Automatisierung und Qualitätssicherung in der ... · CGTech’s Vericut Composite Simulation (VCS)...

Folie 1 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen

1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011

Automatisierung und Qualitätssicherung in der Produktionstechnik im ZLP-Augsburg

Dr.-Ing. Wolfgang DudenhausenInstitut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung

Abteilung für Rechnergestützte Bauteilgestaltung, S tuttgartkom. Leiter Zentrum für Leichtbauproduktionstechnol ogie Süd, Augsburg

AUGSBURG Innovationspark



Forschungsschwerpunkte der AbteilungRechnergestützte Bauteilgestaltung

Hochleistungs-Leichtbau-Strukturen für die Luftfahrt und den Verkehr

• Allgemeine duromere Faserverbundstrukturen

• Allgemeine thermoplastische Faserverbundstrukturen

• Strukturen für die Verkehrstechnik

• Triebwerksstrukturen

• Hochauftriebsstrukturen




Automatisierte Composite Integral Fertigung (ACIF)

für große CFK -Bauteile

1988-1999 in Stuttgart




Computersimulation und reale Welt

Fertigungs- und Konstruktionsumgebung im Rahmen der automatisierten Fertigung (bis 1999)

Computer-

Simulations-Zelle

Fertigungs-Zelle




Wickeln ebener Laminate mit einem Industrieroboter

• Simulation des Wickelvorganges mit Kollisionsprüfung und Pfadoptimierung (links)

• Arbeitsvorbereitung und Justierung am Industrieroboter (rechts)




� Belegen von Flächen mit biegeschlaffen Zuschnitten.

� Abziehen von Folien von klebrigen und nichtklebrigen Prepregs.

� Gezieltes Aktivieren und Deaktivieren von Klebrigkeit.

� Einfügen von vorgefertigten Bauelementen und Versteifungen.

� Handhaben von Waben und Paketieren.

� Montagehilfe, Einfügen von vorgefertigten Bauelementen und Versteifungen.

Endeffektor zum Abziehen von Deckfolien vom Prepreg

Technisches KonzeptHandhabung




Technikumsanlage ACIF bei IBK in Stuttgart

� Tapelegen mit Tapelegkopf (75mm)

� Herstellen gekrümmter Strukturen mittels Prepregtapes (1988-1996)

� Stapeln von NCF

� Roboterzelle mit Endeffektor z.B. Folienabzug




Fertigungsentwicklung für kostengünstige Faserverbundstruktuen

�Ablegen von uni-direktionalen Tapes (Prepregs und trockenen Halbzeugen) in Paketen z.B. für Triebwerksteile.

�Kombination des Tapeablegekopfesmit der rotierenden Achse der Wickeleinheit.

�Verwendung von polymeren Harz-systemen für Einsatztemperaturen über 150°C

�Online-Monitoring durch Video-Bildanalyse




Bereich zur

Spaltanalyse

Spalt unterschiedlicher Breite

Online Qualitätssicherung mit Video-Visuellen Verfahren

Spalterkennung

� Übertragung von Laborversuchen auf den Fertigungsablauf.

� Versuch der Integrationder numerischen Spalterkennung auf die Positionsbestimmung des Tapeablegekopfes.




Fehlstellenerkennung

� Versuch durch Fehlstellenerkennung die Fertigungsqualität des Tapeablegekopfeszu beurteilen.

� Reaktionen für den nächsten Arbeitsschritt ableiten und an die Steuereinheit übertragen.

Bereich der

Blasenanalyse

Situationsabhängige Reaktion

Online Qualitätssicherung mit Video-Visuellen Verfahren




Situation in der Luftfahrt


seit 2007




Entwicklung des Einsatzes von CFK im Flugzeugbau Zonen unterschiedlicher Belastungen am Flugzeug

� Zur Optimierung des Gewichts muss die Struktur und damit die Bauweise an die Belastung angepasst werden.

� Abweichungen von der reinen Barrelbauweise sind lokal notwendig.

� Dazu Fenster- und Türausschnitte




Entwicklung des Einsatzes von CFK im Flugzeugbau Blechbearbeitung einer Aluminiumschale

Quelle: Die Sendung mit der Maus, ARD (1999)

� Zuführen� Ansaugen� Ablegen� Einklemmen� Reinigen� Streckziehen� Nachspannen� Richten� Folie aufsprühen� Laserschneiden� Ätzen der Zwischen-

felder

Arbeitsschritte:


1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011Bildquelle: Flugrevue A350XWB

480 Flugzeuge pro Jahr

480 Rümpfe

> 40.000 Spante> 100.000 Stringerelemente

1920 Flügelhalbschalen> …

480 Seitenleitwerke> …

960 Höhenleitwerke> …

Entwicklung des Einsatzes von CFK im Flugzeugbau

d.h. Zielkadenz: 40 Flugzeuge im Monat

Diese Herausforderung gilt auch für die Metallbauweise!




3.3234.547Summe

145 Bolzen / Schrauben

116 Nieten

118 Laschen (Lampassen)

238 Clips

Verbindungstechnik

3.060 Schalen

1.399 Spanten / Druckspanten

598 Stringer

2.196 Haut

CFK-Struktur(kg)

Al-Struktur(kg)

Komponenten

Quelle: "Technikfolgenabschätzung", Nr. 1, 12. Jahrgang -März 2003, S. 86-91

� Mengengerüst für die wichtigsten Komponenten eines Druckrumpfs aus Aluminium.

� Auf der Basis von Rechnungen des DLR in

Braunschweig für eine Rumpfstruktur aus CFK. Erfordert neue Bauweise ohne diskrete Stringer und Spante!




� 40 Flugzeuge pro Monat

� 3060 kg CFK Rumpfstruktur pro Rumpf

� Der Rumpf hat einen Gewichts-anteil am Flugzeug von ca. 34 %

� Im Alu-Rumpf liegen die Dicken des Aluminiums zwischen 1,6 mm und 5 mm

� 1,5 Rümpfe pro Tag

� 4590 kg/Tag, das sind im 2 Schichtbetrieb

� 287 kg/h fertige Struktur

Berechnung der Stundenleistung einer CFK-Preformtechnologie

Mit M21/35,5%/190/IM7GS nach BMS 8-276m ist die Legeleistung in kg/h:

Ingersoll Mongoose V1: ca. 66 kg/h

Elektroimpact 12 Tows * ½“: ca. 45 kg/h

Electroimpact 16 Tows * ½“: ca. 60 kg/h




0

10

20

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stel

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(%)

Prepreg ThermosetVersion

ThermoplasticPEEK Version

Labour CFRP Tooling

Kostenrechnung: EADS-MSeitenleitwerk

Forschungsportfolio Werkstoffe, Leichtbau, StrukturKostenoptimierte Verfahrenstechnik

28% Einsparung

2,75

m

Ca. 80% der Bauteil Kosten sind erreicht, wenn die Preform in der Form liegt.




Fertigungsmaschinen in der Luftfahrt





Automatisierte CFK -ProduktionstechnologieEndeffektor-Technologievon Coriolis Composites SAS

Bildquelle: Coriolis Composites SAS



Hardware für Composite AFP oder ATL

Torres ATL-Kopf: Flügelschalenfertigung

Prepreg Tape

Ingersoll Mongoose AFP-Kopf:Ablegegeschwindigkeit: 50 m/minRumpfheckfertigungPrepreg Tape

Bildquelle: Ingersoll und Torres



Mit M21/35,5%/190/IM7GSnach BMS 8-276m ist die Legeleistung in kg/h:

Ingersoll Mongoose V1: ca. 66 kg/h


Bildquelle: Ingersoll




Mit M21/35,5%/190/IM7GSnach BMS 8-276m ist die Legeleistung in kg/h:

Elektroimpact 12 Tows * ½“:ca. 45 kg/h

Electroimpact 16 Tows * ½“:ca. 60 kg/h

Bildquelle: Electroimpact




Ingersoll Dual-Gantry 2-Kopf AFP Maschine

Goodrich Aerostructures Fiber Placementfür innere Haltestruktur der Triebwerke GEnxund Rolls-Royce Trent 1000 für die B787

Manuelles Fiber Placement bei

Goodrich Aerostructures




Electroimpact Maschine bei SpiritAeroSystems für B787 Dreamliner

Rumpfsection

Ingersoll Tape-Layer für die Sektion 44 für B787 Dreamliner

Hardware für Composite AFP oder ATL und Rumpfsektion endes B787 Dreamliners

Bildquelle: Boeing



ElectroImpact (Mukilteo, Wash.)

Ingersoll Machine Tools

MAG Cincinnati CM100 AFP

CGTech’s Vericut Composite

Simulation (VCS)

Hard- und Software für Composite AFP oder ATL




Fertigungsmaschinen in der Luftfahrt


Ansatz im ZLP-Augsburg




Automatisierte CFK -ProduktionstechnologieKooperierende Robotersysteme

� Ablegen großer Preformsmit flexiblen Robotersystemen

� Bahnoptimierung

� Dynamik und Steuerungs-Algorithmen

� Sensortechnik

� Rückkoppelnde Positioniersysteme mit externer Führung

� Endeffektoren (Ablageköpfe, etc)




� Fabrikkonzepte für optimierten Material- und Kernsupport

� Minimierung und Optimierung von Roboterfahrwegen

� Flexible Track-Gestaltung für wandlungs-fähige Roboterzellen

� Usw.

Automatisierte CFK -ProduktionstechnologieKooperierende Robotersysteme

Quelle: GATE Fabrikplanung im Auftrag des DLR



Automatisierte CFK -ProduktionstechnologieMultifunktionale Roboterzelle mit Mensch-Maschinen-Interaktion

MFZ-AnlageStand 03/2011

Von der Manufaktur und Teilautomation… .. zur automatisierten Produktion




Automatisierte CFK -Produktionstechnologie

� Man kann vieles automatisieren

� Man muss es aber nicht unbedingt

� Daher Automatisierte CFK-Fertigung im ZLP-Augsburg




Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.in der Helmholtz-GemeinschaftInstitut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung

Pfaffenwaldring 38-4070569 Stuttgart (Vaihingen) Telefon 0711 6862-433Telefax 0711 6862-227E-Mail mailto: [email protected] http://www.dlr.de/bk/

DLR Zentrum für LeichtbauproduktionstechnikZLP Süd Standort Augsburg

BCM / 8. Stock, Raum 8016 Alter Postweg 10186159 Augsburg Telefon: 0821-598-5952Telefax: 0821-598-5883

Dr.-Ing. Wolfgang Dudenhausen

und das Team in Augsburg


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