Beim größten europäischen Flugzeughersteller boomt das Kurzstreckenflugzeug Airbus A320 mehr denn je, und auch die neue Familie Airbus A350 befindet sich im Steigflug. Bis heute wurden rund 10.000 sogenannte Schmalrumpfflugzeuge der 320er-Familie produziert und die ungebrochen starke Nachfrage wird durch das weltweit steigende Transportaufkommen buchstäblich weiter beflügelt. Deshalb erhöht Airbus zum einen die Produktionsraten. Zum anderen will der Flugzeugbauer mithilfe neuer Produktionstechnologien die bis dato überwiegend manuelle Endmontage effizienter gestalten.
Zurzeit werden die Längsstreben (Stringer) durch herkömmliche Vollnieten manuell miteinander verbunden. Künftig jedoch sollen hier Vollstanznieten zum Einsatz kommen. Das Verfahren reduziert die Prozessschritte, die Bearbeitungszeit pro Nietverbindung und damit die Montagezeit pro Segment sowie die Belastung des Montagepersonals. Um das im Automobilbau bewährte Vollstanznieten für den Flugzeugbau qualifizieren und für die robotergestützte Applikation in der Flugzeugmontage zu optimieren, entwickelten Airbus, Tox Pressotechnik und das Fraunhofer IPG eine Komplettlösung.
Flugzeugsegmente verbinden
Die Aufgabe: Wie bringt man beim Vollstanznieten großformatiger Flugzeugsegmente die benötigte Presskraft mit möglichst wenig körperlicher Anstrengung schnell und positionsflexibel an Ort und Stelle? Wegen der hohen Presskräfte muss die Auslegung der Grundaufnahme für die Niet-Werkzeuge stabil ausfallen, was zu einem relativ hohen Gewicht des Vollstanzniet-Setzgerätes führt.
Die gemeinsam erarbeitete Lösung basiert Hardware-seitig im Wesentlichen auf einer speziell entwickelten und integrierten Handzange mit Steuerung und Sensorik aus dem Tox-Baukasten, einer Nietzuführung sowie einem modifizierten kollaborierenden Robotersystem mit einer maximalen Traglast von zehn Kilogramm. Tox Pressotechnik hat die Handzange, die bis zu fünf in der Länge verschiedene Vollstanzniete setzen soll, hinsichtlich C-Bügel-Konstruktion/Rachendimensionen, Niederhalter, Nietzuführung, Stempel/Matrize, Griffe/Ergonomie beziehungsweise Andockung an den kollaborativen Roboter angepasst.
Die Presskraft für den im Vollstanzniet-Setzgerät integrierten Hydraulik-Zylinder erzeugt das Tox-Kraftpaket X-ES. Der Druckübersetzer ist über eine zehn Meter lange Medienleitung für die Pneumatik, Hydraulik und Elektrik mit dem Setzgerät verbunden und damit äußerst positionsflexibel.
Weniger Kraft, mehr Effizienz
Der kollaborierende Roboter ist mechanisch und steuerungstechnisch mit dem Setzgerät gekoppelt und wird, ähnlich einem Balancer, über die Handgriffe geführt und positioniert. Da die sehr kompakte Stringer-Zange inklusive Nietzuführung, Blechdickenmessung, Nietkontrolle und Steuerelemente lediglich 6,5 kg wiegt, lässt sie sich mittels Cobot sehr leicht und absolut zielgerichtet führen und positionieren. Die Stringer-Zange ist für Presskräfte bis 50 kN ausgelegt und weist eine Rachenöffnung von 53 mm auf – gemessen von der Setzachse aus. Sie arbeitet mit einem Krafthub von elf mm und einem Eilhub von 26,5 mm. Der Gesamthub liegt bei maximal 47 mm und die Werkzeug-Öffnung bei 37,5 mm. Die Hubauslösung erfolgt an den Handgriffen beziehungsweise über die TOX-2-Hand-Steuerung STE, die wiederum mit der Robotersteuerung korrespondiert.
Sensor erfasst die Kräfte
Ein implementierter Kraft-Momenten-Sensor (KMS) erfasst die Kräfte bei der Handführung des Vollstanzniet-Setzgeräts und des Roboters. Die während der Handführung geringen Kräfte übersetzt der Roboter in eine direkt unterstützte Bewegung. Dadurch können die Werker das Vollstanzniet-Setzgerät ohne körperliche Anstrengung frei im Raum zu den vorgegebenen Verbindungspositionen bewegen.
Zu den Vorteilen zählen ein einfaches und prozesssicheres Vollstanznieten, die körperliche Entlastung des Montagepersonals sowie die hohe Arbeitseffizienz. Darüber hinaus bedeutet die Prozessdatenerfassung ein Plus an Transparenz und eine effektive Qualitätssicherung in der Flugzeugmontage.
Tox Pressotechnik GmbH & Co. KG
Riedstraße 4
88250 Weingarten, Deutschland
+ Steckbrief + Steckbrief +
- Um das im Automobilbau bewährte Vollstanznieten für den Flugzeugbau zu optimieren, entwickelten Airbus, Tox Pressotechnik und das Fraunhofer IPG eine robotergestützte Komplettlösung.
- Zum Einsatz kommt dabei eine speziell entwickelte Handzange mit Steuerung und Sensorik sowie ein modifizierter Cobot. Der Cobot ist mechanisch und steuerungstechnisch mit dem Setzgerät gekoppelt und wird über die Handgriffe geführt und positioniert.
- Ein Kraft-Momenten-Sensor (KMS) erfasst die Kräfte bei der Handführung des Vollstanzniet-Setzgeräts und des Roboters. Dadurch können die Werker das Vollstanzniet-Setzgerät ohne körperliche Anstrengung frei im Raum zu den Verbindungspositionen bewegen.
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