abstimmung zwischen voestalpine und Kunden werden zudem gemeinsam Optimierungspotenziale schon während der Designphase eruiert und eingearbeitet. So entsteht ein Teil, das nicht nur ideale Eigenschaften für die Kunden aufweist, sondern gleichzeitig auch optimal für die voestalpine zu fertigen ist. Dieser Ansatz der Produktentwicklung wird als „Concurrent Engineering“ bezeichnet. Die voestalpine treibt diese Arbeitsweise gesamtheitlich voran, auch im Leichtbau: von der Konstruktion über Simulationen und dem Modellieren von Materialeigenschaften bis hin zum Schmieden.

Leichtbau praktisch betrachtet

Sie möchten wissen, wie die Philosophie Leichtbau in der Schmiedepraxis umgesetzt wird? Wie beispielsweise Spindelpressen statt hydraulischen Pressen die Bearbeitung einzigartig machen? In einem der nächsten Blogbeiträge stellen wir Ihnen die modernsten Fertigungstechnologien vor, die voestalpine BÖHLER Aerospace in der Produktion von Luftfahrtteilen einsetzt.

Kurz vorgestellt: Bernd O.

Bernd O. begleitet bereits seit 2016 den Aufbau des Neuteilmanagements bei voestalpine BÖHLER Aerospace, seit 2018 verantwortet er den Bereich Innovation, Digitalisierung & Neuteile. Schon während seiner Dissertation in Betriebsfestigkeit an der Montanuniversität Leoben beschäftigte er sich mit Leichtbau von Schmiedeteilen. Seinen Innovationsgeist hat er beim MBA Studium „Entrepreneurship & Innovation“ an der WU Executive Academy anschließend noch weiter geschärft.