AK-X

Rumpfschalen fertiggestellt, Einbauteilfertigung

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.

 

AK-X

Rumpfschalen infiltriert

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.

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 😉

 

 

AK-X

3D-Druck Formkerne

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.

AK-X

Weiterer Meilenstein erreicht

Die erste Etappe im Bau der fliegenden Flügel ist abgeschlossen: Nachdem wir im Februar die Schalen des rechten Flügels fertigstellen konnten, haben wir diese Woche den Bau der linken Flügelschalen beendet. Während der Bau des rechten Flügels noch durch einige konstruktive Arbeiten gebremst wurde, konnten wir die Schalen des linken Flügels innerhalb eines Monats bauen. Den nächsten Schritt stellt nun die Fertigung des Holms dar, der die Biegekräfte der Flügel aufnimmt.

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Konstruktion schreitet voran

Nach der erfolgreichen Präsentation des aktuellen Stands der AK-X auf der Aero Friedrichshafen konzentrieren wir uns nun wieder auf das Wesentliche: den Bau eines Flugzeugs. Neben der Fertigung, welche ebenfalls weiter voranschreitet, gibt es immer noch sehr viel zu konstruieren. In wöchentlichen Reviews werden Ergebnisse präsentiert, Lösungen gesucht und viel miteinander diskutiert um neuen Input zu erhalten. Bedingt durch das neuartige Flugzeugkonzept ist eine Übernahme von mittlerweile standardisierten Baugruppen oft kaum möglich; es müssen eigene Konzepte her. Dies hat meist einen erhöhten Aufwand der Konstruktion zur Folge.

Auf Facebook haben wir zu diesem Thema ein Gewinnspiel. Zu Gewinnen gibt es eine kleine Scheibe des Bruchflügels. Schaut doch mal rein:

http://www.facebook.com/akaflieg.karlsruhe

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Akaflieg Karlsruhe präsentiert AK-X auf der AERO Expo Friedrichshafen

In den letzten Wochen herrschte in der Werkstatt reger Betrieb. Mit der AERO Expo Friedrichshafen rückte einer der großen Meilensteine kontinuierlich näher. Ziel war es, alle nicht-fliegenden Versuchsaufbauten bis zu diesem Termin fertigzustellen. Dies ist uns gelungen. Das Ergebnis kann persönlich in Halle B5 am Stand 319 der Idaflieg e.V. begutachtet werden.
Unser Exponat besteht aus zwei Teilen: dem Bruchflügel und einem Rumpf Mock-up.

Den Bruchversuch, ein wichtiger Schritt zur Zulassung eines Flugzeugs haben wir bereits im Sommer erfolgreich absolviert. Dabei wurde die Struktur eines extra dafür angefertigten Flügels über die Nennlast hinaus belastet; in unserem Fall bis zum Bruch bei einem Sicherheitsfaktor von j=2,8.  Im Zuge der Nachbereitung dieses Versuchs wurde eine ausführliche Schadensanalyse betrieben, auf deren Grundlagen Details im Aufbau der Tragflächenstruktur weiter optimiert werden konnten. Die Besucher bekommen bei uns am Stand die Möglichkeit, den Bruchflügel genau zu betrachten und die Fortpflanzung des Fehlers nachzuvollziehen.

Weiterhin haben wir ein Rumpf Mock-up angefertigt. Dieses dient verschiedenen Untersuchungen, insbesondere in Richtung Ergonomie, Sichtbedingungen und Bauraummanagement. Der Bau hat sich jetzt schon als überaus wertvoll herausgestellt, da wir die Prozesse in der Fertigung des Rumpfes unter realitätsnahen Bedingungen testen konnten. Daraus können wir bereits geplante Prozesse verfeinern, teilweise mussten wir Prozesse auch neu einführen. Dieses Mock-up kann ebenfalls begutachtet und sogar probegesessen werden.

Mit diesem Meilenstein ist die vorletzte Phase des Projekts beendet. Durch den Bruchflügel und das Rumpf Mock-up konnten letzte Schritte in der Entwicklung verifiziert und validiert werden. Nun konzentrieren wir uns vollständig auf den Bau fliegender Teile, um die AK-X auch in Realität und in absehbarer Zeit abheben zu lassen.

Dafür möchten wir uns an dieser Stelle nochmals bei all unseren Sponsoren bedanken! Eine solche Leistung, auf die wir enorm stolz sind, kann nur in Verbindung mit Personen, Firmen und Institutionen erbracht werden, die das Projekt tatkräftig unterstützen. In diesem Sinne:

DANKE!

AK-X

Rumpf Mock-up für die AERO

Aufgrund von Materialengpässen muss der Ausbau der rechten Tragfläche leider zwischenzeitlich ruhen. Um das fertige Laminat der beiden Schalen zu schonen haben wir die beiden Formen gestern geschlossen. Nun werden die Formen der linken Tragfläche vollständig gefinished und für das Einlegen des Laminats vorbereitet.
Mit Hochdruck arbeiten wir jedoch gerade am Bau eines Mock-up Rumpfes. Dieser wird auf der AERO in Friedrichshafen ausgestellt. Wer mal in der AK-X probesitzen will kann uns also sehr gerne am Stand der Idflieg e.V. in Halle B5 Stand 319 besuchen kommen! Über Feedback und Anregungen freuen wir uns sehr! Für das Mock-up muss noch die Oberschale laminiert werden, sowie einige strukturelle Einbauteile wie Fahrwerkskästen und Spanten. Hier ein paar Impressionen von der aktuellen Situation in der Werkstatt:

 

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Rumpfform fertiggestellt

Wir bauen einen Nurflügel – Wozu braucht man denn dann eine Rumpfform?!

Das liegt daran, dass Flugzeugflügel, sollen sie leistungsstark und effizient sein, weder besonders tief, noch besonders dick sind. Für ein modernes Segelflugzeug mit 15m Spannweite kann man als Daumenregel sagen: In der Mitte 70-80cm tief, 10-12cm dick. Da passt kein Mensch rein. Und auch kein Fahrwerk. Und auch keine Instrumente. Etc.

Da die Flugeigenschaften eines Flugzeuges maßgeblich durch seine Flügel beeinflusst werden, haben wir auch bei der Entwicklung der AK-X den Fokus zunächst auf diese gelegt. Der Bau der Rumpfform geschah dann dieses Jahr auch eher im Stillen nebenher – immer wenn mal etwas Zeit über war. Nun ist sie jedoch fertig und damit fängt an sichtbar zu werden, was schon lange geplant wird und für den Piloten der AK-X irgendwann ein vertrauter Anblick sein wird: Sein Cockpit!

AK-X

Arbeit und Belohnung

Nachdem wir vor kurzem vom Bau der ersten fliegenden Kleinteile berichten konnten, sind wir nun wieder einen Schritt weiter. Der Bau des ersten großen fliegende Teils wurde begonnen: Diese Woche konnten wir das Außenlaminat des rechten Flügels fertigstellen. Die Vorgehensweise glich dabei dem Bau des Bruchflügels im Frühjahr diesen Jahres. Wir freuen uns, dass wir in der Lage sind, unser Projekt nach dem erfolgreichen Bruchversuch unvermindert fortzusetzen.

Bestärkt werden wir in unserem Vorhaben auch durch die Anerkennung unserer Arbeit von externer Seite. An dieser Stelle wollen wir uns bei der Traditionsgemeinschaft „Alte Adler e.V.“ bedanken, die unseren Projektfortschritt mit ihrem Förderpreis 2016 ausgezeichnet hat. Die Preisverleihung fand beim diesjährigen Segelflugsymposium am 17-18.11.2016 auf der Wasserkuppe statt.

 

AK-X

Die ersten fliegenden Bauteile

Die Tage werden kürzer, die Flugsaison ist beendet, was bleibt jetzt noch übrig? Richtig – ein Flugzeug bauen! Die Arbeiten an der AK-X laufen auf Hochtouren. Wir haben mehrere Iterationen der Sitzschale gebaut und getestet, Formen für den Rumpf gebaut und sogar die ersten Teile, die einmal im fertigen Prototypen stecken werden, sind fertig. Dazu waren letzte Woche zwei unserer Mitglieder bei Wings&More in der Nähe von Stuttgart, um von der jahrelangen Expertise im Infiltrationsverfahren von Faserverbundwerkstoffen des Unternehmens zu lernen. Im klassischen und von uns meistens verwendeten Verfahren werden die Lagen Kohlenstofffaser beim Legen von Hand mit Epoxidharz getränkt. Dies führt unweigerlich dazu, dass überschüssiges Harz im Laminat vorhanden ist. Bei dem Verfahren, das wir nun mit der Unterstützung von Wings&More durchgeführt haben, werden die Kohlenstofffasergewebe trocken in die Form gelegt. Anschließend wird das Harz durch Absaugen der Luft in die Faserhalbzeuge gesaugt. Gerade so viel wie nötig und nicht mehr.
Das Verhältnis von Faservolumen zu Gesamtvolumen des Bauteils heißt Faservolumengehalt und kann mit diesem Verfahren deutlich gesteigert werden, was zu geringerem Gewicht und Bauteilstärke bei gleichbleibender Festigkeit führt. Die Woche bei Wings&More war sehr erfolgreich und es konnten gleich mehrere wichtige Bauteile für die Flügel fertiggestellt werden. An dieser Stelle wollen wir uns recht herzlich bei Wings&More für die freundliche Unterstützung bedanken.

Ein kleiner Schritt ist geschafft, doch es liegen noch sehr viele vor uns. Die nächsten großen Etappen sind der Bau eines Rumpf Mock-Ups um die Dimensionen und Bauräume zu überprüfen und zu verteilen und der Bau der Flügel. Das Team ist hoch motiviert und wir erhoffen uns große Fortschritte über den Winter und werden natürlich weiterhin regelmäßig über unsere Aktivitäten berichten.