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Leichtbau Faserverstärkter Kunststoff für den Raketenbau

Redakteur: Lilli Bähr

Für die 23. Rexus-Raketenmission hat ein Team der TU München ein Nutzlastmodul aus faserverstärktem, thermoplastischem Kunststoff entwickelt. Es soll 40 Prozent leichter sein als herkömmliche Module aus Aluminium.

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Das CFK-Modul mit integrierten faseroptischen Temperatursensoren (weiß) und elektrischen Referenzsensoren (Kupfer).
Das CFK-Modul mit integrierten faseroptischen Temperatursensoren (weiß) und elektrischen Referenzsensoren (Kupfer).
(Bild: Andreas Heddergott / TU Muenchen)

Wenn die Höhenforschungsrakete des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) bei der 23. Rexus-Raketenmission im März startet, trägt sie ein besonderes Nutzlastmodul: Ein Team des Lehrstuhls für Carbon Composites der Technischen Universität München (TUM) hat ein Modul aus carbonfaserverstärktem, thermoplastischem Kunststoff entwickelt.

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Im Vergleich zu den bisher genutzten Modulen aus Aluminium spart das neu entwickelte Nutzlastmodul laut Lehrstuhl nicht nur 40 Prozent Gewicht ein, es bietet auch fertigungstechnisch Vorteile: Anders als faserverstärkte Duroplaste, die bereits in der Luftfahrt eingesetzt werden, muss das Modul nach der Herstellung nicht erst in einem Autoklaven bei hohen Temperaturen aushärten.

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Bauteil wie aus einem Guss

Im Wesentlichen ist das Nutzlastmodul ein zylindrisches Rohr. An den Enden sind Lasteinleitungsringe integriert. Über sie werden die einzelnen Module miteinander verschraubt. Weil Ring und Zylinder aus demselben thermoplastischen Kunststoff bestehen, können die Verstärkungsfasern beim Aufbau des Zylinders direkt mit den Ringen verschweißt werden.

Ralf Engelhardt, Mitarbeiter am Lehrstuhl für Carbon Composites, erläutert: „Durch das Verschmelzen erhalten wir ein Bauteil wie aus einem Guss, ohne Klebestellen oder Verschraubungen. Das spart Zeit, Gewicht und Geld.“

Faseroptische Temperatursensoren integriert

Die Fasern zum Aufbau des Zylinders sind in Polyetheretherketon (PEEK) eingebettet. Wickeln und Aufschmelzen erfolgen automatisiert. Sensoren und ihre Anschlüsse können dabei direkt in das Material eingebaut werden.

In Kooperation mit dem Lehrstuhl für Messsystem- und Sensortechnik der TUM integrierte das Team faseroptische Temperatursensoren, die ein Messgerät ausliest. Während des Fluges können sie damit die thermische Belastung des Nutzlastmoduls in verschiedenen Tiefen des Materials direkt messen.

„Da die optischen Fasern sehr klein sind, ist ihr Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Moduls sehr gering“, sagt Engelhardt. „Die direkte Integration in das Laminat während der Fertigung eröffnet aber noch viel mehr Möglichkeiten: Neben der Temperaturüberwachung wären auch Dehnungsmessungen denkbar. Damit wäre ein Echtzeit-Monitoring der Belastung des Moduls denkbar.“

Der Rexus-Launch vom vergangenen Jahr ist in folgendem Video zu sehen:

Mehr Informationen:

Das CFK-Modul mit integrierten Sensoren und Messsystem ist Teil der Rexus-Mission XXIII. Das Rexus-Programm ermöglicht es Universitäten aus ganz Europa, Experimente auf Höhenforschungsraketen in Kiruna, Schweden, durchzuführen und wird im Rahmen eines bilateralen Abkommens zwischen DLR und dem Swedish National Space Board realisiert.

(ID:45790014)

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