LuFo GREATER: Entwicklung von automatisierten, emissionsarmen Metallklebeprozessen für Flugzeugrumpfteile unter Berücksichtigung einer ökoeffizienten Fabrikplanung  

Grundlage für Hochratenproduktion: Innovationen im Metallklebeprozess

Trotz großer Variabilität in Bauprinzipien, Materialien und Systemintegration sollen die Rumpfteile künftiger Flugzeuge hochgradig automatisiert gefertigt werden, um die Anforderungen an Zeit, Kosten, Qualität und Flexibilität zu erfüllen. In diesem LuFo-Projekt werden automatisierte Fertigungslösungen für Metallrumpfteile entwickelt (siehe Abbildung 1). Diese reichen vom Handling von Versteifungselementen über die präzise Positionierung großer biegeschlaffer Komponenten bis hin zur großmaßstäblichen Fügeautomatisierung. Die Lösungen lassen sich sowohl in Brownfield- als auch in Greenfield-Umgebungen integrieren. Das Projekt profitiert vom vielfältigen IWU-Portfolio in den Bereichen Konzeption und Entwicklung intelligenter, automatisierter Produktionssysteme, nachhaltiger Energiesysteme sowie assistierter Planungssysteme.

Im Vorgängerprojekt „ATON” wurde die vollautomatische Ablage von klebegebundenen Verstärkungsblechen, Fensterrahmen und Stringern auf zylindrischen Aluminium-Rumpfschalen erprobt. Das Fraunhofer IWU übernahm insbesondere das Handling der Blech- und Fensterrahmen-Komponenten sowie in Zusammenarbeit mit den weiteren Partnern die Gesamtkonzeptentwicklung.

Im Projekt „GREATER” (GRüne Entwicklung schlAnker emissionsarmer MeTallklEbepRozesse) werden diese Lösungen für sphärische Bauteile mit den Partnern Airbus Aerostructures GmbH, FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG, Fraunhofer IFAM und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) weiterentwickelt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert (Förderkennzeichen 20W2202). Mithilfe der Ergebnisse aus GREATER sollen die Energieeffizienz, Umweltfreundlichkeit, Digitalisierung und Automatisierung der metallischen Klebeprozesskette erhöht werden. Zudem soll die Grundlage für eine Hochratenproduktion von geklebten Metallrümpfen geschaffen werden.

Aufgabe des Teams der Zukunftsfabrik im Projekt GREATER

Im Rahmen des Projekts hat sich das Team der Zukunftsfabrik zum Ziel gesetzt, ein optimiertes, ökoeffizientes Fabrikkonzept auf Grundlage der bestehenden Produktionsstruktur (Brownfield) zu entwickeln. Die aktuelle Untersuchung zielt darauf ab, die potenziellen Auswirkungen neuer Technologien und der damit verbundenen modifizierten Produktionsprozesse auf das bestehende Fabriklayout zu analysieren. Darüber hinaus wird ein ideales Fabriklayout im Rahmen einer Greenfield-Planung untersucht. Dabei stehen energetische Kenngrößen im Mittelpunkt, um die Umweltauswirkungen möglichst gering zu halten.

Aus der Perspektive der Fabrikplanung werden zudem Konzepte zur Auflösung von Zielkonflikten zwischen Hochratenfähigkeit und Nachhaltigkeit erarbeitet. Eine methodisch integrierte Ökobilanzierung soll die Prozessplanung bereits in der initialen Phase unterstützen, um den Umwelteinfluss der Produktion zu minimieren. Zu diesem Zweck werden das Anlagenlayout und das Logistikkonzept unter Einhaltung finanzieller und ökologischer Randbedingungen automatisiert berechnet.

Vom Ist-Zustand zum optimierten Layout – aktueller Bearbeitungsstand (August 2025)

Im Rahmen des Projekts haben wir bereits einen umfassenden Kriterien- und Zielkatalog für die Dimensionierung von Systemen und Anlagen entwickelt. Das Ziel von GREATER besteht darin, produktions- und leistungsbezogene Kennzahlen mit ökologischen und energetischen Größen zu verknüpfen, um die Dimensionierungsergebnisse anhand der Prozesskette „Metal Bonding“ zu bewerten.

Zu diesem Zweck wurde zunächst der Ist-Stand der Prozesskette „Metal Bonding“ (Metallkleben) vor Ort erfasst (siehe Abbildung 2). Die Metallklebeprozesse bestehen aus mehreren Fertigungsschritten, die erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben können. Hervorzuheben sind dabei insbesondere die Oberflächenvorbehandlung, der Auftrag einer Grundierschicht, die eigentliche Herstellung der Klebeverbindung sowie das Aushärten unter Druck und hohen Temperaturen inklusive der dafür benötigten Verbrauchsmaterialien. Durch Optimierungen in der Anordnung oder der angewandten Fertigungstechnologie können sowohl die Kosten gesenkt als auch die Umweltbelastungen verringert werden. Zudem sollten Konzepte zur Energierückgewinnung in Betracht gezogen werden.

Anschließend legten wir workshopbasiert die Ziele fest, unter Berücksichtigung der zu betrachtenden Komponenten, Varianten und Fragestellungen der Planung.

Durch die multiperspektivische Betrachtung unterschiedlicher Fertigungsansätze und -technologien erfolgt zusammenfassend eine optimale Anordnung und Dimensionierung der Prozessschritte sowie der Anlagen. Der Fokus liegt auf einem energieoptimierten Hallenlayout, einer ökoeffizienten Produktion, der Integration automatisierter Prozesse und einem durchdachten Logistikkonzept. Als Ergebnis wird ein Vergleich zwischen dem bestehenden Zustand und einem optimierten Layout für Brownfield und Greenfield in unterschiedlichen Zukunftsszenarien angestrebt.

Quelle Titelbild: Mit Dall-E 3 am 10.09.25 erstellt 

Referenzen Abbildungen: 

1. Side Shells Section 15 | RUAG, zuletzt geprüft am 14.08.2025

2. Microsoft PowerPoint – Structural Metal Bond at Cessna Aircraft – J. Krone [Read-Only], zuletzt geprüft am 14.08.2025