Forschung
CFK-Materialien bieten einen entscheidenden Vorteil für die Effizienz in der Luftfahrtproduktion. - © Fraunhofer IWU
23.05.2025

Neues Werkstoff- und Produktionskonzept reduziert Fertigungszeiten von Flugzeugtüren

Die Herstellung von Türen für Passagierflugzeuge ist überwiegend Handarbeit. Besonders zeitaufwendig ist die Montage der Türstrukturen mit ihren Schraub- und Nietverbindungen. Viele Zwischenschritte sind erforderlich, um den direkten Kontakt unterschiedlicher Werkstoffe zu vermeiden, der zu Korrosion führt. Werden statt Aluminium, Titan und Duroplasten hauptsächlich thermoplastische Kohlefaserverbundmaterialien (CFK) eingesetzt, die ohne Trennlagen automatisiert miteinander verschweißt werden können, geht es wesentlich schneller – die Fertigungszeit für die Türstruktur sinkt von 110 auf 4 Stunden. Dies zeigt das Forschungsprojekt TAVieDA von Fraunhofer IWU, Fraunhofer LBF, Trelleborg und Airbus Helicopters.
 
Ein Schlüssel zu kürzeren Montagezeiten liegt außerdem in der modularen Bauweise für unterschiedliche Flugzeugtürvarianten. Das Projektteam machte sich dafür gezielt auf die Suche nach Bauteilen in verschiedenen Türmodellen, die vereinheitlicht werden können. Fündig wurde das Team beispielsweise beim Querträger. Die Forscher entwarfen eine vollautomatische Montagelinie für die gängigsten Modelle und entwickelten Vorrichtungen sowie Spannelemente, die für die Fügetechnologien Widerstandsschweißen und Ultraschallschweißen geeignet sind.
Am Fraunhofer IWU entwickeltes Spannelement für das automatisierte Spannen und Fügen von thermoplastischen Kohlefaserverbundmaterialien bei Flugzeugtüren (z. B. Querträger). - © Fraunhofer IWU
Am Fraunhofer IWU entwickeltes Spannelement für das automatisierte Spannen und Fügen von thermoplastischen Kohlefaserverbundmaterialien bei Flugzeugtüren (z. B. Querträger). © Fraunhofer IWU
Von der Manufaktur zum industriellen Fertigungsprozess

Dr. Rayk Fritzsche, Projektleiter am Fraunhofer IWU: „Gemeinsam mit den Kollegen von Airbus haben wir uns alle Türstrukturen genau angesehen, um die Geometrien für ein automatisches Spannen und Fügen anzupassen. Im Ergebnis konnten wir die einzelnen Montageschritte neu organisieren und durchgehend automatisieren. Damit wird nur noch ein Bruchteil der bisherigen Durchlaufzeit benötigt.“ Lediglich für den Einbau der Verriegelungsmechanik ist noch Handarbeit erforderlich.

Vorgesehen sind nun zwei weitgehend identische Montage- bzw. Fügelinien, damit bei Ausfall einer Linie Ersatzkapazität zur Verfügung steht (Redundanz). Je 10 Türen können als Ergebnis verschiedener Vereinheitlichungsmaßnahmen in ein Los (Batch) zusammengefasst werden, bevor am Schichtende die Linie vollautomatisch für die nächste Modellreihe umgerüstet wird. Bezogen auf die Kapazität von 4000 Türen pro Jahr ergibt sich durch das neue Werkstoff- und Produktionskonzept ein erheblicher Skaleneffekt.

Das Fraunhofer LBF entwickelte und validierte im Projekt TAVieDa experimentell Messtechnik für sensorintegrierte Flugzeugtürdichtungen. Die neue Dichtungsgeometrie wurde vom Projektpartner Trelleborg u. a. mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen entwickelt. Dabei wird das Bauteil virtuell betrachtet – in einer endlichen Anzahl kleiner, einfacher geometrischer Elemente (finite Elemente). - © Fraunhofer IWU
Das Fraunhofer LBF entwickelte und validierte im Projekt TAVieDa experimentell Messtechnik für sensorintegrierte Flugzeugtürdichtungen. Die neue Dichtungsgeometrie wurde vom Projektpartner Trelleborg u. a. mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen entwickelt. Dabei wird das Bauteil virtuell betrachtet – in einer endlichen Anzahl kleiner, einfacher geometrischer Elemente (finite Elemente). © Fraunhofer IWU
Lohnt sich die Investition in neue Produktionsanlagen?

Maxi Grobis aus dem IWU-Team Fabrikplanung, Simulation und Bewertung simulierte alle technischen und betriebswirtschaftlichen Aspekte der neuen Montagelinie – die sich meist wechselseitig bedingen. Zu den wichtigsten technischen Bewertungskriterien zählen die Komplexität von Produkt und Produktionsprozess, Automatisierungschancen und -risiken auch aus dem Blickwinkel von Flexibilität und Wandlungsfähigkeit oder die Gesamtanlagenverfügbarkeit in einer Kette verschiedener Einzelautomatisierungen.

Eine Automatisierung, um der Automatisierung willen, war keine Option. Grobis betont: „Damit eine Lösung aus einem Guss herauskommen konnte, haben wir den Gesamtprozess von Produktion und Montage der Tür betrachtet und in eine dynamische Kostenrechnung überführt. Was technisch funktioniert, soll schließlich auch hinsichtlich Anschaffungskosten, Maschinenstundensätzen, Instandhaltungsaufwänden, Energiekosten, Kapitalbindung und Abschreibung stimmig sein. Allein das Einsparpotenzial bei den Lohnkosten oder durch kürzere Durchlaufzeiten aufzuzeigen, wäre zu kurz gesprungen.“

Unter Berücksichtigung aller technischen, logistischen und betriebswirtschaftlichen Kriterien sollte die neu entwickelte Automatisierungslösung umgesetzt werden. Besonders stolz ist Grobis, dass sie mit ihrem integrierten Simulationsansatz auch die Planungszeiten um rund ein Viertel reduzieren konnte: Wer die Betriebswirtschaft von vornherein mitdenkt, spart sich bereits bei der Planung unnötige Änderungsschleifen.

(Quelle: Fraunhofer IWU)

Schlagworte

AutomatisierungCFKFaserverbundwerkstoffeFertigungSchweißenUltraschallschweißenWiderstandsschweißen

Verwandte Artikel

DVS Group
10.07.2026

Jetzt zum DVS CONGRESS 2026 anmelden

Am 14. und 15. September findet der DVS CONGRESS 2026 in der Heinrich-Lades-Halle in Erlangen statt und bietet Besuchern praxisnahe Vorträge aus der industriellen Anwendu...

Beschichten DVS DVS CONGRESS Fertigungsprozesse Forschung Fügen Künstliche Intelligenz Qualitätssicherung Schweißen Trennen Wehrtechnik
Mehr erfahren
09.07.2026

Automatisierte Brennerwartung reduziert Stillstandzeiten

Für gleichbleibende Schweißqualität muss der Schweißbrenner zuverlässig arbeiten. Verschmutzte Gasdüsen, verschlissene Stromdüsen oder eine veränderte Brennerposition kön...

Automatisierung Brennerreinigung Gasdüsen MIG/MAG-Schweißen Prozessstabilität Schweißbrenner Schweißen Stromdüsen
Mehr erfahren
Vom 22. bis 24. April 2026 fand in Aachen der AKL’26 - International Laser Technology Congress statt. Dort informierten mehr als 90 Vortragende die 544 Fachleute über den aktuellen Stand der industriellen Lasertechnik.
08.07.2026

Der Laser von morgen arbeitet autonom

Vom 22. bis 24. April 2026 fand in Aachen der AKL’26 - International Laser Technology Congress statt. Dort informierten mehr als 90 Vortragende die 544 Fachleute über den...

Automatisierung Energietechnik Laser Laserstrahl Laserstrahlauftragschweißen Lasertechnik Luftfahrttechnik Materialbearbeitung Mikroelektronik Photonik Quantentechnologie Schweißen
Mehr erfahren
08.07.2026

Fortbildung für Schweißaufsichtspersonen

Die SLV München lädt zum Fachsymposium „Fortbildung für SAP im Druckgeräte-, Rohrleitungs- und Anlagenbau“ am 01.12.2026 in die SLV München ein.

Anlagenbau Druckgerätebau Durchstrahlungsprüfung Fortbildung Regelwerke Rohrleitungsbau SAP Schweißaufsichtspersonen Schweißen
Mehr erfahren