Im Forschungsprojekt TAVieDA entwickelten Fraunhofer IWU, Fraunhofer LBF, Airbus Helicopters und Trelleborg ein vollständig automatisiertes Konzept zur Herstellung von Flugzeugtüren. Statt vieler manueller Montageschritte kommen thermoplastische CFK-Komponenten zum Einsatz, die verschweißt statt vernietet werden. Das Ergebnis: eine Reduktion der Fertigungszeit von 110 auf nur 4 Stunden.
Durch die Verbindung von CFK-Technologie, modularem Design und intelligenter Simulation konnte nicht nur die Montagezeit drastisch verkürzt, sondern auch die Planungszeit deutlich reduziert werden. Das Konzept berücksichtigt sowohl technische als auch wirtschaftliche Aspekte – von der Flexibilität der Produktionslinien bis zur Kostenrechnung. Damit zeigt das Projekt, welches Potenzial CFK für automatisierte, industrielle Anwendungen bietet.
Produktionsprozesse mit CFK neu strukturiert
Die Herstellung von Flugzeugtüren war bislang geprägt von aufwendiger Handarbeit und komplexen Montageschritten. Korrosionsschutz erforderte zusätzliche Zwischenschritte beim Verbinden verschiedener Materialien. Durch den Einsatz von thermoplastischen CFK-Komponenten, die ohne Trennlagen automatisiert verschweißt werden, konnte die Fertigungszeit nun drastisch reduziert werden – von 110 auf nur noch 4 Stunden.
Ermöglicht wurde diese Entwicklung durch die enge Zusammenarbeit von Fraunhofer IWU, Fraunhofer LBF, Trelleborg und Airbus Helicopters im Projekt TAVieDA. Neben dem Materialwechsel trug vor allem die neue modulare Bauweise zur Effizienzsteigerung bei. Standardisierte Bauteile wie Querträger und speziell entwickelte Vorrichtungen für Widerstands- und Ultraschallschweißen erleichtern die automatische Fertigung unterschiedlicher Türvarianten erheblich.
Von der Manufaktur zum eng getakteten, industriellen Fertigungsprozess
Dr. Rayk Fritzsche, Projektleiter am Fraunhofer IWU: »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. Damit wird 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- bzw. Fügelinien, damit bei Ausfall einer Linie Ersatzkapazität zur Verfügung steht (Redundanz). Je 10 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 4 000 Türen pro Jahr ergibt sich durch das neue Material- und Produktionskonzept ein erheblicher Skaleneffekt.
Lohnt sich die Investition in neue Produktionsanlagen auch ›unterm Strich‹?
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 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 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 konnte: Wer die Betriebswirtschaft von vornherein mitdenkt, spart sich bereits bei der Planung unnötige Änderungsschleifen.
Das Projekt »TAVieDA« (schnell-installierbares und robustes Flugzeugtürsystem unter Anwendung der Vielgestaltigkeit einer einstelltoleranten Dichtung und automatisierter Montage) wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo) gefördert.