Schlüsselwort: Strukturbauteile

Fertigung von Luftfahrtstrukturbauteilen mit hybridem Roboterbearbeitungskonzept

Fertigung von Luftfahrtstrukturbauteilen mit hybridem Roboterbearbeitungskonzept von Baier, Christian
Im Bestreben, einen wirtschaftlichen Betrieb der Flugzeuge zu gewährleisten sowie deren CO2-Emissionen zu senken, sind Leichtbaustrukturen ein entscheidender Wettbewerbsfaktor in der Luftfahrtindustrie. Die Auslegung eines Großteils dieser Strukturen erfolgt in Integralbauweise. Aufgrund des Einsatzes schwerzerspanbarer Werkstoffe und monolithischer Herstellung erfordert die Fertigung Sondermaschinen mit großen Arbeitsräumen und hohe Mengen Spezialwerkzeuge. Ein fertiges Bauteil besteht oft nur aus ca. 10 % seiner ursprünglichen Rohteilmasse. Es entsteht also ein Zielkonflikt im wirtschaftlichen Betrieb der Flugzeuge und deren Herstellung, sodass Flugzeughersteller neue Fertigungslösungen zur Kostenreduzierung suchen. In der vorliegenden Arbeit wird die Fragestellung aufgegriffen, wie eine wirtschaftlichere und nachhaltigere Fertigungslösung zur Herstellung von Strukturbauteilen aus Nickelbasislegierungen ermöglicht werden kann. Hierzu wird ein Ansatz über die Kombination robotergeführter Prozesse von additiver Fertigung und spanender Nachbearbeitung verfolgt. Industrieroboter bieten neben geringen Anschaffungskosten weite Bearbeitungsräume sowie eine große Anzahl Freiheitsgrade. Die Prozessführung über diese ist einerseits eine ideale Ergänzung für die generative Technologie. Andererseits können durch endkonturnah erzeugte Werkstücke Nachteile in der Zerspanung mit Industrierobotern aufgrund geringer Struktursteifigkeit überwunden werden. Aus der Nachbearbeitung mit kleinen Spandicken resultieren geringerer Bearbeitungskräfte, sodass höhere Bearbeitungsgenauigkeiten erzielbar sind. Zur Hebung dieser Potenziale wird die Entwicklung einer robotergeführten Fertigungslösung zu einer hybriden Fertigungszelle gezeigt. Unter Einbeziehung der digitalen Prozesskette wird anhand eines Bauteils die Machbarkeit nachgewiesen sowie eine neue Methode zur Genauigkeitssteigerung für die Zerspanung vorgestellt. Über die Entwicklung und Anwendung eines Kostenmodells erfolgt der Wirtschaftlichkeitsnachweis.
Aktualisiert: 2022-05-12
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Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen

Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen von Conermann, Gerrit
Beim Fügen von großen, strukturellen Bauteilen steigt die Bedeutung der Fügetechnik stark an. Die Gewichtung der Zykluszeit, der damit verbundenen Kosten und insbesondere der Einfluss von Bauteiltoleranzen stellen die klassischen mechanischen oder thermischen Fügetechniken vor besondere Herausforderungen. Konventionelle Klebverfahren können zwar artfremde Werkstoffe fügen und verzeihen auch abweichende Toleranzen sowie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, sie bringen aber immer konstruktive Einschränkungen für den Fügevorgang und lange Aushärtezeiten mit sich. Durch die Verwendung von Polyurethan-Systemen aus dem „Reaction in Mold“ (RIM) Verfahren, die innerhalb von Sekunden vernetzen, kann die Anforderung an lange Aushärtezeiten reduziert werden. Um dabei einen robusten Fügevorgang zu realisieren, wird der Klebstoff injiziert. Mit Hilfe von einem in den ersten Sekunden niedrigviskosen Zustand kann das PUR-Material in den Fügespalt fließen und muss nicht verpresst werden. Mit dem Injektionsklebverfahren wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Klebverfahren entwickelt und qualifiziert, mit dem strukturelle Mischbauverbindungen, aber auch generell strukturelle Verbindungen hergestellt werden können. Insbesondere werden dabei Fügestellen betrachtet, bei denen es aufgrund von Temperaturschwankungen zu Relativverschiebungen der Fügeteile kommen kann. Weitere Anforderungen an die Fügestelle sind Dichtheit, Betriebs- und Crashfestigkeit sowie Medienbeständigkeit. Die für die Untersuchung ausgewählten Klebstoffsysteme müssen in der Lage sein diese Anforderungen zu erfüllen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborproben werden anschließend bei der exemplarischen Entwicklung eines Injektionsklebeprozesses für ein Batteriegehäuse genutzt.
Aktualisiert: 2019-12-19
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Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen

Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen von Conermann, Gerrit
Beim Fügen von großen, strukturellen Bauteilen steigt die Bedeutung der Fügetechnik stark an. Die Gewichtung der Zykluszeit, der damit verbundenen Kosten und insbesondere der Einfluss von Bauteiltoleranzen stellen die klassischen mechanischen oder thermischen Fügetechniken vor besondere Herausforderungen. Konventionelle Klebverfahren können zwar artfremde Werkstoffe fügen und verzeihen auch abweichende Toleranzen sowie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, sie bringen aber immer konstruktive Einschränkungen für den Fügevorgang und lange Aushärtezeiten mit sich. Durch die Verwendung von Polyurethan-Systemen aus dem „Reaction in Mold“ (RIM) Verfahren, die innerhalb von Sekunden vernetzen, kann die Anforderung an lange Aushärtezeiten reduziert werden. Um dabei einen robusten Fügevorgang zu realisieren, wird der Klebstoff injiziert. Mit Hilfe von einem in den ersten Sekunden niedrigviskosen Zustand kann das PUR-Material in den Fügespalt fließen und muss nicht verpresst werden. Mit dem Injektionsklebverfahren wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Klebverfahren entwickelt und qualifiziert, mit dem strukturelle Mischbauverbindungen, aber auch generell strukturelle Verbindungen hergestellt werden können. Insbesondere werden dabei Fügestellen betrachtet, bei denen es aufgrund von Temperaturschwankungen zu Relativverschiebungen der Fügeteile kommen kann. Weitere Anforderungen an die Fügestelle sind Dichtheit, Betriebs- und Crashfestigkeit sowie Medienbeständigkeit. Die für die Untersuchung ausgewählten Klebstoffsysteme müssen in der Lage sein diese Anforderungen zu erfüllen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborproben werden anschließend bei der exemplarischen Entwicklung eines Injektionsklebeprozesses für ein Batteriegehäuse genutzt.
Aktualisiert: 2019-12-19
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Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen

Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen von Conermann, Gerrit
Beim Fügen von großen, strukturellen Bauteilen steigt die Bedeutung der Fügetechnik stark an. Die Gewichtung der Zykluszeit, der damit verbundenen Kosten und insbesondere der Einfluss von Bauteiltoleranzen stellen die klassischen mechanischen oder thermischen Fügetechniken vor besondere Herausforderungen. Konventionelle Klebverfahren können zwar artfremde Werkstoffe fügen und verzeihen auch abweichende Toleranzen sowie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, sie bringen aber immer konstruktive Einschränkungen für den Fügevorgang und lange Aushärtezeiten mit sich. Durch die Verwendung von Polyurethan-Systemen aus dem „Reaction in Mold“ (RIM) Verfahren, die innerhalb von Sekunden vernetzen, kann die Anforderung an lange Aushärtezeiten reduziert werden. Um dabei einen robusten Fügevorgang zu realisieren, wird der Klebstoff injiziert. Mit Hilfe von einem in den ersten Sekunden niedrigviskosen Zustand kann das PUR-Material in den Fügespalt fließen und muss nicht verpresst werden. Mit dem Injektionsklebverfahren wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Klebverfahren entwickelt und qualifiziert, mit dem strukturelle Mischbauverbindungen, aber auch generell strukturelle Verbindungen hergestellt werden können. Insbesondere werden dabei Fügestellen betrachtet, bei denen es aufgrund von Temperaturschwankungen zu Relativverschiebungen der Fügeteile kommen kann. Weitere Anforderungen an die Fügestelle sind Dichtheit, Betriebs- und Crashfestigkeit sowie Medienbeständigkeit. Die für die Untersuchung ausgewählten Klebstoffsysteme müssen in der Lage sein diese Anforderungen zu erfüllen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborproben werden anschließend bei der exemplarischen Entwicklung eines Injektionsklebeprozesses für ein Batteriegehäuse genutzt.
Aktualisiert: 2019-12-19
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Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen

Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen von Conermann, Gerrit
Beim Fügen von großen, strukturellen Bauteilen steigt die Bedeutung der Fügetechnik stark an. Die Gewichtung der Zykluszeit, der damit verbundenen Kosten und insbesondere der Einfluss von Bauteiltoleranzen stellen die klassischen mechanischen oder thermischen Fügetechniken vor besondere Herausforderungen. Konventionelle Klebverfahren können zwar artfremde Werkstoffe fügen und verzeihen auch abweichende Toleranzen sowie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, sie bringen aber immer konstruktive Einschränkungen für den Fügevorgang und lange Aushärtezeiten mit sich. Durch die Verwendung von Polyurethan-Systemen aus dem „Reaction in Mold“ (RIM) Verfahren, die innerhalb von Sekunden vernetzen, kann die Anforderung an lange Aushärtezeiten reduziert werden. Um dabei einen robusten Fügevorgang zu realisieren, wird der Klebstoff injiziert. Mit Hilfe von einem in den ersten Sekunden niedrigviskosen Zustand kann das PUR-Material in den Fügespalt fließen und muss nicht verpresst werden. Mit dem Injektionsklebverfahren wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Klebverfahren entwickelt und qualifiziert, mit dem strukturelle Mischbauverbindungen, aber auch generell strukturelle Verbindungen hergestellt werden können. Insbesondere werden dabei Fügestellen betrachtet, bei denen es aufgrund von Temperaturschwankungen zu Relativverschiebungen der Fügeteile kommen kann. Weitere Anforderungen an die Fügestelle sind Dichtheit, Betriebs- und Crashfestigkeit sowie Medienbeständigkeit. Die für die Untersuchung ausgewählten Klebstoffsysteme müssen in der Lage sein diese Anforderungen zu erfüllen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborproben werden anschließend bei der exemplarischen Entwicklung eines Injektionsklebeprozesses für ein Batteriegehäuse genutzt.
Aktualisiert: 2019-12-19
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Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen

Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hoch-reaktiven 2K-PUR-Systemen von Conermann, Gerrit
Beim Fügen von großen, strukturellen Bauteilen steigt die Bedeutung der Fügetechnik stark an. Die Gewichtung der Zykluszeit, der damit verbundenen Kosten und insbesondere der Einfluss von Bauteiltoleranzen stellen die klassischen mechanischen oder thermischen Fügetechniken vor besondere Herausforderungen. Konventionelle Klebverfahren können zwar artfremde Werkstoffe fügen und verzeihen auch abweichende Toleranzen sowie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, sie bringen aber immer konstruktive Einschränkungen für den Fügevorgang und lange Aushärtezeiten mit sich. Durch die Verwendung von Polyurethan-Systemen aus dem „Reaction in Mold“ (RIM) Verfahren, die innerhalb von Sekunden vernetzen, kann die Anforderung an lange Aushärtezeiten reduziert werden. Um dabei einen robusten Fügevorgang zu realisieren, wird der Klebstoff injiziert. Mit Hilfe von einem in den ersten Sekunden niedrigviskosen Zustand kann das PUR-Material in den Fügespalt fließen und muss nicht verpresst werden. Mit dem Injektionsklebverfahren wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Klebverfahren entwickelt und qualifiziert, mit dem strukturelle Mischbauverbindungen, aber auch generell strukturelle Verbindungen hergestellt werden können. Insbesondere werden dabei Fügestellen betrachtet, bei denen es aufgrund von Temperaturschwankungen zu Relativverschiebungen der Fügeteile kommen kann. Weitere Anforderungen an die Fügestelle sind Dichtheit, Betriebs- und Crashfestigkeit sowie Medienbeständigkeit. Die für die Untersuchung ausgewählten Klebstoffsysteme müssen in der Lage sein diese Anforderungen zu erfüllen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborproben werden anschließend bei der exemplarischen Entwicklung eines Injektionsklebeprozesses für ein Batteriegehäuse genutzt.
Aktualisiert: 2019-12-19
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Injektionskleben von Strukturbauteilen mit hochreaktiven 2K-PUR-Systemen von Conermann, Gerrit
Beim Fügen von großen, strukturellen Bauteilen steigt die Bedeutung der Fügetechnik stark an. Die Gewichtung der Zykluszeit, der damit verbundenen Kosten und insbesondere der Einfluss von Bauteiltoleranzen stellen die klassischen mechanischen oder thermischen Fügetechniken vor besondere Herausforderungen. Konventionelle Klebverfahren können zwar artfremde Werkstoffe fügen und verzeihen auch abweichende Toleranzen sowie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, sie bringen aber immer konstruktive Einschränkungen für den Fügevorgang und lange Aushärtezeiten mit sich. Durch die Verwendung von Polyurethan-Systemen aus dem „Reaction in Mold“ (RIM) Verfahren, die innerhalb von Sekunden vernetzen, kann die Anforderung an lange Aushärtezeiten reduziert werden. Um dabei einen robusten Fügevorgang zu realisieren, wird der Klebstoff injiziert. Mit Hilfe von einem in den ersten Sekunden niedrigviskosen Zustand kann das PUR-Material in den Fügespalt fließen und muss nicht verpresst werden. Mit dem Injektionsklebverfahren wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Klebverfahren entwickelt und qualifiziert, mit dem strukturelle Mischbauverbindungen, aber auch generell strukturelle Verbindungen hergestellt werden können. Insbesondere werden dabei Fügestellen betrachtet, bei denen es aufgrund von Temperaturschwankungen zu Relativverschiebungen der Fügeteile kommen kann. Weitere Anforderungen an die Fügestelle sind Dichtheit, Betriebs- und Crashfestigkeit sowie Medienbeständigkeit. Die für die Untersuchung ausgewählten Klebstoffsysteme müssen in der Lage sein diese Anforderungen zu erfüllen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Laborproben werden anschließend bei der exemplarischen Entwicklung eines Injektionsklebeprozesses für ein Batteriegehäuse genutzt.
Aktualisiert: 2020-07-01
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