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SUSTAINair: In welchem Zustand befindet sich ein Flugzeug?

Vor kurzem erfolgte der Startschuss für das fünf Millionen Euro schwere Horizon-2020-Projekt SUSTAINair. Ziel ist es, im Sinne eines kreislaufwirtschaftlichen Ansatzes, Lösungen zur Steigerung der Ressourceneffizienz von Flugzeugen zu identifizieren und zu entwickeln.

Reinhard Kaindl und Richard Görgl
Foto: JOANNEUM RESEARCH/ Schwarzl


MATERIALS – das Institut für Oberflächentechnologien und Photonik der JOANNEUM RESEARCH ist Teil des Konsortiums aus elf Forschungs- und Industriepartnern unter der Leitung des AIT Austrian Institute of Technology.

Die Expertinnen und Experten der JOANNEUM RESEARCH an den steirischen Standorten Niklasdorf und Weiz sind mit ihrem Spezialwissen an diesem nachhaltigen Projekt beteiligt. Ihr einzigartiges Know-how in der Kombination von Werkstoffwissen mit Nähe zur Grundlagenforschung und der tatsächlichen Ausführung von Beschichtungen sowie anerkannte Expertise in der Sensorentwicklung macht sie zu herausragenden Projektpartnern.

 

Neue Standards für die Luftfahrt

Dieses ambitionierte Forschungsprojekt will in den nächsten dreieinhalb Jahren neue Standards in der Luft- und Raumfahrtproduktion setzen. Es sollen Grundlagen für den kosteneffizienten Betrieb bei minimalem CO2-Ausstoß geschaffen werden. Gleichzeitig sollen der Ressourcenverbrauch, der Abfall und die Emissionen verringert werden. Damit sollen die Lebenszyklen von Flugzeugen ökologisiert und neue Technologien für reparierbare und variable Tragflächen, die Verbindung unterschiedlicher Leichtbaumaterialien, Sensoren für die Strukturüberwachung sowie Wartung und Wiederaufbereitung entwickelt werden.

 

Sensorentwicklung und die additive Fertigung komplexer Verbindungen

Die Forschungsbereiche von MATERIALS in Niklasdorf schaffen die besten Voraussetzungen für die Zusammenarbeit: Der sogenannte Dünnschichtbereich mit der Arbeitsgruppe „Laser- und Plasmatechnologien“ mit dem Projektverantwortlichen Reinhard Kaindl arbeitet eng mit dem Sensorbereich der Gruppe „Sensoren und Funktionales Drucken“ mit Sitz in Weiz zusammen. Kombiniert wird das bestens mit dem Know-how von Richard Görgl als Experte im Bereich Laserproduktionstechnik. Hier schließt sich der Kreis, denn nicht nur die Sensorentwicklungen können am Institut durchgeführt werden, sondern auch die additive Fertigung komplexer Verbindungen. Die Nähe zur Montanuniversität Leoben und langjährige enge Kooperationen mit in- und ausländischen Forschungsinstitutionen und Firmen haben den Grundstein für das umfassende Werkstoffwissen und dessen mögliche Anwendungen gelegt.

 

Richard Görgl:

„Es kommt eine neue Generation von Flugzeugen, die kleiner und leichter sein wird und weniger Treibstoff verbraucht. Unser Beitrag besteht darin, die Technologie zu verbessern, Materialverbindungen auf neue Weise herzustellen und mit Sensoren auszustatten sowie Teile mittels additiver Fertigung leichter zu machen“, erklärt Richard Görgl. Und weiter: „Zum einen bekommen wir in der Laserproduktionstechnik neu entwickelte metallische Komponenten zum Verschweißen und prüfen, wie gut das funktioniert. Zum anderen werden neue Legierungen für die additive Fertigung getestet. Wir bekommen auch neu entwickelte Schweißpulver von unserem Projektpartner Invent GmbH in Deutschland, die beides – also generativ gefertigte Komponenten und Legierungen – entwickeln, herstellen und testen.“

 

Reinhard Kaindl, der Dünnschicht-Spezialist, arbeitet eng mit dem Weizer Team für Sensortechnik zusammen:

„Wir entwickeln neue, piezoelektrische Sensoren, die dotierte Zinkoxid-Nanodrähte enthalten. Die Herstellungstechnologie der Nanodrähte wenden wir seit vier Jahren an und da gibt es zahlreiche Synergien, auf die wir zurückgreifen können. Die Sensoren sollen dazu verwendet werden, um die zahlreichen Bauteile und deren Verbindungen, die im Flugzeug eingebaut sind, besser zu überwachen und sicherer zu machen. Das Hauptziel ist, sie 100 Prozent ausfallssicher zu machen.“

 

Strukturelle Zustandsüberwachung mit Sensoren

Bei allen Flugzeugteilen gelten extrem hohe Sicherheitsstandards, Wartung und Reparatur sind kosten- und zeitintensiv und führen zu langen Ausfällen. Sensoren in den Bauteilen sollen überwachen, wie lange ein Bauteil unter bestimmten Belastungen hält. Durch die permanente strukturelle Zustandsüberwachung mit Sensoren, engl. „Structural Health Monitoring“, wird genau überprüft, ob man auf dieselben Werte kommt, wie in den Vorausberechnungen.

Das Institut MATERIALS entwickelt diese neuen Sensoren in Form von elektrogesponnenen Matten mit Nanodrähten, die an die Bauteile selbst und deren Verbindungen angebracht werden. Die Projektpartner von der Johannes Kepler Universität Linz entwickeln die strukturelle Zustandsüberwachung, die JOANNEUM RESEARCH liefert dazu die Sensormatten.