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Composite-Teilefertigung automatisiert

: Fill


Eine mechatronische Herausforderung der Sonderklasse löste die Produktentwicklung von Fill Maschinenbau um Harald Sehrschön und Michael Schneiderbauer. Sie entwickelten und bauten im Rahmen des EU-Förderprojekts Lowflip zwei Anlagen für die automatisierte Produktion von Composite-Bauteilen für PKW, LKW und Flugzeuge. Das Ergebnis sind hocheffiziente Anlagen mit besonders geringem Investitionsbedarf und Energieverbrauch. Für diese Lösungen erhielt Fill nicht nur bereits konkrete Aufträge, sondern auch zwei Preise. Von Ing. Peter Kemptner, x-technik

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Unter Verwendung von drei Industrierobotern schuf Fill eine ebenso komplexe wie flexible Hochleistungs-Legeanlage für Compositebahnen zur Herstellung sehr großer LKW-Teile.

Unter Verwendung von drei Industrierobotern schuf Fill eine ebenso komplexe...

Kaum eine andere Technologie hat den Automobil- und Flugzeugbau so stark verändert wie Composites, also Faserverbundwerkstoffe aus glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff, deren geringes Gewicht zur Energieeffizienz der Fahr- und Flugzeuge beiträgt.

Faserausrichtung entscheidet

Um Bauteilen aus solchen Materialien optimale Festigkeitseigenschaften zu verleihen, ist es wichtig, die einzelnen Schichten mit der zur Lastrichtung passenden Ausrichtung der Fasern übereinander zu legen. Mitarbeiter in Konstruktion und Arbeitsvorbereitung erhalten dazu Unterstützung durch spezielle Softwarepakete. Anders sieht es in der Produktion aus. Dort erfordert vor allem das lagerichtige Ablegen der Zuschnitte auf den Formen häufig noch sehr viel Handarbeit oder extrem große, teure und wenig flexible Spezialmaschinen.

Automatisierungsgrad erhöhen

Den Automatisierungsgrad in der Composite-Teileproduktion zu erhöhen und gegenüber bisherigen Lösungen den Investitionsbedarf und Energieverbrauch zu senken, ist das Ziel von „Low Cost Flexible and Integrated Composite Parts Manufacturing Process“ (Lowflip). Auf der Suche nach dem richtigen Automatisierungspartner für dieses EU-Förderprojekt aus dem 7. Rahmenprogramm für Forschung und technologische Entwicklung stieß das Institut für Flugzeugbau in Stuttgart bei der Windenergiemesse in Husum auf Fill. Das innovative Unternehmen aus Gurten (OÖ) entwickelt und produziert unter anderem Spezialmaschinen und –anlagen für die Automobilindustrie, häufig mit
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Eine kleinere Anlage dient der Herstellung von PKW- und Flugzeugteilen. Eine besondere Innovation ist der patentierte Rohrrahmen-Leichtbaugreifer.

Eine kleinere Anlage dient der Herstellung von PKW- und Flugzeugteilen. Eine...

Systemansätzen weit außerhalb des Üblichen.

Ziel von Lowflip war, kostengünstige und flexible Herstellungsmethoden für sowohl kleinere als auch große Teile zu entwickeln, von der 3D-Simulation bis zur fertigen Demonstrationsanlage. „Es gab praktisch keine Vorgaben außer den Konstruktionsdaten der drei zu produzierenden Teile“, sagt Harald Sehrschön, Teamleiter Produktentwicklung bei Fill, der das Projekt erfolgreich geleitet hat. „Dabei handelte es sich um ein Rumpfsegment für den hinteren Teil eines Flugzeuges, eine Pkw-Domstrebe und eine Frontwand für Lkw-Sattelauflieger.“

Zwei Anlagen, zwei Konzeptwechsel

In Kooperation mit Forschungspartnern aus Spanien, Deutschland und Tschechien entwickelten die Fill-Techniker mechatronische Anlagenkonzepte. „Am Beginn der Entwicklungsarbeiten stand ein Kreativ-Workshop, gefolgt von Vorversuchen“, erinnert sich Michael Schneiderbauer, der dem Projekt als Konstrukteur die nötige Raffinesse gab. „Im Endeffekt bauten wir zwei Prototypen-Anlagen, eine für die PKW-Komponente und das Flugzeugbauteil und eine für das riesige LKW-Formelement.“

Michael Schneiderbauer hat in der HTL Ried mit Fertigungstechnik und Automatisierung eine mechatronische Ausbildung absolviert. Seit 2010 gehört er zur achtköpfigen Fill-Produktentwicklung. Dort erfolgt die Grundlagenentwicklung für alles, was im Tagesgeschäft nicht unterzubringen ist, ebenso wie die Unterstützung anderer Abteilungen durch Berechnung und Simulation. Geleitet wird die Abteilung seit 2009 von Harald
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Zu den konstruktiven Herausforderungen gehörte die Gestaltung der Anpressrolle, sodass diese den „Geländeunebenheiten“ innerhalb der Form folgen kann.

Zu den konstruktiven Herausforderungen gehörte die Gestaltung der Anpressrolle,...

Sehrschön, der zuvor in Graz Maschinenbau/Wirtschaft Studienzweig Mechatronik studiert hat.

Sowohl intern als auch mit den externen Partnern entstanden die Composite-Anlagen in Teamwork. In beiden Fällen waren Richtungswechsel beim Lösungspfad erforderlich. „Bei der kleineren Anlage hatten wir ein Konzept übernommen, bei dem ein tonnenschwerer Greifer die leichten Kunststoffbahnen aufnehmen und ablegen musste“, berichtet Harald Sehrschön. „Wir schufen einen mittlerweile patentierten GFK-Rohrrahmengreifer, mit dem wir eine deutlich höhere Geschwindigkeit und bessere Energieeffizienz erzielten.“ Und Michael Schneiderbauer ergänzt: „Erst nach dem ersten Prototypen erkannten wir, dass die ursprünglich konzipierte Portalanlage nicht die ausreichende Flexibilität aufweisen würde und ersetzten sie durch eine Anordnung mit drei Robotern, von denen zwei auf Linearachsen verfahren.“

Mehrfach ausgezeichnetes Ergebnis

Das Ergebnis, eine Lösung für einen kostengünstigen, flexiblen und automatisierten Prozess zur Herstellung von GFK- und CFK-Bauteilen, kann sich sehen lassen. Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik konnte der Energieverbrauch um 50 % gesenkt werden, ebenso der Investitionsbedarf. Das führte dazu, dass Fill bereits kurz nach Bekanntgabe der Ergebnisse konkrete Anfragen von potenziellen Endkunden erhielt. Mittlerweile wurden nicht nur die Lowflip-Anlagen auf Messen gezeigt und am Institut für Flugzeugbau installiert, sondern auch einige ähnliche Anlagen an Automotive-Kunden ausgeliefert.

Zusätzlich
erhielten die Mechatronik-Experten von Fill für Lowflip bereits mehrere Auszeichnungen. Die bedeutendste ist der JEC Innovation Award, der seit 1998 jährlich für die weltweit innovativsten Composite-Lösungen vergeben wird. Eine Ehre stellt aber auch der ABB Award dar, der Fill vom Roboterpartner ABB für die ebenso komplexe wie flexible Hochleistungs-Legeanlage mit drei Industrierobotern verliehen wurde.

„Lowflip ist ein perfektes Beispiel für die Kunst des Mechatronikers, alle Disziplinen zu vereinen, um ein schlüssiges Gesamtwerk zu schaffen“, sagt Harald Sehrschön abschließend.

Unter Verwendung von drei Industrierobotern schuf Fill eine ebenso komplexe wie flexible Hochleistungs-Legeanlage für Compositebahnen zur Herstellung sehr großer LKW-Teile.
Eine kleinere Anlage dient der Herstellung von PKW- und Flugzeugteilen. Eine besondere Innovation ist der patentierte Rohrrahmen-Leichtbaugreifer.
Zu den konstruktiven Herausforderungen gehörte die Gestaltung der Anpressrolle, sodass diese den „Geländeunebenheiten“ innerhalb der Form folgen kann.


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/xtredimg/2017/Mechatronik/Ausgabe182/14519/web/LCM_Homepage_0573_Kopie_Fotocredit_Meister_Eder.jpgPraktikum bei LCM
Redmer de Haan, Master Student in Maschinenbau an der Universität of Twente aus den Niederlanden, hat im Rahmen des Erasmus+ Programmes von November 2016 bis März 2017 bei der Linz Center of Mechatronics GmbH (LCM) als Praktikant gearbeitet. Das Ziel des Praktikums war es, einen Control Algorithmus eines aktiven Schwingungsdämpfer-Demonstrators zu optimieren. Im Interview erzählt Redmer über die Unterstützung, seine Arbeitsaufgaben und das Arbeitsklima während seines 4-monatigen Praktikums:
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