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maschine+werkzeug 08/2018

Kanten ohne Schäden

Extra Luft- und Raumfahrt

Leichtbau - Am Fraunhofer IFAM in Stade hat ein Nachwuchswissenschaftler ein System aufgebaut, mit dem sich Kantenschädigungen an CFK-Strukturen während des Fräsprozesses vermeiden lassen.

Versuchsaufbau mit Roboter, Fräsendeffektor und integriertem Laser-Triangulations-Liniensensor am Fraunhofer IFAM in Stade. Bild: Fraunhofer IFAM

Die Entstehung von Kantenschäden durch gekapselte Großmaschinen des Flugzeugbaus beim Fräsen von Großbauteilen aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) ist derzeit nur schwer erkennbar. Werden solche Schädigungen – zum Beispiel durch Werkzeugverschleiß bedingt – zu spät detektiert, ist eine sehr aufwendige Nachbearbeitung der extrem teuren CFK-Großbauteile erforderlich. Im äußersten Fall muss das Großbaubauteil als Ausschuss verworfen werden und verursacht dadurch nicht nur erheblichen finanziellen Schaden, sondern auch entsprechenden Zeitverlust.

Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Hintze vom Institut für Produktionsmanagement und -technik (IPMT) der Technischen Universität Hamburg entwickelte der Nachwuchswissenschaftler Parth Rawal im Rahmen seiner Masterarbeit ein ganzheitliches sensorbasiertes Online-Quality-Monitoring-System zur optischen Detektion solcher Kantenschädigungen.

Das System arbeitet mit einem Laser-Triangulations-Liniensensor, der unmittelbar hinter der Frässpindel montiert ist und nicht nur Faserüberstände, sondern auch kantennahe Delaminationen mit hoher Auflösung erkennt.

Da sowohl die Aufnahme als auch die automatisierte Auswertung der Messwerte mittels verschiedener Algorithmen in Echtzeit (online) ablaufen, eignet sich das Verfahren, um die Parameter des Fräsprozesses kontinuierlich nachzuführen und den Prozess im Extremfall zu unterbrechen, bevor das Bauteil durch ein zu stark verschlissenes Fräswerkzeug geschädigt wird.

»Die Masterarbeit von Herrn Rawal beeindruckt gleichermaßen durch das methodische Vorgehen, die wissenschaftliche Exzellenz der entwickelten Auswerteverfahren und durch die ingenieurmäßige Umsetzung in einen Demonstrator«, urteilt Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Hintze. Den prototypischen Aufbau und die erfolgreiche Erprobung des Systems in anwendungsnaher Produktionsumgebung realisierte Rawal in enger Zusammenarbeit mit dem Bereich Automatisierung und Produktionstechnik des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM im Forschungszentrum CFK Nord in Stade unter der Leitung von Dr. Dirk Niermann.

»Die Arbeit von Parth Rawal liefert der deutschen Flugzeugindustrie einen wertvollen Beitrag zum qualitätsgesicherten Zerspanen von CFK-Bauteilen, insbesondere auch unter dem Aspekt der Kostenreduzierung«, fasst Dr. Dirk Niermann die Ergebnisse zusammen. »Als Technologiebaustein fügt sie sich hervorragend in unsere Strategie ein, autonome, durch Sensorik hochpräzise arbeitende Industrieroboter für möglichst viele Prozesse zu ertüchtigen, um die von der Industrie gewünschte Wandlungsfähigkeit der Luftfahrtproduktion im Rahmen von Industrie 4.0 weiter voranzubringen.«

www.ifam.fraunhofer.de

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Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut IFAM Fertigungstechnik Materialforschung

Wiener Straße 12
DE 28359 Bremen
Tel.: 0421-2246-0
Fax: -606

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