Laserprojektoren unterstützen beim Flügelbau
Projektionstechnik für CFK-Bauteile
Ob Seitenleitwerk, Flügel oder ganze Rumpfteile: Flugzeugbauer wie Airbus produzieren sie mittlerweile aus Karbonfaser-Composites, die leichter und fester als Stahl sind. Die Bauteile sind aus mehreren Lagen aufgebaut, die in der richtigen Reihenfolge und perfekt positioniert sein müssen, damit sie den enormen Belastungen beim Flug standhalten. Zur exakten Positionierung wird das Laserprojektionssystem COMPOSITE PRO des Laserspezialisten LAP aus Lüneburg eingesetzt, das sich sogar mit Tablet-PCs steuern lässt.
In der idyllischen Hansestadt Stade in Niedersachsen, 45 Kilometer westlich von Hamburg, betreibt Airbus ein Produktionswerk mit 1500 Mitarbeitern. Der zweitgrößte Flugzeugbauer der Welt stellt dort Rumpfteile für den Eurofighter, Tragflächen und Rumpfsegmente für das Zweistrahlige Großraumflugzeug A350 und das Seitenleitwerk für den A380 her. Airbus setzt auf kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), der im Vergleich zu Stahl eine erhebliche Gewichtsreduktion bei gleichzeitig größerer Stabilität erlaubt. Besonders für Fluggesellschaften ist der Wechsel auf den Leichtbauwerkstoff von Vorteil, da sie durch das resultierende geringere Gewicht der Flugzeuge Treibstoffkosten sparen.
Ein Blick hinter die Kulissen in Stade sorgt bei den meisten Besuchern für Staunen. An mehreren Arbeitsstationen stehen aus Spezialstahl gefertigte Halbschalen von bis zu 35 Metern Länge und bis zu 7 Metern Breite. Die Halbschalen, sog. Tools, dienen als Negativ-Form für die Kohlefaser-Bauteile. Facharbeiter legen Schicht für Schicht in Spezialharz vorgetränkte CFK-Matten verschiedenster Form in die Schalen. Wenn alle Fasermatten eingelegt sind, werden die Formen mit einer Vakuumfolie überzogen und mittels Unterdruck zusammengepresst. Als letzter Arbeitsschritt werden die Schichten in einem Autoklav unter Druck und Hitze zu einer festen Struktur ausgehärtet. Unkompliziert ist die Schichtung allerdings nicht. Sie setzt äußerte Präzision voraus, damit die fertigen Bauteile den enormen Kräften standhalten können, die später in der Luft über Jahre auf sie einwirken.
Airbus nutzt im Werk Stade über 100 Laserprojektoren von LAP
Um den Flugzeugbauern die Positionierung der zahlreichen CFK-Matten zu vereinfachen und die Produktqualität zu erhöhen, machte sich Airbus vor einigen Jahren auf die Suche nach einem zuverlässigen Positioniersystem. Fündig wurde der Flugzeugbauer beim Laserspezialisten LAP aus Lüneburg, der bereits 1984 mit der Entwicklung von Punkt- und Linienlasern begann und heute Industrieunternehmen weltweit mit komplexen, hochpräzisen Systemlösungen versorgt.
„Wir stellten Airbus unser Laserprojektionssystem COMPOSITE PRO zur Positionierung der CFK-Lagen erstmals im Jahr 2003 vor. Zu der Zeit startete das Airbuswerk in Stade gerade mit der Produktion von Bauteilen des Eurofighters“, erinnert sich Harald Grimm, Produktmanager bei LAP. Airbus zeigte sich begeistert und bezieht seine Laserprojektionssysteme bis heute von LAP. Allein in Stade sind bereits über einhundert COMPOSITE PRO Systeme im Einsatz, viele Hunderte sind es in Airbuswerken auf der ganzen Welt.
Und so funktioniert das Lasersystem: Die Projektoren hängen in regelmäßigen Abständen in zirka vier Metern Höhe an schwenkbaren Armen über der Bauform. Sie projizieren einzelne Linienzüge oder Umrisse aus den digitalen Konstruktionsplänen im Maßstab eins zu eins auf die Arbeitsfläche. So wissen die Arbeiter genau, wo sie die CFK-Matten in welcher Reihenfolge legen müssen und können sie millimetergenau an den Laserlinien ausrichten. Abbilden lassen sich auch Warnungen, Hinweise und Nummerierungen. Das unterstützt die Arbeiter zusätzlich und sorgt für noch mehr Produktionssicherheit.
Drei Laserfarben für differenzierte Informationen
Zur besseren Differenzierung von Arbeitsschritten hat LAP das Lasersystem zudem mit einer Multicolor-Funktionalität für drei Projektionsfarben ausgestattet: Integriert sind eine grüne und eine rote Laserquelle, die gleichzeitig eingeschaltet als dritte Farbe zusätzlich die Mischfarbe Gelb ergeben. COMPOSITE PRO kann die drei Farben gleichzeitig und unabhängig voneinander darstellen.
Anwender steuern Projektoren mit Tablet-PCs
Die Projektoren sind an einen zentralen Server in einem Schaltschrank angeschlossen, auf dem sämtliche Projektionsdaten gespeichert sind. Mit ihm verbunden sind mehrere Clients, die sich mit Tastatur und Maus, Touchscreen oder neuerdings sogar mit einem Windows Tablet-PC steuern lassen. „Für die Anwender ist das eine enorme Arbeitserleichterung“, sagt Produktmanager Grimm. „Sie werden nicht mehr aus dem Produktionsprozess und ihrer wichtigen Routine gerissen. Statt der teils weiten Wege zum stationären Client-PC, können die Werker direkt auf einem Tablet-PC den nächsten Fertigungsschritt auswählen.“
Auf dem Display lässt sich die aktuelle Arbeitssituation als Umrisszeichnung oder in unterschiedlichen 3D-Ansichten darstellen. Der Wechsel der projizierten Formen geschieht augenblicklich, ohne Wartezeit. Besonders beliebt ist auch die intuitive Steuerung der Software. Alle Funktionen lassen sich in weniger als einer Stunde erlernen.
„Verglichen mit mechanischen Schablonen und Hilfsmitteln, mit denen Flugzeugbauer früher arbeiten mussten, gestaltet sich der Flügelbau mit dem Lasersystem COMPOSITE PRO schneller, sicherer und flexibler“, ist Grimm überzeugt. Nachbesserungen an der inneren Struktur von defekten CFK-Teilen, die durch falsches oder ungenaues Einlegen entstanden sind, sind nicht möglich. Aber das lässt sich nun nahezu ausschließen. Sollte sich das Design der zu fertigenden Teile einmal kurzfristig ändern, muss das Unternehmen zudem nicht kostspielig neue Schablonen anfertigen lassen, sondern nur die Projektoren mit aktualisierten CAD-Daten versorgen.
Einfache Integration in die IT-Landschaft
Die Software ist mit allen branchenüblichen CAD-Datenformaten kompatibel. Um die Integration in die individuelle IT-Landschaft weiter zu vereinfachen, hat LAP ein Application Programming Interface (API) entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Softwarepaket, mit dem Unternehmen eigene Anwendungen programmieren können, um die Projektoren mit der eigenen Unternehmenssteuerung zu verbinden. „Immer mehr Flugzeugbauer wollen das Lasersystem am liebsten auch direkt in ihr Qualitätsmanagementsystem integrieren“, weiß Harald Grimm. „LAP prüft deswegen, ob es sinnvoll wäre, in Zukunft das Lasersystem um Kameras zu erweitern, die jeden einzelnen Arbeitsschritt mit Fotos dokumentieren. Der Flugzeugbauer könnte sie in einer Datenbank speichern und jederzeit die einwandfreien Produktionsschritte beweisen.“
Laserprojektoren erhöhen Wettbewerbsfähigkeit von KMU
Die Kooperation mit Airbus hat LAP besonders auf dem asiatischen Markt einen Wachstumsschub gegeben. „Gerade bei kleineren Unternehmen der Luftfahrtindustrie amortisiert sich die Investition in das Lasersystem sehr schnell, da sie den Produktionsdurchsatz um bis zu 100 Prozent erhöhen können“, sagt Grimm. Sie können zudem selbst Komponenten mit komplexen Geometrien in kurzer Zeit fertigen, sind nicht mehr auf teure Schablonen angewiesen und reduzieren Ausschuss und Nacharbeit.
Ein weiterer Vorteil von COMPOSITE PRO ist das geringe Gewicht der Projektoren. „Sie wiegen nur drei Kilogramm und sind die mit Abstand leichtesten Geräte am Markt. Sollte einmal ein Projektor ausfallen, lässt er sich von einer Person schnell austauschen. Bei den schweren Konkurrenzprodukten sind dafür Hebebühnen und mehrere Personen notwendig.“
Diese Vorteile sprechen sich mittlerweile auch in anderen Branchen herum. So etwa bei den Herstellern von Rotorblättern für Windkraftanlagen. „Noch vor einigen Jahren haben viele Hersteller beim Design der Rotorblätter auf Papier gearbeitet, dementsprechend gab es keine Datenbasis für Laserprojektoren“, erklärt Grimm. Doch das ändere sich gerade. „Produktdesigner und Ingenieure arbeiten auch in dieser Branche vermehrt mit CAD-Daten und legen damit die Basis für den Einsatz unseres Lasersystems COMPOSITE PRO in der Fertigung.“
