Konzept zum Fügen zukünftiger metallischer Flugzeugrumpfstrukturen

In der Fertigung von metallischen Flugzeugrumpfstrukturen wird seit Jahrzehnten das bewährte Nietverfahren angewendet. Da dieses Fügeverfahren einen Überlappstoß bedingt, führt es zu einer Erhöhung des Strukturgewichts. Trotz des hohen Automatisierungsgrades des Verfahrens ist der Prozess infolge relativ hoher Prozesszeiten entsprechend kostenintensiv. Hinsichtlich der fortwährenden Gewichts- und Kostenoptimierung in der Flugzeugherstellung besteht hier ein enormes Potential, neue Fügetechnologien, wie das Rührreibschweißen, einzusetzen. Ziel ist es, das Rührreibschweißen auch zum Fügen von großformatigen, biegeschlaffen 3D-Schalen im Flugzeugrumpf einzusetzen. Klassische Maschinenkonzepte, wie CNC-gesteuerte Portalanlagen sind hierfür jedoch nur bedingt geeignet. Sie besitzen zwar die für das Rührreibschweißen notwendige hohe Steifigkeit, sind jedoch sehr kostenintensiv und im Hinblick auf ihren Arbeitsraum nicht beliebig skalierbar. Zudem bedingen großformatige, dünnwandige 3D-Bauteile angepasste intelligente Spanntechniken, welche eine genaue Positionierung der Bauteile relativ zum Schweißsystem sicherstellen. Im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms IV wurde am Fraunhofer IWS ein neuartiges Maschinenkonzept entwickelt, welches das Fixieren, Positionieren, Fräsen sowie das anschließende Rührreibschweißen solcher großformatiger, biegeschlaffer 3D-Schalen in einer Aufspannung ermöglicht. Das Konzept besteht aus einem kombinierten Schweiß-/Fräsroboter, welcher sich entlang eines dreidimensionalen Schienensystems autark fortbewegt, und einem intelligenten Spannkonzept, das die Positionierung der Bauteile zueinander im geforderten Toleranzbereich sicherstellt. Im Beitrag werden die Schweißergebnisse bei der Realisierung von 3D-Nähten in konventionell nicht schweißbaren, heißrissanfälligen Aluminiumlegierung, wie die Mikrostruktur der Schweißzone, vorgestellt.