Die Herstellung von Türen für Passagierflugzeuge ist überwiegend Handarbeit. Besonders zeitaufwendig ist die Montage der Türstrukturen mit ihren Schraub- und Nietverbindungen. Viele Zwischenschritte sind erforderlich, um den direkten Kontakt unterschiedlicher Materialien zu vermeiden, der zu Korrosion führt. Werden statt Aluminium, Titan und Duroplasten hauptsächlich thermoplastische Kohlefaserverbundmaterialien (CFK) eingesetzt, die ohne Trennlagen automatisiert miteinander verschweißt werden können, geht es wesentlich schneller – die Fertigungszeit für die Türstruktur sinkt von 110 auf nur noch vier Stunden, berichtet das Fraunhofer IWU. Dies zeigt ein Forschungsprojekt von Fraunhofer IWU, Fraunhofer LBF, Trelleborg und Airbus Helicopters.
Ein Schlüssel zu kürzeren Montagezeiten liegt außerdem in der modularen Bauweise für unterschiedliche Flugzeugtürvarianten. Das Projektteam machte sich dafür gezielt auf die Suche nach Bauteilen in verschiedenen Türmodellen, die vereinheitlicht werden können. Fündig wurde es zum Beispiel beim Querträger. Die Forschenden entwarfen eine vollautomatische Montagelinie für die gängigsten Modelle und entwickelten Vorrichtungen sowie Spannelemente, die für die Fügetechnologien Widerstandsschweißen und Ultraschallschweißen geeignet sind.
Im Projekt TAVieDa wurde unter anderem die neue Dichtungsgeometrie mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen entwickelt (Bild: IWU)
Von der Manufaktur zum eng getakteten, industriellen Fertigungsprozess
Gemeinsam mit den Kollegen von Airbus haben wir uns alle Türstrukturen genau angesehen, um die Geometrien für ein automatisches Spannen und Fügen anzupassen. Im Ergebnis konnten wir die einzelnen Montageschritte neu organisieren und durchgehend automatisieren, erklärt Dr. Rayk Fritzsche, Projektleiter am Fraunhofer IWU. Damit werde nur noch ein Bruchteil der bisherigen Durchlaufzeit benötigt. Lediglich für den Einbau der Verriegelungsmechanik ist noch Handarbeit erforderlich.
Vorgesehen sind nun zwei weitgehend identische Montage- beziehungsweise Fügelinien, damit bei Ausfall einer Linie Ersatzkapazität zur Verfügung steht (Redundanz). Je zehn Türen können als Ergebnis verschiedener Vereinheitlichungsmaßnahamen in ein Los (Batch) zusammengefasst werden, bevor am Schichtende die Linie vollautomatisch für die nächste Modellreihe umgerüstet wird. Bezogen auf die Kapazität von 4000 Türen pro Jahr ergibt sich durch das neue Material- und Produktionskonzept ein erheblicher Skaleneffekt.
Lohnt sich die Investition in neue Produktionsanlagen?
Maxi Grobis aus dem IWU-Team Fabrikplanung, Simulation und Bewertung simulierte alle technischen und betriebswirtschaftlichen Aspekte der neuen Montagelinie – die sich meist wechselseitig bedingen. Zu den wichtigsten technischen Bewertungskriterien zählen die Komplexität von Produkt und Produktionsprozess, Automatisierungschancen und -risiken auch aus dem Blickwinkel von Flexibilität und Wandlungsfähigkeit oder die Gesamtanlagenverfügbarkeit in einer Kette verschiedener Einzelautomatisierungen.
Eine Automatisierung um der Automatisierung willen war keine Option. Grobis betont: 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. Was technisch funktioniere, solle 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 kurz gesprungen. Das Ergebnis ist eindeutig.
Unter Berücksichtigung aller technischen, logistischen und betriebswirtschaftlichen Kriterien sollte die neu entwickelte Automatisierungslösung umgesetzt werden. Besonders stolz ist Grobis, dass sie mit ihrem integrierten Simulationsansatz auch die Planungszeiten um rund ein Viertel reduzieren konnten: Wer die Betriebswirtschaft von vornherein mitdenkt, spart sich bereits bei der Planung unnötige Änderungsschleifen.
Im Projekt TAVieDA (schnell-installierbares und robustes Flugzeugtürsystem unter Anwendung der Vielgestaltigkeit einer einstelltoleranten Dichtung und automatisierter Montage) arbeiteten die Institute Fraunhofer IWU und Fraunhofer LBF mit Airbus Helicopters und Trelleborg zusammen. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo).
- www.iwu.fraunhofer.de
Text zum Titelbild: Am Fraunhofer IWU entwickeltes Spannelement für das automatisierte Spannen und Fügen thermoplastischer Kohlefaserverbundmaterialien bei Flugzeugtüren (z.B. Querträger) (Bild: IWU)
