CFK-Strukturen

CFK-Strukturen

CFK-Strukturen

Montage von CFK-Rümpfen mit verschiedenen Schweißtechniken

Das Schweißen von CFK-Strukturen hat das Potenzial, das Gewicht von Flugzeugstrukturen zu reduzieren und die Montage erheblich zu verkürzen. Im Rahmen des von der EU geförderten Forschungsprojektes MultiFAL wurden verschiedene Schweißtechnologien auf TRL6-Niveau entwickelt. FFT Produktionssysteme war verantwortlich für den Aufbau der Montagestation inklusive des gesamten Automatisierungs- und Sicherheitssystems sowie des Bewegungssystems für die Schweißeffektoren.

An einem 8m langem Rumpf mit PAX- und Cargo-Boden wurden drei verschiedene Schweißtechniken demonstriert. Zwei Längsnähte wurden durch Laser- und Ultraschallschweißen verbunden. Alle Rahmenverbindungen wurden durch Widerstandsschweißen integriert. Das Ergebnis ist der weltweit größte Demonstrator eines Rumpfes aus thermoplastischem CFK.

Umfassende europäische Zusammenarbeit

Mehrere europäische Unternehmen trugen zum Erfolg des Projektes bei:

  • Die Rumpfschalen wurden von der PAG, dem DLR Augsburg und dem F&E Konsortium "Stunning" gebaut.
  • Schweißeffektoren wurden von Fraunhofer, AIMEN, CTI und AITIIP geliefert. - Das Fraunhofer IFAM war für die Positionierung und Ausrichtung der Rumpfschalen verantwortlich.
  • Die Montageanlage wurde von KTI, FFT und AIMEN entwickelt. Sie wurde von FFT Produktionssysteme am Fraunhofer IFAM in Stade, Deutschland hergestellt, montiert und in Betrieb genommen.

"Das Schweißen von CFK-Strukturen hat das Potenzial, das Gewicht von Flugzeugstrukturen zu verringern und die Montagezeit erheblich zu verkürzen."

Projektherausforderungen

Einige anspruchsvolle Anforderungen erforderten besondere Aufmerksamkeit:

  • Die hohe Genauigkeit und erheblichen Betriebslasten erforderten eine hohe Steifigkeit der Tragestruktur, um die Durchbiegung zu begrenzen.  
  • Bewegen großer Strukturen auf engem Raum: Einsetzen der Schalen in die Station und schließlich Herausbewegen des geschweißten Rumpfteils aus der Station.
  • Ergonomie und Arbeitssicherheit beim Zugang von Personen zu den Schweißbereichen

Projektrealisierung

Eine stabile 9m lange Auslegebrücke wurde zum Hauptelement der Station und trägt die präzise beweglichen Gegenhalter für die Längsschweißung. Außerdem beherbergt sie zwei leichte lineare Achsen, um den Endeffektor der Rahmenkupplung zu bewegen. Die untere Schale, die auf verstellbaren Pads ruht, wurde genau ausgerichtet. Die obere Schale war an zehn Hexapoden mit Vakuumssaugern befestigt, die zur Positions- und Formanpassung verwendet wurden. Die Gegenkraftblöcke wurden auf die Nenngeometrie des Rumpfes abgestimmt. Mit Hilfe von Laser-Tracker-Messungen wurden die Elemente des Montageplatzes mit der erforderlichen Genauigkeit ausgerichtet. Alle elastischen Verformungen während des Schweißens waren gering, selbst bei maximalem Schweißdruck.

Für das Einsetzen der Schale und den Ausbau des Rumpfteils muss die Brücke ein offenes Ende haben. Während der Schweißarbeiten wurde eine abnehmbare Stützkonstruktion am anderen Ende der Brücke angebracht. Die Gegenkraftblöcke wurden verlängert, während die Längsstöße geschweißt wurden. Die Integration der Rahmenkupplung, die Integration der Schale und die Querschnittsbewegungen wurden mit eingezogenen Blöcken durchgeführt.

Die Genauigkeit und Steifigkeit der Montagestation haben den Anforderungen entsprochen. Die visuelle und geometrische Prüfung des geschweißten Rumpfes ergab sehr zufriedenstellende Ergebnisse. Die Untersuchungen zur erreichten Schweißqualität sind noch nicht abgeschlossen. Die ersten Ergebnisse sind sehr vielversprechend.

Das Längsschweißen erfolgt mit wenigen Millimetern pro Sekunde, was wesentlich schneller ist als jedes Nietverfahren.

Allgemeine Perspektive

FFT Produktionssysteme arbeitet an mehreren Forschungs- und Entwicklungsprojekten zur Verbesserung der Flugzeugherstellungstechnologien im Flugzeugbau. Dazu gehören das Kleben (z.B. Projekt kaMeL) oder neue ergonomische Konzepte (z.B. Projekt SeMoSys).Alle Projekte zielen auf eine effiziente Großserienfertigung von leichten CFK- und Metallstrukturen für innovative Flugzeuge der nächsten Generation ab. Dieses Projekt wurde vom Unternehmen Clean Sky 2 im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr:821277 MultiFAL gefördert.

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Kuno Jandaurek

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Abteilungsleiter Forschung & Entwicklung

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