• Zielgruppen
  • Suche
 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Einführung in die Materialforschung und deren Anwendung in der Luft- und Raumfahrt Oder: Was den Airbus A380 mit einem Spießbraten verbindet

 

Einmal mehr lud der FdGH seine Mitglieder zu einer Tagesexkursion ein. Diesmal ging es nach Köln zum DLR, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Entgegen aller Studenten-Klischees schafften es alle 15 Teilnehmer pünktlich um viertel nach sechs zur Abfahrt am Hauptgebäude der Leibniz Universität. Von der insgesamt 14-stündigen Exkursion waren die knapp acht der Hin- und Rückfahrt allerdings die weniger spannenden – daher werden sie an dieser Stelle eher gerafft dargestellt. Beziehungsweise gar nicht. Am Eingang zum Gelände des DLR wurden wir von Nadine Eils, über die der Kontakt erst zustande kam, freundlich empfangen. In Anbetracht des recht straffen Tagesprogramms machten wir uns auch direkt auf den Weg zum Institut für Werkstoffforschung. Hier wurden wir von verschiedenen Projekt- und Abteilungsleitern durch deren Labore und Versuchsanlagen geführt.

Den Anfang machte dabei die Arbeitsgruppe Werkstoffmechanische Prüfung. Dem griechischen Sisyphos gleich werden hier Werkstoffe hergestellt, um sie anschließend wieder zu zerstören. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der angelegten Belastung und dem daraus resultierenden Grad der Zerstörung. Zunächst wurde uns hier eine besonders interessante Methode der Aluminium-Verarbeitung vorgestellt: das Reibrührschweißen. Hierbei werden zwei stumpf aneinandergelegte Aluminiumplatten durch Rotation eines aufgesetzten Drehtellers erhitzt und dadurch formbar gemacht. Ein in den Teller integrierter Stahlstift verrührt die duktilen Anteile beider Alu-Platten miteinander. Das Resultat: eine kaum sichtbare Schweißnaht, deren Festigkeit bis zu 98% der der Ausgangsplatte beträgt. Anwendung findet diese Technik beispielsweise in der Konstruktion des Airbus A380. Wie wir außerdem erklärt bekamen, verhält sich ein Flugzeug bei den starken Belastungen eines Fluges unter geringem Druck übrigens ähnlich wie ein Wiener Würstchen, das zu lange gekocht wird: Es platzt der Länge nach auf. Um das zu vermeiden, ist eine käfigartige Konstruktion in der Karosserie nötig (des Flugzeugs wohlgemerkt, nicht des Würstchens). Diese führt dazu, dass das Flugzeug nicht mehr ähnlich einem Wiener Würstchen, sondern eher wie ein Spießbraten – nämlich in vielen kleineren Rauten – auseinander reißt. Da das in der Konsequenz für die Insassen nur marginal besser ist, erforscht das DLR Werkstoffe und Konstruktionsmöglichkeiten, die der immer auftretenden Rissbildung im Rumpf eines Flugzeugs möglichst effizient entgegenwirken.

Die durch die Werkstoffmechanische Prüfung zerstörten Bauteile können mithilfe mehrerer institutseigener Analysegeräte untersucht werden. Neben bekannten Methoden wie einem Rasterelektronenmikroskop stehen dazu auch laserbasierte Geräte zur exakten dreidimensionalen Modellierung einer Oberfläche oder ein Transmissions-elektronenmikroskop (TEM) zur Verfügung, das die hauchdünne Probe (max. 100nm) durchstrahlt, statt sie wie ein klassisches REM von oben abzurastern. Gut möglich, dass diese Auswahl an Geräten das Teuerste war, das wir je zu Gesicht bekommen werden. Erklärt wurde uns zudem die genaue Gefahr von Partikeln in der Atmosphäre für die Luftfahrt sowie mit welchen Mitteln man versucht, dieser aus dem Weg zu gehen. Dabei kommen im Regelfall Beschichtungen zum Einsatz, die ebenfalls im Institut für Werkstoffforschung entwickelt, aufgetragen und getestet werden.

Bevor wir uns nach zwei bereits hochinteressanten Stunden zum Mittagessen in die Kantine begaben, wurden wir noch in die Geheimnisse der Thermoelektrik eingeführt. Die Thermoelektrik basiert auf der direkten Umwandlung von Wärme in Elektrizität oder ggf. umgekehrt. Wärme direkt ohne Nutzung einer Turbine oder ähnlicher eher sperriger Apparaturen in Elektrizität umzuwandeln, könnte durch ausreichende Entwicklungsarbeit bald in Fahrzeugen und energieintensiven Industrieanlagen Einzug halten. Hier kann man den Effekt nutzen, um beispielsweise mithilfe der Abgashitze eines Autos dessen Elektrizitätsbedarf in Teilen oder sogar vollständig decken könnte. Allerdings muss zu diesem Zweck noch weiter an Materialien geforscht werden, die auch bei Temperaturen jenseits der 250°C noch als thermoelektrische Generatoren nutzbar sind.

Mittagessen – lecker!

Nun stand eine Führung durch mehrere Institute des DLR an. Durchgeführt wurde sie von einem Studenten der Luft- und Raumfahrttechnik an der RWTH Aachen. Nach einem kurzen Einführungsfilm in die allgemeinen Tätigkeitsfelder des DLR ging es zum Hauptsitz direkt gegenüber des Astronauten-Trainingszentrums. Hier hängt im Foyer ein detailliertes Modell der International Space Station (ISS). An dieser wurde uns die Bedeutung der einzelnen Anbau-Module erläutert, inklusive der Sojus-Kapseln, mittels derer in jüngster Vergangenheit u. a. Alexander Gerst nach seinem gut sechsmonatigen Aufenthalt auf der ISS den Rückweg zur Erde antrat. Überdies war sehr interessant, dass die Raumstation täglich zwischen 50 und 150 Meter an Höhe verliert, sodass sie durch ein regelmäßig andockendes Versorgungsmodul – das im Übrigen vom DLR entwickelt wurde – etwa alle sechs Monate beschleunigt werden muss, um wieder an Höhe zu gewinnen. Im Jahresmittel beträgt ihre Flughöhe so zirka 400 km.

Nach dieser interessanten Einführung in die bemannte Raumfahrt ging‘s zum Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin. Hier wird gleichermaßen am lebenden Objekt wie an Dummies untersucht, welche Auswirkungen die Bedingungen des Weltalls vor allem unter längerem Einfluss auf den menschlichen Organismus haben können und wir angemessene Schutz- und Reha-Maßnahmen aussehen müssen. Derzeit sucht das Institut Probanden, die sich für etwa zwei Monate in einen Raum ohne Tageslicht und lediglich mit synthetisch angerührter Luft legen, um die mangelnde Belastung der Beinmuskulatur im Weltall unter den Bedingungen beispielsweise auf der ISS zu simulieren. Leicht verdientes Geld…

Nach der bemannten Raumfahrt wurde uns nun das unbemannte (auch aus Gründen der derzeitigen Öffentlichkeitswirkung prestigeträchtige) Projekt der Rosetta-Mission vorgestellt. Diese wurde im März 2004 gestartet, sodass Mitte November 2014 die Landeeinheit Philae tatsächlich als erstes menschengebautes Objekt auf einem Kometen landen konnte. Die Landung war zwar mit Komplikationen verbunden, konnte jedoch unter Kontrolle des DLR erfolgreich durchgeführt werden. An einer originalgroßen Nachbildung der Landeeinheit Philae, die – wie uns inzwischen kaum noch wundert – ebenfalls am DLR in Köln entwickelt und gebaut wurde, wurden uns deren verschiedene Geräte gezeigt und erklärt. Zudem wurde die Flugbahn der Raumsonde anhand einer schematischen Darstellung des inneren Sonnensystems gezeigt. Wenn man sich diese anschaut, grenzt es an ein Wunder, dass man die Rosetta überhaupt nur annähernd in die Nähe des Kometen bringen konnte. Aber man konnte. Und so bleibt nun noch abzuwarten, welche Schlüsse durch die Rosetta-Mission in Bezug auf die Entstehung und den Aufbau des frühen Sonnensystems gezogen werden können.

Nach einer kurzen Besichtigung des durch einschlägige „wissenschaftliche“ Magazine deutscher Privatfernsehsender bekannten Sonnenofens des DLR, wurden wir wieder Nadine Eils übergeben, die uns noch in ihren Fachbereich – die Erforschung oxidkeramischer Faserverbundwerkstoffe – einführte. Aluminiumoxid-Faserbündel werden bei diesem Verfahren in flexiblen Strukturen miteinander verwoben, in eine flüssige Keramikmasse eingelegt und dadurch Fasermatten hergestellt, die vor der Trocknung der Masse nahezu beliebig formbar sind. Durch die Nutzung der Keramik sind sie sehr temperaturbeständig, die eingelassenen Fasern sorgen gleichzeitig für eine außergewöhnlich hohe Belastbarkeit, wie uns anhand eines – nun ja – Fallbeispiels sehr anschaulich belegt wurde.

Zugegeben, gegen Ende wurde es zunehmend schwieriger, die Konzentration aufrecht zu erhalten. Die Exkursion bestand aus einem sechsstündigen gewaltigen Input an Informationen, der sich allerdings mehr als gelohnt hat! Derartig detaillierte Einblicke in die Grundlagen- und angewandte Forschung bei einem der größten Forschungsinstitute Deutschlands zu erlangen, rechtfertigt jedes Risiko des mentalen Systemzusammenbruchs. Dafür gebührt dem DLR und auch dem FdGH der größte Dank.

Dominik Mock