Leichtbautag in Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

Auf Initiative des Niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr luden das DLR und die Fraunhofer-Gesellschaft an Forschungsprojekten mitwirkende Industriepartner und potentielle neue Anwender innovativer Produktionstechnologien für CFK-Bauteile ans Forschungszentrum CFK NORD ein.

Delegationsrundgang // Foto: ©DLR

Seit 2009 erforschen und entwickeln das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die Fraunhofer-Gesellschaft in Stade gemeinsam mit mehr als 50 Unternehmen neue Produktionstechnologien für Luftfahrt-Großstrukturen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Um die weltweit führenden Ergebnisse nun auch in eine breite über den Flugzeugbau hinausreichende industrielle Anwendung zu bringen, fand am 15. November 2017 im Forschungszentrum CFK NORD in Stade der erste branchenübergreifende Leichtbautag statt. Dort wurde den Gästen ein ungefilterter Einblick in die Anlagen-Technologien geboten, die zwar für den Flugzeugbau entwickelt wurden, sich aber relativ schnell für andere Einsatzfelder modifizieren lassen.

Die über 100 Gäste des Leichtbautages kamen aus den Branchen Automobilbau, Schiffbau, Schienenfahrzeugbau, Maschinenbau, IT, Kunststoff und nicht zuletzt Flugzeugbau. Es gab einen lebhaften Informationsaustausch und viel positive Resonanz von Gästen und Ausstellern. Vielfach wurde bereits der Wunsch nach einer Nachfolgeveranstaltung geäußert.

"Im Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie im CFK NORD hat das DLR sich zum Ziel gesetzt, neue Fertigungstechnologien gemeinsam mit Industriepartnern zu entwickeln", sagt Klaus Hamacher, stellvertretender DLR-Vorstandsvorsitzender. "Ein hoher technischer Reifegrad unserer Forschung ist der Schlüssel für eine erfolgreiche Anwendung in der Praxis. So stärkt das DLR mit seinen Forschungspartnern Innovation und Kompetenz im Leichtbau am Standort Deutschland."

Ingelore Hering, Abteilungsleiterin Industrie und maritime Wirtschaft im Niedersächsischen Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr: "Die hohe Kompetenz im Bereich der Forschung beim Werkstoff CFK ständig auszubauen und über die Luftfahrt hinaus in andere Branchen zu transferieren, ist das erklärte Ziel der niedersächsischen Landesregierung. Das Zusammenbringen der beiden Großforschungseinrichtungen DLR und Fraunhofer-Gesellschaft im CFK Forschungszentrum Nord hat in den vergangenen Jahren bereits Früchte getragen. Nun gilt es, dass Profil national sowie international weiter zu schärfen und die gewonnenen Ergebnisse noch mehr in die industrielle Anwendung zu bringen, damit weitere Unternehmen davon profitieren können."

Erste Forschungsergebnisse bereits in der industriellen Anwendung

Die an den Anlagen erarbeiteten Forschungsergebnisse konnten bereits dazu beitragen, neue Industrieanwendungen zu entwickeln, beispielsweise die automatisierte Leckageerkennung. In der Regel werden Faserverbundbauteile unter Druck und Hitze ausgehärtet. Für den Druckaufbau müssen die Teile in eine Vakuumfolie verpackt werden. Bei der Leckageerkennung spürt eine Infrarotkamera Undichtigkeiten in der Folie auf, die dann abgedichtet werden können. So wird verhindert, dass es während des Aushärteprozess zu einem unzulässigen Druckverlust im Vakuumaufbau kommt. Die Qualität des Bauteils ist sichergestellt, Zeit und Geld werden gespart.

Die beiden Vertreter der Großforschungseinrichtungen zeigten sich zufrieden mit dem Verlauf des Leichtbautags. "Sensorgeführte, mobile Roboter, die sowohl Bauteile als auch Toleranzen erkennen und ihre Bewegungen individuell und mit hoher Präzision darauf einstellen, sind in vielen Branchen von Interesse.", fasst Dr. Alexander Roth, Direktor für Technologiemarketing im Vorstandsbereich Geschäftsmodelle und Technologiemarketing der Fraunhofer-Gesellschaft, München, den technologischen Leitgedanken des in Stade aktiven Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM zusammen. "Die auf dem Leichtbautag gezeigten Projektergebnisse sind Industrie 4.0-fähig und können modular zu einem hochgradig wandlungsfähigen Produktionssystem verknüpft werden."

Federführende Forschungsanlagen im DLR Stade

Um Bauteile aus CFK herzustellen, müssen mehrere Schichten der Fasern aufeinander gelegt werden. Eine Anlage mit koordinierten Robotern ermöglicht eine simultane Ablage der Fasern. Sie kann außerdem verschiedene Materialien mit Hilfe unterschiedlicher Ablegetechnologien verarbeiten und ist flexibel für Aufgaben der Fertigung einsetzbar. Die Ablagerate kann so drastisch gesteigert werden. Dies ist wichtig für die Anforderungen zukünftiger Produktionsverfahren. Zukünftig soll durch eine intelligente Steuerung die Anlage selber Entscheidungen treffen und den Prozess regulieren können.

Automatisierte Produktionsanlagen für CFK-Bauteile bieten einerseits ein sehr hohes Potential für eine wirtschaftliche und qualitätsgesicherte Fertigung, andererseits rentieren sich die hohen Investitionskosten erst durch eine Produktion von hohen Stückzahlen. Unter den Flugzeugstrukturbauteilen gibt es jedoch nur wenige Gleichteile bei geringen jährlichen Raten. Eine vollautomatisierte Prozessstrecke zum Harzinjektionsverfahren RTM (Resin Transfer Moulding) soll diese widersprüchlichen Anforderungen miteinander vereinen. Sie demonstriert verkettete Verarbeitungsschritte. Derzeit wird die Anlage weiterentwickelt. Sie soll zukünftig so flexibel und modular sein, dass verschiedene Bauteile im Wechselgefertigt werden können.

Der Forschungsautoklav wird zur Aushärtung von CFK-Werkstoffen genutzt. Er dient als eine Forschungsplattform, um innovative Ideen in die industrielle Anwendung zu überführen. Ein virtueller Autoklav simuliert den Aushärtungsprozess und gleicht ihn regelmäßig mit dem realen ab. Seine intelligente Steuerung kann bei Bedarf in stattfindende Prozesse im Autoklaven eingreifen, um Parameter, wie beispielsweise die Temperatur, anzupassen. So ist sichergestellt, dass das Bauteil gelingt. Das spart Zeit und Geld. Zukünftig soll untersucht werden, wie auch Thermoplasten, also Kunststoffe, die unter Wärmeeinwirkung geformt werden, im großen Maßstab im Autoklaven ausgehärtet werden können.

Zukunftsfabrik 2030

Im Rahmen einer Live-Vorführung präsentierten die Projektpartner Siemens AG, Ludwig Schleicher Anlagenbau GmbH & Co. KG, HEXAGON METROLOGY GmbH und MABI AG zusammen mit den Experten für Automatisierung und Produktionstechnik des Fraunhofer IFAM den weltweit genauesten Sechs Achs-Bearbeitungsroboter auf einem eigens entwickelten AGV (Autonomos Transport Vehicle). Der eine Tonne schwere, im Projekt modifizierte Roboter von MABI bewies am Beispiel des Umrissfräsens an einer CFK-Flügelschale, dass er auch bei der Wiederaufnahme des Prozesses nach einem Standortwechsel die vom Anwender geforderten 0,2 mm absolute Bahngenauigkeit sicher beherrscht.

Mit einer weiteren Live-Präsentation demonstrierte das Fraunhofer IFAM zusammen mit seinen Projektpartnern FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG, BA Composites GmbH, Dassault Systèmes Deutschland GmbH, Carl Kurt Walther GmbH, DOPAG – Hilger u. Kern GmbH, QUISS AG und Hexcel Composites GmbH die automatisierte Montage von Flugzeugrümpfen und Seitenleitwerken. Die Besonderheiten der Montageanlage liegen in ihrer fast unbegrenzten Flexibilität hinsichtlich Bauteilgeometrien sowie im automatisierten Toleranzmanagement durch aktive, kraft- und momentenkontrollierte Anpassung der Bauteilform und Lage.

Die Projektpartner FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG, Sick AG und Fraunhofer IFAM gaben auch einen Einblick in laufende Projektarbeiten. Unter dem Akronym »MBFast18« entsteht derzeit ein selbstnavigierender Großroboter, dessen Aufgabe es sein wird, robotische Module zur Bearbeitung oder Reparatur außen auf einen Flugzeugrumpf aufzusetzen, wo diese sich selbst fixieren. Nach Abschluss ihrer lokalen Arbeiten werden die Module dann vom fahrenden Roboter wieder abgeholt und anschließend punktgenau auf die nächste Einsatzstelle platziert.

Mit der Eröffnung des Zentrums für Leichtbauproduktionstechnologie in Stade, das seinerzeit vom Land Niedersachsen mit 31,5 Millionen Euro gefördert wurde, wurde 2010 der Grundstein für eine Forschungsplattform der Zukunftsfabrik 2030 für den Multimaterial-Leichtbau gelegt. In der Zukunftsfabrik 2030 sind Maschinen und Anlagenkomponenten miteinander vernetzt, arbeiten autark agierende mobile Robotereinheiten, entscheidet künstliche Intelligenz über Fertigungsabfolgen und werden Bauteilfehler im Fertigungsprozess bewertet und gegebenenfalls automatisch behoben. Das Forschungsfeld "Zukunftsfabrik 2030" ist eine konsequente Umsetzung der DLR-Strategie 2030 und unterstützt das DLR-Querschnittsprojekt "Factory of the Future".

Unter folgenden Links finden Sie die Pressemitteilung des DLR und die Pressemitteilung der Fraunhofer-Gesellschaft.

  • Prozessstrecke zum Harzinjektionsverfahren // Foto: ©DLR
  • Forschungsautoklav // Foto: ©DLR
  • COPRO // Foto: ©DLR
  • Besichtigung des weltweit genauesten Sechs-Achs-Bearbeitungsroboters auf einem eigens entwickelten Autonomos Transport Vehcicle (AGV) // Foto: ©Fraunhofer IFAM
 Freitag, 17 November, 2017  11:43 [31 days]
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