Im Jahr 2024 jährt sich zum 135. Mal der Beginn des Menschflugs. Otto Lilienthal begann mit Gleitern, die er aus Weidenholz anfertigte und mit gewachstem Baumwollstoff überspannte. Zwischen 1894 und 1896 wurden seine Gleiter in Serienproduktion hergestellt. Sie kosteten damals 500 Mark pro Stück. Auf die heutige Kaufkraft umgerechnet wären das 3.200 Euro. Mit dem Kauf erhielt jeder Kunde ein Merkblatt mit den mahnenden Worten: „Bedenken Sie, dass sie nur ein Genick zum Zerbrechen haben.“ Tragischerweise starb Otto Lilienthal selbst am 10. August 1896, nachdem er sich bei einer verunglückten Landung die Wirbelsäule gebrochen hatte. Seine Gleiter wurden daraufhin schlagartig unverkäuflich, die Serienproduktion eingestellt.

Holz
Holz war damals der Werkstoff, der am einfachsten zu verarbeiten war. Holz war leicht, man konnte es einfach zuschneiden, formen, verschrauben, verleimen. Kreuzverleimtes Holz wurde zu einer Karkasse aus Streben, Spanten, Rippen oder Gerüsten verbaut, die dann mit Stoffen bespannt oder mit Holz beplankt wurden. Die Bauweise war indianischen Rindenkanus oder Holzschiffen nicht unähnlich. Aber Holz konnte verwittern, vermodern und vor allem … brechen.

Metall
Also wandte man sich der Metallbauweise zu. Hugo Junkers baute seinerzeit das erste Ganzmetallflugzeug der Welt. Aber damit ist es nicht getan. Metalle unterscheiden sich nämlich in Eisenmetalle und Nichteisenmetalle. Zu den Eisenmetallen gehören Stahl und Gusseisen, während die Nichteisenmetalle in Schwer- und Leichtmetalle unterteilt werden.
All diese Werkstoffgruppen haben natürlich höchst unterschiedliche Eigenschaften. Zu den Schwermetallen gehören beispielsweise Blei, Chrom, Kupfer, Nickel oder Zink, während Titan und Aluminium zu den Leichtmetallen zählen. Diese Metalle können auch durch Legieren miteinander verbunden werden, womit man ihre Eigenschaften zum Vorteil des Endprodukts miteinander verknüpft. Je feiner der kristalline Aufbau der Werkstoffe, umso mehr erhöht sich die Festigkeit. Besonders bei den Triebwerken ist eine hohe Warmfestigkeit erwünscht, weil sie den Verschleiß verringert.

Nichtmetalle
Immer wichtiger wird im Flugzeugbau die Gruppe der Nichtmetalle. Dazu gehören zum Beispiel neben dem schon erwähnten Holz die verschiedensten Arten von Kunststoffen, Gummi, Keramik, Schmierstoffe und Kohlenstoff. Auch diese Materialien kann man mittlerweile zu Verbundstoffen kombinieren, die im Flugzeugbau von heute und morgen Anwendung finden. So fand die Chemie längst Eingang in den Flugzeugbau, das Periodensystem der Elemente wird dabei von Jahr zu Jahr wichtiger.

Kunststoffe
Bei den Kunststoffen unterscheidet man zwischen Thermoplasten, Duromeren und Elastomeren. Während die Thermoplaste durch Wärme formbar sind, lassen sich Duromere wegen ihrer verhärteten Molekülstruktur nach der Herstellung nicht mehr formen. Elastomere behalten zwar auch ihre Form, lassen sich aber gummi-elastisch dehnen. Für die Kunststoffe ist der Herstellungsprozess der Schlüssel zu einer vielseitigen Zukunft.

Die Werkstoffe entstehen durch Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition. Durch unterschiedliche Prozesse werden hiermit die molekularen Eigenschaften verschiedener gasförmiger Stoffe unter Wärmezufuhr, Druck oder Dampf miteinander verbunden oder addiert. Der gewonnene Werkstoff besitzt danach eine Summe von Eigenschaften der Ausgangsstoffe. Man könnte das mit der Gentechnik vergleichen, wo DNA-Ketten verändert werden, um sie gegen bestimmte Krankheiten zu immunisieren.
Zu den Polymeren zählen zum Beispiel Polyethylen, Polyvenylchlorid, Polymethylmethacrylat und Polypropylen, allesamt thermoplastisch. Zu den Polymeren zählt auch einer der sensationellsten Stoffe, der in der Luftfahrt zur Anwendung kommt, das Aerogel. Zu den Polykondensaten zählt man so bekannte Duromere wie Phenolharz, Polyester, Melaminharz oder Silicon. Thermoplastische Polykondensate sind Polyamid oder Polycarbonat. Epoxidharz ist ein polyadduktes Duromere.
Wo finden sich diese Stoffe im Flugzeug wieder? Epoxidharz wird als Träger für Kohlenfaserstoffe beim Bau von Leitwerken benutzt, Phenolharz für die Kabinenausstattung, Polykarbonat für die Kabinenauskleidung, Polymethylmethacrylat (besser bekannt als Plexiglas) für die Kabinenfenster, Polysulfon als Oberflächenschutz und Silicon ist ein allseits bekanntes Mittel, in diesem Fall zur Abdichtung von Fugen.

Andreas Fecker
(Auszug aus meinem Buch „Technik im Flugzeugbau„)