Die Begeisterung über das Material, das Metall im Flugzeugbau ersetzt, ist riesig. Es ist aus Schichten von Kunstharz aufgebaut, in das winzige Kohlenstofffasern eingebunden sind. Es ist stabil wie Metall aber leichter. Es lässt sich bei der Herstellung leicht in die gewünschte Form bringen und kann nach dem Aushärten eine Festigkeit erhalten, die der von Metall mindestens gleichwertig ist.

Leicht und teuer

Noch ist die Herstellung recht teuer, sodass sich der Werkstoff vor allem dort anbietet, wo der Nutzen besonders hoch ist. Das trifft vor allem bei Flugzeugen und Hubschraubern zu. Geringeres Gewicht gestattet mehr Transportkapazität und weniger Treibstoffverbrauch.

Luftfahrzeuge der Bundeswehr bestehen zu einem wachsenden Anteil aus diesem Werkstoff. Was geschieht allerdings, wenn das Material einem starken Stoß oder größerer Hitzeentwicklung ausgesetzt ist? Wie brennbar ist das Material und werden bei einem Brand gesundheitsschädliche Stoffe freigesetzt? Das ist vor allem wichtig, wenn es zu einem Unfall bis hin zu einem Absturz kommt.

Forscher des Wehrwissenschaftlichen Instituts für Werk- und Betriebsstoffe der Bundeswehr (WIWeB) untersuchen diese Fragen, schließlich sollen die Luftfahrzeuge lange im Einsatz sein und bei Unfällen ungefährlich reparierbar. Die Ergebnisse zeigen, dass die Festigkeit des Materials bereits unterhalb 200 °C abnimmt und oberhalb von 400 °C brennt.

Krebserregende Fasern

Besonders kritisch ist bei einem Unfall die Freisetzung von Fasern, die in Verdacht stehen, Krebs erzeugen zu können. Das WIWeB entwickelt daher Empfehlungen, wie mit dem Material umzugehen ist. Die Erkenntnisse sind durchaus nicht nur für die Bundeswehr von Bedeutung. Inzwischen wird der Werkstoff auch im zivilen Bereich zunehmend eingesetzt, etwa bei Windkraftanlagen und im Autobau.

Das Beispiel zeigt, wie sich das WIWeB mit Werkstoffen wissenschaftlich befasst. Ähnliche Analysen führt das Institut für eine Vielzahl von Materialien und von Stoffen durch, die für den Betrieb benötigt werden. Meist wird die Expertise vor allem dann gebraucht, wenn es zu einem Schaden kommt. So suchten die Forscher nach der Ursache einer Havarie bei einem Fahrzeugkran des Heeres und stellten fest, dass sich ein Hydrauliköl nicht mit dem Material einer Dichtung vertrug.

Einsatzkleidung im Test

Zu den untersuchten Materialien gehören auch Textilien, genauer gesagt die Einsatzkleidung der Soldatinnen und Soldaten. Der Direktor des WIWeB, Professor Georg Maier, sagt: "Die Anforderungen die an Einsatzbekleidung und Ausrüstung der Bundeswehr gestellt werden, gehen weit über die zivilen hinaus." So muss neue Kampfbekleidung unter anderem gute mechanische Gewebeeigenschaften mit einem komplexen Tarndruck und einem Schutz gegen Insekten und Flammen vereinigen.

Die Forschung ist allerdings nur ein Teilbereich der Aufgaben des WIWeB, das dafür zuständig ist, die bestmöglichen und dabei sicheren und zuverlässigen Produkte und Systeme für die Bundeswehr bereit zu stellen. Dafür verfügt die Einrichtung über modernste chemische und physikalische Labore.

3D-Druck am Einsatzort

Ein weit in die Zukunft reichendes Forschungsprojekt befasst sich mit dem 3D-Druck und den daraus resultierenden Möglichkeiten für die Bundeswehr. Professor Maier ist fasziniert von dem Gedanken, dass Soldaten im Einsatz Ersatzteile selbst per 3D-Drucker – richtiger per additiver Fertigung - herstellen können. Die Bundeswehr muss eine Vielzahl komplexer Geräte, Fahrzeuge und Waffen in einen Einsatz in Krisengebieten mitnehmen. Um diese im Schadensfall reparieren zu können, bedarf es eines großen Ersatzteillagers, da es in mitunter schwer erreichbaren Gebieten sehr lange dauert, bis ein Ersatzteil herbeigeschafft ist. Ideal wäre es daher, müsste man nur einen 3D-Drucker mitnehmen, mit dem sich beliebige Teile am Ort herstellen lassen.

Um diese Vision umzusetzen, testen Forscher am WIWeB unterschiedlichste 3D-Drucker mit unterschiedlichsten Materialen. So stellten sie beispielsweise ein sehr massives Metallteil für ein Kettenfahrzeug aus den 1960er Jahren her, das noch im Einsatz ist. Andere Teile werden aus Kunststoff produziert.

Der große Vorteil des WIWeB ist, dass es über beste Möglichkeiten der Materialprüfung verfügt. So lässt sich die Qualität und Haltbarkeit des "gedruckten" Ersatzteils mit den entsprechenden Eigenschaften des Originalteils vergleichen. Eine weitere Herausforderung stellen die Daten dar, die notwendig sind, um additiv fertigen zu können. Sie leiten sich aus detaillierten Zeichnungen ab, die natürlich derzeit nicht für alle denkbaren Ersatzteile verfügbar sind. Auch gibt nicht jeder Hersteller gern Detailinformationen über seine Produkte weiter. Bis also die Bundeswehr mit 3D-Druckern in den Einsatz zieht, wird wohl noch viel Aufwand bei der Forschung, aber auch in der Organisation nötig sein.

Das Wehrwissenschaftliche Institut für Werk- und Betriebsstoffe (WIWeB) stellt wissenschaftliche und technologische Grundlagen und Methoden bereit: Mit ihnen werden anwendungsbezogene chemische, physikalische und sicherheitstechnische Eigenschaften von Werk- und Betriebsstoffen sowie von Textilien und Chemikalien untersucht und beurteilt. Der Forschungsbedarf und mithin die Forschungsaktivitäten leiten sich unmittelbar aus dem Fachauftrag des Ressorts Bundesministerium der Verteidigung ab.