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Ohne Zerspanungstechnik kein Flugzeug

Den Stoff, aus dem die Flugzeuge sind, buchstabiert man immer noch so: Metall. Ganz gleich ob Rumpfspante, Landeklappenführungen oder Querträger für Passagierfußböden: Zuerst fliegen Späne, dann das Flugzeug. Dass das Zerspanen eine Kernkompetenz bleibt, die hohes Know-how erfordert, zeigen Einblicke in die Aufgabenstellungen des Systemlieferanten Premium Aerotec.

Im Premium Aerotec-Werk Varel mit rund 1.300 Beschäftigten liegen die Schwerpunkte in den Bereichen spanabhebende Bearbeitung von Flugzeugteilen sowie der Entwicklung und Konstruktion von Fertigungsmitteln. Ein besonders anspruchsvolles Arbeitspaket im Bereich der Teilefertigung ist hier das 5-achsige High Performance Cutting (HPC). Unter Hochleistungsbedingungen werden damit bis zu sieben Meter lange Rumpfspante aus Aluminium gefräst. Werkleiter Uwe Fresenborg sagt dazu: „Diese komplexe Aufgabenstellungen löst man nicht mit Maschinen von der Stange.” Jüngstes Beispiel für eine solche, nach den hohen Anforderungen aus Varel entwickelte Maschine ist das jetzt in Betrieb gehende Dreh- und Fräszentrum WFL M120. Es wurde nach 18-monatiger Bauzeit von der WFL Millturn Technologies GmbH in Linz geliefert. Für ein Investitionsvolumen von 1,8 Mio. Euro bekommt Varel damit Technik vom Feinsten. Als größtes Bauteil wird darauf die Landeklappenführung des A380 mit einer Länge 1.236 mm und einem Radius von 820 mm gefertigt.

Der Arbeitsraum der Maschine ist mit einer Länge von 3.000 mm und einem maximalen Drehdurchmesser von 1.200 mm entsprechend groß dimensioniert. Die Leistung der Hauptspindel liegt bei 60 kW, die Frässpindel bringt 55 kW auf neun Achsen.

Aber auch im Werk Augsburg werden hoch beanspruchte, integrale Strukturfrästeile aus Aluminium, Titan und Stahl hergestellt. Mit der hier installierten Hochleistungsfrästechnik wurde beispielsweise Mitte August der erste Fußbodenquerträger des A350 produziert. Das Ausgangsmaterial, ein Aluminium-Lithium Strangpressprofil wiegt etwa 100, das Fertigteil nur noch etwa 10 Kilo. Mit einer Bearbeitungszeit von etwa 2 Stunden erreicht man auf der dafür konfektionierten Hochleistungsmaschine einen Zerspanungsgrad von über 90 Prozent.

Spezialität in Augsburg ist jedoch auch die Titanzerspanung. Mit dem hier entwickelten High Performance Titanium Machining (HPTM) ist man weltweiter Technologieführer. Das Fräsen ist deshalb Kernkompetenz im Werk Augsburg. Etwa 50 Fräsen für Großteile – unter anderem werden Platten von etwa vier Tonnen hier auf 50 Kilo schwere Bauteile zerspant – garantieren mit dem Know-how der Mitarbeiter auch nach der Neuorganisation den guten Ruf der Augsburger im Gesamtkonzern. Werkleiter Peter Schwarz sagt dazu: „Ohne Augsburg wäre Airbus bodenlos.” Denn die Fußbodenquerträger aller Airbus-Typen kommen von hier.

Die allgemeine Toleranz bei der Fertigung liegt dabei im Bereich von +/- 0,2

Millimeter. Jedoch werden teilweise auch Fügeflächen für die Montage oder Passungen bis in den µm-Bereich auf den hochgenauen Maschinen gefertigt. Als ebenso weltweit führend gilt Premium Aerotec beim Einsatz der Tripoden-Technik für das Fräsen von fünf Achsen Geometrien. Jeder Punkt im Raum ist mit hoher Beschleunigung und Geschwindigkeit ansteuerbar. Dadurch lassen sich hochwirtschaftlich auch präzise Rundungen und Hinterschneidungen erzielen. In Augsburg stehen elf solcher großen Anlagen, die jeweils als flexible Fertigungszentren verkettet sind. Bauteile in einer maximalen Größe von 7 x 2,20 Meter können hier bearbeitet werden. Einige mehrspindelige Vertikal-Portal-Maschinen sind sogar für eine maximale Bauteilgröße von 15 x 3 Meter ausgelegt.

Gearbeitet wird zur besseren Ausnutzung der teuren Maschinen an 6 Tagen die Woche nahezu rund um die Uhr. Bei der Zerspanung von Titan haben die Augsburger über 30 Jahre Erfahrung. Das stellt sie im Konzern allein.

Lothar Hahn, Leiter Werkzeugwesen und Technologie sagt dazu: „Bei der Titanbearbeitung kommt es im Gegensatz zur Aluminiumbearbeitung nicht so auf das extreme Beschleunigungsvermögen der Maschine an. Hier ist ein hohes Drehmoment – mit Spitzenwerten von 8.000 Nm in Augsburg – und eine hohe Steifigkeit der Werkzeugschnittstelle und der Maschine wichtig.” Vier solcher hochmodernen Bearbeitungszentren stehen hier, die zur Erhöhung der Flexibilität und der Wirtschaftlichkeit ebenfalls verkettet sind.

Titanbauteile werden damit hochwirtschaftlich, bis zu fünf mal schneller als mit herkömmlicher Technologie, bearbeitet. Und hier werden Zerspanleistungen erreicht, die bisher der Aluminiumzerspanung vorbehalten waren.

Titan und Titanlegierungen lassen sich ähnlich schwer wie Edelstähle zerspanen. Zudem wird die Werkzeugschneide aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit und Dichte des Titans thermisch hoch belastet. Und Titan neigt bei der Bearbeitung dazu, mit dem Werkzeug zu verschweißen. Titan muss daher mit relativ geringer Schnittgeschwindigkeit, aber relativ großem Zahnvorschub unter reichlicher Zuführung von Kühlmittel mit einem möglichst schwingungsfrei eingespannten, scharfen Werkzeug bearbeitet werden. Als Schneidstoff eignet sich Vollhartmetall. Die Standzeiten der Schneiden sind penibel zu beachten. Deshalb ist die Überwachung der Werkzeugstandzeit automatisiert.

Die Werke Augsburg und Varel haben zur Sicherstellung einer prozesssicheren Werkzeugqualität eine eigene Werkzeugaufbereitung. Nach der Instandsetzung erfolgt die Präzisionsvermessung bis in den µm-Bereich. Bei der in Augsburg und Varel etablieren Hochleistungszerspanung ergibt sich zwar eine höhere Abnutzung des Werkzeuges, bezogen auf das erreichte Spanvolumen ist damit aber auch eine deutlichere Perfomancesteigerung verbunden. Hohe Anforderungen werden auch an die Auswuchtung der Werkzeuge gestellt, da sonst extreme Kräfte entstehen, die einerseits zum Werkzeugbruch führen können und andererseits die Spindellagerung stark belasten würden. Aufgrund der großen Kräfte an der Arbeitsspindel ist auch hier eine aufwändige Wartung und deren regelmäßiger Austausch notwendig.

Angesichts all dieser vorhandenen Technologie ist es kein Wunder, dass Premium Aerotec von Airbus unter mehreren Mitbewerbern ausgewählt wurde, sowohl die hintere Passagierfußbodenstruktur als auch die Titanspante der Türrahmen für den neuen Airbus A350 XWB zu entwickeln und herzustellen. Das Auftragsvolumen beträgt rund 500 Mio. US-Dollar. Die hintere Fußbodenstruktur für Sektion 16/18 besteht aus einer Aluminium-Lithium Materialkombination, die nicht nur extrem leicht, sondern auch hoch belastbar ist. Sie wird komplett als Unterbaugruppe montiert und just in time an die Endmontagelinie geliefert.

Zum Portfolio gehören zudem Aluminium-Spante und Beschläge für den Eurofighter und alle Airbus-Programme.

Ebenso alle hoch belasteten Komponenten, wie Landeklappenführungen aus schwer zu bearbeitenden Materialien wie hochfestem Stahl und Titan. Zur Teilefertigung zählt die Produktion von über 100.000 verschiedenen Typen von Halterungen, Stangen und Blechen für Flugzeuginnenausrüstungen und den Cockpitbereich.

Das Unternehmen ist gut für die Zukunft aufgestellt. Airbus CEO Tom Enders sagt dazu: „Premium Aerotec ist bereit, sowohl ein langfristiger Partner für Airbus als auch ein herausragender Anbieter im weltweiten Markt für Flugzeugstrukturen zu werden. Die starke Beteiligung des Unternehmens an allen Airbus-Programmen und der gewichtige Beitrag zur A350 XWB bilden die Grundlage für hervorragende zukünftige Geschäftsaussichten.”

Robert Wouters

Die Premium Aerotec GmbH hat als 100%ige Tochter der EADS N.V. zum 1. Januar 2009 ihren eigenständigen Geschäftsbetrieb aufgenommen und die Werke Augsburg der EADS Deutschland GmbH sowie Nordenham und Varel der Airbus Deutschland GmbH darin integriert. Zum Kerngeschäft des neuen Unternehmens gehören die Strukturen und Fertigungssysteme für den Flugzeugbau sowie deren Entwicklung. Und hier wurden auch die Kompetenzen für die spanende Fertigung neu gebündelt. Das Werk Augsburg spezialisiert sich dabei auf die Fertigung und Montage von Rumpfteilen und hoch belasteten Strukturkomponenten für militärische und zivile Programme und deren Ausrüstung. Mit seinen rund 2.500 Mitarbeitern ist es einer der weltweit größten Zulieferer für Großbauteile an Airbus. Das Werk Nordenham mit seinen rund 2.300 Beschäftigten etabliert sich als Zentrum für Großblechfertigung und Schalenbau mit dem Fokus auf Airbus-Flugzeuge. Im Werk Varel mit rund 1.300 Beschäftigten liegen die Schwerpunkte in den Bereichen spanabhebende Bearbeitung von Flugzeugteilen sowie der Entwicklung und Konstruktion von Fertigungsmitteln.

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