Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt will das Potential von CFK für Flugzeugräder erforschen. Ziel ist die Entwicklung des nach eigenen Angaben ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Das Projekt wird von der EU im Rahmen des Forschungsprogramms Clean Sky II gefördert.
Die Forscher wollen eine Gewichtsersparnis von bis zu 40 Prozent erreichen. „Unser Institut konnte bereits für den Bereich Automotive belegen, dass sich durch die Substitution von Metall- durch CFK-Räder ein vielversprechendes Leichtbaupotential aufzeigt", so Jens-David Wacker, das das Forschungsprojekt leitet.
Herkömmliche Flugzeugräder bestehen meist aus Aluminiumschmiedekomponenten, die bis zu 100 Kilogramm wiegen können. Anders als bei PKW-Rädern werden Flugzeugräder über eine Kegelrollenlageranordnung auf der Fahrwerksachse positioniert. Zudem werden Flugzeugräder mehrteilig ausgeführt, um die Montage des vergleichsweise steifen Reifens zu ermöglichen. Obwohl Bugräder im Gegensatz zu Hauptfahrwerksrädern nicht abgebremst werden, stellt sich der gebremste Rollvorgang nach Angaben des Fraunhofer LBF als kritischer Lastfall für das Bugrad heraus. Aufgrund des hohen Bremsmoments am Hauptfahrwerk entstehen am Bugfahrwerk Abstützkräfte von bis zu 16 Tonnen pro Bugrad.
Zehn Prototypen sollen entstehen
In einem ersten Schritt tragen die Wissenschaftler zunächst alle wichtigen Anforderungen zusammen, beispielsweise die Schnittstellen zum Reifen und zur Lagerung, die Bauraumspezifikation und auftretende Beanspruchungen. Anschließend wird ein Konzept entwickelt. Dafür werden prinzipielle geometrische Konzepte untersucht und bezüglich ihrer Steifigkeit gegenüber der Radiallast, seitlichen Last, des Reifendrucks und überlagerten Lastfällen bewertet.
Schon früh im Entwicklungsprozess ist die Auseinandersetzung mit möglichen Herstellverfahren und Materialien wichtig. „Für die Herstellung des Flugzeugrads streben wir das Resign Tranfer Molding (RTM) an. Dieses Verfahren bietet viele Vorteile hinsichtlich einer möglichen automatisierten Fertigung, der Erzeugung komplexer Bauteilgeometrien und der Realisierung hoher Laminatqualitäten“, so Wacker.
Insgesamt sollen zehn Prototypen des Flugzeugrads im Verlauf des Projekts hergestellt werden. Um die Bauteilauslegung zu verifizieren, will das Fraunhofer LBF die Prototypen unter den für ein Flugzeugrad vorgesehenen Zulassungsversuchen testen.
