Mehr Produktivität durch neue Beschichtungs- und Reparaturverfahren
21.11.2018
Moderne Verkehrsflugzeuge haben einen Leichtbauanteil von rund 50 Prozent: Das stellt die Hersteller und Zulieferbetriebe vor neue Herausforderungen, bei denen neben der Qualität auch die Kosten eine Rolle spielen. In einem clusterübergreifenden Kooperationsprojekt hat der Luftfahrtzulieferer FACC mit der Leicht-Metall-Technik GmbH und der Tech-Con ein neues Oberflächenbeschichtungs- und Reparaturverfahren für Aushärtewerkzeuge in der Luftfahrtindustrie entwickelt. So können die Bauteile nun schneller entformt werden und auch die Wartungs- und Reparaturkosten haben sich deutlich vermindert.
Um als Zulieferer für internationale Flugzeugherstellern wettbewerbsfähig zu bleiben, muss FACC hochwertige, aufwändig herzustellende Faserverbundteile immer kostengünstiger anbieten. Dies gelingt nur, wenn Fertigungsprozesse bei einem deutlich reduzierten Reparaturaufwand optimiert werden. Der börsennotierte Konzern aus dem Innviertel hat deshalb in den vergangenen Jahren bereits verschiedenste Beschichtungsverfahren zur Verbesserung der Oberflächenhärte seiner Werkzeuge getestet, um die Standzeit der Werkzeuge – und somit die Produktivität – zu erhöhen. Um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen, hat das Unternehmen in einem Kooperationsprojekt auf die Bündelung der fachlichen Kompetenz durch Einbeziehen von Partnerunternehmen gesetzt.
„Das Endergebnis zeigt, dass die Zusammenarbeit mit anderen Unternehmen sehr viel Sinn macht, wenn es um spezielle Aufgabenstellungen geht“, freut sich Robert Machtlinger, CEO von FACC über den Erfolg. „Daraus hervorgehende Innovationen stärken die Position von FACC als Technologiepartner der globalen Aerospace-Industrie nachhaltig.“
Schneller, besser, kostengünstiger
Für unterschiedlichste Einsatzfälle hat FACC nun mit Unterstützung der Projektpartner verschiedene Beschichtungen als einfache Reparaturlösung für beschädigte Werkzeuge gefunden. Die Anzahl der notwendigen Werkzeugreparaturen sowie damit auch die Wartungs- und Reparaturkosten haben sich deutlich verringert. Bei FACC sind mittlerweile 26 speziell bearbeitete Auflegewerkzeuge im Serieneinsatz.
Für den Luftfahrtzulieferer haben die neuen Anti-Haftoberflächen zahlreiche weitere Vorteile. So können die Compositebauteile nun schneller entformt werden. Auch die Oberflächenqualität der mit den Werkzeugen hergestellten Faserverbundbauteile hat sich merklich verbessert. Letztendlich profitieren auch die Mitarbeiter in der Produktion von den neuen Entwicklungen: Durch den geringeren Wartungsaufwand haben sich Wartungsarbeiten wie Schleifen, die oft in ergonomisch ungünstiger Körperhaltung durchgeführt werden müssen, deutlich verringert.
Technologischer Hintergrund
Bei der Herstellung von Faserverbund-Bauteilen (Composite) werden sogenannte Auflegewerkzeuge eingesetzt. Auf diesen Werkzeugen, die entsprechend dem künftigen Bauteil geformten sind (Negativstempel), werden im Reinraum vorkonfektionierte, harzimprägnierte Glasfaserlagen (Prepregs) und Wabenkerne aufgelegt und anschließend im Autoklaven bei ca. 130°C unter Druck ausgehärtet. Nach dem Aushärten wird das Bauteil entformt und weiterbearbeitet. Das Auflegewerkzeug wird je nach Oberflächenzustand grob manuell gereinigt oder lasergestrahlt, gewartet, geschliffen und wieder in den Produktionsprozess eingeschleust.
Der Luftfahrtzulieferer FACC setzt für seine Auflege- bzw. Aushärtewerkzeuge meist Aluminium ein. Das Material heizt sich auf Grund der geringeren Dichte im Vergleich zu anderen Materialien wie bspw. Stahl, Nickel oder Invar deutlich rascher auf und ist zudem von den Herstellungskosten kostengünstiger. Aluminium ist daher für die komplexen Werkzeuge für das Aushärten der Faserverbundbauteile im Autoklaven das Material der Wahl. Nach 10-15 Zyklen muss das Werkzeug allerdings aufwändig nachbearbeitet werden. Ursachen sind neben Harzen, die aus dem Composite-Bauteil austreten, auch Oberflächenbeschädigungen wie Kratzer und Eindruckstellen. Dies wird natürlich durch die geringe Oberflächenhärte des gewählten Materials begünstigt.
Zahlreiche Versuchsreihen bis zur Serienreife
Nach der Erstellung eines umfassenden Anforderungskataloges an die Werkzeugoberflächen und einer intensiven Marktrecherche wurden die verschiedenen Lösungsansätze priorisiert und mögliche Werkzeugbeschichtungsprozesse entwickelt. Zwei Ansätze wurden dabei ausgewählt: Bei einem wurde eine mechanische Steigerung der Oberflächenhärte durch Kaltverformung erzielt, beim anderen wurden die Oberflächeneigenschaften durch elektrolytische oder chemische Prozesse verändert.
Anhand von Musterbauteilen wurden die Prozesse ausführlich getestet. Das Projektteam setzte Werkzeuge aus Aluminium und aus verschiedenen Stahllegierungen ein. Metallische Flammspritzbeschichtungen, Kunststoff-Beschichtungen, Trennfolien, der Einsatz von Keramikpartikeln oder mechanischer Verfestigung durch „Klopfen“ wurden in den unterschiedlichsten Bereichen ausgetestet. An absichtlich produzierten Schadmustern fanden Reparaturversuche statt. Mehrere Aushärtewerkzeugen mit vielversprechenden Lösungsansätzen wurden konstruiert, die den hohen Ansprüchen an die Formtoleranzen und der notwendigen absoluten Vakuumdichtheit gerecht waren. Schließlich fertigten die Experten ein Prototypen-Werkzeug aus Aluminiumguss auch mechanisch. Mit der gewählten Beschichtung erfolgte die Feuertaufe für die Serie.
Die Projektpartner
- FACC Operations GmbH, Ried im Innkreis (Projektkoordinator)
- Tech-Con, Rupert Salletmaier, www.tech-con.at, Ried im Innkreis
- Leicht-Metall-Technik GmbH, Ried im Innkreis