Im Zentrum für Leichtbau-Produktionstechnologie (ZLP) in Augsburg – ein Forschungsinstitut des DLR – forschen rund 50 Mitarbeiter an neuen Verfahren für die automatisierte Produktion von Bauteilen aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen und arbeiten dabei eng mit Industriepartner vor allem aus der Luft- und Raumfahrt zusammen. Eines der Hauptziele des ZLP ist es, große CFK-Komponenten kostengünstig und in hoher Qualität herstellen.
Dabei bildet das Institut die gesamte Prozesskette ab – vom Werkstoff bis zur automatisierten Produktion – und betreibt multifunktionale Großanlagen. Dazu gehören große Öfen, in denen z.B. Strukturbauteile von Flugzeugen bei Temperaturen bis 400° C aushärten. Das geschieht in Werkzeugen, die dem Bauteil seine Form vorgeben. Dabei stellte sich die Frage, wie die bis zu 20 t schweren Werkzeuge in den Ofen eingebracht werden können. Die Antwort: mit einem Fahrerlosen Transportsystem (FTS) von Stäubli WFT.
Flaches Plattform-FTS
Die bis 20 t wiegenden Werkzeuge werden auf einer 5×2 m großen Plattform verfahren. Das FTS ist – gemessen an der Tragfähigkeit von 20 t – mit 460 mm sehr flach. Es fährt in das Untergestell der Form ein und hebt das Werkzeug um 200 mm an. Sechs Hubzylinder im Gleichlauf sorgen für eine gleichmäßige Aufwärtsbewegung.
Dann lässt sich das FTS mit dem Werkzeug bei einem Tempo von 0,1 bis 5,0 km/h in Richtung Ofen verfahren. Und weil das FTS flexibel ist, wird es auch für den Transport neuer Formen von der Lkw-Entladung zum Stellplatz genutzt. In beiden Fällen erfolgt die Bedienung manuell per Funkfernsteuerung mit zwei Joysticks.
Über unebenen Untergrund
Die Verantwortlichen des ZLP haben im Vorfeld mit mehreren FTS-Herstellern Gespräche geführt. Warum die Entscheidung auf ein Schwerlast-FTS von Stäubli WFT fiel? Toni Vogel, Technischer Mitarbeiter des ZLP: „Im Boden unserer Produktionshallen gibt es Versatz. Und es sind 10 mm hohe Stahlschienen verbaut. Das FTS muss diese kleinen Hindernisse überfahren können. Für die Stäubli WFT-Fahrzeuge mit ihren allseitig drehbaren Vulkollanrollen sind selbst 20 mm kein Hindernis.“ Ein weiteres Entscheidungskriterium war das niedrige Eigengewicht des Fahrzeugs.
Zudem konnte das Antriebs- und Steuerungskonzept des FTS mit vier separat lenkbaren Einheiten für räderschonende Drehbewegungen überzeugen. Vogel: „Die Abriebfestigkeit der Räder ist wirklich hoch. Sie drehen auch auf den Schienen ohne Verschleiß.“
Das FTS ist nur fallweise unterwegs, wenn es die Öfen mit neuen Formen beschickt. Die typischen Fahrstrecken liegen bei 30 bis 50 m. Auf eine hohe Laufleistung kommt es dabei nicht an. Vielmehr sind präzises Positionieren und hohe Verfügbarkeit gefragt und in dieser Hinsicht hat das FTS von Stäubli WFT in den mittlerweile sieben Jahren des Betriebs seine Anwender im ZLP noch nie enttäuscht.
Stäubli WFT GmbH
Weiterverarbeitung zum innovativen Flugzeugbauteil
Mit industrienaher Forschung treibt das ZLP in Augsburg die Gewichtsreduzierung von Flugzeugen voran – und Automation senkt zugleich die Kosten des Leichtbaus: Das ZLP produziert daher die CFK-Flugzeugbauteile mit hohem Automationsgrad und mit Blick auf eine spätere Serienfertigung.
Die Vorformlinge werden mit Hilfe von Robotern mit den Verfahren Fiber Placement (AFP) und Tapelaying (ATL) produziert und anschließend mit Harz infiltriert. Anschließend erfolgt – unter Beteiligung des Schwerlast-FTS für den Werkzeugtransport – das Aushärten des Bauteils im Ofen. Je nach Werkstoff und Bauteildicke dauert das drei bis acht Stunden. Dann, nach dem Entfernen der Vakuumfolie, wird das Carbon-Leichtbauteil besäumt, gestrahlt und einer Qualitätskontrolle mit Thermografie unterzogen.
Bei den vom ZLP entwickelten und produzierten Bauteilen handelt es sich zum Teil um die Optimierung vorhandener CFK-Komponenten, zum Teil werden aber auch Metallbauteile durch Carbon substituiert. Bei den meisten Projekten arbeitet das ZLP mit Industriepartnern zusammen.
