09. Jan 2018

Aushärten im Autoklaven: Nach der Faserablage muss ein CFK-Flügel noch aufwendig in einem großen Autoklaven unter hohem Druck und großer Hitze ausgehärtet werden. Hier wird der Autoklav gerade vorbereitet. ©Bild: DLR

Robotereinheiten im Duett: Zwei Robotereinheiten mit überlappenden Arbeitsbereichen legen gleichzeitig Fasern auf ein Flügelschalenwerkzeug ab. Damit könnte die Produktionszeit für DFK-Flügel halbiert werden. ©Bild: DLR

Eine CFK-Flügelschale entsteht: Für die Versuche des Projekts Ewima hatten die Forscher ein vollständiges Flügelschalenmodell mit einer Grundfläche von 15 m2 und einer Spannweite von acht Metern konzipiert. ©Bild: DLR

Im Duett: Leichtbauflügel erstmals mit zwei synchronisierten Robotern gefertigt

(DLR) Die Produktion von leichten und kerosinsparenden Tragflächen aus kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff (CFK) ist aufwändig und zeitintensiv. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben nun demonstriert, wie zwei parallel arbeitende Roboter kollisionsfrei die Produktionszeit potenziell halbieren können.


Beim leisen und treibstoffeffizienten Airbus A350 Vorzeigeflieger sind sie bereits im Einsatz. Leichte und damit kerosinsparende Tragflächen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Doch die Produktion ist bisher noch sehr aufwändig und zeitintensiv, weil nur eine robotische Legeeinheit Schicht für Schicht Kohlenstofffasern übereinanderlegt, bis eine Flügelschale entsteht. Im Drei-Schicht-Betrieb dauert dies bis zu sieben Tagen und bremst den gesamten Produktionsprozess eines neuen Flugzeugs. Am Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie des DLR in Stade wurde jetzt eine effiziente Flügelschalenfertigung demonstriert. Dabei arbeitete das DLR mit seinen Partnern Airbus/CTC, Fraunhofer IFAM und Fibretech Composites zusammen.

Ausbaufähige Zeitersparnis von 38 Prozent
„Das DLR konnte erstmals ein Verfahren anwenden, bei dem zwei Robotereinheiten auf derselben Schiene mit überlappenden Arbeitsbereichen gleichzeitig Fasern auf ein Flügelschalenwerkzeug ablegen", sagt Jan Stüve, der die Abteilung Verbundprozesstechnologie am DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik leitet. "Das hat uns im ersten Anlauf eine Zeitersparnis von 38 Prozent eingebracht und ist noch weiter ausbaufähig."

Modellflügel mit allen Merkmalen
Für die Versuche des Verbundprojekts Ewima (Efficient Wing Cover Manufacturing) hatten die Forscher ein vollständiges Flügelschalenmodell mit einer Grundfläche von 15 Quadratmetern und einer Spannweite von acht Metern konzipiert, das alle Merkmale eines zukünftigen CFK-Flügels für Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge besitzt. Ein fertiger Flügel setzt sich später aus Ober- und Unterschale zusammen.

Schneller und zielgerichtet aushärten
Nach der Faserablage muss ein CFK-Flügel noch aufwendig in einem grossen Autoklaven unter hohem Druck und grosser Hitze ausgehärtet werden. "Auch für den zweiten Schritt haben wir im Projekt einen Weg gefunden, um die Produktionszeit weiter zu reduzieren", sagt Delisle und erklärt: "Anstatt ausschliesslich von oben die Flügelschale im Autoklaven zu beheizen, haben wir das unter der Flügelschale liegende Formwerkzeug beheizbar gemacht." Mit dieser Technik ist es möglich, die Flügelschale je nach Dicke sehr zielgerichtet aushärten zu lassen.

Forschung für die Fabrik der Zukunft
Die Entwicklung neuartiger Fertigungstechnologien und Anlagenkonzepte für die Produktion von morgen für Multimaterial-Leichtbauanwendungen gehört zu den Kernarbeitsgebieten des Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, in die sich das Projekt Ewima einreiht. Mit dem Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie in Stade 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 erforderlichenfalls automatisch behoben. Das Forschungsfeld Zukunftsfabrik 2030 ist eine konsequente Umsetzung der DLR-Strategie 2030 und unterstützt das DLR-Querschnittsprojekt Factory of the Future.

Text: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

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