S. Junghans, L. Köttner, J.H. Dege

Bei der Fertigung von Strukturbauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) im Flugzeugbau können herstellungsbedingte Formabweichungen auftreten. Diese führen bei der Montage zu Spalten, die bislang durch sogenanntes Shimmen kompensiert werden. Hierzu werden manuell Ausgleichsmassen an den betroffenen Stellen eingesetzt. Dieser Prozess ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Eine vielversprechende Alternative stellt das automatisierte Schleifen der Bauteiloberflächen dar, sofern dafür vorgesehene Opferlagen vorhanden sind. Ziel ist der Verzicht auf das Shimmen durch das gezielte Abtragen der Oberflächenunebenheiten, welche die Spalte verursachen. Die Umsetzung stellt jedoch besondere Herausforderungen dar. Zum einen wirken beim Schleifen Prozesskräfte, die zu unerwünschten Bauteilabdrängungen führen können. Dies gilt insbesondere für dünnwandige, lokal abgestützte und damit nachgiebige Strukturen. Zum anderen steigen die Schleifkräfte mit zunehmendem Werkzeugverschleiß kontinuierlich an. Im Rahmen des Projekts SHILA (Shimfreie Montage von dünnwandigen Luftfahrzeugstrukturen) untersucht das Institut für Produktionsmanagement und -Technik (IPMT) der Technischen Universität Hamburg (TUHH) gemeinsam mit den Projektpartnern (Boeing Deutschland GmbH, Broetje-Automation GmbH, KEBA Industrial Automation Germany GmbH, 3D.aero GmbH, WZL RWTH Aachen) unter anderem eine Schleifprozesskette, die diese Herausforderungen durch eine Kompensation der Bauteilabdrängung adressiert. Der Fokus liegt dabei auf dem Anwendungsfall der Rumpfsektionsmontage, bei der die einzelnen Rumpfsegmente Abweichungen von der Nominalkontur aufweisen. Hierfür wurden am IPMT Versuchsstände aufgebaut, um einzelne Elemente der Prozesskette sowohl in Analogieversuchen als auch unter anwendungsnahen Bedingungen zu untersuchen. Schwerpunkte sind dabei die Auswahl geeigneter Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien, die Vorhersage der entstehenden Prozesskräfte unter Berücksichtigung des Werkzeugverschleißes sowie deren Einbindung in ein FEM-Modell zur Simulation der bauteilspezifischen Abdrängung. Basierend auf den simulierten Verformungen kann der Werkzeugweg anschließend angepasst werden, um die Bauteilabdrängung zu minimieren.

In the production of structural components made of carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) in aircraft manufacturing, manufacturing-related dimensional deviations can occur. These lead to gaps during assembly, which have so far been compensated by so-called shimming. For this purpose, manual filler materials are applied at the affected areas. However, this process is time-consuming and costly. A promising alternative is the automated sanding of the component surfaces, provided that designated sacrificial layers are available. The goal is to avoid shimmering by selectively removing the surface irregularities that cause the gaps. However, implementation presents particular challenges. On the one hand, process forces act during grinding, which can lead to undesired component displacement. This is especially true for thin-walled, locally supported, and thus flexible structures. On the other hand, grinding forces continuously increase with increasing tool wear. As part of the SHILA project (Shim-free assembly of thin-walled aircraft structures), the Institute for Production Management and Technology (IPMT) at the Technical University of Hamburg (TUHH), together with the project partners (Boeing Germany GmbH, Broetje-Automation GmbH, KEBA Industrial Automation Germany GmbH, 3D.aero GmbH, WZL RWTH Aachen), is investigating, among other things, a grinding process chain that addresses these challenges by compensating for component deflection. The focus is on the application case of fuselage section assembly, where the individual fuselage segments exhibit deviations from the nominal contour. For this purpose, test rigs have been set up at IPMT to examine individual elements of the process chain in both analogy experiments and under conditions close to practical application. The focus is on selecting suitable tools and processing strategies, predicting the resulting process forces while taking tool wear into account, and integrating them into a FEM model to simulate component-specific displacement. Based on the simulated deformations, the tool path can then be adjusted to minimize component displacement.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2025, Augsburg

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2025

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 9 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2511071316357.754083411998

10.25967/650272

CFK-Strukturbauteile, Oberflächenbearbeitung

Download - Bitte beachten Sie die Nutzungsbedingungen dieses Dokuments: Copyright protected  

Junghans, S.; Köttner, L.; Dege, J.H. (2025): Prozesskette zum Oberflächenschleifen von nachgiebigen Luftfahrtstrukturbauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/650272. urn:nbn:de:101:1-2511071316357.754083411998.

07.11.2025