Modul 6: Werkstoffe und Bauteile

Überblick

Modul 6 des EASA Part-66-Lehrplans vermittelt das grundlegende Wissen, das für luftfahrttechnisches Freigabepersonal erforderlich ist, um die im Flugzeugbau verwendeten Werkstoffe, die bei der Montage eingesetzten Bauteile sowie die auf sie einwirkenden Degradationsmechanismen zu verstehen. Dieses Modul bildet die Grundlage für das Verständnis, warum Flugzeuge auf diese Weise konstruiert sind, warum bestimmte Werkstoffe für bestimmte Anwendungen ausgewählt werden und wie diese Werkstoffe und Komponenten während ihrer gesamten Lebensdauer identifiziert, inspiziert und gewartet werden.

Das Modul umfasst Flugzeugwerkstoffe – sowohl metallische als auch nichtmetallische – Korrosionsmechanismen und -schutz, Verbindungselemente und Sicherungseinrichtungen, Verbundwerkstoffe, Dichtungsmassen sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren. Ein gründliches Verständnis dieser Themen ist unerlässlich, um bei Wartung, Reparatur und Freigabe fundierte technische Entscheidungen treffen zu können.

Abschnitt 1: Metallische Flugzeugwerkstoffe

1.1 Eisenwerkstoffe

Stahl bleibt ein kritisches Material im Flugzeugbau, insbesondere für hochbelastete Komponenten wie Fahrwerke, Triebwerksaufhängungen und Steuerungsgestänge. Das wichtigste Legierungselement in Stahl ist Kohlenstoff, wobei zusätzliche Elemente wie Chrom, Nickel und Molybdän spezifische Eigenschaften verleihen.

Klassifizierung von Stählen:

Niedriggekohlte Stähle (bis 0,3 % Kohlenstoff): Verwendung für allgemeine Beschläge, Halterungen und nichtstrukturelle Komponenten. Sie sind gut schweißbar und zerspanbar.

Mittelgekohlte Stähle (0,3 %–0,6 % Kohlenstoff): Wärmebehandelbar, Verwendung für strukturelle Komponenten mit mittlerer Festigkeit.

Hochgekohlte Stähle (0,6 %–1,0 % Kohlenstoff): Verwendung für Federn, Schneidwerkzeuge und verschleißfeste Komponenten.

Legierte Stähle: Enthalten zusätzliche Elemente wie Chrom, Nickel und Molybdän, um Härtbarkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

Korrosionsbeständige Stähle (CRES): Auch als rostfreie Stähle bekannt, enthalten mindestens 11 % Chrom, das eine selbstheilende Oxidschicht bildet. Gängige Sorten sind 302, 304, 316 sowie ausscheidungshärtende Sorten wie 17-7PH.

Wärmebehandlung von Stählen:

Die Wärmebehandlung von Stahl umfasst kontrollierte Erwärmungs- und Abkühlungszyklen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen:

Glühen: Erwärmung auf eine kritische Temperatur, gefolgt von langsamer Abkühlung, um das Material zu erweichen, innere Spannungen abzubauen und die Zerspanbarkeit zu verbessern.

Normalisieren: Erwärmung über die kritische Temperatur, gefolgt von Luftabkühlung, um die Kornstruktur zu verfeinern.

Härten: Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur, gefolgt von schnellem Abschrecken (in Wasser, Öl oder Luft), um Martensit zu erzeugen, eine harte, spröde Struktur.

Anlassen: Erneutes Erwärmen von gehärtetem Stahl auf eine Temperatur unterhalb des kritischen Punktes, um die Sprödigkeit zu verringern, während die Härte erhalten bleibt und die Zähigkeit erhöht wird.

Härteprüfung:

Die Verifizierung der Wärmebehandlung erfolgt üblicherweise durch Härteprüfung. Die Rockwell-Härteprüfung ist die in der Flugzeugwartung am häufigsten verwendete Methode. Sie verwendet entweder einen Diamantkegel (für harte Materialien) oder einen Stahlkugel-Eindringkörper (für weichere Materialien). Die Eindringtiefe wird gemessen und in eine Härtezahl umgerechnet. Weitere Verfahren sind die Brinell- und Vickers-Prüfung, die je nach Werkstoff und Bauteilgeometrie spezifische Anwendungen haben.

Identifizierung von Stahlsorten:Stahlbefestigungselemente werden durch radiale Linien auf dem Schraubenkopf gekennzeichnet. Die Anzahl der Linien gibt die Festigkeitsklasse gemäß SAE J429- oder ASTM-Spezifikationen an. Beispielsweise hat eine Schraube der Klasse 5 drei radiale Linien, während eine Schraube der Klasse 8 sechs hat. Dieses Kennzeichnungssystem ist entscheidend, um sicherzustellen, dass bei der Wartung die richtigen Ersatzbefestigungselemente verwendet werden.

1.2 Aluminiumlegierungen

Aluminium ist das am häufigsten verwendete Strukturmaterial im Flugzeugbau aufgrund seines hervorragenden Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, seiner Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit.

Knetaluminiumlegierungen:

Das Bezeichnungssystem für Knetaluminiumlegierungen verwendet eine vierstellige Zahl:

1xxx-Serie: Technisch reines Aluminium (mindestens 99 %), verwendet für nicht-strukturelle Anwendungen.

2xxx-Serie: Kupfer als Hauptlegierungselement. Diese Legierungen sind wärmebehandelbar und bieten hohe Festigkeit. Häufige Luftfahrtlegierungen umfassen 2024 (Aluminium-Kupfer-Magnesium) und 2017. Sie werden für Flügelhäute, Rumpfstrukturen und andere hochbelastete Bauteile verwendet.

3xxx-Serie: Mangan als Hauptlegierungselement. Nicht wärmebehandelbar, verwendet für Anwendungen mit mittlerer Festigkeit.

5xxx-Serie: Magnesium als Hauptlegierungselement. Nicht wärmebehandelbar, mit guter Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit.

6xxx-Serie: Magnesium und Silizium als Hauptlegierungselemente. Wärmebehandelbar, mit guter Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. 6061 wird häufig für Beschläge und Strukturbauteile verwendet.

7xxx-Serie: Zink als Hauptlegierungselement. Dies sind die höchstfesten Aluminiumlegierungen, einschließlich 7075 (Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer), verwendet für hochbelastete Strukturbauteile wie Flügelholme und obere Flügelhäute.

Wärmebehandlung von Aluminiumlegierungen:

Wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen werden durch folgende Verfahren verarbeitet:

Lösungsglühen: Erhitzen auf eine Temperatur typischerweise zwischen 460 °C und 500 °C, um Legierungselemente in fester Lösung aufzulösen.

Abschrecken: Schnelles Abkühlen, um die übersättigte feste Lösung beizubehalten.

Auslagern (Ausscheidungshärtung): Natürliches Auslagern bei Raumtemperatur oder künstliches Auslagern bei erhöhten Temperaturen, um feine Partikel auszuscheiden, die die Legierung verstärken.

Der Zustandsbezeichner folgt der Legierungsnummer, wie -T3 (lösungsgeglüht, kaltverformt und natürlich ausgelagert), -T4 (lösungsgeglüht und natürlich ausgelagert) und -T6 (lösungsgeglüht und künstlich ausgelagert).

Auswirkungen von Überhitzung:

Das Überschreiten der Lösungsglühtemperatur verursacht eutektisches Schmelzen an den Korngrenzen, was zu Folgendem führt:

Verlust der Festigkeit

Verminderte Korrosionsbeständigkeit

Interkristalline Rissbildung

Oberflächenblasenbildung

Dieser Zustand ist irreversibel und erfordert eine erneute Wärmebehandlung oder den Austausch des Bauteils.

Niermaterialien:

Vollniete werden üblicherweise aus der Aluminiumlegierung 2117-T4 hergestellt, die eine gute Duktilität zum Setzen bietet und nach der Installation eine ausreichende Festigkeit erreicht. Die Kaltverformung beim Nietsetzen, kombiniert mit natürlichem Auslagern, führt zu einem -T3-Zustand. 2024-T4-Niete sind fester, aber weniger duktil und neigen beim Setzen eher zu Rissen; sie werden typischerweise im vollständig weichgeglühten Zustand gesetzt und dürfen natürlich auslagern. Ein Austausch von Niermaterialien ist ohne technische Genehmigung nicht zulässig.

1.3 Titanlegierungen

Titan bietet eine außergewöhnliche Kombination von Eigenschaften für Luftfahrtanwendungen:- Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis

Hervorragende Korrosionsbeständigkeit

Kompatibilität mit Kohlefaserverbundwerkstoffen (keine galvanische Korrosion)

Gute Hochtemperaturbeständigkeit (bis ca. 600°C)

Zu den gängigen Titanlegierungen gehört Ti-6Al-4V (6% Aluminium, 4% Vanadium), das für Strukturbauteile, Verbindungselemente und Triebwerksteile verwendet wird.

Bearbeitungshinweise:

Titan verfestigt sich schnell durch Kaltverfestigung und hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Bohren und Bearbeiten erfordern:

Niedrige Spindeldrehzahlen, um Kaltverfestigung zu vermeiden

Hohe Vorschubgeschwindigkeiten (Druck), um effektiv zu schneiden

Hartmetall- oder Kobalt-Schneidwerkzeuge anstelle von herkömmlichem Schnellarbeitsstahl

Großzügige Kühlmittelanwendung, um die Wärmeentwicklung zu kontrollieren

Die Nichtbeachtung dieser Parameter führt zu schnellem Werkzeugverschleiß, Kaltverfestigung des Materials und möglichen Schäden am Bauteil.

1.4 Magnesiumlegierungen

Magnesium ist das leichteste Strukturmetall und etwa ein Drittel leichter als Aluminium. Es hat jedoch erhebliche Einschränkungen:

Schlechte Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in salzhaltigen Umgebungen

Hohe Anfälligkeit für galvanische Korrosion

Entzündbarkeit in fein verteilter Form

Magnesiumlegierungen werden in begrenzten Anwendungen wie Getriebegehäusen und einigen nicht-strukturellen Bauteilen verwendet. Korrosion von Magnesium erscheint als weißes Pulver mit Abheben der Oberflächenschichten (Abblätterung). Die Reinigung muss sorgfältig mit chromathaltigen chemischen Behandlungen erfolgen; mechanische Methoden wie Drahtbürsten können galvanische Korrosion verursachen und das weiche Material beschädigen.

1.5 Materialidentifikation

Die korrekte Identifizierung von Flugzeugwerkstoffen ist für die Wartung unerlässlich. Zu den Methoden gehören:

Materialzertifizierungsdokumentation

Herstellerkennzeichnungen und Teilenummern

Chemische Analyse (zur eindeutigen Identifizierung)

Elektrische Leitfähigkeitsprüfung (kann einige Legierungen unterscheiden, ist aber nicht eindeutig)

Farbe, Härte und Funkentest sind keine zuverlässigen Methoden zur Identifizierung von Aluminiumlegierungen. Der Funkentest ist nur auf Eisenwerkstoffe anwendbar.

Abschnitt 2: Korrosion

2.1 Korrosionsmechanismen

Korrosion ist die Verschlechterung eines Materials durch chemische oder elektrochemische Reaktion mit seiner Umgebung. Sie ist ein bedeutendes Problem in der Flugzeugwartung, da Korrosion die strukturelle Integrität beeinträchtigen und bei unerkannter Ausbreitung zu katastrophalem Versagen führen kann.

Elektrochemische Korrosion:

Für Korrosion sind vier Elemente erforderlich:

83.Eine Anode (wo Metall verloren geht)

84.Eine Kathode (wo Reduktion stattfindet)

85.Ein Elektrolyt (wie Wasser mit gelösten Salzen)

86.Ein elektrischer Pfad zwischen Anode und Kathode

Die galvanische Reihe ordnet Metalle nach ihrem elektrochemischen Potenzial. Wenn unterschiedliche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten in Kontakt stehen, korrodiert das unedlere Metall bevorzugt.

2.2 Korrosionsarten

Flächenkorrosion (Allgemeine Korrosion):

Diese Korrosionsform erscheint als gleichmäßiger Angriff über eine Oberfläche. Bei Aluminiumlegierungen tritt sie typischerweise als weiße/graue pulverförmige Ablagerungen mit Lochfraß auf. Flächenkorrosion ist oft das Anfangsstadium schwerwiegenderer Korrosion und muss gegen die zulässigen Schadensgrenzen im SRM bewertet werden.

Lochfraßkorrosion:Pitting ist eine lokalisierte Form der Korrosion, die kleine Hohlräume oder Grübchen erzeugt. Sie wird häufig durch einen lokalen Zusammenbruch der schützenden Oxidschicht eingeleitet. Lochfraß kann visuell schwer zu erkennen sein und erfordert möglicherweise ZfP-Verfahren wie Wirbelstromprüfung, um Tiefe und Ausmaß zu bestimmen.

Interkristalline Korrosion:

Diese Korrosion greift entlang der Korngrenzen an, häufig aufgrund der Ausscheidung intermetallischer Phasen während einer unsachgemäßen Wärmebehandlung. Sie ist anfänglich an der Oberfläche nicht sichtbar und erfordert ZfP-Verfahren wie Wirbelstromprüfung zur Erkennung. Interkristalline Korrosion kann zu Folgendem führen:

Festigkeitsverlust

Abblätterung (Anheben der Oberflächenschichten)

Spannungsrisskorrosion

Schichtkorrosion (Exfoliationskorrosion):

Eine Form der interkristallinen Korrosion, bei der Korrosionsprodukte die Kornschichten auseinanderdrücken, wodurch sich das Material anhebt und abblättert. Sie tritt häufig bei Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen auf und erscheint als weißes Pulver mit schichtartigem Anheben.

Spannungsrisskorrosion (SpRK):

SpRK tritt auf, wenn eine anhaltende Zugspannung (Eigenspannung oder äußere Spannung) auf ein Material in einer korrosiven Umgebung einwirkt. Die Rissbildung ist typischerweise interkristallin und kann bei Spannungsniveaus weit unterhalb der Streckgrenze auftreten. SpRK unterscheidet sich von Ermüdung, die aus zyklischer Belastung resultiert. Hochfeste Aluminiumlegierungen (insbesondere die 7xxx-Serie) und hochfeste Stähle sind anfällig.

Kontaktkorrosion (Galvanische Korrosion):

Kontaktkorrosion tritt auf, wenn ungleiche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten in elektrischem Kontakt stehen. Das unedlere (anodischere) Metall korrodiert bevorzugt. Grünlich-weiße Korrosionsprodukte an Stahlschrauben in Kontakt mit Aluminiumstrukturen sind charakteristisch für Kontaktkorrosion. Vorbeugungsmethoden umfassen:

Isolation zwischen ungleichen Metallen (z. B. kadmiumbeschichtete Unterlegscheiben)

Oberflächenschutz (Eloxieren, Beschichten, Lackieren)

Entwässerung, um Elektrolytansammlungen zu verhindern

Reibkorrosion (Fretting-Korrosion):

Reibkorrosion tritt auf, wenn zwei in Kontakt stehende Oberflächen kleine oszillierende Bewegungen erfahren, was zu Verschleiß und Oxidation führt. Sie tritt häufig auf an:

Nietverbindungen

Schraubverbindungen

Lagerflächen

Das charakteristische rot/braune Oxidpulver (bei Stahl) oder schwarze Pulver (bei Aluminium) unterscheidet Reibkorrosion von anderen Korrosionsformen.

Fadenkorrosion (Filiforme Korrosion):

Fadenkorrosion tritt unter Lackfilmen auf und erscheint als fadenförmige Gebilde. Sie ist eine Form der Sauerstoffkonzentrationszellen-Korrosion, die einen beschädigten Lackfilm zur Initiierung erfordert.

2.3 Korrosionsschutz

Eloxieren (Anodisieren):

Eloxieren ist ein elektrolytischer Prozess, der die natürliche Oxidschicht auf Aluminium verdickt. Das Bauteil wird in einem Säureelektrolyten zur Anode gemacht, und an der Oberfläche wird Sauerstoff freigesetzt, wodurch eine dicke, poröse Aluminiumoxidschicht entsteht.

Wesentliche Eigenschaften eloxierter Beschichtungen:

Hervorragende Korrosionsbeständigkeit

Gute Lackhaftung (poröse Struktur)

Leicht erhöhte Verschleißfestigkeit (insbesondere Harteloxieren)

Elektrische Isolationseigenschaften

Gängige Eloxierverfahren umfassen Chromat-Eloxieren (MIL-A-8625 Typ I) und Schwefelsäure-Eloxieren (Typ II). Harteloxieren (Typ III) bietet eine dickere, härtere Beschichtung für verschleißfeste Anwendungen.

Chromatierungskonversionsbeschichtung (Alodine):

Chromatierungskonversionsbeschichtungen werden auf Aluminiumoberflächen aufgebracht, um Folgendes zu gewährleisten:

Korrosionsbeständigkeit (Passivierung der Oberfläche)

Verbesserte Haftung für die anschließende Grundierungs- und LackanwendungDer Prozess beinhaltet eine chemische Behandlung mit einer Chromat-Lösung, die eine dünne, schützende Schicht erzeugt. Es handelt sich nicht um einen Primer selbst, wird aber typischerweise vor der Primer-Auftragung angewendet.

Cadmium-Plattierung:

Cadmium-Plattierung wird auf Stahlbefestigungen und -beschlägen zum Korrosionsschutz angewendet. Cadmium ist anodisch zu Stahl, was bedeutet, dass es bevorzugt korrodiert und so den darunterliegenden Stahl schützt. Weitere Vorteile sind:

Gleitfähigkeit (reduzierte Reibung bei der Installation)

Kompatibilität mit Aluminiumstrukturen (reduzierte galvanische Korrosion)

Weiße Korrosionsprodukte auf der Cadmium-Plattierung zeigen an, dass das Cadmium opferanodisch korrodiert – dies ist eine selbstbegrenzende Schutzschicht. Rötlich-braune Verfärbungen deuten auf Rostbildung auf dem darunterliegenden Stahl hin, was bedeutet, dass die Plattierung durchbrochen wurde und Aufmerksamkeit erfordert.

Aluminieren:

Aluminieren (Aluminium-Diffusionsbeschichtung) bietet Oxidations- und Korrosionsschutz bei hohen Temperaturen (bis zu ca. 900°C). Es wird an Motorabgaskomponenten und anderen Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, bei denen Cadmium- und Zinkbeschichtungen versagen würden.

Primer und Lacke:

Primer werden auf saubere, vorbereitete Oberflächen aufgetragen, um:

Die Haftung nachfolgender Decklacke zu fördern

Korrosion zu hemmen

Epoxid-Primer und chromatierte Primer sind Standard für Aluminiumlegierungsstrukturen. Der Primer muss sowohl mit dem Untergrund als auch mit dem Decklacksystem kompatibel sein.

2.4 Korrosionsinspektion und -bewertung

Wenn Korrosion festgestellt wird, besteht die erste Maßnahme darin, das Ausmaß des Schadens gegen die zulässigen Grenzwerte zu bewerten, die im SRM festgelegt sind. Dies umfasst:

Bestimmung des Korrosionstyps

Messung von Tiefe und Ausmaß

Vergleich mit den zulässigen Schadensgrenzen

Entscheidung zwischen Ausschleifen, Reparatur oder Austausch

Ausschleifen ist nur innerhalb der SRM-Grenzen zulässig. Ein Austausch ist erforderlich, wenn die Korrosion die zulässigen Grenzwerte überschreitet oder die strukturelle Integrität beeinträchtigt.

Abschnitt 3: Nichtmetallische Werkstoffe

3.1 Polymere: Thermoplaste und Duroplaste

Thermoplaste:

Thermoplaste erweichen beim Erhitzen und können wiederholt umgeformt und umgeschmolzen werden. Diese Reversibilität ist ihr charakteristisches Merkmal. Häufige Thermoplaste in Flugzeugen sind:

Acryl (Perspex, Plexiglas): Wird für Fenster und Kabinenhauben aufgrund hervorragender optischer Klarheit und Lichtdurchlässigkeit verwendet.

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol): Wird für Verkleidungen und nicht-strukturelle Komponenten verwendet.

Polycarbonat: Hohe Schlagfestigkeit, wird für einige Verglasungsanwendungen verwendet.

Nylon: Wird für Lager, Buchsen und Kabelführungen verwendet.

Duroplaste:

Duroplaste durchlaufen während des Aushärtens eine irreversible chemische Vernetzungsreaktion. Einmal ausgehärtet, können sie nicht wieder umgeschmolzen oder umgeformt werden. Häufige Duroplaste sind:

Epoxid: Wird als Matrixharz in Verbundwerkstoffen und als Klebstoff verwendet.

Polyester: Wird in einigen Verbundwerkstoffanwendungen verwendet.

Phenolharz: Wird für Innenverkleidungen aufgrund der Feuerbeständigkeit verwendet.

3.2 Acryl-Werkstoffe (Perspex/Plexiglas)

Acryl-Werkstoffe werden häufig für Flugzeugfenster und Kabinenhauben verwendet, aufgrund ihrer:

Hervorragenden optischen Klarheit

Geringen Gewichts

Guten Witterungsbeständigkeit

Spannungsrisse (Crazing):

Crazing ist die Bildung feiner Oberflächenrisse bei Acryl-Werkstoffen, die am häufigsten durch Kontakt mit Lösungsmitteln wie Aceton, Benzin oder Reinigungsmitteln verursacht wird, die die Oberfläche angreifen. Weitere Ursachen sind:

Übermäßige Spannung (Spannungsrissbildung)

UV-Abbau (verursacht Vergilbung, nicht Crazing)

Handhabung und Installation:Acrylfenster werden mit einer Schutzfolie geliefert, die an Ort und Stelle bleiben muss, bis alle angrenzenden Arbeiten (Bohren, Abdichten, Nieten) abgeschlossen sind. Ein zu frühes Entfernen der Folie setzt die Scheibe Kratzern und chemischen Angriffen aus.

Reparaturhinweise:

Gerissene Acrylfenster müssen ersetzt, nicht repariert werden. Risse verringern die strukturelle Integrität und können sich unter Druckbelastung ausbreiten. Das Stoppbohren ist keine zugelassene Dauerreparatur für Fenster.

3.3 ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)

ABS ist ein Thermoplast, der für Verkleidungen und nicht-strukturelle Bauteile verwendet wird. Wichtige Überlegungen umfassen:

Anfälligkeit gegenüber Angriffen durch bestimmte Lösungsmittel, Ketone und Ester

Spannungsrissbildung bei Kontakt mit inkompatiblen Chemikalien

Anforderung an ausschließlich kompatible Klebstoffe und Lacke

3.4 Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe bestehen aus einer Matrix (Harz), die mit Fasern verstärkt ist. Die Matrix überträgt Lasten zwischen den Fasern und schützt sie vor Umweltschäden, während die Fasern Festigkeit und Steifigkeit bereitstellen.

Fasertypen:

Kohlenstofffaser: Hohe Festigkeit und Steifigkeit, geringes Gewicht, verwendet für Primärstrukturen.

Glasfaser: Geringere Kosten, gute elektrische Isolierung, verwendet für Verkleidungen und Sekundärstrukturen.

Aramid (Kevlar): Hohe Schlagfestigkeit, verwendet für Vorderkanten und ballistischen Schutz.

Harzsysteme:

Epoxidharz: Häufigstes Luftfahrtharz, hervorragende mechanische Eigenschaften und Haftung.

Polyesterharz: Geringere Kosten, verwendet in weniger anspruchsvollen Anwendungen.

Phenolharz: Feuerbeständig, verwendet für Innenverkleidungen.

Aushärtungsüberwachung:

Die Glasübergangstemperatur (Tg) steht in direktem Zusammenhang mit dem Aushärtungsgrad von duroplastischen Harzen. Ein vollständig ausgehärtetes Harz hat eine charakteristische Tg; eine niedrigere Tg weist auf eine unzureichende Aushärtung hin. Die Tg-Prüfung verifiziert, dass der Aushärtungszyklus (Zeit/Temperatur) ausreichend war.

Verbundwerkstoff-Defekte:

Delamination: Trennung zwischen Schichten, erkannt durch Klopftest (hohler Klang) oder Ultraschallprüfung.

Harzabbau: Weißes, kreidiges Erscheinungsbild auf der Oberfläche weist auf UV-Abbau des Harzes hin.

Feuchtigkeitseintritt: Verursacht Blasenbildung und kann zu Kernkorrosion in Wabenstrukturen führen.

Faserbruch: Innere Schädigung, auf der Oberfläche nicht sichtbar.

Vakuumbeutelverfahren:

Das Vakuumbeutelverfahren verdichtet Verbundlaminate während des Aushärtens:

Trennfolie: Verhindert das Anhaften des Beutels am Laminat.

Abreißgewebe: Gewebe, das vor dem Aushärten auf die Oberfläche aufgebracht wird; nach dem Aushärten wird es abgezogen und hinterlässt eine saubere, strukturierte Oberfläche, die ideal für das Sekundärkleben ist.

Saugvlies: Nimmt überschüssiges Harz aus dem Laminat auf. Ohne dieses bleibt überschüssiges Harz auf der Oberfläche zurück, was zu einem harzreichen und ungleichmäßigen Finish führt.

Vakuumbeutel: Übt Druck aus, um das Laminat zu verdichten.

Wabenstrukturen:

Waben-Sandwichstrukturen bestehen aus einem Wabenkern, der zwischen zwei Deckschichten verklebt ist. Kernmaterialien umfassen Aluminium, Nomex (Aramidpapier) und Glasfaser.

Kernspleißen:

Beim Einspleißen von neuem Wabenkern in vorhandenen Kern:

Der neue Kern muss in Material, Zellengröße, Folienstärke und Ausrichtung (Bandrichtung) mit dem Original übereinstimmen.

Die Klebefolie muss eine Aushärtungstemperatur haben, die mit der vorhandenen Struktur kompatibel ist.

Vergussmasse wird für Randabschlüsse verwendet, nicht für das Kernspleißen.

Kernkorrosion:Feuchtigkeitseintritt durch Risse oder beschädigte Deckschichten ist die Hauptursache für Korrosion in Wabenkernen aus Aluminium. Regelmäßige Inspektionen auf Wassereintritt sind unerlässlich.

Blitzschutz:

Verbundstrukturen enthalten häufig ein leitfähiges Netz oder eine Folie (Kupfer oder Aluminium) für den Blitzschutz. Leitfähigkeitstests stellen sicher, dass das LSP-System durchgängig und wirksam ist und Blitzströme sicher abgeleitet werden. Dieser Test misst weder die strukturelle Integrität, den Aushärtungszustand noch den Feuchtigkeitsgehalt.

Zulässiger Schaden:

Kleine, flache Dellen, die weder den Kern noch die Verklebung beeinträchtigen, können innerhalb der zulässigen Schadensgrenzen liegen und dürfen unrepariert bleiben, sofern sie die SRM-Grenzen nicht überschreiten. Kernschäden, Delaminationen und Durchstiche erfordern eine Reparatur.

Abschnitt 4: Verbindungselemente

4.1 Vollnieten

Vollnieten sind die am häufigsten verwendeten dauerhaften Verbindungselemente in Flugzeugstrukturen. Sie bestehen aus einem Fertigungskopf und einem Schaft; beim Setzen wird das Schaftende zu einem Setzkopf verformt.

Nietwerkstoffe:

2117-T4 Aluminium: Am gebräuchlichsten, gute Duktilität, im T4-Zustand gesetzt, altert nach dem Setzen natürlich zu T3.

2024-T4 Aluminium: Höhere Festigkeit, aber geringere Duktilität, anfälliger für Rissbildung beim Setzen.

Monel: Korrosionsbeständig, für spezielle Anwendungen verwendet.

Titan: Wird verwendet, wenn hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind.

Nietkennzeichnung:

Kopfmarkierungen an Nieten geben den Werkstoff an:

Glatter Kopf: 1100 oder 3003 Aluminium

Erhabener Punkt: 2117-T4 Aluminium

Erhabener Doppelstrich: 2024-T4 Aluminium

Erhabenes Kreuz: 5056 Aluminium

Vertiefter Punkt: 7050-T73 Aluminium

Nietauswahl:

Entscheidende Faktoren bei der Nietauswahl sind:

Klemm- oder Greiflänge: Gesamtdicke der zu verbindenden Materialien. Die Nietlänge muss ausreichen, um einen ordnungsgemäßen Setzkopf zu bilden.

Durchmesser: Wird durch die Anwendung und die strukturellen Anforderungen bestimmt.

Kopfform: Universalkopf, Senkkopf oder Rundkopf, je nach aerodynamischen und strukturellen Anforderungen.

Randabstand: Mindestabstand von der Nietmitte zur Materialkante.

Nietmontage:

Der Fertigungskopf wird auf der zugänglichen Seite platziert; das Gegenhalter (Bucking Bar) formt den Setzkopf auf der gegenüberliegenden Seite.

Ein neuer Niet muss ohne Spiel in das Loch passen; ein Hammerschlag oder leichter Druck sollte erforderlich sein.

Nieten müssen vor dem Setzen optisch einwandfrei sein – jede Oberflächenbeschädigung erzeugt Spannungskonzentrationen.

Der Schaft expandiert beim Setzen und füllt das Loch aus, wodurch ein fester Sitz entsteht.

Nietentfernung:

Um einen beschädigten Niet zu entfernen, ohne das Loch zu vergrößern:

241.Bohren Sie den Kopf mit einem Bohrer aus, der etwas kleiner als der Schaft ist.

242.Verwenden Sie einen Körner oder Durchschlag, um den verbleibenden Schaft herauszutreiben.

243.Verwenden Sie niemals einen größeren Bohrer, da dieser das Loch vergrößern würde.

Nietersatz:

Nietwerkstoff-Substitutionen sind ohne Genehmigung der Ingenieurabteilung nicht zulässig. Das SRM oder AMM legt den genauen Nietwerkstoff für jede Anwendung fest.

4.2 Bolzen und Muttern

Bolzenkennzeichnung:

Stahlbolzen sind auf dem Kopf mit radialen Linien zur Kennzeichnung der Festigkeitsklasse markiert:

Güteklasse 5: Drei radiale Linien

Güteklasse 8: Sechs radiale Linien

Das Bolzenmaterial kann auch anhand der Kopfmarkierungen identifiziert werden (z. B. „AN" für Air Force-Navy Standard, „MS" für Military Standard).

Hi-Lok-Verbindungselemente:

Hi-Lok-Verbindungselemente bestehen aus einem Gewindebolzen und einer Hülse (Collar), die mit einem Schraubenschlüssel verstemmt (geswaged) wird. Hauptmerkmale:- Gleichmäßiges Festklemmen ohne die Notwendigkeit eines Drehmomentschlüssels

Der Kragen hat einen abbrechbaren Sechskant, der bei einem vorgegebenen Drehmoment abscheert

Wird für strukturelle Verbindungen verwendet

Erfordert Zugang zu beiden Seiten der Struktur

Lockbolts:

Lockbolts werden durch Aufstauchen eines Kragens auf den Bolzen mit einem speziellen hydraulischen Werkzeug installiert. Sie benötigen kein Drehmoment, keine Splinte und kein Schweißen.

Selbstsichernde Muttern:

Selbstsichernde Muttern enthalten eine Sicherungsfunktion – entweder einen Nyloneinsatz oder verformte (nicht kreisförmige) Gewinde – die Reibung auf den Bolzengewinden erzeugt.

Ganzmetall-Typ: Die Sicherungsfunktion ist wirksam, sobald die Mutter vollständig eingeschraubt ist.

Nyloneinsatz-Typ: Der Nylonkragen greift in die Bolzengewinde.

Die Drehmomentangaben berücksichtigen das Sicherungsdrehmoment; kein zusätzliches Drehmoment oder Zurückdrehen ist erforderlich.

Schmierung wird nicht empfohlen, da sie die Sicherungswirkung verändern kann.

Wenn sich eine selbstsichernde Mutter gelockert hat, ist die Sicherungsfunktion wahrscheinlich abgenutzt oder beschädigt – die Mutter muss ersetzt werden.

Scherstifte:

Ein Scherstift ist so ausgelegt, dass er bei einer bestimmten Scherbelastung bricht und als mechanische Sicherung dient, um das System vor Überlastung zu schützen.

4.3 Schnellverschlüsse

Dzus-Verschlüsse:

Dzus-Verschlüsse sind Vierteldrehungs-Schnellverschlüsse, die für das schnelle Entfernen von nicht-strukturellen Verkleidungen ausgelegt sind. Sie werden nicht für die Primärstruktur verwendet.

4.4 Temporäre Befestigungselemente

Clecos:

Clecos sind federbelastete temporäre Befestigungselemente, die zum Ausrichten und Halten von Blechteilen während des Bohrens und Nietens verwendet werden. Sie werden vor der Endmontage entfernt.

4.5 Installationstechniken

Nassinstallation:

Bei der Nassinstallation wird ein korrosionshemmender Dichtstoff (z. B. Polysulfid) auf das Befestigungselement oder das Loch vor der Installation aufgetragen. Der Hauptzweck ist:

Die Verbindung gegen das Eindringen von Flüssigkeiten (Kraftstoff, Wasser) abzudichten

Korrosion zu verhindern

Die Nassinstallation erhöht die Ermüdungslebensdauer nicht wesentlich (dies wird durch Lochvorbereitung und Presspassung erreicht) und wirkt nicht als Schmiermittel (Drehmomentwerte werden normalerweise für die Nassinstallation angepasst).

Drehmomentsiegel (Drehmomentstreifen):

Drehmomentsiegel ist ein lackähnliches Material, das nach dem Anziehen über das Befestigungselement und die umgebende Struktur aufgetragen wird. Wenn es reißt oder gestört wird, deutet dies auf mögliches Lockern hin. Es bietet keine mechanische Sicherung.

Abschnitt 5: Dichtstoffe und Klebstoffe

5.1 Dichtstofftypen

Polysulfid-Dichtstoffe:

Polysulfid-Dichtstoffe sind die am häufigsten verwendeten Dichtstoffe für integrale Flugzeugkraftstofftanks. Wichtige Eigenschaften:

Hervorragende Kraftstoffbeständigkeit

Zweikomponentensysteme (Basis und Beschleuniger)

Aushärtung bei Raumtemperatur

Erfordern einen Primer für eine ordnungsgemäße Haftung auf Aluminium

Silikondichtstoffe:

Silikondichtstoffe sind nicht kraftstoffbeständig und für Kraftstofftankanwendungen nicht geeignet. Sie werden verwendet für:

Abdichtung der Druckkabine

Abdichtung von Brandschutzwänden

Schutz elektrischer Komponenten

Cyanacrylat-Klebstoffe:

Cyanacrylate (Sekundenkleber) sind nicht für große Spalte oder strukturelle Anwendungen geeignet. Sie werden für kleine, nicht-strukturelle Klebearbeiten verwendet.

5.2 Dichtstoffanwendung

Kritische Überlegungen beim Auftragen von Dichtstoffen:

Topfzeit: Die Verarbeitungszeit, bevor der Dichtstoff zu härten beginnt.

Primeranforderung: Viele Dichtstoffe erfordern einen Primer für eine ordnungsgemäße Haftung.

Aushärtezeit: Variiert je nach Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Auftragsdicke: Muss innerhalb der festgelegten Grenzen liegen.

5.3 Klebstoffe

Kaltverklebung:

Die Kaltverklebung verwendet einen zweikomponentigen Epoxidklebstoff, der bei Raumtemperatur aushärtet. Kritische Anforderungen:- Die Oberflächenvorbereitung ist für die Haftfestigkeit unerlässlich.

Einkomponentenklebstoffe benötigen Wärme zum Aushärten.

Cyanoacrylate sind keine strukturellen Klebstoffe.

Haftklebstoffe sind nicht für strukturelle Verklebungen geeignet.

Abschnitt 6: Zerstörungsfreie Prüfung (NDT)

6.1 Farbeindringprüfung

Die Farbeindringprüfung erkennt oberflächenoffene Unstetigkeiten in nicht-porösen Werkstoffen.

Lösemittelabwischbares Eindringsystem:

Für lösemittelabwischbare Eindringmittel:

316.Eindringmittel auftragen und Einwirkzeit einhalten.

317.Überschüssiges Eindringmittel mit einem leicht mit Lösemittel getränkten Tuch entfernen.

318.In eine Richtung wischen, um ein Herausziehen des Eindringmittels aus Unstetigkeiten zu verhindern.

319.Entwickler auftragen.

320.Anzeigen bewerten.

Für wasserabwaschbare Eindringmittel wird Hochdruckwasser verwendet, nicht für lösemittelabwischbare Systeme.

6.2 Magnetpulverprüfung (MPI)

Die Magnetpulverprüfung erkennt Oberflächen- und oberflächennahe Risse in ferromagnetischen Werkstoffen (Stahl, Eisen).

Verfahren:

325.Das Bauteil magnetisieren.

326.Magnetpulver auftragen (trocken oder nass).

327.Pulver sammelt sich an Unstetigkeiten und bildet Anzeigen.

328.Anzeigen bewerten, während das Bauteil noch magnetisiert ist.

329.Nach Abschluss der Prüfung entmagnetisieren.

MPI ist die am besten geeignete Methode zur Erkennung von Oberflächenrissen in Stahlschweißnähten und Fahrwerkskomponenten.

6.3 Wirbelstromprüfung

Die Wirbelstromprüfung erkennt Oberflächen- und oberflächennahe Fehler in leitfähigen Werkstoffen. Sie wird häufig eingesetzt zur Erkennung von:

Interkristalliner Korrosion in Aluminiumlegierungen

Oberflächenrissen

Leitfähigkeitsänderungen

Wirbelstrom ist besonders nützlich zur Erkennung von Korrosion unter der Oberfläche in Aluminiumstrukturen.

6.4 Ultraschallprüfung

Die Ultraschallprüfung verwendet hochfrequente Schallwellen zur Erkennung innerer Fehler. Sie ist wirksam für:

Delaminationen in Verbundwerkstoffen

Dickenmessungen

Fehler unter der Oberfläche

6.5 Klopftest

Der Klopftest ist eine einfache Methode zur Erkennung von Delaminationen in Verbundstrukturen. Ein „weicher" oder „hohler" Klang weist auf einen Haftungsverlust oder eine Delamination zwischen den Schichten hin.

Abschnitt 7: Lackierung und Oberflächenbehandlung von Luftfahrzeugen

7.1 Funktion der Grundierung

Grundierungen werden auf saubere, vorbereitete Oberflächen aufgetragen, um:

Die Haftung nachfolgender Deckschichten zu fördern

Korrosion zu hemmen

Epoxidgrundierungen und chromathaltige Grundierungen sind Standard für Aluminiumlegierungsstrukturen.

7.2 Bestandteile des Lacksystems

Ein vollständiges Luftfahrzeug-Lacksystem besteht typischerweise aus:

353.Oberflächenvorbereitung (Reinigung, Beizen, Konversionsbeschichtung)

354.Grundierung (Korrosionsschutz und Haftung)

355.Deckschicht (aerodynamische Glätte, Schutz und Aussehen)

Abschnitt 8: Rohrleitungen und Schläuche in Luftfahrzeugen

8.1 Hydraulikrohrleitungen

Hochdruck-Hydrauliksysteme (3000 psi) verwenden korrosionsbeständige Stahlrohre (CRES) für Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Aluminiumrohre werden für Niederdruck-Rücklaufleitungen verwendet.

Kupfer wird aufgrund von Kaltverfestigung und Kompatibilitätsproblemen nicht verwendet.

Zusammenfassung der wichtigsten Zusammenhänge| Material | Schlüsseleigenschaft | Häufige Anwendung | Hauptproblem |

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Typische Prüfungsschwerpunkte

375.Korrosionsarten und Identifizierung: In der Lage sein, Korrosionsarten anhand von Beschreibungen des Erscheinungsbildes und der Lage zu identifizieren. Den Unterschied zwischen Lochfraß, interkristalliner Korrosion, Schichtkorrosion, galvanischer Korrosion, Reibkorrosion und Spannungsrisskorrosion kennen.

376.Korrosionsschutzmethoden: Zweck und Verfahren des Eloxierens, Chromatierens, Kadmiumplattierens und Aluminierens verstehen. Wissen, welcher Schutz für welches Material und welche Anwendung geeignet ist.

377.Identifizierung und Auswahl von Verbindungselementen: Wissen, wie Nietmaterialien anhand von Kopfmarkierungen, Schraubengüten anhand von Kopfmarkierungen identifiziert werden und welches Verbindungselement für bestimmte Anwendungen korrekt ist. Die Folgen unsachgemäßen Ersatzes verstehen.

378.Nietinstallation: Bestimmung der Klemmlänge, Anforderungen an die Passung der Bohrung, Ausbildung des Setzkopfes und die korrekte Technik zum Entfernen von Nieten verstehen.

379.Verbundwerkstoffe: Den Vakuumbeutelprozess, die Funktion von Abreißgewebe und Saugvlies, häufige Fehler und deren Ursachen sowie den Zweck von Leitfähigkeitsprüfungen und Tg-Prüfungen verstehen.

380.Zerstörungsfreie Prüfung: Wissen, welche ZfP-Methode für welches Material und welche Fehlerart geeignet ist. Die korrekten Verfahren für Farbeindringprüfung und Magnetpulverprüfung verstehen.

381.Dichtstoffe: Wissen, welche Dichtstofftypen für Kraftstofftanks geeignet sind, die kritischen Überlegungen bei der Anwendung von Dichtstoffen und die Eigenschaften verschiedener Dichtstofffamilien.

382.Wärmebehandlung: Die Wärmebehandlungsverfahren für Stahl- und Aluminiumlegierungen, die Auswirkungen von Überhitzung und die Überprüfung der Wärmebehandlung (Härteprüfung) verstehen.

383.Materialeigenschaften: Die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen von Eisenwerkstoffen, Aluminiumlegierungen, Titan, Magnesium und nichtmetallischen Werkstoffen kennen.

384.Sicherheitsaspekte: Die Gefahren im Zusammenhang mit chromatbasierten Produkten (Toxizität von sechswertigem Chrom) und die erforderliche persönliche Schutzausrüstung verstehen.

Referenzen

EASA Part-66, Verordnung (EU) Nr. 1321/2014, Anhang III, Anlage I, Modul 6

AMC/GM zu Part-66

Aircraft Maintenance Manuals (AMM)

Structural Repair Manuals (SRM)

AC 43-4A (Korrosionsschutz für Luftfahrzeuge)

AC 43-13-1B (Akzeptable Methoden, Techniken und Praktiken)

SAE J429 (Mechanische und werkstoffliche Anforderungen an außengewindete Verbindungselemente)

MIL-A-8625 (Anodische Beschichtungen für Aluminium)

AMS 2400 (Kadmiumplattierung)

ASTM E1444 (Magnetpulverprüfung)

Modul 6: Werkstoffe und Bauteile