MeGro – Flexibler Walzprozess zum Einbringen variabler Wanddickenverläufe in Stringer

Das Ziel der Arbeitspakete des PtU im Verbundprojekt MeGro ist die Umsetzung eines flexiblen Walzprozesses zum nachträglichen Einbringen eines variablen Wanddickenverlaufs in stranggepresste T-Profile aus Aluminium. Mit dem neuen Verfahren soll zukünftig eine umweltfreundlichere und ressourceneffizientere Produktion von Flugzeug-Stringern ermöglicht werden. Auf der Basis numerischer Untersuchungen soll die Machbarkeit des neuen Verfahrens überprüft werden, um im Anschluss ein Sondergerüst zum flexiblen Walzen zu entwickeln und experimentell zu erproben.

Projektverantwortliche Franziska Aign M. Sc.
Laufzeit: Juni 2020 – Dezember 2023
Förderlinie: Niedersächsisches Luftfahrtforschungsprogramm

Motivation

In Flugzeugrümpfen werden häufig T-Profile als Längsversteifungsträger, sog. Stringer, verbaut (siehe Abbildung 1). Zur Gewichtsreduzierung weisen diese eine in Längsrichtung veränderliche, belastungsangepasste Materialstärke auf, die in der Flugzeugindustrie durch chemisches Abtragen realisiert wird. Aufgrund des hohen Aufwands und des Einsatzes von Chemikalien wird dieser Prozess als ökonomisch und ökologisch kritisch eingestuft. Daher soll er durch eine alternative, rein mechanische Bearbeitung ersetzt werden.

Für diese rein mechanische Bearbeitung wird aufgrund der guten Materialausnutzung das flexible Walzen gewählt. Mit dem flexiblen Walzen ist es bereits möglich, dickenveränderliche Bleche (Tailored Blanks) herzustellen. Jedoch ist die Herstellung von dickenveränderlichen verzweigten Profilformen, wie T-Profilen, nicht mit herkömmlichen Walzgerüsten realisierbar. Deswegen wird ein neuer flexibler Walzprozess am PtU entwickelt.

[1] Anordnung der Stringer im Flugzeug [Premium AEROTEC]

Lösungsweg

Um Steg und Flansch des T-Profils gleichmäßig und verzugsfrei auszuwalzen, ist eine neue Walzenkonfiguration notwendig. Diese besteht aus einer Unterwalze und zwei im 45°-Winkel angeordneten Oberwalzen (siehe Abbildung 2). Zur Walzspaltjustage benötigen die Walzen neben der Rotation auch translatorische Freiheitsgrade in radialer Richtung. Durch die Vorgabe von Steuerkurven können die Dickenverläufe gezielt eingebracht werden. Dabei ist die Profillängung in Abhängigkeit des Auswalzgrades zu berücksichtigen, um Abweichungen im gewünschten Wandstärkenverlauf zu vermeiden.

[2] Verfahrensprinzip – flexibles Walzen von T-Profilen

Zunächst ist die Funktionsweise des Technologiekonzepts zu überprüfen sowie die Machbarkeit numerisch nachzuweisen. Im Anschluss erfolgt die Umsetzung des flexiblen Auswalzprozesses im Realbetrieb. Die experimentelle Untersuchung und Validierung der Technologie an einer Prototypanlage im Forschungsumfeld ist der finale Schritt des Vorhabens. Das Forschungsvorhaben umfasst demnach drei Arbeitspakete:

1. Vertiefende numerische Untersuchung zum Walzen der Dickenveränderung in stranggepresste T-Profile

2. Konzeptentwicklung, Konstruktion und Fertigung eines flexiblen Walzgerüsts

3. Inbetriebnahme der Anlage und Durchführung experimenteller Untersuchungen

Danksagung

Im Rahmen des Niedersächsischen Luftfahrtforschungsprogramms wird das Projekt MeGro von der Investitions- und Förderbank Niedersachsen (NBank) gefördert. Zusätzlich gilt der Dank an die Projektpartner Premium AEROTEC GmbH und Fooke GmbH.

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