Der Legekopf des Faser-Legeautomaten bewegt sich in endlosen Bahnen automatisch über die entstehende Flügeloberschale.
© Werner Bartsch

Das schwarze Gold von der Niederelbe

  • TEXT ANDREAS SPAETH
  • FOTOS WERNER BARTSCH

Ganz schön leicht: Die neue Lufthansa A350 besteht zu 53 Prozent aus einem ultraleichten Verbundstoff. Das größte Bauteil kommt aus dem Airbus-Werk in Stade bei Hamburg

Vollautomatisch gleitet die Portalbrücke über das schwarze Werkstück, unter ihr eine schwenkbare, rote Halterung. Daran angebracht ein Legekopf, der sich leise surrend nähert. An seinen Längsseiten drehen sich je zwölf Spulen, aus denen schwarze Bänder aus CFK abrollen. CFK steht für carbonfaserverstärkten Kunststoff – und für die neue Leichtigkeit beim Fliegen. Um Gewicht, Kerosin und Geld zu sparen, setzen die großen Flugzeugbauer verstärkt auf dieses Material: es ist stabiler und einfacher zu verarbeiten als Aluminium oder andere Metalle – und wiegt zugleich auch weniger.

In diesem gerade mal 12,5 Millimeter breiten Streifen CFK-Band befinden sich über 12.000 Kohlenstoff-Fasern neben- und übereinander, getränkt mit Epoxidharz

In diesem gerade mal 12,5 Millimeter breiten Streifen CFK-Band befinden sich über 12.000 Kohlenstoff-Fasern neben- und übereinander, getränkt mit Epoxidharz

© Werner Bartsch
Die Kohlefasern sind in Epoxidharz eingebettet und dürfen nur mit Baumwollhandschuhen angefasst werden. So bleibt das von der Hitze- und Druckbehandlung noch empfindliche Material geschützt

Die Kohlefasern sind in Epoxidharz eingebettet und dürfen nur mit Baumwollhandschuhen angefasst werden. So bleibt das von der Hitze- und Druckbehandlung noch empfindliche Material geschützt

© Werner Bartsch
Damit das fertige Material später die richtige Festigkeit erhält, werden die CFK-Bänder in vier Richtungen verlegt, jede Lage im 45°-Winkel zur vorherigen

Damit das fertige Material später die richtige Festigkeit erhält, werden die CFK-Bänder in vier Richtungen verlegt, jede Lage im 45°-Winkel zur vorherigen

© Werner Bartsch
Der Legekopf des Faser-Legeautomaten bewegt sich in endlosen Bahnen automatisch über die entstehende Flügeloberschale

Der Legekopf des Faser-Legeautomaten bewegt sich in endlosen Bahnen automatisch über die entstehende Flügeloberschale

© Werner Bartsch
Auf jeder der beiden Längsseiten verfügt der Legekopf über je zwölf Rollen mit CFK-Band, 1.400 Meter pro Rolle. Für die Produktion einer Flügel-Oberschale werden 350 Rollen, insgesamt also 490 Kilometer Band verarbeitet

Auf jeder der beiden Längsseiten verfügt der Legekopf über je zwölf Rollen mit CFK-Band, 1.400 Meter pro Rolle. Für die Produktion einer Flügel-Oberschale werden 350 Rollen, insgesamt also 490 Kilometer Band verarbeitet

© Werner Bartsch
An jedem Legekopf befindet sich ein Heizstrahler, der vor dem Ablegen das Material auf 40°C erwärmt, damit die Lagen von CFK-Band besser aufeinander kleben

An jedem Legekopf befindet sich ein Heizstrahler, der vor dem Ablegen das Material auf 40°C erwärmt, damit die Lagen von CFK-Band besser aufeinander kleben

© Werner Bartsch

  Damit die übereinander liegenden Bahnen besser miteinander verkleben, legt die Maschine sie unter einen Heizstrahler. Dann stoppt der Roboter, hebt den Legekopf, dreht ihn binnen Sekunden um 180 Grad, um sich dann rasch wieder zurück über das Werkstück zu bewegen. So entsteht Bahn für Bahn das größte je im Flugzeugbau aus CFK gefertigte Einzelteil: eine Tragflächen-Oberschale für den Airbus A350, der die Lufthansa Flotte Anfang 2017 verstärken wird.

„Diese Maschine ist unser neuester Faser-Legeautomat,“ erklärt Sandra Bube, 29. Die zierliche Frau lächelt, sie wirkt stolz. Bube stammt aus der Umgebung des Airbus-Werks in Stade an der Niederelbe, eine Autostunde westlich von Hamburg – und sie hat ihr Berufsleben in den Dienst von CFK gestellt. Nach Praktikum, Lehre, einem Jahr als Anlagen-Bedienerin und fünf Jahren in der Ausrüstungsmontage ließ sie sich zur „Meisterin für Faserverbundwerkstoffe“ ausbilden. Denn in Stade wurde der Einsatz von CFK im Flugzeugbau quasi erfunden.

Das folgende Video ist nicht für Untertitel geeignet. Die Beschreibung finden Sie auf der Seite

Der Legeautomat fertig einen Flügel für die A350

© Airbus

„Schon 1983 hat das hier begonnen, als erstmals das Seitenruder für den Airbus A310 aus CFK hergestellt wurde,“ erzählt Werksleiter Kai Arndt, 44. „Es ist sehr eindrucksvoll, was hier in über 30 Jahren an Kompetenz in der Fertigung von CFK entstanden ist.“ Lufthansa gehörte damals zu den Erstkunden für die A310, in Kürze erhält die Kranich-Linie ihre ersten von 25 bestellten Jets der fortschrittlichen A350 XWB. XWB steht für eXtra Wide Body, denn der Flieger ist mit einem besonders breiten Rumpf konstruiert. Und bringt noch ein weiteres Merkmal mit sich: Kein Flugzeug weist einen so großen Anteil an CFK auf, insgesamt 53 Prozent des Gewichts entfallen auf den Verbundwerkstoff. In den Achtzigern lag dieser Wert noch bei unter zehn Prozent.

Die neue Produktionshalle für die Flügeloberschalen der A350 XWB ist groß. CFK-Meisterin Sandra Bube bewegt sich per Tretroller durch das Gebäude

Die neue Produktionshalle für die Flügeloberschalen der A350 XWB ist groß. CFK-Meisterin Sandra Bube bewegt sich per Tretroller durch das Gebäude

© Werner Bartsch

 „CFK ist das schwarze Gold, ich finde es unglaublich, was man mit dem Werkstoff alles machen kann“, sagt die Meisterin Sandra Bube, „und wie schnell sich die Technologie weiterentwickelt.“ Wegen seines geringen Gewichts bei einer vergleichsweise hohen Festigkeit ist CFK optimal für den Flugzeugbau geeignet und löst in neuen Langstreckenjets weitgehend das herkömmliche Aluminium ab. Weist die A380 (Erstflug 2005) erst 22 Prozent CFK-Anteil auf, sind es bei der Boeing 787 (Erstflug 2009) schon 50 Prozent, während der Anteil bei der A350 XWB (Erstflug 2013) nochmals um drei Prozent nach oben geklettert ist.

Der Grundstoff für CFK ist Erdöl. Daraus werden Kohlenstoff-Fasern erzeugt, dünner als ein menschliches Haar und extrem reißfest. Die einzelnen Fasern werden zu Bündeln aus einigen Tausend Fasern verarbeitet und mit Epoxidharz getränkt – fast 50 000 Stränge verlaufen allein in dem nur 12,7 Millimeter breiten CFK-Band, das die neue Maschine verlegt. Mit CFK lassen sich Flugzeugteile so herstellen, dass sie an viel belasteten Stellen verstärkt werden können, während sie anderswo dünner sind. Auch an der Flügel-Oberschale, der Außenhaut für die Tragflächen-Oberseiten der A350XWB, wird die Bauweise angewendet. „Hier an der hinteren Flügelwurzel, wo die Verbindung zum Rumpf ist, wirken große Kräfte, da legen wir mehr als 250 Lagen CFK-Tape aufeinander, eine davon ist 0,25 Millimeter dick“, erklärt Bube.

Fast 50 000 Stränge verlaufen allein in einem nur 12,7 Millimeter breiten CFK-Band

Ganz anders sieht es an der Flügelspitze aus, dort reichen rund 40 Lagen aus, um die nötige Festigkeit zu erzielen. Bei 32 Metern Länge und bis zu sechs Metern Breite wiegt die aus einem Guss gefertigte Flügel-Oberschale 2,5 Tonnen. Ein eindrucksvolles Bauteil, das Passagiere in der Lufthansa A350 künftig beim Blick aus den Kabinenfenstern sehen können. „Allein durch Größe und Dimension ist die Flügelschale definitiv das komplexeste CFK-Bauteil in der A350“, sagt Werksleiter Arndt. Fast 480 Kilometer des gut einen Zentimeter breiten CFK-Bands muss der Legekopf in vier verschiedenen Richtungen in Position bringen, um die Festigkeit genau dort zu garantieren, wo Kräfte wirken.

Der Autoklav ist ein Herzstück der CFK-Produktion. Der tunnelgroße Druckbehälter fasst gleich zwei Flügel-Oberschalen übereinander und ist der größte im Serienbetrieb weltweit

Der Autoklav ist ein Herzstück der CFK-Produktion. Der tunnelgroße Druckbehälter fasst gleich zwei Flügel-Oberschalen übereinander und ist der größte im Serienbetrieb weltweit

© Werner Bartsch
Mit diesem Spezial-Fahrgestell werden die 32 Meter langen Flügeloberschalen zwischen Produktionsstätte und Autoklav befördert. Die 30 Räder auf jeder Seite können auch seitlich rollen, ähnlich wie bei einem Mondfahrzeug

Mit diesem Spezial-Fahrgestell werden die 32 Meter langen Flügeloberschalen zwischen Produktionsstätte und Autoklav befördert. Die 30 Räder auf jeder Seite können auch seitlich rollen, ähnlich wie bei einem Mondfahrzeug

© Werner Bartsch
Der gasdichte Druckbehälter ist mit einem tonnenschweren, runden Stahltor verschließbar und innen so groß wie eine Tunnelröhre

Der gasdichte Druckbehälter ist mit einem tonnenschweren, runden Stahltor verschließbar und innen so groß wie eine Tunnelröhre

© Werner Bartsch
An der fertigen Flügeloberschale aus Stade mit ihren 32 Meter Länge lassen sich bereits die enormen Dimensionen der Tragflächen des Airbus A350XWB erkennen

An der fertigen Flügeloberschale aus Stade mit ihren 32 Meter Länge lassen sich bereits die enormen Dimensionen der Tragflächen des Airbus A350XWB erkennen

© Werner Bartsch
Nach dem ersten Durchgang bei 10bar Druck und 180°C Hitze im Autoklaven werden die Längsversteifungen, ebenfalls aus CFK, auf die Flügel-Oberschale aufgebracht, bevor es wieder in den Druckbehälter geht

Nach dem ersten Durchgang bei 10bar Druck und 180°C Hitze im Autoklaven werden die Längsversteifungen, ebenfalls aus CFK, auf die Flügel-Oberschale aufgebracht, bevor es wieder in den Druckbehälter geht

© Werner Bartsch
In Stade werden die Seitenleitwerke für alle Airbus-Flugzeugtypen aus CFK gefertigt, darunter auch die mehr als neun Meter lange Heckflosse für die A350

In Stade werden die Seitenleitwerke für alle Airbus-Flugzeugtypen aus CFK gefertigt, darunter auch die mehr als neun Meter lange Heckflosse für die A350

© Werner Bartsch

Dann wird die Flügel-Oberschale auf einem speziellen Fahrgestell, das sich ähnlich wie ein Mondfahrzeug seitlich bewegen kann, zum weltgrößten Autoklaven im Serienbetrieb gebracht. Den kann man sich wie einen riesigen Schnellkochtopf vorstellen: Ein gasdichter Druckbehälter, mit einem tonnenschweren, runden Stahltor verschließbar, knapp 36 Meter lang und neun Meter breit, innen so groß wie eine Tunnelröhre. Zwei Flügel-Oberschalen auf einmal können hier hineingerollt werden. Die Kammer wird verschlossen, mit Gas auf zehn Bar Druck gebracht und auf 180 Grad Celsius erhitzt. „Das dauert beim ersten Mal 13 Stunden“, berichtet Bube. Später werden die Längsversteifungen auf die Schale aufgebracht, danach geht es nochmal acht Stunden in den Autoklaven. „Durch Druck und Hitze verbinden sich die in Harz gebetteten Fasern und härten in der gewünschten Form aus“, erklärt Bube. Bisher dauerte die Herstellung einer Oberschale im Drei-Schicht-Betrieb etwa fünf Tage, künftig nur noch halb so lange.

Weil CFK um 20 Prozent leichtere Bauteile als Aluminium ermöglicht und neue Verarbeitungsformen zulässt, trägt es wesentlich dazu bei, die A350 sparsamer zu machen: Rund ein Viertel geringer sind Betriebskosten und Emissionen als bei einem vergleichbaren Flugzeug aus Aluminium. Auch die Passagiere profitieren von einem Rumpf aus CFK: Der neue Werkstoff lässt einen höheren Kabinendruck zu, die Luft an Bord wird feuchter. Außerdem sind die Fenster größer. Das alles möchte jetzt auch Sandra Bube endlich erleben: „Ich bin bisher leider noch nie mit der A350 geflogen, aber ich hoffe dass sich bald die Chance ergibt!“