Legen fürs Fliegen: Maschinentechnologie von Tajima sorgt für automatisierte Herstellung von Fasergelegen
Überlegen – mit diesem Wort lässt sich die Technologie bezeichnen, mit der die Tajima GmbH aus Winterlingen auf der diesjährigen COMPOSITES EUROPE (23. bis 25. September 2008, Essen) auf sich aufmerksam machen will. Denn das Unternehmen hat eine neue Generation von Legemaschinen entwickelt, die zahlreiche Verbesserungen und Neuerungen beinhaltet. „Wir können damit unseren Kunden höhere Laufgeschwindigkeiten, erweiterte Parametereinstellungen und Adaptionsmöglichkeiten anbieten. Der Legeprozess lässt sich mit der neuen Maschine weiter automatisieren und vereinfachen“, erläutert Martin Hoffmann, Assistent der Geschäftsleitung beim Maschinenbauer. Rund ein Drittel des Gesamtumsatzes erwirtschaftet Tajima mit Legemaschinen, die im Bereich Luftfahrt eingesetzt werden. „Da der Anteil der FKV-Bauteile auf Grund ihres geringeren Gewichts gegenüber metallischen Werkstoffen weiter zunehmen wird, bietet dieser Sektor unserem Unternehmen große Entwicklungspotenziale“, zeigt sich Hoffmann überzeugt. „Der große Vorteil unserer Legemaschinen liegt darin, dass sich ein Prozess, der bisher überwiegend manuell abläuft nun automatisieren lässt. So können wir viel schneller, viel filigranere Gelege erstellen, als dies in Handarbeit möglich wäre. Die Produktivität, aber auch die Qualität der hergestellten Produkte steigt somit an.“
Gerade in der Luft- und Raumfahrt spiele zudem der Grad der Automatisierung eine wichtige Rolle, wenn es etwa um die Zertifizierung von Bauteilen ginge, erläutert Hoffmann. „Ein handwerklicher Prozess bietet in diesem Sektor, in dem auf Sicherheit äußerster Wert gelegt wird, einfach zu viele Fehlerquellen.“ Da die Preise für Kraftstoffe aller Art rasant zunehmen, werde es auch in Zukunft immer wichtiger, bei Flugzeugen, aber auch Fahrzeugen, Gewicht einzusparen, um den Treibstoffverbrauch zu verringern. „Mit Hilfe von Faserverbundwerkstoffen ist diese Gewichtsreduktion in absehbarer Zeit möglich, wodurch diesem Bereich ein enormes Entwicklungspotenzial zugeschrieben werden kann“, meint er.
Beim so genannten Legen wir vor dem eigentlichen Produktionsprozess ein Bauteil am PC virtuell erstellt und die entstandene Datei an die Maschine übertragen. Ein aus Verstärkungsfasern bestehender Faserstrang (Roving) wird vor einen Nähkopf gelegt und mit Nadel und Faden auf der Unterlage fixiert. Dabei wird das Grundmaterial mittels Pantograf in den möglichen Richtungen x und y sowie deren Kombination NC-gesteuert bewegt. Die Herstellung mit den entsprechenden Spezialmaschinen erfolgt automatisch mit Legegeschwindigkeiten von 500 bis 800 Stichen/Minute. Bei diesen Geschwindigkeiten können je nach Stärke des Faserstranges, je Legekopf bis zu 1,0 Kilogramm Material pro Stunde verlegt werden. Durch ein spezielles Wechselrahmensystem ist es möglich, unter allen Legeeinrichtungen nahezu endlos zu arbeiten.
Der Faserstrang kann aus Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- oder Naturfasern bestehen. Hybridgarne aus Verstärkungs- und Matrixfasern lassen sich ebenfalls zu Fasersträngen verarbeiten. Als Grundmaterial, auf dem der Faserstrang gelegt wird, können verschiedene textile Flächengebilde, aber auch Folien aus dem Matrixwerkstoff (bei Thermoplastmatrix) verwendet werden, wobei die Binde- und Nähfäden der Werkstoffkombination anzupassen sind. So kommen für das System Glasfaser/Epoxidharz Polyesterfäden zum Einsatz und beim System Kohlenstoff/PEEK finden PEEK-Fäden Anwendung.
„Das so entstandene Gelege, auch Preform genannt, wird anschließend etwa mit Hilfe des RTM-Verfahrens mit Harz getränkt und ausgehärtet. So entsteht nach der Endbearbeitung ein fertiges, hochfestes Composite-Bauteil“, beschreibt Hoffmann den Fertigungsprozess mit Hilfe der Tajima-Technik. Der Vorteil im Vergleich zu konventionellen Textiltechnologien liege darin, dass der Roving in jeder beliebigen Richtung – also in einem Winkel zwischen 0 und 359 Grad – angeordnet werden könne. Außerdem sei durch mehrmaliges Übereinanderlegen eine Anhäufung von Verstärkungsmaterial möglich. Damit sei die Herstellung einer Preform nicht nur lagenweise sondern über die gesamte benötigte Preform-Dicke hinweg möglich.
„Auf unseren Maschinen werden die verschiedensten Teile im Bereich der Luft- und Raumfahrt gelegt“, erklärt Hoffmann. Da viele der Kunden jedoch Geheimhaltung verlangten, könne er keine spezifischen Teile nennen. „Nur soviel: Es sind sowohl Flugzeugrahmenteile, als auch Teile der Flugzeugaußenhaut“, verrät er. „Da jede unserer Maschinen mit bis zu 20 Legestellen konstruiert werden kann, können in der gleichen Zeit 20 exakt gleiche Teile produziert werden. Die schnelle und effiziente Herstellung großer Stückzahlen ist also auch kein Problem. Grundsätzlich hängt die Prozessgeschwindigkeit aber von der Größe und Komplexität der Bauteile ab.“
Für die Fachschau in Essen hofft er auf ähnlich gute Besucherzahlen am Messestand, wie zur vorangegangenen Auflage 2007 in Stuttgart. „Die COMPOSITES EUROPE hat sich für uns als wichtige Messe bewährt. Wir hoffen, dass Messe auch in Essen wieder gut besucht ist und der Anteil an Fach- und Führungskräften weiter zunimmt“, so Hoffmann. „Es ist für uns, von den Besucherzahlen einmal abgesehen, auch immer wichtig, mit anderen Ausstellern im Bereich der Composite-Fertigung ins Gespräch zu kommen und deren Technologien kennen zu lernen.
