In einem klassischen Laminat liegen die Fasern in wenigen festen Richtungen: längs, quer, unter 45 Grad. Diese Ordnung hat einen guten Grund – sie ist einfach zu berechnen, einfach zu prüfen und einfach zu fertigen. Nur entspricht sie selten dem, was im Bauteil wirklich passiert. Kräfte laufen um Bohrungen herum, sammeln sich an Krafteinleitungen und folgen im gekrümmten Bauteil gekrümmten Bahnen. Eine Faser, die quer zu diesem Verlauf liegt, trägt kaum etwas – sie ist mitgeschleppte Masse.
Fiber Steering, im Deutschen meist Faserlenkung, dreht diesen Gedanken um: Die Faserrichtung wird zur Entwurfsgröße. Innerhalb einer einzigen Lage darf sich der Winkel kontinuierlich ändern, sodass die Fasern dem Lastpfad folgen. Laminate dieser Art heißen Variable-Stiffness- oder Variable-Angle-Tow-Laminate. Rechnerisch sind sie seit Jahrzehnten attraktiv. Das Problem war immer die Fertigung.
Wo klassisches Steering an die Kurve stößt
Die etablierte Technik dafür ist die automatisierte Faserablage (AFP). Ihr Legekopf kann Bänder durchaus auf gekrümmten Bahnen ablegen – aber er biegt sie dabei in der Ebene. Und genau hier liegt die Falle: Bei einer Kurve muss die äußere Bandkante einen längeren Weg zurücklegen als die innere. Fasern lassen sich jedoch praktisch nicht dehnen. Also wird die Innenkante gestaucht, weicht nach oben aus, und das Band wirft Falten.
Wie eng man fahren darf, hängt deshalb unmittelbar an der Bandbreite. Schmale Einzeltows von 3,2 Millimetern lassen sich bis auf Radien um 0,6 bis 0,75 Meter steuern; bei 6,35 Millimetern sind es rund 1,5 bis 1,9 Meter, bei 12,7 Millimetern schon mehrere Meter. Der übliche Ausweg, das Band vor der zu engen Kurve abzuschneiden und neu anzusetzen, erkauft die Geometrie mit Lücken, Überlappungen und harzreichen Zonen – also genau den Fehlstellen, die man in einer hochbelasteten Struktur nicht haben will.
Scheren statt Biegen
Am Bristol Composites Institute der University of Bristol wurde dafür ein grundlegend anderer Ansatz entwickelt und 2012 veröffentlicht: Continuous Tow Shearing, kurz CTS. Statt das Band in der Ebene zu biegen, wird es geschert. Man kann es sich wie ein Rechteck vorstellen, das zu einem Parallelogramm verzogen wird: Die Filamente bleiben parallel zueinander und gleiten gegeneinander, statt dass eine Kante gestaucht wird. Der Längenunterschied zwischen Innen- und Außenkante, die eigentliche Ursache der Falten, entsteht damit gar nicht erst.
Der Effekt ist beträchtlich. Nach Angaben des Verfahrensentwicklers lassen sich Fasern auf Radien von bis zu 50 Millimetern lenken, ohne dass Falten, Lücken oder Überlappungen entstehen. Gegenüber den 600 bis 750 Millimetern, die ein schmales AFP-Tow schafft, ist das mehr als eine Größenordnung – und es verschiebt die Frage von „Wie entschärfe ich die Bahnplanung, damit sie fertigbar bleibt?“ zu „Welchen Faserverlauf will ich eigentlich?“.
Wirtschaftlich noch wichtiger ist ein zweiter Effekt: Beim Scheren hängt der mögliche Radius nicht mehr an der Bandbreite. Genau diese Kopplung zwingt AFP in ein Dilemma – schmale Bänder fahren enge Kurven, brauchen für dieselbe Fläche aber viele Bahnen und damit Zeit. Wer Faserlenkung mit AFP will, bezahlt sie mit Ablagerate. Entkoppelt man beides, lassen sich breite Materialformate auf gekrümmten Bahnen ablegen – Lenkung und Durchsatz schließen sich nicht mehr gegenseitig aus.
Der Preis: Die Dicke wandert mit
Scheren ist nicht umsonst zu haben. Wenn ein Band geschert wird, bleibt die Fasermenge im Querschnitt gleich, aber die Geometrie ändert sich: Das Band wird schmaler und dadurch dicker. Die Lagendicke ist beim Tow Shearing also eine Funktion des Scherwinkels – wo stark gelenkt wird, ist das Laminat dicker. Für die Konstruktion heißt das, dass Faserverlauf und Wandstärke nicht mehr unabhängig voneinander festgelegt werden können.
Diese Kopplung lässt sich aber auch nutzen. Verdickungen an Krafteinleitungen oder Fügestellen, für die sonst zusätzliche Lagen eingelegt werden, entstehen hier allein dadurch, dass man lokal stärker schert. Das spart Zuschnitte, Lagenstöße und die damit verbundenen Schwachstellen. Aus einem Nebeneffekt wird so ein Entwurfswerkzeug – vorausgesetzt, die Auslegungssoftware bildet den Zusammenhang ab.
| Kriterium | AFP-Steering (Biegen) | Tow Shearing (Scheren) |
|---|---|---|
| Mechanismus in der Ebene | Band wird gebogen, Innenkante gestaucht | Band wird geschert, Filamente gleiten |
| Erreichbarer Radius | ab rund 0,6 m (3,2-mm-Tow), wächst stark mit der Bandbreite | bis rund 50 mm |
| Typische Fehlstellen | Falten an der Innenkante; bei Bandabbruch Lücken und Überlappungen | laut Entwickler keine Falten, Lücken oder Überlappungen |
| Lagendicke | konstant | ändert sich mit dem Scherwinkel |
| Reifegrad | Serienstandard in der Luftfahrt | Demonstratoren auf Produktionswerkzeugen, Fertigung im Aufbau |
Vom Laborversuch auf die Produktionsform
Aus der Bristoler Forschung ist das Unternehmen iCOMAT hervorgegangen, gegründet von Evangelos Zympeloudis und Byung Chul Kim, das die Technik unter dem Namen Rapid Tow Shearing (RTS) industrialisiert. Der Kapitalzufluss zeigt, dass die Branche das ernst nimmt: eine Series-A-Runde über 22,5 Millionen US-Dollar sowie 4,8 Millionen Pfund von der britischen Raumfahrtagentur für eine Produktionsstätte in Gloucester mit zunächst drei RTS-Linien.
Der bislang wichtigste Nachweis stammt aus der Zusammenarbeit mit dem National Composites Centre und wurde 2026 auf der Farnborough Airshow gezeigt: eine luftfahrtrepräsentative Flügelschale von 5,8 × 1,5 Metern, an der dicksten Stelle knapp 11 Millimeter, an der dünnsten rund 6 Millimeter stark. Entscheidend war weniger die Größe als die Randbedingungen – abgelegt wurde mit luftfahrtzugelassenem Prepreg direkt auf einem dreidimensionalen Produktionswerkzeug, nicht auf einer ebenen Laborplatte, und die gesamte Kette von der Bandauslegung über Programmierung, Ablage und Aushärtung bis zum CNC-Beschnitt lief im eigenen Werk ab. Damit ist die Frage beantwortet, ob sich das Verfahren auf reale Werkzeuggeometrien übertragen lässt.
Was das für den Werkzeugbau bedeutet
Zwei Punkte sind für den Formenbau unmittelbar relevant. Der erste ist, dass die Ablage auf dreidimensionalen Produktionswerkzeugen stattfindet – die Anforderungen an Maßhaltigkeit, Oberfläche und Temperaturführung des Werkzeugs unterscheiden sich also nicht grundsätzlich von dem, was AFP-Werkzeuge ohnehin erfüllen müssen.
Der zweite wiegt schwerer: Ein Laminat mit absichtlich veränderlicher Dicke passt nicht selbstverständlich in ein geschlossenes Werkzeug. Solange gegen einen Vakuumsack konsolidiert wird, gleicht sich das aus. Sobald ein Gegenwerkzeug im Spiel ist, muss die Kavität die vorgesehene Dickenverteilung abbilden – und zwar exakt dieselbe, die die Bahnplanung erzeugt. Werkzeug- und Ablagekonstruktion sind damit enger gekoppelt als bisher; eine nachträgliche Änderung des Faserverlaufs kann eine Werkzeugänderung nach sich ziehen.
Was offen ist
- Auslegung: Die Kopplung von Scherwinkel und Dicke muss in der Berechnung sauber abgebildet werden. Klassische Laminatprogramme setzen konstante Lagendicken voraus.
- Zulassung: Für die Luftfahrt existiert kein eingespielter Nachweisweg für Laminate mit kontinuierlich veränderlichem Faserwinkel. Das ist ein Zeit-, kein Physikproblem – aber es kostet Jahre.
- Verfügbarkeit: Die Zahl der Anlagen ist klein. Wer heute so fertigen will, geht zum Verfahrensanbieter, nicht zum Maschinenhändler.
- Wirtschaftlichkeit: Ob sich die Ablageraten unter Serienbedingungen halten lassen, ist an größeren Stückzahlen noch nicht öffentlich belegt.