Die Ausgangssituation
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) hat sich das Ziel gesetzt, effiziente Produktionstechnologien für CFK-Bauteile zu entwickeln. Auf einer neuen 45 Meter langen Produktionsstraße entstehen CFK-Bauteile - beispielsweise Spanten – voll automatisiert. Bisher ist es noch sehr teuer und mit hohem manuellem Aufwand verbunden, Bauteile für ein Flugzeug aus CFK herzustellen. Das DLR, als reine Forschungseinrichtung, möchte dies für künftige Flugzeuggenerationen ändern.
CFK ist leicht und stabil, allerdings werden die hohen Anforderungen der Flugzeugbauer nur dann erreicht, wenn der gesamte Prozessablauf und damit die Qualität reproduzierbar ist. Denn im Gegensatz zu Aluminium kann CFK von sehr unterschiedlicher Qualität sein, wenn beispielsweise die Faserrichtungen nicht optimal angelegt sind oder durch Schnittkanten Feuchtigkeit in den Verbund eindringt. Daneben sieht man dem Material eventuelle mechanische Beschädigungen von außen nicht an. Es gilt bei der Herstellung somit höchste Genauigkeit walten zu lassen.
Die Anlage muss flexibel sein, denn es handelt sich um Forschungsaufträge und nicht um eine echte Serienproduktion. Es war von entscheidender Bedeutung, sowohl vom Anlagenkonzept als auch von Seiten der Programmierung möglichst frei zu sein. Die Werkzeugwechsel müssen schnell und einfach funktionieren und auch die Programmierung der Roboter sollte intuitiv sein. Die Studenten sollten nach kurzer Lernphase neue Aufgaben/Produkte auf der Anlage realisieren können. Das ist für den Praxiseinsatz ebenso relevant, denn ein mittelgroßes Verkehrsflugzeug verfügt über etwa 140 Spant-Segmente von denen kaum zwei identisch sind.
Nach diesem formenden Arbeitsschritt wird der konsolidierte Preform dann vom Verkettungsroboter in das Werkzeug der nachfolgenden Feinbesäumungsstation umgesetzt. Der Verkettungsroboter bewegt sich entlang einer hoch gelegten Linearachse, so dass maximale Bewegungsfreiheit in der Halle entsteht. Der Roboter verbindet die einzelnen Prozess-Stationen. Die Bahnprogrammierung des entsprechenden Roboters offline auf Basis der CAD Daten des Bauteils und der Bahnprogrammierungssoftware fastCURVE aus dem Hause Cenit. Über eine entsprechende Schnittstelle ermöglicht die Steuerung Reis ROBOTstarV dabei eine flüssige, sehr exakte Bahn, da sie nicht nur „eckig“ von Punkt zu Punkt geteached wird. Somit lässt sich eine programmierte Bahn auch nachträglich um einen gewissen Betrag verschieben. Durch optimale Schnittwerkzeugwahl kann man mit einem Ultraschallmesser ohne Beeinflussung des umliegenden Materials sehr genau schneiden.
