Excellence in Production Excellence in the Air

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1 Excellence in Production Excellence in the Air

2 Excellence in Production Excellence in the Air Die Entwicklung, Herstellung und Instandhaltung hochleistungsfähiger Komponenten für die Luftund Raumfahrt zählt zu einer der anspruchsvollsten Aufgaben für die Fertigungstechnik. Interdisziplinäre Kooperationen und aufwändige Zulassungsverfahren bieten große Herausforderungen für Unternehmen, die in diesem Markt wettbewerbsfähig bleiben wollen. Die Kenntnis von Technologien, Werkstoffen und Eigenschaften der Bauteile ist hier ebenso wichtig wie ein ausgeprägtes Verständnis aller Komponenten und Abhängigkeiten im Bearbeitungsprozess. Zukunftsfähige Technologien zu erkennen, zu entwickeln und zu beherrschen ist das Ziel unseres Technologiemanagements. Es bildet im gemeinsamen Geschäftsfeld»Luftfahrt«von WZL und Fraunhofer IPT die Basis für mittel- und langfristige Entwicklungsprojekte. Denn nur wer sowohl die Einzeltechnologien als auch ihre Verknüpfungen innerhalb von Prozessketten überblickt, kann Fertigungszeiten und -kosten reduzieren, Qualität und Flexibilität verbessern und der Konkurrenz mit neuen Entwicklungen stets eine Nasenlänge voraus sein.

3 Turbinentechnik Unsere Dienstleistungen rund ums Triebwerk: Simultane 5-Achs-Fräsbearbeitung anspruchsvoller Strömungsgeometrien einschließlich der NC-Datenanalyse und -optimierung Die Forderungen nach höherer Effizienz von Flugzeugtriebwerken und sinkenden Emissionswerten werden immer lauter. Beides steht und fällt mit den richtigen Werkstoffeigenschaften und dem Bauteildesign. Doch die neuen Legierungen, die hier zum Einsatz kommen, sind schwerer zu bearbeiten als die herkömmlichen Werkstoffe. Die eingeschränkte Zugänglichkeit der Bauteile führt zu immer komplexeren Bearbeitungsprozessen. Wir optimieren nicht nur konventionelle Fertigungstechnologien, sondern entwickeln auch neue Lösungen, mit denen sich unterschiedlichste Technologien für den Triebwerksbau simultan oder sequenziell integrieren lassen. Durchgängiges Prozesskettendesign, Automation und das Management von Fertigungstechnologien sind unsere Spezialität. Design, Auslegung und Umsetzung automatisierter und maschinenintegrierter Bearbeitungsfolgen (Laserintegration für Reparatur, Integration optischer und taktiler Messtechnik etc.) Auslegung neuer Laserbearbeitungsverfahren wie das laserunterstützte Drückumformen von Titanlegierungen Grundlagenuntersuchungen zu den relevanten Zerspantechnologien (Drehen, Fräsen, Räumen, Bohren, Schleifen) einschließlich werkstoffkundlicher Analysen Bewertung der Zerspanbarkeit neuer Werkstoffe unter Berücksichtigung innovativer Schneidstoffe, Werkzeuggeometrien und Schnittstrategien Kooperative Weiterentwicklung von Fertigungsverfahren mit führenden Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt, Turbinen- und Motorentechnik, Werkzeug und Beschichtungstechnik (Technologie-Arbeitskreis) BLISK-Bearbeitung Integral beschaufelte Verdichterstufen (BLISK) bieten mit ihren günstigen strukturellen Eigenschaften deutliche Vorteile gegenüber»gebauten«rotorstufen. Bisher noch exemplarisch in wenigen militärischen Anwendungen im Einsatz werden sie in Zukunft immer stärker auch in zivilen Triebwerken zum Zug kommen. Wir erforschen und entwickeln die Technologien zu ihrer Fertigung und Instandhaltung von der Planung und Optimierung der Prozesse bis zur kompletten Herstellung prototypischer Bauteile.

4 Metallische Strukturbauteile Strukturbauteile für Flugzeuge müssen bei vorgegebener Tragfähigkeit ein minimales Gewicht aufweisen. Deshalb werden solche Bauteile häufig aus Vollmaterial herausgearbeitet. Nicht selten enden dabei aber mehr als 90 Prozent der Rohteilmasse als Späne. High Performance Cutting (HPC) bietet hier großes Einsparpotenzial, verlangt aber, dass die Einflüsse von Maschine und Prozessen ganzheitlich betrachtet werden. Zum Einsatz kommen moderne Hochleistungsmotorspindeln, die im oberen Grenzbereich betrieben werden. Wir prüfen die Prozessstabilität, entwickeln angepasste Bearbeitungsstrategien und übernehmen die komplette Vorrichtungskonstruktion. Unser Dienstleistungsangebot umfasst die Untersuchung und Optimierung sowohl der Maschinen als auch der Bearbeitungsprozesse. Unsere Dienstleistungen rund um die Herstellung metallischer Strukturbauteile: Qualifizierung und Schwachstellenanalyse von Hauptspindelsystemen im Zerspanbetrieb Analyse des statischen, dynamischen und thermischen Spindelverhaltens Experimentelle Ermittlung der Zerspanleistungen von Spindel-Werkzeug-Konfigurationen (Stabilitätskarten) Auslegung einer optimierten Fertigung unter technologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten Analyse und Optimierung von Fertigungsprozessen in der industriellen Anwendung Hochleistungsbearbeitung eines Aluminium- Strukturbauteils Motorfrässpindeln für die HPC-Bearbeitung (High Performance Cutting) von Strukturbauteilen sind die wichtigsten Komponenten in hoch entwickelten Werkzeugmaschinen. Sie arbeiten in optimierten Prozessen häufig an ihrer Leistungsgrenze. Dies trägt nicht nur dazu bei, Ausfälle und Maschinenstillstände zu vermeiden, sondern verkürzt auch die Bearbeitungszeiten. Wir bewerten die Prozessstabilität und planen mit unseren Kunden optimale Bearbeitungsstrategien. Optimale und angepasste Auswahl von Werkzeugen, Schnittparametern und Bearbeitungsstrategien Kinematik- und Steifigkeitsanalyse von Schwenkund Spannvorrichtungen Konzeption, Konstruktion und Umsetzung von Spannvorrichtungen Bildquelle: Dörries Scharmann Technologie GmbH

5 Strukturbauteile aus Faserverbundwerkstoffen Hochleistungswerkstoffe für die Luft- und Raumfahrttechnik müssen nicht nur höchsten Anforderungen an die Steifigkeit und Festigkeit gerecht werden, sondern dabei gleichzeitig auch eine geringe Dichte aufweisen. Automatisierte Fertigungsverfahren für die Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundmaterialien können hier die Fertigungskosten senken. Im Fokus unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten steht auch die Substitution herkömmlicher duroplastischer Matrices durch Thermoplaste wie PEEK. Wir arbeiten an der Automatisierung entsprechender Prozesse, um verschiedene Halbzeuge auf einer Werkzeugform zu platzieren. Unsere Dienstleistungen zur Herstellung faserverbundtechnischer Strukturbauteile: Entwicklung von Lösungen zur Automation faserverbundtechnischer Herstellungsprozesse Entwicklung von Tapelege- und Fiber-Placement- Anlagen sowie der jeweiligen Prozess-technologie Entwicklung spezieller Lösungen für Pultrusionsund Pulwinding-Prozesse Einsatz moderner Methoden zur Prozessierung von Faserverbundwerkstoffen wie Infrarotstrahlung, Diodenlaser, CO 2 -Laser, Nd:YAG-Laser und Mikrowellenstrahlung Werkzeug- und Formenbau für Faserverbundwerkstoffe Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen Laserunterstütztes Tapelegen Beim laserunterstützten Tapelegen kommen exzellent regelbare Hochleistungsdiodenlaser zum Einsatz, mit denen qualitativ hochwertige Bauteile hergestellt werden können. Solche Lasersysteme werden in Tapelegeköpfe integriert, die bei einem kompakten Bauraum ein hohes Maß an Funktionsdichte aufweisen. Wir nutzen diese beispielsweise in einem 6-achsigen Portalroboter mit zwei weiteren Zusatzachsen. Das autonome Fertigungssystem gewährleistet damit zukünftig ein hohes Maß an Automatisierung faserverbundtechnischer Prozesse. In Kooperation mit AFPT B.V., Niederlande, aufgebauter laserunterstützter Tapelegekopf

6 Weitere Dienstleistungen Technologiemanagement Technologie-Roadmapping Reorganisation technischer Unternehmensbereiche Prozessdokumentation und -analyse Technologie- und Prozess-Benchmarking Produktionsmanagement Fabrikplanung Einfühhrung von»lean Production«-Konzepten Gestaltung flexibler Fertigungssysteme Produktionsplanung und -steuerung (PPS) Prozessoptimierung Prozesskettenbewertung Produkt- und Prozessüberwachung Adaptive Prozessüberwachung Effiziente Prozessauslegung Senkung von Werkzeugkosten und Ausschussproduktion Flexibilisierung der Produktion Verifizierung von Simulationsergebnissen Schleif- und Umformtechnik Schleifen hochwarmfester Turbinenwerkstoffe (Nickelbasis- und Titanlegierungen) Schleifen von Fußprofilen an Turbinenschaufeln Festwalzen von Fan- und Verdichterschaufeln Glatt- und Festwalzen allgemeiner Triebwerksbauteile Strukturierung strömungsbeanspruchter Oberflächen, um Reibungsverluste zu vermindern Materialografie Materialografische Präparation von Gefügen, Bruch- und Oberflächen Charakterisierung von Werkstoffgefügen durch Licht- und Rasterelektronenmikroskopie Schädigungsanalyse durch Dokumentation von Schadensbildern und Ableitung der Schädigungsmechanismen Differenzierte Verschleißanalyse Qualitative und quantitative elementdispersive Röntgenanalyse (EDX) von Gefügebestandteilen, Verschleißerscheinungen, Verunreinigungen und Diffusionszonen (Punkt-, Linien- und Flächenanalyse, Elementverteilungsbilder) Ermittlung von Härtezonen, Einhärtetiefe und Härteverläufen mit Hilfe der Mikrohärtemessung Beschichtungsanalyse: Schichtdickenmessung, Schichthaftungsprüfung und Benetzungsfähigkeit (Kontaktwinkelmessung)

7 Informationsservice Das Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH Aachen und das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT bündeln mit ihrem Geschäftsfeld»Luftfahrt«fachübergreifendes Wissen aus den Bereichen Prozesstechnologie und Fertigungsverfahren (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing E.h. Fritz Klocke) Produktions- und Werkzeugmaschinen (Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher) Messtechnik und Qualitätsmanagement (Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt) Produktionssystematik und Technologiemanagement (Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Günther Schuh) Gerne senden wir Ihnen weitere Informationen zu! Geschäftsfeld Luftfahrt c/o Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Steinbachstraße Aachen Telefon: +49 (0) 2 41/ Fax: +49 (0) 2 41/ luftfahrt@ipt.fraunhofer.de

8 2006 Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH Aachen Steinbachstraße Aachen Telefon: +49 (0) 2 41/ Fax: +49 (0) 2 41/ info@wzl.rwth-aachen.de Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Institutsleitung Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing E.h. Fritz Klocke Institutsdirektorium Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing E.h. Fritz Klocke Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Günther Schuh Prof. Dr. Andre Sharon Steinbachstraße Aachen Telefon: +49 (0) 2 41/ Fax: +49 (0) 2 41/ info@ipt.fraunhofer.de