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27.06.2018

Gewickelte Antriebsraketen

Filament-Winding-Anlage für Anwendungen in der Raumfahrt

Für die Herstellung von Bauteilen einer Rakete wurde eine Filament-Winding-Anlage entwickelt. Sie entstand in enger Zusammenarbeit mit einem führenden Hersteller für Raumfahrtantriebe. Auf der Anlage werden sogenannte Booster – die Antriebsraketen für die Ariane 6 – gefertigt.

  • Die Anlage für die Herstellung von Boostern (Antriebsraketen) wiegt 100 Tonnen. Sie ist eine der größten Anlagen von Roth Composite Machinery weltweit (©Roth Composite Machinery)

    Die Anlage für die Herstellung von Boostern (Antriebsraketen) wiegt 100 t. Sie ist eine der größten Anlagen von Roth Composite Machinery weltweit (© Roth Composite Machinery)

  • Die Boosterhülle ist aus Carbonfasern und ersetzt die Stahlhülle der Vorgängervariante, die bei der Ariane 5 zum Einsatz kommt. Mit der Fertigung im Filament-Winding-Verfahren werden die bisherigen Herstellungskosten der Booster um etwa 30 % gesenkt (© Roth Composite Machinery)

    Die Boosterhülle ist aus Carbonfasern und ersetzt die Stahlhülle der Vorgängervariante, die bei der Ariane 5 zum Einsatz kommt. Mit der Fertigung im Filament-Winding-Verfahren werden die bisherigen Herstellungskosten der Booster um etwa 30 % gesenkt (© Roth Composite Machinery)

  • Roth Composite Machinery verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung von Leichtbauteilen im Filament Winding Verfahren. Die exakte Faserführung … (© Roth Composite

    Roth Composite Machinery verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung von Leichtbauteilen im Filament Winding Verfahren. Die exakte Faserführung … (© Roth Composite Machinery)

  • … sorgt für präzise Wickelprozesse und eine genau definierte Faserpositionierung (© Roth Composite Machinery)

    … sorgt für präzise Wickelprozesse und eine genau definierte Faserpositionierung (© Roth Composite Machinery)

  • Die Roth Geschäfts- und Verkaufsleitung versammelte sich zur internen Abnahme der Filament-Winding-Anlage für Bauteile der Rakete Ariane 6 (© Roth Composite Machinery)

    Die Roth Geschäfts- und Verkaufsleitung versammelte sich zur internen Abnahme der Filament-Winding-Anlage für Bauteile der Rakete Ariane 6 (© Roth Composite Machinery)

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In der Luft- und Raumfahrttechnik kommen für moderne Raketen immer häufiger Faserfeststoffe für die Leichtbau-Verbundgehäuse der Triebwerke und andere Bauteile zum Einsatz. Ihre Herstellung erfolgt im Filament Winding- oder Prepreg-Verfahren. Dabei kann durch die Leichtbauweise das Gewicht, beispielsweise der Boosterstufen der Ariane 6, um bis zu 35 % reduziert werden, so die Pressemeldung. Die Kosten pro Tonne Nutzlast beim Betrieb der Rakete sollen sich so um bis zu 50 % senken lassen.

Avio S.p.A., Colleferro/Italien und Roth Composite Machinery GmbH, Steffenberg, nutzten ihre gemeinsamen Erfahrungen aus den Vorprojekten (Ariane 5 und Vega) für die Entwicklung der neuen Filament-Winding-Anlage (Faserwickelanlage). Mit einem Gewicht von 100 t ist sie eine der weltweit größten Anlagen von Roth Composite Machinery. Bei einer maximalen Länge von 17 m und einem Durchmesser von 3,6 m wiegt der Wickeldorn rund 120 t. Die Anlage ist mit drei Verfahrwagen für drei verschiedene Wickelprozesse ausgestattet – sie sind jeweils 7,4 m lang und fahren bis zu 90 m/min schnell.

Drei Verfahrwagen für verschiedene Wickelprozesse

Für die nötige Hitzebeständigkeit der Booster wird mit dem ersten Verfahrwagen in Positivbauweise (erste Lage im Inneren des Boosters) Hitzeschutz-Tape auf den Dorn gewickelt. Nach der Vulkanisierung des Tapes folgt mit dem zweiten Wagen der Towpreg-Wickelvorgang. „Hierbei werden vorimprägnierte Faserstränge auf den Wickelkörper aufgewickelt. Durch die vorherige, separate Imprägnierung der Fasern zu Towpreg mit einer sehr gleichmäßigen Qualität entsteht eine überaus homogene und hochwertige Faserverbundstruktur“, erklärt Bernd Fischer, Vertriebsleiter bei Roth Composite Machinery. „Daher findet die Towpreg-Wicklung besonders in der Raumfahrt Anwendung.“

Der dritte Verfahrwagen ist mit einem von Avio patentierten Verlegekopf für automatisiertes Tapelegen (ATL) ausgestattet. Diese Technik soll das exakte Ablegen des Tapes zu komplexen Geometrien für die Anbauteile der Booster ermöglichen. Das Abschneiden des Tapes erfolgt mit einem Ultraschallschneidekopf. Die ATL-Technologie entwickelte Avio gemeinsam mit Roth und einem weiteren italienischen Partner.

Booster halten extremen Kräften Stand

Die Booster der Ariane 6 sind rund 15 m lang und haben einen Durchmesser von bis zu 3,6 m. Je nach Gewicht des Frachtgutes werden zwei oder vier Booster pro Rakete eingesetzt. Sie werden mit Festtreibstoff bestückt und gewährleisten den gewaltigen Schub beim Abschuss sowie in der ersten Flugphase, um möglichst schnell in die dünneren Luftschichten zu kommen. Die Boosterhülle ist vollständig aus Carbonfasern und ersetzt die Stahlhülle der Vorgängervariante, die bei der Ariane 5 zum Einsatz kommt. Die Antriebsraketen müssen hohen Temperaturen beim Verbrennen des Treibstoffes und extremen Kräften bei der Beschleunigung der Rakete unbeschädigt standhalten. Bauteile aus Faserverbund verfügen über die nötigen mechanischen Eigenschaften wie hohe Zugfestigkeit und Kraftaufnahmefähigkeit. (ys)

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