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Ausgewählte Ausgabe: 06-2017 Ansicht: Modernes Layout
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CFK-Bauteile von Beginn an fehlerfrei fertigen

Flugzeugteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) wirtschaftlich zu fertigen bedeutet: nur Gutteile – vom ersten Teil an. Dafür werden die NC-Programme für das „Fiber-Placement“ per Simulation verifiziert. Ansatzpunkt sind die Ausgabedaten der Siemens-CNC „Sinumerik“: Hier hinterlässt jeder entlang der Prozesskette aufgetretene Fehler seinen „Fingerabdruck“ – und kann vor der realen Fertigung korrigiert werden.


Bild 1.  Premium Aerotec in Augsburg stellt Rumpfstrukturen für den Flugzeugbau her.

Bild 1.
Premium Aerotec in Augsburg stellt Rumpfstrukturen für den Flugzeugbau her.

Premium Aerotec ist Europas führender Zulieferer von Strukturbauteilen für zivile und militärische Flugzeuge. Am Standort Augsburg entwickelt und fertigt das Unternehmen Rumpfteile sowie hochbelastete Strukturkomponenten für praktisch alle europäischen Luftfahrtprogramme, Bild 1. Ein Kompetenzschwerpunkt sind Bauteile aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoff, zum Beispiel Außenhautteile, Spanten und Versteifungen für den Rumpf des Flugzeugs A350 XWB.
Solche CFK-Komponenten werden in einem aufbauenden Verfahren hergestellt, dem „Fiber-Placement“: Mit Epoxydharz getränkte Kohlenstofffaserstränge (Prepregs) werden auf eine Form aufgebracht – eng nebeneinander, Schicht um Schicht, Bild 2. In Augsburg kommen für das automatische Legen der „Tows“ Fiber-Placement-Anlagen zum Einsatz, die mit der CNC Sinumerik von Siemens gesteuert werden.

Bild 2.  Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe (CFK) ersetzen im Flugzeugbau zunehmend mehr Metallteile aus Aluminium oder Titan.

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Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe (CFK) ersetzen im Flugzeugbau zunehmend mehr Metallteile aus Aluminium oder Titan.


Prozessfehler beim Fiber-Placement gefährden die Wirtschaftlichkeit und die Planbarkeit der Produktion (siehe auch gelber Infokasten). Aus diesem Grund wird der Legeprozess für jedes Bauteil im Voraus per Simulation sorgfältig überprüft. Anhand der CAD-Konstruktionsdaten entwickelt Premium Aerotec für jedes Bauteil zunächst eine Fertigungsstrategie, in der sämtliche Details der Kohlefaserplatzierung festgelegt werden. Der so entstehende Verlegeplan für die Prepregs wird dann von einer großenteils automatisiert ablaufenden Prozesskette in ein NC-Programm für die Fiber-Placement-Roboter umgesetzt.
Die Bauteilqualität hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem Rohmaterial, Wartungszustand der Maschinen oder Klimatisierung der Halle. Alle diese Einflüsse lassen sich mit klassischen Methoden „im Griff behalten“. Die größere Herausforderung liegt in der statischen und dynamischen Qualitätssicherung der Tow-Ablage; diese wird maßgeblich durch die NC-Programme bestimmt. Die Prozessqualität hängt also unmittelbar von der NC-Programmqualität ab.

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Autoren

Dr.-Ing.  Wolfgang Schmidt

Account Manager Aerospace Industry bei Siemens, Division Digital Factory / Process Industries and Drives, Business Unit Motion Control Systems in Erlangen.

Teure Fehler vermeiden

Die Eigenschaften des CFK-Materials und des Bauteils sind in hohem Maße abhängig vom  Faserverlauf und von der Prozessqualität des Fiber-Placements. Jeder Prozessfehler würde einen Materialdefekt in den oft großen und teuren Bauteilen bedeuten. Dies wiederum zieht eine  aufwendige Fehlerdokumentation oder schlimmstenfalls den Ausschuss des Bauteils nach sich.  Das gilt es zwingend zu verhindern.

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