Die Qualität eines Hubschrauber - Rotorblatts ist entscheidend vom optimalen Fertigungsprozess abhängig. Der Zuschnitt der harzgetränkten Faserbündel (Prepregs) und der Legeplan müssen so berechnet sein, dass keine Druckunterschiede in der Form entstehen. “Wellige” Laminate und Festigkeitsprobleme wären die Folge.

Vor gut einem Jahr hat Eurocopter sein rundum erneuertes und als Kompetenzzentrum definiertes Rotorblatt-Werk am größten deutschen Produktionsstandort in Donauwörth offiziell wiedereröffnet. Josef Köcher ist in dort Leiter des Rotorblatt-Bereichs und hat damit jede Menge zu tun. Denn Eurocopter ist mittlerweile weltweit die Nummer Eins der Hubschrauberbranche mit einem Umsatz von 4 Mrd Euro, Neuaufträgen über 802 Hubschrauber und einem Anteil von 53 % am zivilen und halbstaatlichen Markt. Zusammengerechnet stellen die Produkte des Konzerns einen Anteil von 30 % am gesamten weltweiten Hubschrauberbestand. Das Rotorblatt-Werk in Donauwörth ist als Kompetenzzentrum strukturiert. Dieser Bereich hält mit seinen Funktionen wie Qualitätssicherung, Engineering und Supply Chain Management die Fertigung und Reparatur von Rotorblättern in einer Hand.

Die Fertigung eines Rotorblatts für die EC 135 ist wegen der dabei geforderten Präzision und höchsten Qualitätsanforderungen ein komplexer Prozess. Zunächst wird das gesamte, für ein Rotorblatt benötigte Rohmaterial aus der Eingangskontrolle abgeholt und zu einem Kit konfektioniert. In einer zweigeteilten Formmulde für die Blattober- und Unterseite werden dann nach einem penibel einzuhaltenden Legeplan mit Harz getränkte, exakt zugeschnittene Faserbündel, sogenannte Prepregs, eingelegt. Der große Vorteil dieses vorgefertigten Rohstoffs ist, dass die Faserntränkung mit dem Matrixharz bereits vor dem eigentlichen Formvorgang maschinell unter reproduzier- und kontrollierbaren Bedingungen erfolgt. Ziel ist es, möglichst nur so viel Harz wie für die maximale Festigkeit des fertigen Werkstücks nötig ist, einzubringen.

Das leicht klebrige Prepreg ist auf Trägerfolien aufgebracht und muss gekühlt gelagert werden. Auf das Prepreg kommt dann ein Faserverbundwerkstoff (FVW) -Holm als “internes Gerüst”, der mit ebenfalls vorgefertigten Schaumteilen umlegt wird. Diese bestehen aus Polymethacrylimid (PMI) und sind unter dem Markennamen ROHACELL® bekannt. Das Material wird seit 1997 für die Rotorblattfertigung des EC 135 verwendet. Dazu sagt Dr. M. Alexander Roth, Market Segment Manager Aircraft der Evonik Röhm GmbH in Darmstadt: “Beim EC 135 braucht man pro Rotorblatt etwa 1-1,5 kg ROHACELL® Schaum, den wir nach den Spezifikationen von Eurocopter herstellen.”

Das Copolymer hat gewichtsspezifisch gute mechanische Eigenschaften. Es ist ermüdungsfrei, kriechbeständig und formgenau unter Druck- und Temperatureinfluss. Das Harz der Prepregs dringt nur in die angeschnittenen Poren der Oberfläche ein und sorgt so für die notwendige Anbindung. Der Schaum weist unabhängig von der internen Ausrichtung überall das gleiche, isotrope Materialverhalten auf. Wenn das Blatt vollständig gelegt ist, wird die Form geschlossen und in einer Heizpresse mit Wärme und Druck beaufschlagt. Es härtet dann in etwa zwölf Stunden durch, Werkstoff und Bauteil entstehen also in diesem Prozess gemeinsam. Die Qualität des Rotorblatts ist entscheidend vom optimalen Fertigungsprozess abhängig.

Jeder Blatthalsquerschnitt sollte einen definierten Faservolumenanteil haben. Deshalb muss der Zuschnitt der Prepregs und der Legeplan so berechnet sein, dass sich eine optimale Füllung der Blattform ergibt. Denn durch ungleichmäßige Füllgrade können Druckunterschiede in der Form entstehen, die Prepregs verschieben sich bei der Beaufschlagung mit Druck. Das führt zu “welligen” Laminaten. Wenn diese in hoch belasteten Zonen liegen, ist das ausgesprochen schädlich. Denn eine Faser überträgt nur dann die auftretenden Lasten, wenn sie “richtig” ausgerichtet ist. In einem “welligen” Laminat wird die Last nicht über die Faser geleitet, sondern die muss dann die Harzmatrix übernehmen. Dadurch entstehen hier Schubbeanspruchungen, die das Harz versagen lassen. Die Matrix verändert sich so stark, dass die Fasern Platz zum Knicken haben und damit reißen können. Diese Abweichungen im Inneren der Struktur sind meist von außen nicht zu erkennen.
Reinhold Oster, Senior Engineer Non Destructive Testing (NDT), resümiert: “Früher wurden die ersten Baumuster im Prototypenbau zerschnitten, um festzustellen, ob die konstruktive Auslegung und der Fertigungsprozess so abgestimmt sind, dass nach dem Aushärten ein Bauteil die Form verlässt, das allen Qualitätsansprüchen der Konstrukteure und Statiker entspricht.”

Heute wird jedes Rotorblatt nach dem Aushärten auf Fertigungsabweichungen mit dem Computertomographen (CT) geprüft. Die Tomogramme machen etwaige Fertigungsfehler und Fertigungsabweichungen in den Querschnitten des Faserverbundbauteils sichtbar. So kann jederzeit in die Fertigung eingegriffen und die entsprechenden Parameter optimiert verändert werden. Nach erfolgreicher Prüfung der Bauteile erfolgen dann die weiteren Fertigungsschritte.

Die Rotorblätter werden entgratet und auf Kontur gebracht, lackiert, mit Attachements, Beschlägen und Trimm-Tabs versehen, danach gewogen und statisch und dynamisch gewuchtet. Zum Schluss erfolgt eine erneute Prüfung mittels CT und dann ist das Blatt gemäß der EASA-Form 1 der Kommissions-Verordnung der EU für die “Airworthiness” zertifiziert und kann montiert werden. Auch einzeln, denn bei der EC 135 muss bei einer Beschädigung eines Blattes nicht der gesamte Satz erneuert werden.

Das weiß auch Wolfgang Kröber, Technischer Leiter der ADAC Luftfahrt Technik GmbH in Sankt Augustin zu schätzen. Denn er ist mit für die Flugsicherheit von zwölf BK 117 und 29 Eurocopter EC 135, die vom ADAC zur Luftrettung eingesetzt werden, sowie für Helikopter des ANWB und die einiger Privatkunden verantwortlich. Jede Maschine ist pro Jahr etwa 400 Stunden im Einsatz. Der gelernte Flugzeugmechaniker leitet die Flugwerft des ADAC schon seit vielen Jahren und weiß genau, was bei Kontrolle und Wartung der Rotorblätter zu beachten ist.

“Die Rotorblätter der EC 135 sind auf eine Laufleistung von 12.400 Stunden ausgelegt. Ist die erreicht, muss getauscht werden. Bei einer Beschädigung geht das auch einzeln, was gut ist, denn ein neues Blatt kostet etwa 80.000 Euro.” Beschädigte Blätter, die häufigste Schadensursache sind etwa bei Außenlandungen im Rettungseinsatz aufgewirbelte Gegenstände, die in den Rotor geraten, können unter Umständen repariert werden. Aber nur vom Hersteller selbst. Nach einer CT-Untersuchung weiß Josef Köcher genau, was und wie das zu tun ist.

Ein in Donauwörth repariertes Blatt kann wieder bis zum Ende der Laufleistung geflogen werden. Allerdings achtet Wolfgang Körber in der ADAC Werft dann darauf, bei der Zusammenstellung eines vierblättrigen Satzes aus bereits geflogenen Blättern nur solche mit etwa gleichem Alter und Laufleistung zu verwenden. “Der Hubschrauber fliegt sich dann einfach besser”, sagt der Profi, der mit seinem Team und viel in langer Praxis gewonnener Erfahrung ansonsten für alle Arbeiten gemäß dem Wartungshandbuch zertifiziert ist. Neben Sichtkontrollen vor dem Start, einer Überprüfung der gesamten Technik alle 400 Stunden, der Sichtkontrolle der abgebauten Blätter alle 800 Stunden und der Überprüfung der Schwenkdämpfer und dem Überprüfen und Vermessen der Lager, gehört dazu auch das Auswuchten neu montierter Blätter. Neben der richtigen Wartung hängen die Flugeigenschaften eines Hubschraubers stark von den Festigkeitseigenschaften des Rotorblattes ab. Und dafür sind wiederum die konstruktive Auslegung und die Fertigungsqualität entscheidend.

Josef Köcher von Eurocopter Donauwörth betont an dieser Stelle: “Das Rotorsystem beeinflusst das Flugverhalten wesentlich, es gilt bei der Fertigung und Wartung die höchste Sicherheitsklasse. Deshalb produzieren die Hersteller im Allgemeinen die Rotorblätter selbst. Und unsere Blätter sind derzeit hinsichtlich technischer Evolution und operativer Kosten für den Anwender Benchmark. Das Rohmaterial und die weiteren Zulieferungen müssen daher zu 100% fehlerfrei und die Lieferanten entsprechend zertifiziert sein.” Natürlich hängt die Sicherheit in der Fertigung auch an den gut ausgebildeten Mitarbeitern und einer großen Zahl von qualitätssichernden Schritten, die per Stempel dokumentiert werden.

Mehr als 1.100 Hauptrotorblätter verlassen derzeit pro Jahr die Fertigung, Tendenz steigend. Neben den eigenen Blättern werden im Repair-Shop in Donauwörth auch Reparaturen an den Haupt- und Heckrotorblättern aller bei der Bundeswehr betriebenen Muster wie CH 54, MK 42 und MK 88 durchgeführt. Ansonsten “lebt” ein Hubschrauberrotorblatt an die 20 Jahre lang. Daran hat Reinhold Oster sicher keinen unwesentlichen Anteil. Denn er hat schon sehr früh mit Eurocopter auf das CT als qualitätsoptimierendes Prüfverfahren in der Entwicklung, Produktion und Wartung dieser komplexen Struktur gesetzt.

Robert Wouters