Roth Filamentwickler ermöglicht signifikante Gewichts- und Kosteneinsparungen für Ariane 6 Trägerrakete

Eines der weltweit größten Filamentwickelsysteme wird bald Komponenten für die Ariane 6 Trägerrakete fertigen, die voraussichtlich ab 2020 Satelliten für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) in den Erdorbit transportieren soll. Entwickelt von Roth Composite Machinery (Steffenberg, Deutschland) in enger Zusammenarbeit mit Roths Kunde Avio (Colleferro, Italien), einem führenden Hersteller von Weltrauantriebssystemen, wird die massive Sammlung von Roth Filamentwickelmaschinen Avio ermöglichen, unter anderem die Außenhüllen für Ariane 6 Booster-Raketen herzustellen – die Abhebungs-Triebwerke für das Startsystem.

Gewichts- und Kostenvorteile durch Composites

Die Triebwerkshüllen und viele andere Komponenten von Trägerraketen werden heute mit Leichtbau-Composites gebaut. Da die Hüllen typischerweise zylindrisch sind, ist Filamentwickeln häufig der Prozess der Wahl, aber Prepreg-Prozesse werden auch für einige Komponenten genutzt. Filamentgewickelte Kohlefaser-Boosterhüllen werden im Ariane 6 die derzeit in aktiven Ariane 5 Fahrzeugen verwendeten Stahlhüllen ersetzen. Der Composites-Einsatz wird in diesem Fall das Gewicht der Ariane 6 Boosterstufen im Vergleich zum Vorgänger um bis zu 35 % reduzieren. Ihr Einsatz auf aktuellem Niveau wird auch einen markanten Einfluss auf die Gesamtbetriebskosten des Ariane 6 Systems haben: Die Kosten pro Nutzlasttonne sollen um bis zu 50 % sinken.

Erfahrung aus Vorläuferprojekten

Avio und Roth haben ihre gemeinsame Erfahrung aus früheren Projekten zur Herstellung von Ariane 5 und Vega Raketen gut genutzt. Entsprechend hat das neue Filamentwickelzentrum eine maximale Länge von 17 m, einen großen Arbeitsdurchmesser (3,6 m) und kann einen Wickeldorn tragen, der ca. 120 Tonnen wiegt. Das System ist mit drei Schlitten ausgestattet, die drei verschiedene Wickelprozesse unterstützen; jeder Schlitten hat eine Länge von 7,4 m und kann sich bis zu 90 m pro Minute bewegen.

Der erste Schlitten wird zum Wickeln von Hitzeschutzband auf den Dorn in werkzeugloser Composite-Konstruktion (erste Lage innen im Booster) genutzt. Nach der Vulkanisierung des Bands erfolgt der Towpreg-Wickelprozess mittels des zweiten Schlittens. Der dritte Schlitten ist mit einem Faserverlegekopf für Automated Tape Laying (ATL) ausgestattet – ein Feature, für das Avio Patentschutz anstrebt. Diese Technologie ermöglicht präzises Ablegen von Band in komplexen geometrischen Formen für die Anbauteile der Booster. Bänder werden mittels Ultraschallschneidkopf geschnitten und getrimmt. Die ATL-Technologie wurde von Avio zusammen mit Roth und einem weiteren in Italien ansässigen Partner entwickelt.

Ariane 6 Booster sind 15 m lang mit einem Durchmesser von bis zu 3,6 m. Je nach Nutzlastgröße und -gewicht sorgen zwei oder vier Booster pro Rakete, gefüllt mit Festtreibstoff, für ausreichenden Schub für die erste Flugphase. Manfred Roth, Präsident des Familienunternehmens Roth Industries, zu dem Roth Composite Machinery gehört, sagt zum jüngsten Schritt des Unternehmens: „Im Composites-Sektor gehören wir zu den Weltmarktführern.“