pro.EVOLUTION

Entwicklung effizienter Auslegung- und Fertigungsmethoden von Propellern für eVTOL und General Aviation unter Einsatz innovativer tailored NCF

Wo sind die industriellen Herausforderungen bei der Umsetzung zukunftsfitter UAM-Konzepte und welchen Beitrag kann die exzellente Spitzenforschung und Industrie aus Aachen und Umgebung dabei leisten?

Dieser Frage geht das im Oktober 2021 von der FH Aachen University of Applied Sciences, der Fibraworks GmbH sowie der Helix-Carbon GmbH gestartete Forschungs- und Entwicklungsprojekt pro.EVOLUTION nach. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWi, über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand, ZIM, mit mehr als 500.000 € geförderten, zweijährigen Projektes werden von den beteiligten Partnern innovative und kosteneffiziente Propeller sowie deren Herstellung aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet. Die Forscher:innen und Ingenieur:innen aus Aachen wollen in einem ganzheitlichen Ansatz hochleistungsfähige Propeller für elektrisch angetriebene Flugtaxis entwickeln, damit diese in Zukunft effizienter und wirtschaftlicher fliegen und vor allem auch in großen Stückzahlen gebaut werden können. Auf Basis neuer Leichtbauwerkstoffe, wie z.B. maßgeschneiderter kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe und deren Halbzeuge, digitaler Softwaretools und Berechnungsmethoden sowie neuer skalierbarer Fertigungsprozesse soll ein innovativer Hochleistungs-Propeller „Made in Aachen“ für sogenannte eVTOL-Fluggeräte (electrical Vertical Take-Off and Landing), d.h. elektrisch betriebene, senkrecht startende und landende Flugtaxis und Drohnen entwickelt werden. Das Konsortium für das ambitionierte Kooperationsprojekt pro.EVOLUTION kommt dabei nicht von ungefähr. Die verantwortlichen Initiatoren des Projekts, Prof. Dr.-Ing. Tobias Weber (FH Aachen), Dipl.-Ing. (FH) Nikolaus von Kummer (Helix-Carbon) sowie Dipl.-Ing. (FH) Lars Linnemann (Fibraworks) sind allesamt Luftfahrt-affine Ingenieure, die um die Stärken der Region Aachen im Bereich Leichtbau wissen.

Das pro.EVOLUTION-Team- Lars Linnemann & Konrad Dziamski (Fibraworks GmbH), Nikolaus von Kummer (Helix-Carbon GmbH), Tobias Weber & Rico Hubert (FH Aachen) – von links nach rechts (Bild: Gerold Keck) 

Die Partner bündeln im Projekt gezielt entscheidende Kompetenzen und Expertisen entlang der Wertschöpfungskette für die Propellerproduktion in der Region Aachen. Um die FVK-Propeller-Produktion auf eine großvolumige Serienproduktion zu überführen, soll am Beispiel eines bestehenden eVTOL-Propellers ein neuer ganzheitlicher Prozess entwickelt werden. Dieser beinhaltet sowohl die Entwicklung maßgeschneiderter FVK-Halbzeuge, neuer textiler Halbzeug- und Propeller-Fertigungsprozesse, als auch die Digitalisierung der empirischen FVK-Bauteilfertigung.

Zum Ziel haben die Projektpartner unter anderem auch die Reduktion der Bauteilkosten für eVTOL-Propeller und die Skalierung der Propeller Produktion beim Weltmarktführer Helix-Carbon GmbH am Forschungsflugplatz Aachen-Merzbrück. Gleichzeitig zielt man auf eine Optimierung des Propellerdesigns für mehr Effizienz und bessere Wirkungsgrade. Der Fachbereich Luft- und Raumfahrtechnik der FH Aachen erarbeitet in diesem Zusammenhang ein Softwaretool, das dabei hilft, die nötige Auslegung des Propellers und das Maßschneidern der textilen Gelege durchzuführen. Die Entwicklung und Fertigung der maßgeschneiderten Halbzeuge übernimmt Fibraworks GmbH. Unser innovativer Wickelprozess soll sogenannte multiaxiale Tailored Non-Crimp Fabrics (T-NCF) für den Einsatz in den eVTOL-Propellern produzieren, die dazu beitragen sollen die Produktion der Propeller hinsichtlich Kosten, Stückzahlen und Eigenschaften zu optimieren.

Zusammengefasst leistet pro.EVOLUTION einen entscheidenden Beitrag, maßgeschneiderte Faserverbundmaterialien in hocheffizienten und kostengünstigen Prozessen herstellen und weiterverarbeiten zu können. Auf diese Weise wird der Leichtbau nicht nur im UAM-Sektor gefestigt, sondern einem breiteren Einsatzspektrum zugänglich gemacht und unterstützt gleichzeitig die Weiterentwicklung neuartiger, klimafreundlicher Mobilitätskonzepte mit Propellern „made in Aachen“.