Im ersten Semester Maschinenbau bekommt der Student beigebracht: Doppelpassungen sind Mist. Und was ist das, eine Doppelpassung? Ein einfaches Beispiel: Ich möchte in mein Haus ein Bücherregal auf die Treppe stellen. Weil es schick aussehen soll, soll das Regal dabei auf jeder Stufe einen Fuß haben. Auch ohne es auszuprobieren wird jedem schnell klar: Dass wirklich jeder Fuß seine Stufe berührt, ist extrem schwierig zu schaffen, warum? Weil es mehr Bedingungen als Freiheitsgrade gibt. Im Maschinenbau gilt deshalb die Regel: Jeder Freiheitsgrad wird genau einmal eingeschränkt, es gibt also nur so viele Füße, wie ich unbedingt brauche, damit das Regal nicht umkippt. Alles andere ist eine Doppelpassung.
Und was hat das mit dem Rumpf der AK-X zu tun? Sehr viel: Die Konturen der Einzelteile sind weit komplexer als die einer Treppe. Um geschlossene tragende Querschnitte, dichte Tanks, bequeme Sitze u.ä. zu realisieren, müssen die Einzelteile an vielen Stellen möglichst exakt zusammenpassen – zu vielen Stellen, wenn man an die Treppe denkt. Damit das trotzdem funktioniert, ist Detailarbeit gefragt: Das geht in der Konstruktion los: Welche Teile stoßen wie zusammen? Wie dick sind ihre Schichten, wieviel Ungenauigkeit hab ich beim Bau der Formen und Teile zu erwarten? Wieviel Verklebegut kann ich mir leisten im Hinblick auf Gewicht? Hat der Pilot oder andere Baugruppen noch genug Platz? Usw. Usf…
Beim Zusammenbau zeigt sich nun, wie gut man das alles eingeschätzt hat. Und auch wenn alles erstaunlich gut funktioniert, sind doch auch bei der Montage noch viele Details auszuarbeiten: Wie genau realisiere ich Kabelführungen? Wie kann ich Teile an ihre endgültige Kontur möglichst exakt anpassen? Welche Bohrung setze ich wann, um eine möglichst gute Übereinstimmung mit dem CAD-Modell zu erreichen? …
Alle diese Fragen haben wir uns in den letzten Monaten gestellt und in den Bildern kann man nun einen Zwischenstand sehen:
jetzt sind fast alle Einzelteile fertig und passen zusammen
Im Bug ist zur Zeit noch Klebeband das Bindemittel
Im Heck ist schon alles final verklebt
Um zu checken, wie die Oberseite und die Unterseite aufeinanderpassen, setzt man sich auch schon mal rein
Das geometrisch komplexeste Teil im Rumpf: Der Kasten des Rettungssystems, der gleichzeitig auch Wasserschott und Überrollbügel ist
Dieses Teil haben wir bereits vorgestellt. An zwei dieser Schlaufen hängt der ganze Rumpf
Die erste Passungstest ist schonmal vielversprechend
Manchmal muss man sich eben zu helfen wissen: Hier wird extrem genau gebohrt
Grund für den Aufwand: Diese Bauteile werden einmal den Rumpf tragen (der ist schwer)
Und da sollten diese Löcher möglichst auch vor der Hochzeit schon gut passen
Und was heißt „Hochzeit“? Mit einer Geiselnahme hat es zumindest in diesem Falle nicht zu tun 😉
3D-Druckverfahren in der Luftfahrt? Letztes Jahr haben wir schon von unserer Anwendung in der Formmanipulation berichtet. Doch „fliegende Teile“ mit einem Drucker fertigen, noch dazu als Teil der Steuerung? Das ist eine Nummer größer, zu groß, dachten auch wir lange. Der Aufwand, so etwas zu entwickeln und zu testen wäre für uns allein finanziell und zeitlich viel zu groß. Wie gut, dass an so etwas auch andere Leute großes Interesse haben, da es von vielen als Schlüsseltechnologie angesehen wird. Im letzten halben Jahr haben wir so eine Kooperation mit der Firma Rosswag und dem IAM-WK am KIT ins Leben gerufen. Nun ist es spruchreif und die ersten Materialproben befinden sich in der chemischen Analyse. Im nächsten Schritt werden dann die mechanischen Probekörper gedruckt. Diese werden dann von einem unserer Mitglieder in den Laboren des IAM getestet und anschließend für das Luftfahrt Bundesamt (LBA) dokumentiert. So streben wir an, Metall-3D-gedruckte Lagerpunkte für Hebel der Steuerung der AK-X fertigen und einsetzen zu dürfen. Der Vorteil solcher Bauteile für uns im Prototypenbau ist die Möglichkeit sehr komplexe Geometrien und Funktionen in einem einzelnen Bauteil realisieren zu können. Das wiederum vereinfacht die übrige Konstruktion sehr stark, was wiederum Zeit und Geld spart, die Montage vereinfacht und Funktionalität sicherstellt. Auch eine Gewichtsersparnis kann erreicht werden, ist jedoch nicht unser primäres Ziel.
Wir sind gespannt wie es weitergeht und hoffen, zusammen mit unseren Partnern die Allgemeine Luftfahrt technologisch voranzubringen.
Dieses Jahr war die Akaflieg Karlsruhe der Gastgeber des alljährlichen Wintertreffens der Idaflieg (Interessentengemeinschaft der deutschen akademischen Fliegergruppen). Neben den zehn deutschen Akafliegs waren auch Institutionen der Segelflug und Luftfahrt-Szene, wie die Luftfahrtlehrstühle der Universitäten, das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) und das Luftfahrt-Bundesamt (LBA), vertreten. Die “Akaflieger“ haben die Projekt-Fortschritte, Ergebnisse aus Messprojekte und den allgemeinen Stand der Dinge präsentiert.
So eine Veranstaltung funktioniert nur mit einer hohen Teilnehmeranzahl. Nur so kann der Austausch zwischen den einzelnen Fliegergruppen, der Kernpunkt der Veranstaltung, funktionieren und nur so kann diese weltweit einzigartige Struktur, die einen wertvollen Entwicklungs- und Forschungsprozess ermöglicht, am Leben gehalten werden. Um unser Ziel, die Veranstaltungsteilnahme für möglichst viele Studierende zu ermöglichen, war uns die Unterstützung der Unternehmen sehr wichtig.
Für Ihren Beitrag wollen wir uns bei allen Spender bedanken. Mit finanzieller Unterstützung und hilfreichen Materialien haben Sie einen unerlässlichen Beitrag zum Erfolg des Treffens geleistet und haben so junge, engagierte Akademiker, mit Begeisterung für die Luftfahrt, gefördert.
Seit dem letzten Projektbericht ist schon einige Zeit ins Land gegangen und damals haben wir von Rückschlägen berichtet. Man könnte meinen, die Motivation hätte gelitten. Weit gefehlt: Wir sind nur nicht dazu gekommen, von den letzten Fortschritten zu berichten.
Mittlerweile haben wir den linken Flügelholm fertiggestellt und eingeklebt. Das bedeutet auch, dass bereits sämtliche Aufnahmen für Steuerungsanbauten angebracht sind. Der Holm ist bei der AK-X ein ausgesprochen massives Bauteil: 50,2kg bringt er auf die Waage und macht damit über die Hälfte des Gesamtgewichts (inklusive Lack, Verklebegut, Steuerungsanlage, Flügelschalen, Rippen, Stege, Beschläge, Schotts, etc.) aus.
Besonders spannend während dem Bau des Holms war das Infiltrieren der Schubbelegung. Wenn während dem Prozess etwas schief geht, sind mehrere Monate Arbeit und teures Material gefährdet. Aber auch das hätte nicht besser laufen können und das Ergebnis ist eine verhältnismäßige sehr leichte Belegung mit perfekter Faserorientierung.
Damit ist die letzte Phase des Flügelbaus in den Formen eingeläutet: Der Innenausbau samt Steuerungsmontage. Die Fertigstellung der Konstruktion dieser ca. 250 Einzelteile umfassenden Baugruppe hat uns in den letzten Wochen nochmal einiges abverlangt. Aber nun sind alle Teile in der Fertigung. Unser nächster Beitrag wird sich dann ausführlich mit diesen Teilen beschäftigen.
Im ersten Schritt wird der Holmsteg mit dem Holmgurt der Unterschale verklebt
Anschließend werden der Steg und die Holmeinbauten mit dem Gurt der Oberschale vereint
Macht zwar schon einen stabilen Eindruck, um die nötige Steifigkeit und Festigkeit zu erreichen braucht es aber noch eine zusätzliche Schubbelegung
Diese Belgung infiltrieren wir um Gewicht zu sparen. Hier der fertige Infiltrationsaufbau,…
… welcher in einen Vakuumsack eingepackt wird.
Schön zu sehen: Das Harz hat das Bauteil fast komplett durchtränkt
Der Prozess wird genaustens überwacht
Wieder aus dem Sack befreit, schmiegt sich der Holm perfekt der Schale an
Wir freuen uns sehr über das gute Ergebnis. Auf dem Bild fehlen noch die Verstärkungsrippen, die wenig später folgten
Der letzte Schritt vor dem Einkleben: Das Bohren der Löcher für die Steuerung
Die Akaflieg Karlsruhe hat vom 19. bis zum 21. Januar das diesjährige Wintertreffen der Idaflieg (Interessengemeinschaft deutscher akademischer Fliegergruppen) ausgerichtet.
Auf dem Wintertreffen tauschen sich die zehn deutschen Akafliegs über die Geschehnisse des vergangenen Jahres aus. Dazu gehört ein Bericht über den allgemeinen Stand der Dinge, den jede Gruppe präsentiert. Außerdem wurde die Entwicklung der Projekte vorgestellt. Die Akaflieg Karlsruhe konnte hier über den Baufortschritt der AK-X und die neusten Erkenntnisse in der Flugerprobung der AK-8 berichten.
Des Weiteren wurden Forschungsergebnisse von Messprojekten, die auf dem Sommertreffen des vergangenen Jahres durchgeführt und inzwischen ausgewertet wurden, präsentiert.
Auch von anderen Institutionen der Segelflug-Szene wie den Luftfahrtlehrstühlen der Universitäten wurde über neue Erkenntnisse informiert. Das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR), das besonders im Zusammenhang mit dem Sommertreffen eng mit der Idaflieg zusammenarbeitet sowie das Luftfahrt-Bundesamt (LBA) waren ebenfalls vertreten.
Neben dem Informationsaustausch steht auch das Kennenlernen und Pflegen der Kontakte untereinander im Fokus. Ganz in Idafliegtradition wurden die Abende in geselliger Runde verbracht.
Schließlich möchten wir uns bei den Unterstützern der Veranstaltung bedanken, die uns geholfen haben ein interessantes Wintertreffen zu ermöglichen.
Letzte Woche fand in Braunschweig das Segelflugsymposium statt. In diesem Rahmen konnten wir einen Einblick in die praktischen Erfahrungen mit verschiedenen modernen Fertigungsverfahren beim Bau der AK-X gewähren.
Eigentlich können wir stolz auf den Baufortschritt der letzten Monate sein. In den Flügel- und Rumpfformen liegen die fertigen Schalen dieser großen Bauteile. Außerdem liegen da etliche Teile, die als Rippen, Kästen, Stege, etc. dort in der nächsten Zeit fest eingebaut werden sollen. Je nachdem, ob man gefertigtes Bauteilvolumen oder Bauteilanzahl betrachtet sind zwischen 60% und 90% der Struktureinbauteile dieses Jahr gebaut worden. Aber wenn man ein Flugzeug zum ersten Mal baut, dann geht auch öfter mal etwas schief. Manchmal ist es Unachtsamkeit, eine falsche Einschätzung, fehlende Erfahrung, Ungeschicklichkeit oder auch mal schlicht Pech. So gibt es manche Teile für unser Flugzeug mittlerweile mehrfach. In den Müll wandern jedoch die wenigsten Ausschussteile. Es gibt eigentlich immer eine Anschlussbeschäftigung, auch wenn die meist nicht viel mit Fliegen zu tun hat.
Mittlerweile ein gewohntes Bild: Das Harz bahnt sich seinen Weg durch ein Bauteil
… oder auch gleich durch drei auf einmal. Das spart Zeit.
Mittlerweile haben sich genug fertige Teile angesammelt, dass der Zusammenbau starten kann.
Der Deckel passt auch schon, die Sicht muss nur noch ein bisschen verbessert werden
Aber alles klappt eben nicht: Holmgurt #6 schafft es leider nur zu einem Anschauungsobjekt
Grund für die Fluguntauglichkeit: Wellen in den Fasern, die gewissermaßen in der Nachspielzeit entstanden
Nichtsdestotrotz geht es mit dem linken Flügel weiter. Hier wird der Holmsteg vorbereitet
Nachdem die Rumpfschalen wieder zurück in unserer Werkstatt waren, haben wir uns direkt daran gemacht, auch noch die übrigen Arbeiten daran zu erledigen: Im Heck sind die Schichtstärken so gering, dass eine CFK-Schaum-Sandwichstruktur nötig ist. Es galt also den Schaum einzupassen, einzukleben, besondere Stellen herauszuarbeiten und schließlich die innere Kohlefaserlage aufzulaminieren. Die Übung aus diversen Modellen, dem Bruchflügel- sowie dem Flügelbau machte sich da bezahlt, sodass es jetzt ein Leichtes war, diese Schritte durchzuführen. Und so kam der schöne Moment, bei dem die Oberseite des Rumpfes aus ihrer Form gelöst werden konnte, um in Zukunft die Maßhaltigkeit der Einbauteile in der unteren Hälfte überprüfen zu können.
Apropos Einbauteile: Auch hier haben wir mit der Fertigung begonnen. Zunächst fertigen wir von jedem Teil einen Dummy aus Glasfasern, bei dem wir dann die nötigen Aussparungen heraussägen, um sämtliche Funktionen des Bauteils zu ermöglichen. Zurückgelegt in seine Form ist so ein Dummy dann eine perfekte Schablone, um die Form so zu ergänzen, dass das echte Teil dann ohne Aussparung in den Rumpf passt und seinen Zweck erfüllt.
Der Schaum im Heckbereich dickt die dünne Kohlenstofffaserschicht auf
Geschafft! Mit einem leichten Knall hat sich die die Schale aus ihrer Form gelöst
Einbauteilform mit Wachsplatten (rot) für den Bau vorbereitet
Und da liegen die ersten Lagen auch schon drin
Auch unser 3D-Drucker kommt wieder zum Einsatz, um notwendige Aussparungen für die Steuerung vorzubereiten
Hier werden unter Vakuum Holzteile eingeklebt, die später als Verschraubungspunkte genutzt werden.
Die letzten zwei Wochen waren arbeitsreich: Drei Akaflieger packten die vorbereiteten Rumpfformen der AK-X ein, um damit nach Rosswälden zur Firma WingsAndMore zu fahren. Warum? Wir hatten uns entschieden die Außenhaut des Rumpfes, welche einen Großteil der Lasten des Rumpfes trägt, im Vakuum-Infusionsverfahren herzustellen. Im Unterschied zum Handlaminieren, welches seit mehreren Jahrzehnten im Kleinflugzeugbau angewandt wird, werden die Fasergewebe nicht mit Epoxidharz getränkt sondern „trocken“ in die Form gelegt. Das hat mehrere Vorteile gegenüber dem Handlaminieren: Es besteht kein Zeitdruck durch aushärtendes Harz während des Einlegens der Fasern. Dadurch kann ein ordentlicheres Laminat erreicht werden. Außerdem ist es vollkommend ausreichend allein bzw. zu zweit an einem ganzen Rumpf zu arbeiten. Das schafft eine ruhigere Arbeitsathmosphäre als die Hektik von 10 oder mehr Leuten. Ein weitere Vorteil ist, dass das Einsaugen des Harzes in die trockenen Gewebelagen deutlich geringere Harzmengen in der Struktur hinterlassen, was ein Gewichtsvorteil gegenüber dem Handlaminieren darstellt. Am Ende wird außerdem eine deutlich höhere Bauteilqualität erreicht, mit deutlich weniger Poren, als das im Handlaminieren möglich ist.
Zunächst werden die Gewebelagen „trocken“, d.h. ohne Epoxidharz in die Form gelegt
Auch eine Kunsstofffaser wird verarbeitet: Das Aramid soll den Piloten im Crashfall vor den scharfen Splittern der Kohlenstofffaser schützen
Am Haubenrahmen wird die Belegung mit zusätzlichen UD-Streifen verstärkt
Kleine Tücke: Das Gewebe, welches am schönsten aussieht, mag sich am wenigsten dem Willen der Verarbeiter beugen
Letzte Vorbereitungen: Das blaue ist eine Fließhilfe, die den Harzfluss erleichtert. Darauf ist bereits der Einlaufschlauch gelegt
Startschuss: Das Harz wird in den Einlaufeimer gefüllt
Es tut uns furchtbar leid: Das ist das einzige Foto vom Prozess selbst. (Wir waren wohl zu angespannt, um Fotos zu machen)
Voll: Das Harz hat seinen Weg durch das Bauteil gefunden und härtet aus
Warum werden dann nicht alle Segel- und Kleinflugzeuge nach diesem Verfahren gebaut? Zum einen lohnt es sich schlicht nicht für die Serienfertigung, da die Taktzeiten deutlich geringer sind, und das Risiko deutlich höher. Hier kommt die Firma WingsAndMore ins Spiel: Beim Einsaugen des Harzes kann einiges schief gehen, wenn man ungeübt ist. Das Verfahren erlaubt nahezu keine Fehler und kann bei falscher Durchführung völlig unbrauchbare Bauteile liefern, wenn das Harz einfach nicht überall da hinfließt, wo es hinsoll. Da wir in der Akaflieg kaum eigene Erfahrungen mit diesem Verfahren hatten, benötigten wir also einige wachsame Augen, die uns die nötigen Tipps gaben und den Prozess überwachen konnten, damit nicht alle Arbeit umsonst war. Natürlich konnten auch sie nicht garantieren, dass unsere Arbeit zum Erfolg führt, aber mit ihren Worten: „Man muss dem Glück eben wenigstens eine gute Chance geben“. Diese Chance war bei einer Firma, die fast täglich dieses Verfahren im Prototypenbau einsetzt, recht hoch.
Am Ende zeigte sich, dass unser optimistischer Ansatz, dieses Verfahren „mal eben“ in unsere Prototypfertigung zu integrieren, sich ausgezahlt hat: Das Harz fand wie selbstverständlich seinen Weg bis in die hinterste Ecke der Form. Wichtigster Vorteil für uns war das stressfreie Einlegen über mehrere Tage. Die dadurch erreichte exakte Einhaltung des Belegeplans und der damit einhergehenden Schichtdicken sind bei den angepeilten Toleranzen der AK-X hilfreich für die spätere Montage des Flugzeugs. Dass „nebenbei“ noch mehrere Kilogramm Harz gespart wurden, eröffnet weiteren Spielraum in der übrigen Konstruktion, um innerhalb der Massengrenzen zu bleiben.
Unser großer Dank gilt der Firma WingsAndMore und ihrem Inhaber Tobias Schmidt, die uns zwei Wochen in ihrer Werkstatt willkommen geheißen haben, immer mit Rat und Tat zur Seite standen, wenn wir nicht weiterkamen und mit ihrer Erfahrung und ihren Ideen letztlich das Gelingen ermöglicht haben. Da haben wir in den zwei Wochen doch glatt mehr gelernt, als das in derselben Zeit in der Uni möglich gewesen wäre 😉
Strahlender Sonnenschein, leichte Bewölkung, gute Laune und jede Menge Gäste. Mit diesen Worten lässt sich wohl das Professorenfliegen, welches am 05.05.2017 stattfand, am besten beschreiben.
Insgesamt 23 Professoren mit Familien fanden sich im Laufe des Tages in Rheinstetten ein, um unsere zwei neuesten Prototypen-Projekte, die AK-8, die komplett aufgebaut war und zum Spielplatz des jüngeren Nachwuchs wurde, und die AK-X, bei der wir den Mock-Up Rumpf und den Bruchflügel ausstellen konnten, zu begutachten. Gerade die AK-X zog viel Aufmerksamkeit auf sich, denn unsere Projektbetreuer wurden Löcher in den Bauch gefragt und konnten sich angeregt über viele Aspekte des Segelfliegens und des Segelflugzeugbaus unterhalten. Wir erhielten viel konstruktiven Input zu verschiedenen Themen unseres Projekts und konnten auch den Horizont von so manchem Professor erweitern.
Das Fliegen stand natürlich ebenfalls im Vordergrund. Erfahrene Piloten und Fluglehrer gewährten allen Besuchern einen Crash-Kurs im Segelfliegen am Boden, anschließend ging es in die Luft. Aufgrund des guten Wetters, und unseren unermüdlichen Piloten, war für jeden Gast mindestens ein längerer Flug, nach Rücksprache mit dem Piloten sogar etwas Kunstflug möglich. So sahen viele Gäste Karlsruhe und das KIT ein Mal von oben – eine ganz neue Perspektive.
Die Versorgung aller Beteiligten konnten wir über unseren selbstgebauten und -designten Grill sicherstellen, sowie über einige leckere Salate und Kuchen der Akaflieger. Insgesamt war es also ein schöner und runder Tag, bei dem fast keine Wünsche offen geblieben sind! Wir freuen uns schon auf nächstes Jahr!
Der Projektleiter bei der Präsentation des Rumpf Mock-Ups und des Bruchflügels der AK-X
Ein Gast wird für den Flug angezogen und gebrieft.
Der Start war für viele Passagiere aufgrund der großen Beschleunigungen ein beeindruckendes Gefühl.
Die Landung hingegen verläuft meistens sehr sanft ab.
Auch für das leibliche Wohl aller Gäste war gesorgt.
Im vergangenen Jahr konnte die Akaflieg gemeinsam mit zwei weiteren Hochschulgruppen am KIT mit Unterstützung durch die Universitätsgesellschaft einen 3D-Drucker für Thermoplast beschaffen. Doch wozu braucht man ein solches Gerät? Der Einbau von Thermoplast-Druckteilen in Flugzeugen steckt noch völlig in den Kinderschuhen. Die Festigkeit von Thermoplastteilen ohne Faserverstärkung bleibt materialbedingt oft weit hinter CFK-Bauteilen zurück. Und „unser“ Drucker kann lediglich ein Volumen von 200x200x300mm drucken, wobei ein Teil, das dieses Volumen ausfüllt, bereits zwei Tage zum Drucken benötigt.
Trotzdem hat der Drucker sich bereits bewährt und seinen Platz in der Fertigung bei der Akaflieg gefunden: Der Bau von Prototypen aus Faserverbundwerkstoffen leidet oft daran, dass sämtliche Formen für ein einziges Flugzeug hergestellt werden müssen. Das ist wirtschaftlich gesehen ein äußerst schlechtes Verhältnis. Das hat zur Folge, dass dafür meist günstige Materialien und Herstellungsverfahren genutzt werden. Für funktionsrelevante Details in den Formen fehlt häufig Zeit, Ressourcen oder Integrationsmöglichkeiten auf Basis der gewählten Fertigungsmethode. Hier kommen nun die 3D-Druckteile ins Spiel. Auf diese Weise ist es kinderleicht, in eine fertige Form zusätzliche Formkerne für Detailelemente zu integrieren. Seien es Aussparungen für Schraubenköpfe, Ventile, zusätzliche Verrundungen, etc. Dem Konstrukteur sind nahezu keine Grenzen gesetzt. Auch Hinterschnitte stellen kein Problem dar: Da die gedruckten Teile eine sehr geringe Volumenausfüllung besitzen, lassen sie sich (fast) mühelos aus dem fertigen Bauteil durch mechanische oder chemische Zerstörung entfernen.
In der AK-X haben wir diese Möglichkeit der gedruckten Formkerne beim Rumpf-Mock-up erprobt. Der Erfolg dieses Vorgehens hat nun dazu geführt, dass auch beim Prototyp eine Vielzahl solcher Formkerne zum Einsatz kommen.
Die Form für die Rumpfoberschale: Die gelben Elemente sind Wachsplatten, deren sphärische Kontur mithilfe eines 3D-gedruckten Stempels erzeugt wurde.
Die weißen Formkerne dienen zur Fertigung einer Umwölbung im Haubenrahmen. Die schwarzen Druckteile bilden den Kanal für die Tragseile des Gesamtrettungssystems.
Rechts im Bild: Druckteile zur Aussparung der Haubenscharniere
AK-X
