Modul 6: Werkstoffe und Bauteile — EASA Part-66 B2 Studienmaterial
1. Modulübersicht
Modul 6 des EASA Part-66 Lehrplans (Anhang I) behandelt das grundlegende Wissen über Flugzeugwerkstoffe, Bauteile und deren Anwendung in der Instandhaltung. Für die B2-Avionik-Kategorie liegt der Schwerpunkt dieses Moduls auf der Beziehung zwischen Werkstoffwissenschaft und elektrischen/elektronischen Systemen, einschließlich Korrosionsschutz, elektrischer Verkabelung, Steckverbindern, Bonding und Abschirmung. Das Modul ist in mehrere Unterthemen gegliedert:
6.1 Flugzeugwerkstoffe — Eisen- und Nichteisenmetalle, Verbundwerkstoffe und deren Eigenschaften
6.2 Korrosion — Arten, Vorbeugung und Behandlung
6.3 Verbindungselemente — Schrauben, Muttern, Niete und Sicherungselemente
6.4 Rohre und Schläuche — Arten und Anwendungen
6.5 Federn, Lager und Getriebe — Grundprinzipien
6.6 Elektrische Kabel und Steckverbinder — Verkabelung, Abschirmung und Anschluss
6.7 Flugzeug-Bauteile — Schellen, Kabelbinder und Befestigungsvorrichtungen
6.8 Nichtmetallische Werkstoffe — Kunststoffe, Dichtungsmassen und Klebstoffe
6.9 Glasfasertechnik — Prinzipien und Flugzeuganwendungen
Die Wissensstufen reichen von Stufe 1 (Überblick) bis Stufe 3 (detaillierte Theorie mit praktischer Anwendung). Für B2-Freigabeberechtigtes Personal liegt der besondere Schwerpunkt auf elektrischen Bauteilen, Bonding und Korrosionsschutz in Bezug auf Avionik-Installationen.
2. Schlüsselkonzepte im Detail erklärt
2.1 Metallische Flugzeugwerkstoffe
Aluminiumlegierungen
Aluminium ist der primäre Strukturwerkstoff im Flugzeugbau aufgrund seines günstigen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses. Das vierstellige Bezeichnungssystem identifiziert die wichtigsten Legierungselemente:
Legierungsserie
Wichtigstes Legierungselement
Typische Anwendung
1xxx
Reinaluminium (99 %+)
Elektrische Leiter, Plattierungen
2xxx
Kupfer
Flügelhäute, Strukturbauteile (2024-T3)
5xxx
Magnesium
Kraftstofftanks, Marineanwendungen
6xxx
Magnesium + Silizium
Rumpfspanten, Beschläge (6061-T6)
7xxx
Zink
Hochfeste Strukturbauteile (7075-T6)
Die Temperaturbezeichnung (z. B. -T3, -T6) gibt das Wärmebehandlungs- und mechanische Umformverfahren an. Beispielsweise wurde 2024-T3 lösungsgeglüht, kaltverfestigt und natürlich ausgelagert, um seine charakteristische Festigkeit zu erreichen.
Wichtige Eigenschaften für die Instandhaltung:
2024-T3: Hohe Ermüdungsfestigkeit, hervorragend für Flügelhäute geeignet
7075-T6: Höchste Festigkeit, aber anfälliger für Spannungsrisskorrosion
6061-T6: Gute Korrosionsbeständigkeit, leicht schweißbar, für Beschläge verwendet
Titanlegierungen
Titan bietet eine außergewöhnliche Kombination von Eigenschaften für Luft- und Raumfahrtanwendungen:
Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis (vergleichbar mit Stahl bei etwa 60 % des Gewichts)
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Salzwasserumgebungen
Ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit (bis ca. 600 °C)
Gute Ermüdungsfestigkeit
Typische Anwendungen umfassen Triebwerkskomponenten, Fahrwerkteile und Verbindungselemente in korrosionsgefährdeten Bereichen. Die Kompatibilität von Titan mit Kohlefaserverbundwerkstoffen (keine Kontaktkorrosion) macht es in modernen Flugzeugstrukturen wertvoll.#### Stahllegierungen
Flugzeugstähle werden nach ihrem Kohlenstoffgehalt und ihren Legierungselementen klassifiziert:
Niedrigkohlenstoffstähle: Verwendet für allgemeine Beschläge, Kabelendstücke
Mittelkohlenstoffstähle: Federn, Wellen und Zahnräder
Hochkohlenstoffstähle: Schneidwerkzeuge, Lager
Legierte Stähle: Chrom-Molybdän (Chrom-Moly) für Strukturrohre, Nickel-Chrom für Hochtemperaturanwendungen
Korrosionsschutz von Stahl ist entscheidend. Übliche Schutzbeschichtungen umfassen:
Galvanische Korrosion tritt auf, wenn zwei ungleiche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten in elektrischem Kontakt stehen. Das stärker anodische Metall korrodiert bevorzugt. Die galvanische Spannungsreihe ordnet Metalle von anodisch (aktiv) zu kathodisch (edel):
Opferanoden wie Kadmium werden gezielt eingesetzt, um edlere Metalle zu schützen. Die Kadmiumplattierung auf Stahlbefestigungen korrodiert bevorzugt und schützt so den darunterliegenden Stahl.
Lochfraßkorrosion ist ein lokalisierter Angriff, der kleine Löcher auf Aluminiumoberflächen erzeugt und als weiße oder graue pulverförmige Ablagerungen erscheint. Sie tritt häufig dort auf, wo Schutzbeschichtungen beschädigt sind, sodass Feuchtigkeit und Verunreinigungen das blanke Metall erreichen können.
Interkristalline Korrosion greift die Korngrenzen von Aluminiumlegierungen an, insbesondere bei 7075-T6. Sie kann sich tief in das Material ausbreiten, während die Oberfläche nur leicht angeätzt oder blasig erscheint. Dies ist besonders gefährlich, da es ohne sichtbare Warnung zu plötzlichem Versagen führen kann. Zur Erkennung sind Wirbelstrom- oder Ultraschallprüfungen erforderlich.
Methoden zur Korrosionsverhinderung:
Isolierung ungleicher Metalle mit nichtleitenden Unterlegscheiben (Neopren, Nylon)
Schutzplattierung (Kadmium, Nickel, Zink)
Grundierungssysteme (Rotoxid für Stahl, Zinkchromat für Aluminium)
Dichtungsmittel zur Verhinderung von Feuchtigkeitseintritt
Entwässerungsvorkehrungen zur Verhinderung von Wasseransammlungen
Duroplastische Kunststoffe durchlaufen während des Aushärtens eine irreversible chemische Vernetzungsreaktion. Nach dem Aushärten werden sie durch erneutes Erhitzen nicht weich – sie zersetzen sich oder verkohlen, bevor sie schmelzen. Dies ist ein grundlegender Unterschied zu Thermoplasten.
Übliche Duroplaste im Flugzeugbau:
Epoxidharze (primäre Matrix für Strukturverbundwerkstoffe)
Phenolharze (Innenverkleidungen, aufgrund der Feuerbeständigkeit)
Polyesterharze (Allzweck-Verbundwerkstoffe)
Verbundstrukturen
Moderne Flugzeuge verwenden in großem Umfang faserverstärkte Verbundwerkstoffe:
Sandwichkonstruktionen kombinieren Verbundwerkstoff-Deckschichten mit Wabenkernen (Nomex, Aluminium), um hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht zu erreichen.Schadensarten bei Verbundwerkstoffen:
Delamination: Trennung von Schichten, häufig verursacht durch Schlageinwirkung oder Feuchtigkeitseintritt
Dellen: Typischerweise verursacht durch Stöße mit geringer Energie (fallengelassenes Werkzeug, Hangarausrüstung)
Risse: Matrixrisse durch Überbeanspruchung oder Schlageinwirkung
Faserbruch: Schaden durch Stöße mit hoher Energie
Inspektion von Verbundwerkstoffschäden:
Bevor über ein Reparaturschema entschieden wird, muss das gesamte Ausmaß des Schadens erfasst werden mittels:
Sichtprüfung
Klopftest (akustische Reaktion)
Ultraschallprüfung
Thermografie
Das Schadensausmaß muss mit den zulässigen Schadensgrenzen des Herstellers (CMM/SRM) verglichen werden. Reparaturen müssen gemäß zugelassenen Verfahren durchgeführt werden.
2.3 Befestigungselemente und Sicherungseinrichtungen
Vollnieten
Vollnieten sind die primären dauerhaften Befestigungselemente in Flugzeugstrukturen. Die Niete wird durch Formen eines Setzkopfes auf der Blindseite installiert.
Standardabmessungen des Setzkopfes:
Durchmesser: 1,5 × Schaftdurchmesser
Höhe: 0,5 × Schaftdurchmesser
Nietwerkstoffe müssen zur Struktur passen, um galvanische Korrosion zu verhindern. Aluminiumniete werden durch Kopfmarkierungen identifiziert (z. B. Vertiefung für 2117, erhabener Punkt für 2024).
Blindniete (Popniete)
Blindniete sind für die Installation an Stellen konzipiert, an denen der Zugang zur Rückseite eingeschränkt ist. Das Setzwerkzeug zieht einen Dorn durch den Nietkörper und formt dabei den Setzkopf. Der Dorn bricht dann an einer vorbestimmten Stelle ab.
Bolzen und Muttern
Flugzeugbolzen werden aus korrosionsbeständigem Stahl, legiertem Stahl oder Titan hergestellt. Die Bolzengüte wird durch Kopfmarkierungen angegeben (z. B. X für 125 ksi, XXXX für 160 ksi).
Drehmomentanwendung:
Drehmomentwerte sind im AMM oder in zugelassener Dokumentation festgelegt
Kalibrierten Drehmomentschlüssel verwenden
Drehmoment gleichmäßig anwenden, nicht ruckartig
Drehmomentwerte gelten typischerweise für trockene Gewinde, sofern nicht anders angegeben
Schmierung reduziert Reibung und erfordert ein geringeres Drehmoment für dieselbe Klemmkraft
Übermäßiges Anziehen kann Gewinde beschädigen, Sicherungseinsätze zerdrücken oder den Bolzen überbeanspruchen. Zu geringes Anziehen kann zu Lockerung unter Vibration führen.
Selbstsichernde Muttern
Selbstsichernde Muttern bieten Vibrationsfestigkeit ohne zusätzliche Sicherungseinrichtungen:
Nylon-Einsatz (Elastic Stop Nut):
Ein Nylonkragen verformt sich um die Bolzengewinde und erzeugt Reibung
Begrenzter Temperaturbereich (typischerweise bis 120 °C)
Übermäßiges Anziehen kann den Nylon-Einsatz zerdrücken oder verformen, was zum Verlust der Sicherungswirkung führt
Metallische Sicherungsmuttern:
Verwenden verformte Gewinde oder ein geschlitztes Sechskantdesign
Geeignet für Hochtemperaturbereiche, in denen Nylon-Einsätze versagen würden
Können Temperaturen über 250 °C standhalten
Sicherungseinrichtungen
Splinte:
Werden durch ein Loch im Bolzen eingeführt und mit den Schlitzen einer Kronenmutter in Eingriff gebracht. Die Schenkel werden umgebogen, um eine Drehung physisch zu verhindern.
Federringe:
Wellenscheiben und Spaltringe üben eine kontinuierliche Federkraft aus, um die Vorspannung aufrechtzuerhalten und ein Lösen unter Vibration zu verhindern.
Sicherungsdraht (Drahtsicherung):
Draht, der durch Löcher in Befestigungselementen gefädelt und verdrillt wird, um eine Drehung zu verhindern. Muss so installiert werden, dass ein Lösen des Befestigungselements den Draht spannt.
2.4 Elektrische Kabel und Leitungen
Drahttypen und Auswahl
Drahtdimensionierung:
In der EASA-Part-66-Umgebung werden Drahtgrößen in Quadratmillimetern (mm²) gemäß europäischen Normen angegeben. Die Querschnittsfläche muss eine Strombelastbarkeit über der erwarteten Last bieten, unter Berücksichtigung von:
PVC wird in Flugzeugen aufgrund von Entflammbarkeitsbedenken und niedriger Temperaturklasse nicht verwendet.
Mindestbiegeradius:
Der standardmäßige Mindestbiegeradius für Drähte beträgt das 10-fache des Drahtdurchmessers. Bei einem 2-mm-Draht beträgt der Mindestbiegeradius 20 mm. Dies verhindert Schäden an Isolierung und Leiter.
Kabelschirmung
Zweck von Schirmen:
Kabelschirme (geflochten oder Folie) umgeben die Leiter, um:
Elektromagnetische Störungen (EMI) zu blockieren
Einen Rückweg für Signale bereitzustellen
Die Abstrahlung von Signalen aus dem Kabel zu verhindern
Schirmabschluss:
Ein ordnungsgemäßer Schirmabschluss erfordert einen niederohmigen Pfad zur Erde:
Eine 360-Grad-Klemme an der Gehäuserückseite erhält die Schirmwirksamkeit aufrecht
Das Verdrillen zu einem Schweif erzeugt eine hochohmige Verbindung und wird für Hochfrequenzsignale nicht empfohlen
Schirme werden an festgelegten Punkten geerdet (gebondet), bei HF-Anwendungen oft an beiden Enden
Twisted-Pair-Kabel
Twisted-Pair-Kabel werden für die Datenübertragung (ARINC 429, CAN-Bus) verwendet, da die Verdrillung elektromagnetische Störungen aufhebt und Übersprechen zwischen den Leitern reduziert. Dies ist entscheidend für die zuverlässige Signalintegrität in Avioniksystemen.
Koaxialkabel
Koaxialkabel bestehen aus:
Innenleiter (Mitte)
Dielektrische Isolierung
Geflochtener Schirm (Außenleiter)
Außenmantel
Der geflochtene Schirm bietet einen Rückweg für Signale und schirmt gegen externe EMI ab.
Glasfaserkabel
Glasfaserkabel in Flugzeugen verwenden Polyurethan-Mäntel aufgrund:
Hervorragender Abriebfestigkeit
Beständigkeit gegen Kraftstoffe und Hydraulikflüssigkeiten
Großer Temperaturbereichsfähigkeit
PVC wird aufgrund von Gewichts- und Entflammbarkeitsbedenken nicht verwendet. PTFE und Nylon haben spezifische Verwendungen, sind aber nicht das primäre Mantelmaterial für Avionik-Glasfasern.
2.5 Elektrische Hardware und Steckverbinder
Steckverbinder
Elektrische Steckverbinder in Flugzeugen sind Präzisionskomponenten, die die elektrische Integrität unter Vibration, extremen Temperaturen und Umwelteinflüssen aufrechterhalten müssen.
Steckverbindertypen:
Rundsteckverbinder mit Bajonettverschluss (Schnelltrennkupplung)
Schraubkupplung
Rechteckig (Rack und Panel)
D-Subminiatur (Avionik)
Identifizierung von Steckverbinderstiften:
Die korrekte Methode zur Identifizierung eines Anschlusses besteht darin, den Schaltplan des Flugzeugs (AMM oder WDM) zu konsultieren, der die Stiftnummer für jede Drahtfunktion angibt. Farbcodes sind für die Stiftidentifizierung nicht standardisiert.
Wartung von Steckverbindern:
Verwenden Sie das richtige Entnahmewerkzeug zum Entfernen von Relais und Komponenten aus Fassungen
Überprüfen Sie die sichere Verriegelung von Bajonettsteckverbindern durch leichtes Drehmoment in Verriegelungsrichtung
Prüfen Sie die Durchgängigkeit zwischen Gehäuserückseite und Steckverbindergehäuse mit einem niederohmigen Ohmmeter
Aderendhülsen
Aderendhülsen sind kleine Metallröhrchen, die auf das Ende von Litzenleitern gecrimpt werden, um:
Ausfransen zu verhindern
Einen festen Verbindungspunkt für Schraubklemmen bereitzustellen
Zuverlässige, reproduzierbare Verbindungen in Avionik-Racks und Anschlusskästen zu gewährleisten#### Kabelbinder und Schellen
Nylon-Kabelbinder bündeln Drähte und Kabel, bieten mechanische Unterstützung und verhindern Bewegungen, die Scheuern oder Beschädigungen verursachen könnten.
Schellen befestigen Kabelbäume an der Struktur, verhindern Scheuern und dämpfen Vibrationen. Nylon ist das am häufigsten verwendete Schellenmaterial, da es leicht, nicht leitend und flammhemmend ist.
Ferritkerne
Ferritkerne oder -ringe, die um Kabel angebracht werden, dämpfen hochfrequente Störungen und elektromagnetische Störungen (EMI). Sie wirken als Tiefpassfilter, der hochfrequente Signale blockiert, während Gleichstrom und niederfrequente Signale durchgelassen werden. Sie werden an Signalkabeln verwendet, um Störungen empfindlicher Avionik zu verhindern.
2.6 Bonding und Erdung
Zweck des Bondings
Bondingbänder verbinden Metallteile, um:
Elektrische Potenziale zwischen Komponenten auszugleichen
Statische Aufladung zu verhindern
Einen Pfad für Blitzströme bereitzustellen, die sicher zur Struktur fließen
Den ordnungsgemäßen Betrieb von Avioniksystemen sicherzustellen
Bondingbänder
Bondingbrücken bestehen typischerweise aus verzinntem Kupfergeflecht. Die Verzinnung bietet:
Schutz gegen Oxidation und Korrosion
Verbesserte Lötbarkeit
Kritisch in Treibstofftankumgebungen, in denen Feuchtigkeit und Kraftstoffdämpfe Korrosion beschleunigen
Inspektion von Bondingbrücken:
Ein gebrochener Draht reduziert den Querschnitt und kann zu Überhitzung oder Ausfall führen. Jegliche gebrochenen Drähte, Korrosion oder Beschädigungen, die die Wirksamkeit reduzieren, machen die Brücke unbrauchbar. Leichte Verfärbung ist akzeptabel; natürlicher Durchhang ist normal.
Bonding-Widerstandsgrenzwerte
Standardanforderungen für Flugzeug-Bonding geben maximale Widerstandswerte vor:
Anwendung
Maximaler Widerstand
Primäres Bonding (Antennenfüße)
2,5 Milliohm
Sekundäres Bonding (allgemein)
10 Milliohm (0,01 Ohm)
Allgemeines Geräte-Bonding
100 Milliohm
Für Antenneninstallationen beträgt der typische maximal zulässige Widerstand 10 Milliohm. Ein Messwert von 5 Milliohm liegt deutlich innerhalb der Grenzwerte.
2.7 Dichtungsmaterialien
Dichtstoffe im Flugzeug
Dichtstoffe erfüllen mehrere Zwecke:
Bereitstellung flüssigkeitsdichter Barrieren
Aufrechterhaltung der Druckintegrität in druckbeaufschlagten Spanten
Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit, das zu Korrosion führen kann
Gewährleistung aerodynamischer Glätte
Abdichtung von Druckschotts:
Dichtstoffe an Druckschotts sind kritisch für die Aufrechterhaltung der Kabinenpressurisierung und die Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit. Der Dichtstoff muss seine Eigenschaften über den betrieblichen Temperaturbereich des Flugzeugs beibehalten und alterungsbeständig sein.
Dichtstofftypen:
Polysulfid (Treibstofftank-Dichtstoffe)
Silikon (Hochtemperaturanwendungen)
Polyurethan (Allzweck)
2.8 Batterien und Gefahrstoffe
Nickel-Cadmium (Ni-Cd) Batterien
Der Elektrolyt von Ni-Cd-Batterien ist alkalisch (Kaliumhydroxid). Im Falle eines Auslaufens:
223.Neutralisieren Sie den Elektrolyten mit einer schwachen Säure (Borsäure oder Essig)
224.Reinigen Sie den Bereich mit Wasser
225.Inspizieren Sie die umgebende Struktur auf Beschädigungen
Trockenes Abwischen ist unzureichend; der alkalische Rückstand korrodiert die Struktur weiterhin.
3. Wichtige Formeln und Vorschriften
3.1 Drahtquerschnitt und Strombelastbarkeit
Die Strombelastbarkeit eines Drahtes hängt ab von:
Querschnittsfläche (mm²)
Temperaturklasse der Isolierung
Umgebungstemperatur
Bündelungsfaktor (mehrere Drähte in einem Bündel reduzieren die Belastbarkeit)
3.2 Drehmomentberechnungen
Drehmoment mit Verlängerungswerkzeugen:
Bei Verwendung einer Maulschlüssel-Verlängerung oder eines Adapters ändert sich das effektive Drehmoment:\[ T_{tatsächlich} = T_{angezeigt} \times \frac{L_{Schlüssel} + L_{Verlängerung}}{L_{Schlüssel}} \]
Wobei:
\( T_{tatsächlich} \) = tatsächliches Drehmoment, das auf das Befestigungselement ausgeübt wird
\( T_{angezeigt} \) = Drehmomentschlüssel-Anzeige
\( L_{Schlüssel} \) = Abstand von der Schlüsselmitte zum Griff
\( L_{Verlängerung} \) = Länge der Verlängerung
3.3 Messung des Bonding-Widerstands
Der Bonding-Widerstand wird mit einem Niederohm-Messgerät (Milliohmmeter) mit einer Vierleiter-Messung (Kelvin-Messung) gemessen, um den Leitungswiderstand zu eliminieren.
3.4 Regulatorische Referenzen
Part-66 (Verordnung (EU) Nr. 1321/2014, Anhang III):
Für B2-Freigabeberechtigtes Personal erfordert Wissen der Stufe 3:
Verständnis der zugrunde liegenden Prinzipien
Fähigkeit, Wissen in praktischen Szenarien anzuwenden
Eigenständige Entscheidungsfindung in Wartungssituationen
Fehlerbehebungsfähigkeit auf der Grundlage von Material- und Hardwarekenntnissen
Zusammenfassung
Modul 6 vermittelt das Grundlagenwissen über Materialien und Hardware, das für die B2-Avionik-Wartung unerlässlich ist. Die wichtigsten Themen sind:
340.Materialeigenschaften bestimmen ihre Anwendung und Wartungsanforderungen
341.Korrosion ist der primäre Degradationsmechanismus, der systematische Prävention und Behandlung erfordert
342.Befestigungselemente und Sicherungen müssen korrekt ausgewählt, installiert und mit dem richtigen Drehmoment angezogen werden
343.Elektrische Verkabelung und Steckverbinder erfordern sorgfältige Handhabung, ordnungsgemäße Terminierung und Abschirmung für die Signalintegrität
344.Bonding und Erdung sind entscheidend für die Sicherheit und die Avionik-Leistung
345.Regulatorische Konformität gewährleistet die Lufttüchtigkeit durch zugelassene Daten, Teile und Verfahren
Die Beherrschung dieser Konzepte befähigt das Freigabeberechtigte Personal, fundierte Wartungsentscheidungen zu treffen, Defekte zu erkennen und Reparaturen durchzuführen, die die Lufttüchtigkeit des Luftfahrzeugs erhalten.
