Möglichst leicht und trotzdem sehr sicher müssen die Türen für Passagierflugzeuge sein. Deshalb werden sie aus mehreren unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut. Damit in den Baugruppen keine Korrosion auftritt, dürfen sich manche Materialien nicht direkt berühren. Die Montage der Türstrukturen mit ihren Schraub- und Nietverbindungen erfordert daher viele Zwischenschritte. Sie erfolgt überwiegend in Handarbeit. Rund 110 Stunden dauert die Fertigung einer solchen Tür nach Angaben des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz.
Andere Materialien und Automatisierung für die Montage von Flugzeugtüren
Die Forschenden haben deshalb im Projekt „TAVieDA“ nach Alternativen gesucht und wurden fündig. Ziel war dabei ein „schnell installierbares und robustes Flugzeugtürsystem unter Anwendung der Vielgestaltigkeit einer einstelltoleranten Dichtung und automatisierter Montage“. Werden beispielsweise statt Aluminium, Titan und Duroplasten hauptsächlich thermoplastische Kohlefaserverbundmaterialien (CFK) eingesetzt, geht die Fertigung wesentlich schneller. Wenn die Materialien dabei zudem ohne Trennlagen automatisiert miteinander verschweißt werden können, sinkt die Fertigungszeit nach den Erkenntnissen am Fraunhofer IWU auf vier Stunden. Auch eine modulare Bauweise für unterschiedliche Flugzeugtürvarianten spart dabei Zeit.
Das Team vereinfachte beispielsweise den Querträger der Tür. Zudem entwarfen die Forschenden eine vollautomatische Montagelinie für die gängigsten Modelle. Sie entwickelten darüber hinaus entsprechende Vorrichtungen sowie Spannelemente, die für die Fügetechnologien Widerstandsschweißen und Ultraschallschweißen geeignet sind. „Gemeinsam mit den Kollegen von Airbus haben wir uns alle Türstrukturen genau angesehen, um die Geometrien für ein automatisches Spannen und Fügen anzupassen“, berichtet Rayk Fritzsche, Projektleiter am Fraunhofer IWU. Im Ergebnis konnte das Team die einzelnen Montageschritte neu organisieren und durchgehend automatisieren. „Damit wird nur noch ein Bruchteil der bisherigen Durchlaufzeit benötigt“, freut er sich. Lediglich beim Einbau der Verriegelungsmechanik sei noch Handarbeit erforderlich.
Damit beim Ausfall einer Linie Ersatzkapazität zur Verfügung steht, setzt das Team auf zwei weitgehend identische Montage- bzw. Fügelinien. Dank verschiedener Vereinheitlichungsmaßnahamen können damit nach Institutsangaben je zehn Türen in ein Los zusammengefasst werden. Am Schichtende kann die Linie vollautomatisch für die nächste Modellreihe umgerüstet werden. Bezogen auf die Kapazität von 4000 Türen pro Jahr ergibt sich laut den Forschenden durch das neue Material- und Produktionskonzept ein erheblicher Skaleneffekt.
Simulation der Montage von Flugzeugtüren spart Planungszeit
Eine Automatisierung um der Automatisierung willen war für das Team aber keine Option. Deshalb simulierte Maxi Grobis vom Fraunhofer IWU alle technischen und betriebswirtschaftlichen Aspekte der neuen Montagelinie. Er bewertete dabei vor allem die Komplexität von Produkt und Produktionsprozess sowie Automatisierungschancen und -risiken. Auch Flexibilität und Wandlungsfähigkeit sowie die Gesamtanlagenverfügbarkeit in einer Kette verschiedener Einzelautomatisierungen waren ein Thema.
„Damit eine Lösung aus einem Guss herauskommen konnte, haben wir den Gesamtprozess von Produktion und Montage der Tür betrachtet und in eine dynamische Kostenrechnung überführt“, erklärt Grobis. Er fügt hinzu: „Was technisch funktioniert, soll schließlich auch hinsichtlich Anschaffungskosten, Maschinenstundensätzen, Instandhaltungsaufwänden, Energiekosten, Kapitalbindung und Abschreibung stimmig sein.“ Allein das Einsparpotenzial bei den Lohnkosten oder durch kürzere Durchlaufzeiten aufzuzeigen, wäre zu wenig.
Umso erfreulicher ist das Ergebnis. Die neu entwickelte Automatisierungslösung berücksichtigt die wichtigsten technischen, logistischen und betriebswirtschaftlichen Kriterien. Für Grobis ist es zudem ein Erfolg, dass das Team mit dem integrierten Simulationsansatz auch die Planungszeiten um rund ein Viertel reduzieren konnte.
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