#Success Story: Über den Wolken… muss die Sicherheit grenzenlos sein!

"Über den Wolken muss die Freiheit wohl grenzenlos sein", singt bekanntlich der deutsche Liedermacher Reinhard Mey. Umgelegt auf unsere Jänner-Success Story könnte sein Klassiker abgewandelt werden: "Über den Wolken muss die Sicherheit grenzenlos sein!" Denn im mit FFG-Unterstützung 2016 gestarteten "Horizon 2020"-Forschungsprojekt "ZAero" koordiniert das oberösterreichische Forschungsunternehmen PROFACTOR GmbH die Entwicklung neuer Technologien für eine möglichst fehlerfreie Produktion und integrierte Methoden zur Qualitätssicherung von Verbundbauteilen, die in der Luftfahrt eine zentrale Rolle spielen.

Statistisch gesehen ist das Flugzeug das sicherste Verkehrsmittel. Um diese schnelle und stark gefragte Form der Fortbewegung noch sicherer zu machen, wird laufend geforscht und getüftelt. So auch in der PROFACTOR GmbH, dem 1995 gegründeten außeruniversitären Forschungsunternehmen mit Standorten in Steyr (Oberösterreich) und Wien. Mit Oktober 2016 wurde im Rahmen des EU-Forschungsprogramms "Horizon 2020" das von der PROFACTOR GmbH koordinierte Forschungsprojekt "ZAero" gestartet, das sich der Weiterentwicklung von Verbundbauteilen aus Kohlefasern widmet. Diese sind in der Luftfahrt von enormer Bedeutung, da sie hohe mechanische Festigkeiten bei geringem Gewicht ermöglichen und damit auch helfen, Treibstoff zu sparen.

Engpässe bei Qualitätssicherung erfordert Entwicklung neuer Methoden
Die Herstellung dieser Verbundbauteile ist ein komplexer Prozess, der zahlreiche Prüfungen erfordert, um die Qualität der Bauteile laufend sicherstellen zu können. Während im Produktionsprozess bereits zahlreiche Fortschritte und damit eine Erhöhung der Produktionsquote erzielt werden konnte, sind in der Qualitätssicherung Engpässe aufgetreten. Hier setzt nun das ForscherInnenteam rund um Projektkoordinator Christian Eitzinger von der PROFACTOR GmbH an. "Unser Ziel ist die Entwicklung neuer, integrierter Methoden zur Qualitätssicherung", skizziert Eitzinger. 

Projektkoordinator Christian Eitzinger, PROFACTOR GmbH
Fotocredit: PROFACTOR GmbH

Produktionsprozess mit höchsten Qualitätsstandards
Der Airbus A350 ist jenes Passagierflugzeug mit dem höchsten Anteil an Kohlefaserverbundwerkstoffen. Bei der Produktion der Flügeldecke, die 15 Meter lang und drei Meter breit ist, werden bei jedem Prozessschritt und sogar nach jeder Lage Karbonfaser-Prüfungen durchgeführt. "Während dieser Prüfungen muss der Bauteil in der Maschine verbleiben und blockiert damit den Produktionsprozess", erläutert Projektkoordinator Eitzinger. Wird ein Defekt gefunden, so wird er in der Regel sofort ausgebessert, bevor die Produktion fortgesetzt wird. "Jedoch können nicht alle Defekte sofort erkannt werden und tauchen erst bei der abschließenden Ultraschallprüfung auf. An dieser Stelle sind Nacharbeiten aber sehr aufwendig und sollten daher vermieden werden", nennt er den zentralen Grund für dieses Forschungsprojekt: "Wir wollen Technologien entwickeln, die eine möglichst fehlerfreie Produktion ermöglichen." Diese werden dann in einer Forschungsanlage integriert und anhand des gesamten Produktionsablaufs evaluiert. "Wir erwarten uns, dadurch die Produktionsrate um 15 Prozent steigern zu können."

Die Produktion der Bauteile erfordert präzise Qualitätssicherung.
Fotocredit: Airbus

Technologien für eine möglichst fehlerfreie Produktion
Zu diesen Technologien zählen:

  • Die Entwicklung von Sensorsystemen, die schon während des Ablegens der Karbonfasern automatische Prüfungen durchführen. Damit kann nach dem Ablegen jeder Karbonfaser-Lage sofort entschieden werden, ob mit der nächsten Lage fortgesetzt werden kann, oder ob Nacharbeiten notwendig sind.
  • Die Integration neuartiger Sensoren in den Bauteil, um verfolgen zu können, wie sich das Harz im Kohlefaserbauteil ausbreitet. Damit können die Aushärteprozesse im Autoklaven überwacht werden, was bisher nicht oder nur indirekt mit Hilfe von Testteilen möglich war.
  • Die Sammlung aller Qualitätsdaten in einer Datenbank, die für jeden Bauteil ein vollständiges 3D-Abbild des Bauteils in genau der Form enthält, wie er wirklich produziert wurde. Dies ermöglicht, die Auswirkung von Defekten auf die Festigkeit sofort für den konkreten Bauteil vorherzusagen und Entscheidungen über die Art und Notwendigkeit von Nacharbeiten zu treffen.
  • Die Simulation des Teileflusses durch die Produktionsanlage. Aufgrund der Größe der Bauteile, der Dauer der einzelnen Prozessschritte und der damit verbundenen Schwierigkeiten bei der Logistik sind Vorhersagen notwendig, um sicherzustellen, dass zum Beispiel durch einen Nacharbeitsprozess nicht andere Abläufe wesentlich gestört werden.

 

Mit Oktober 2016 wurde das ambitionierte Projekt „ZAero“ begonnen.
Fotocredit: Danobat

PROFACTOR GmbH koordiniert auf Basis langjähriger Erfahrung
Die PROFACTOR GmbH koordiniert dieses ambitionierte Projekt, an dem sechs Partner aus drei Ländern mitarbeiten. Zu den meisten Partnern gab es Kontakte aus früheren Projekten. "Was uns bei der Suche auch geholfen hat, waren Clustering-Aktivitäten der Europäischen Kommission, die es uns erlaubt haben, im Rahmen anderer Projekte neue Kontakte zu knüpfen", so Projektkoordinator Eitzinger, der die Zusammenarbeit im Projektteam lobt. Die weiteren Projektpartner im Überblick:

  • Dassault Systèmes SE, Frankreich
  • M Torres Diseños Industriales SA, Spanien
  • IK4 – IDEKO S Coop, Spanien
  • Danobat S Coop, Spanien
  • FIDAMC, Spanien
  • Airbus Defence and Space GmbH, Deutschland
     

Die ForscherInnen der PROFACTOR GmbH widmen sich dabei insbesondere der Entwicklung der Sensorik für die Überwachung der Ablegeprozesse und der Simulationen für die Planung des Teileflusses. Sie bauen auf einen langjährigen Erfahrungsschatz, sind sie doch seit rund zehn Jahren in diesem Bereich tätig und das Projekt "ZAero" damit eine stimmige Weiterentwicklung.

Vielfache Unterstützung durch FFG – europäische Forschungsprojekte als wertvolle Ausgangsbasis
Die Forschungsförderungsgesellschaft FFG, die als Nationale Kontaktstelle für das EU-Forschungsrahmenprogramm "Horizon 2020" ein breites Informations-, Beratungs- und Serviceangebot bietet, hat die PROFACTOR GmbH "in vielfacher Weise" unterstützt, so Christian Eitzinger. "Wir wurden von der ersten Überschrift bis zum finalen Proposal-Check umfassend beraten", erinnert er sich. "Für uns sind europäische Forschungsprojekte ein wesentliches Mittel, um Technologieentwicklungen auf einer breiten Basis vorantreiben zu können und in der Entwicklung eine kritische Masse zu erreichen, die in einem anderen Umfeld nur schwierig herzustellen ist", beschreibt der Projektkoordinator den Mehrwert der eingeworbenen Forschungsmittel: "Die Projekte stellen auch eine wertvolle Ausgangsbasis für die weitere Verwertung der entwickelten Technologien dar."

Ziel: Implementierung der neuen Technologien im Produktionsprozess
Bis Ende September 2019 soll das ambitionierte Forschungsprojekt abgeschlossen sein, wobei die Weiterentwicklung auf diesem Gebiet klarerweise weitergeht und man auch im Projektteam bereits an den nächsten Schritt denkt: Ziel ist es, die neu entwickelten Technologien von der Laboranlage in eine Pilotlinie zu bringen und damit im künftigen Produktionsprozess zu implementieren.