Die Türen von Passagierflugzeugen werden überwiegend in Handarbeit montiert. Dies ist sehr zeitaufwändig und damit teuer. Der Einsatz von thermoplastischen Kohlefaserverbundmaterialien macht eine automatisierte Verschweißung möglich. Das neue Material- und Montagekonzept reduziert die Fertigungszeit um 96 % von 110 auf 4 Stunden.
Juni 2026 – Die Herstellung von Türen für Passagierflugzeuge ist überwiegend Handarbeit. Besonders zeitaufwändig ist auch die hochgenaue Montage der Türstruktur mit ihren Schraub- und Nietverbindungen. Bei einer traditionell auf einer Kombination aus Aluminium, Titan und Duroplasten basierenden Konstruktion muss ein hoher Aufwand im Bereich des Korrosionsschutzes betrieben werden. Werden stattdessen thermoplastische Kohlefaserverbundmaterialien (CFK) eingesetzt, die ohne Trennlagen automatisiert miteinander verschweißt werden können, geht es wesentlich schneller. Dies zeigt das Forschungsprojekt TAVieDA des WGP-Professors Steffen Ihlenfeldt vom Fraunhofer IWU gemeinsam mit dem Fraunhofer LBF, Trelleborg und Airbus Helicopters.
Enorme Einsparungen in allen Bereichen
Im Projekt wurden sowohl eine neuartige modulare Flugzeugtür als auch ein dazugehöriges Montagekonzept entwickelt. Die daraus resultierende montagegerechte Bauteilgestaltung und die entwickelten Betriebsmittel ermöglichen eine vollautomatisierte Montage von sechs Türvarianten auf einer Anlage. Werkstoff- und designbedingt wird außerdem signifikant Gewicht gespart. Durch die frühzeitige gemeinsame Entwicklung von Bauteil und Fertigungslösung lassen sich enorme Einsparungen in allen Bereichen erzielen. Dr. Rayk Fritzsche, Projektleiter am Fraunhofer IWU fasst zusammen: „Gemeinsam mit den Kollegen von Airbus Helicopters haben wir uns alle Türstrukturen angesehen, um die Geometrien für ein automatisches Spannen und Fügen anzupassen. Im Ergebnis konnten wir die einzelnen Montageschritte neu organisieren und durchgehend automatisieren. Damit wird nur noch ein Bruchteil der bisherigen Durchlaufzeit benötigt. Lediglich für den Einbau der Verriegelungsmechanik ist noch Handarbeit erforderlich.“
Dabei wird die Planung der gesamten Montageanlage durchgehend digital gestützt. Auf Basis der 3D-Konstruktionsdaten der einzelnen Greifer und Fügewerkzeuge wurde eine virtuelle Prozesssimulation der gesamten Anlage erstellt. Hierbei wurden sämtliche Roboterbewegungen, der Transfer von einzelnen Bauteilen sowie Fügegruppen und die Fügeoperationen selbst kinematisch korrekt abgebildet. Als Ergebnis liegt eine digital verifizierte Montagezeit für die gesamte Türstruktur vor. Darüber hinaus kann die Simulation über Schnittstellen direkt als Basis für eine Kostenbetrachtung sowie Layoutoptimierungen in übergeordneten Umgebungen dienen.
Vorgesehen sind nun zwei weitgehend identische Montage- bzw. Fügelinien, damit bei Ausfall einer Linie Ersatzkapazität zur Verfügung steht. Je zehn Türen können als Ergebnis verschiedener Vereinheitlichungsmaßnahamen in ein Los zusammengefasst werden, bevor am Schichtende die Linie vollautomatisch für die nächste Modellreihe umgerüstet wird. Bezogen auf die Kapazität von 4.000 Türen pro Jahr ergibt sich durch das neue Material- und Produktionskonzept ein erheblicher Skaleneffekt.
KI macht Einführung automatisierter Montage erst möglich
In Zukunft soll im Rahmen aufbauender Forschungsprojekte das Risiko für die Einführung voll- oder teilautomatisierter Montagezellen in der Flugzeugproduktion durch eine wesentlich erweiterte virtuelle Absicherung weiter gesenkt werden. Aufbauend auf dem vorhandenen Konzept soll mit Hilfe der Nutzung des Industrial Metaverse zum einen eine digitale Simulation wesentlicher Sensorik für die adaptive Prozessteuerung und -kontrolle eingeführt werden. Darüber hinaus wird es innerhalb einer solchen Umgebung möglich, sogenannte Physical-AI-Ansätze für das virtuelle Training der Montageprozesse zu nutzen. Beispielsweise können Prozesszeiten für das ultraschallbasierte Schweißen in Abhängigkeit von Bauteillagen, Bauteiltoleranzen oder Materialparametern in einer solchen Umgebung durch Kopplung mit spezifischer Software ermittelt werden. Somit wird ein Grad an virtueller Absicherung erreicht, der eine Einführung von automatisierten Montage- und Fügeprozessen in der Luftfahrt überhaupt erst ermöglicht.
Einen Demonstrator der automatisierten Türenmontage präsentierten die Forschenden übrigens dieser Tage auf der ILA in Berlin.
Bild 1: Demozelle für die automatisierte Flugzeugtürmontage | Quelle: Fraunhofer IWU
Förderer:
Im Projekt TAVieDA – Schnell-installierbares und robustes Flugzeugtürsystem unter Anwendung der Vielgestaltigkeit einer einstelltoleranten Dichtung und automatisierter Montage arbeiteten die Institute Fraunhofer IWU und Fraunhofer LBF mit Airbus Helicopters und Trelleborg zusammen. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo).
Ansprechpartner:
Institut für Mechatronischen Maschinenbau (IMD)
Technische Universität Dresden
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)
Prof. Steffen Ihlenfeldt
Institutsleiter
Tel.: +49 371 53971405
E-Mail: buero.ihlenfeldt@iwu.fraunhofer.de
Dr. Rayk Fritzsche
Gruppenleiter
Tel.: +49 37153971359
E-Mail: rayk.fritzsche@iwu.fraunhofer.de
Downloads:
Automatisierte Montage- und Fügelinie für die Türstruktur | Quelle: Fraunhofer IWU
Demozelle für die automatisierte Flugzeugtürmontage | Quelle: Fraunhofer IWU