Włókna węglowe – i nic się nie pali

Centrum technologii produkcji lekkich (ZLP) Niemieckiej Agencji Kosmicznej jest na tropie. Poszukuje metod, które ulepszą produkcję super lekkich części z włókien węglowych. Powinna być szybka, w pełni zautomatyzowana i seryjna. Udało się to osiągnąć z pomocą ciężkiego sprzętu i z know-how od firmy KAESER KOMPRESSOREN.

Obecnie ze względu na efektywność energetyczną produkuje się coraz lżejsze konstrukcje. Nie ma szczególnego znaczenia czy jest to konstrukcja samolotu, samochodu lub roweru. Istotną rolę odgrywa przy tym materiał przyszłości – CFRP (carbon fiber reinforced plastic). Jest to kompozyt wzmacniany włóknami węglowymi.

Centrum ZLP Niemieckiej Agencji Kosmicznej prowadzi badania w miejscowości Stade. Specjaliści badają tam metody nadania produkcji części z CFRP wysokiej jakości. Produkcja ta jest masowa (do 100 000 sztuk rocznie) i w pełni zautomatyzowana. Szukają też sposobu na uczynienie jej rentowną i tym samym interesującą dla innych obszarów zastosowania. Centrum ZLP wdraża teoretyczną wiedzę z laboratorium na skalę przemysłową. Chce zbadać osiągnięte wyniki na materiale lub urządzeniu w oryginalnym rozmiarze. W tym celu przeprowadza kompleksową symulację użycia w autoklawach badawczych.

Autoklaw to piec, w którym pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia następuje łączenie ze sobą materiałów. Oznacza to, że działa jak szybkowar. Następuje w nim kompletna produkcja i analiza części kadłuba samolotu, skrzydeł lub statecznika kierunkowego. Rura robi imponujące wrażenie. Ma 27 m długości, 6,5 m średnicy zewnętrznej i waży 181 ton.

Autoklaw musiał zostać przetransportowany z fabryki w Coesfeld do Stade. W tym celu trafił najpierw do portu śródlądowego w Coesfeld. Tam został załadowany na statek, który przetransportował go ponad 300 km w kierunku Stade. Po przeładunku na pojazd do ciężkiego transportu „kocioł” przemierzył w końcu autostradę A26. Co ciekawe, została ona specjalnie zablokowana, by umożliwić jego transport.

W miejscowości Stade temperatura robocza autoklawu wynosi 420°C. Przy takich temperaturach istnieje niebezpieczeństwo, że znajdujące się w środku badane obiekty mogą ulec zapłonowi. Z tego powodu stosuje się azot. Działa on jako gaz ochronny i zapobiega spaleniu elementów.

Na tym etapie firma KAESER KOMPRESSOREN ma swój istotny wkład. Jej urządzenia dostarczają sprężone powietrze do generatora azotu. W generatorze azotu dochodzi do rozkładu powietrza na części składowe – azot i tlen.

Podstawą systemu sprężonego powietrza są dwie sprężarki śrubowe serii CSD 125 SFC (75 kW, z regulowaną prędkością obrotową). Zasilają one na przemian dwie sieci sprężonego powietrza. Jedną z nich jest sieć niskociśnieniowa sprężonego powietrza (9,5 bar). Sprężone powietrze jest osuszone w energooszczędnym osuszaczu chłodniczym (TF 251). Jest też oczyszczone dzięki zestawom adsorberów węglowych z mikrofiltrami.

Druga to sieć wysokiego ciśnienia. Tworzą ją trzy sprężarki doprężające (N 502-G 9,5/35 bar). Zasilane są sprężonym powietrzem o ciśnieniu 9,5 bar. Jest ono osuszane w osuszaczu adsorpcyjnym (DC 169 E). Następnie sprężarki doprężające skompresują je do ciśnienia 35 bar. Dalej sprężone powietrze jest osuszane przez dwa wysokociśnieniowe osuszacze chłodnicze (THP 142-45). Celem usunięcia dodatkowych zanieczyszczeń zastosowano dwa zestawy adsorberów węglowych z mikrofiltrami. Dzięki temu do generatora azotu wpływa tylko bardzo suche i czyste sprężone powietrze.