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
Folie 2 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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
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Folie 3 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Automatisierte Composite Integral Fertigung (ACIF)
für große CFK -Bauteile
1988-1999 in Stuttgart
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Folie 4 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Computersimulation und reale Welt
Fertigungs- und Konstruktionsumgebung im Rahmen der automatisierten Fertigung (bis 1999)
Computer-
Simulations-Zelle
Fertigungs-Zelle
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Folie 5 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Wickeln ebener Laminate mit einem Industrieroboter
• Simulation des Wickelvorganges mit Kollisionsprüfung und Pfadoptimierung (links)
• Arbeitsvorbereitung und Justierung am Industrieroboter (rechts)
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Folie 6 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
� 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
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Folie 7 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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
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Folie 8 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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
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Folie 9 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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.
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Folie 10 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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
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Folie 11 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Situation in der Luftfahrt
für große CFK -Bauteile
seit 2007
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Folie 12 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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
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Folie 13 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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:
Folie 14 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
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!
Folie 15 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Entwicklung des Einsatzes von CFK im Flugzeugbau
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!
Folie 16 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Entwicklung des Einsatzes von CFK im Flugzeugbau
� 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
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Folie 17 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
0
10
20
30
40
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60
70
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90
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stel
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ten
(%)
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.
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Folie 18 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Fertigungsmaschinen in der Luftfahrt
für große CFK -Bauteile
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Folie 19 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Automatisierte CFK -ProduktionstechnologieEndeffektor-Technologievon Coriolis Composites SAS
Bildquelle: Coriolis Composites SAS
Folie 20 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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
Folie 21 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Mit M21/35,5%/190/IM7GSnach BMS 8-276m ist die Legeleistung in kg/h:
Ingersoll Mongoose V1: ca. 66 kg/h
Hardware für Composite AFP oder ATL
Bildquelle: Ingersoll
Folie 22 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Hardware für Composite AFP oder ATL
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
Folie 23 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Hardware für Composite AFP oder ATL
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
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Folie 24 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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
Folie 25 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
ElectroImpact (Mukilteo, Wash.)
Ingersoll Machine Tools
MAG Cincinnati CM100 AFP
CGTech’s Vericut Composite
Simulation (VCS)
Hard- und Software für Composite AFP oder ATL
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Folie 26 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Fertigungsmaschinen in der Luftfahrt
für große CFK -Bauteile
Ansatz im ZLP-Augsburg
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Folie 27 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Automatisierte CFK -ProduktionstechnologieKooperierende Robotersysteme
� Ablegen großer Preformsmit flexiblen Robotersystemen
� Bahnoptimierung
� Dynamik und Steuerungs-Algorithmen
� Sensortechnik
� Rückkoppelnde Positioniersysteme mit externer Führung
� Endeffektoren (Ablageköpfe, etc)
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Folie 28 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
� 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
Folie 29 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Automatisierte CFK -ProduktionstechnologieMultifunktionale Roboterzelle mit Mensch-Maschinen-Interaktion
MFZ-AnlageStand 03/2011
Von der Manufaktur und Teilautomation… .. zur automatisierten Produktion
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Folie 30 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
Automatisierte CFK -Produktionstechnologie
� Man kann vieles automatisieren
� Man muss es aber nicht unbedingt
� Daher Automatisierte CFK-Fertigung im ZLP-Augsburg
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Folie 31 > Abt 43511 > Dr. Dudenhausen
1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium > 18.Mai 2011
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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