Industrie 4.0: Handbohrmaschinen für die Luft- und Raumfahrtbranche

Überlegt sich Ihr Unternehmen noch, ob es in manuelle Bohrmaschinen investieren soll? Die meisten Unternehmen in der Luft- und Raumfahrtbranche ziehen eine vollständige Automatisierung in Betracht, um mit der steigenden Nachfrage im Flugzeugbau Schritt zu halten. Bisher bleibt dies Zukunftsmusik[1]. Es sind einfach zu viele Daten[2] erforderlich, um die Maschine zu automatisieren – und um die Fähigkeiten eines erfahrenen Bedieners zu erreichen. 

In diesem Artikel untersuchen wir die Vorteile von qualitativ hochwertigeren und zuverlässigeren, handbetriebenen Bohrmaschinen bei der Rumpfmontage bis zur Endmontage für Hersteller und Zulieferer der Luft- und Raumfahrtbranche vor dem Hintergrund der zunehmenden Automatisierung.

Die Teile eines Flugzeugs[3] bestehen in der Regel aus einem Verbundwerkstoff aus kohlefaserverstärktem Polymer oder CFK sowie Blechen aus Leichtmetallen wie Aluminium- oder Titanlegierungen. Durch diese Teile werden Löcher gebohrt, sodass sie in den späteren Montagephasen miteinander verbunden werden können. 

Ein CFK-Verbundwerkstoff ist extrem haltbar, aber durch das Durchbohren kann es dazu kommen, dass sich Schichten an der Bohrlochöffnung lösen, wodurch ein Schwachpunkt entsteht, der für die wiederholten Druckschwankungen[4] anfällig ist, denen ein Flugzeug ausgesetzt ist. Aus diesem Grund sind geeignete Techniken wie One-Shot-Bohren oder OSD erforderlich, um zu verhindern, dass sich Schichten ablösen[5] und die strukturelle Integrität beeinträchtigen.

Der Bohrvorgang[6] ist bei der Montage des Rumpfes aufgrund der hohen Anzahl an Löchern, die für die Vernietung erforderlich sind, von entscheidender Bedeutung. Es werden verschiedene Arten von Geräten benötigt, um verschiedene Arten von Löchern zu bohren, die jeweils einen eigenen Zweck haben, und die alle für die Gesamtleistung des Flugzeugs wichtig sind.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Nachfrage nach Flugzeugen stetig gesteigert, und es gibt keine Anzeichen dafür, dass sich dies ändern könnte. Tatsächlich wird in den nächsten zwei Jahrzehnten allein für Nordamerika mit einem Wachstum der Flugzeugflotte um 45 %[7] gerechnet. 

Aus diesem Grund sucht die moderne Luft- und Raumfahrtbranche kontinuierlich nach dem besten Produktionssystem, das Kosten, Energie sowie soziale und ökologische Faktoren in Einklang bringt. Dazu gehören Hersteller, die versuchen, die Montage des Rumpfes vollständig zu automatisieren. 

Bei der Digitalisierung der Luft- und Raumfahrtbranche wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Maschinen können jedoch immer noch nicht mit der Beweglichkeit und Präzision des manuellen Bohrens mithalten. Außerdem kann manuelles Bohren nicht gänzlich eliminiert werden, zumindest nicht in allen Fällen[8]. Deshalb darf die Bedeutung zuverlässiger Handbohrmaschinen für den Luftfahrtsektor trotz der bevorstehenden Automatisierung während der vierten industriellen Revolution nicht vernachlässigt werden.

Um die Lücke zwischen manuellen und automatischen Bohrern zu schließen, stellen Werkzeughersteller immer intelligentere manuelle Bohrmaschinen her. Diese fortschrittlichen Werkzeuge sind in der Lage, Bedienerfehler zu minimieren und die Bohrungsqualität erheblich zu verbessern. Sie sind außerdem einfacher zu handhaben und sicherer zu bedienen, was die Produktivität des Bedieners ganzheitlich erhöht.   

Nachdem wir nun die Einschränkungen für vollautomatisches Bohren und Montieren erörtert haben, wollen wir die besten Optionen für manuelles Bohren untersuchen. Diese Optionen sind aufgabenspezifisch und berücksichtigen Zuverlässigkeit und langfristige Kosteneinsparungen.

Die Herstellung eines Flugzeugrumpfes erfordert einen komplexen Prozess[9] von Bohren, Ansenken und Nieten, was bislang ein Problem für die vollständige Automatisierung darstellt. Es sind verschiedene Arten von Bohrungen erforderlich, von denen einige in diesem Abschnitt behandelt werden.

• Elektrische Handbohrmaschinen – Elektrische Handbohrmaschinen sind batteriebetriebene Bohrmaschinen, die sich perfekt für jede Stufe der Rumpfmontage eignen. Sie verfügen über einen programmierbaren Auslöser, der die Bohrgeschwindigkeit konstant hält, und sind mit unzähligen weiteren Funktionen ausgestattet, um die Produktivität des Bedieners zu steigern. Im Wesentlichen handelt es sich um intelligente manuelle Bohrmaschinen.   

Sicherheit – Kabellose Bohrmaschinen verringern das Verletzungsrisiko durch Stolpern und Stürze. Größe und Gewicht sind ideal zum Halten und zum stundenlangen, ermüdungsfreien Bohren ohne Schädigungen des Handgelenks.

Kosteneinsparungen – Die Bohrmaschinen verfügen über fünf Drehzahleinstellungen, die über eine intuitive HMI für eine größere Bandbreite von Anwendungen mit einem einzigen Werkzeug angepasst werden können. Die Grifflänge und das Design sorgen für Rechtwinkligkeit beim Bohren. Darüber hinaus verfügen die Geräte über eine LED-Anzeige, die den Energieverbrauch und den Bohrerverschleiß überwacht, sodass Sie die Lebensdauer der Bohrer optimieren können.   

Energieeffizienz – Die Stromversorgung erfolgt über eine 18-V- oder 36-V-Batterie mit umschaltbarer Position, sodass Sie auch an schwer zugänglichen Stellen arbeiten können. 

Soziale und umweltbezogene Auswirkungen – Die Geräte sind 14 Mal leiser als druckluftbetriebene Bohrmaschinen, was zu weniger Störungen im Arbeitsbereich und seiner Umgebung führt und für eine bessere Ergonomie sorgt, um die Gesundheit des Bedieners zu gewährleisten.

• Bohrvorschubeinheiten – Bohrvorschubeinheiten/PFDs (Positive Feed Drills) können für eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbohrungen von der Komponentenfertigung bis zur Endmontage eingesetzt werden.

Sicherheit – Jedes Gerät verfügt über einen Not-Aus-Schalter in Reichweite des Bedieners, sodass die Arbeit bei Bedarf sofort unterbrochen werden kann. 

Kosteneinsparungen – Das einzigartige modulare Design sorgt dafür, dass nur ein einziger Motor benötigt wird, um mehrere Bohrkomponenten für eine Vielzahl von Anwendungen beim Bohren und Ansenken mit nur einer Aufnahme anzutreiben.  

Energieeffizienz – Die Geräte verfügen über eine integrierte Schmierpumpe, die die richtige Menge an Kühlschmierstoff an die Schneidwerkzeugspitze liefert und so bei jedem Bohren eine hohe Effizienz gewährleistet.

Soziale Auswirkungen – Die einfache Konfiguration ermöglicht einen schnelleren Modulwechsel, was für die Ergonomie des Bedieners und die Arbeitsbedingungen förderlich ist.

Auswirkungen auf die Umwelt – Die Energieeffizienz der Geräte reduziert die CO2-Emissionen und sonstige Umweltbelastungen.

• Handgeführter Winkelbohrer – Dies ist ein handgeführter Bohrer in robuster Ausführung mit kürzerer Kopflänge, der perfekt zum Bohren von Löchern in engen Räumen geeignet ist.

Sicherheit – Der Bediener kann den seitlichen Auslass nach Belieben ausrichten. Das Gerät ist außerdem auf Komfort, Sicherheit und Bedienerfreundlichkeit ausgelegt.  

Kosteneinsparungen – Das Gerät verfügt über einen schmiermittelfreien Motor, sodass weniger Wartung erforderlich ist. 

Energieeffizienz – Es hat einen besseren Rundlauf, was für höhere Präzision und niedrige Betriebskosten sorgt. 

Soziale Auswirkungen – Die geringere Kopflänge ermöglicht eine bessere Ergonomie bei beengten Platzverhältnissen.

Auswirkungen auf die Umwelt – Der geringere Druckluftverbrauch spart Energie.

• Druckluft-Handbohrmaschinen – Druckluftbetriebene Handbohrmaschinen sind für eine Vielzahl von Anwendungen bei der Rumpf- und Endmontage konzipiert. Der gummierte Pistolengriff reduziert Vibrationen und Temperaturschwankungen und sorgt so bei jedem Bohren für eine gleichbleibende Lochqualität.

Sicherheit – Der Winkel des Griffs und die Griffgummierung minimieren das Rutschrisiko und verbessern die Stabilität und den Komfort für den Bediener.

Kosteneinsparungen – Die Schmiermittelfreiheit sorgt für geringere Wartungskosten und weniger Wartungsaufwand.

Energieeffizienz – Die hervorragende Drosselungsfunktion sorgt für effizienteres Bohren.

Soziale und Umweltauswirkungen – Der einfach zu handhabende, gummierte Pistolengriff verhindert Tendovaginosis stenosans[10], auch als Schnappfinger-Erkrankung bekannt. 

• Modulare Bohrmaschinen – Modulare Bohrmaschinen haben eine sehr schlanke und leichte Bauweise, die perfekt für Arbeiten an engen und schwer zugänglichen Stellen ist. Sie werden mit mehreren Köpfen für eine Vielzahl von Bohranwendungen geliefert, die bei Arbeiten in der Rumpf- und Endmontage erforderlich sind.

Sicherheit – Das schlanke und leichte Design ist ausgesprochen bedienerfreundlich.

Kosteneinsparungen – Es handelt sich um modulare Bohrmaschinen für die Luft- und Raumfahrtbranche mit vielen Aufsätzen, sodass Sie mit einem einzigen Motor viele verschiedene Lochtypen bohren können.

Energieeffizienz – Ihre Energieeffizienz sorgt für niedrige Betriebskosten, und ihre Modularität verringert den Arbeitsaufwand der Bediener.

Soziale und Umweltauswirkungen – Die Bohrmaschinen sind sehr leise, wodurch Störungen im Arbeitsbereich und dessen unmittelbarer Umgebung minimiert werden.

Bohren ist zwar wichtig, aber nur ein Arbeitsgang bei der Flugzeugmontage. In diesem Abschnitt werden einige der anderen Werkzeuge beschrieben, die für den Fertigungsprozess erforderlich sind.

• Akku-Schrauber mit Pistolengriff – Dieser Akku-Schrauber verfügt über eine variable Drehzahl und ein variables Drehmoment und wird mit einem Lithium-Ionen-Akku betrieben.

Sicherheit – Das schlanke Design und der Pistolengriff sorgen für eine verbesserte Handhabung und verringern Abrutschen. Außerdem verfügt er über zwei starke Frontscheinwerfer für bessere Sicht.

Kosteneinsparungen – Die Drehzahl kann an das erforderliche Drehmoment angepasst werden. So benötigen Sie nur ein Werkzeug für verschiedene Anwendungen.

Energieeffizienz – Er verfügt über einen leistungsstarken Lithium-Ionen-Akku und eine LED-Anzeige für den Akkustatus.

Auswirkungen auf Soziales und Umwelt – Das ergonomische Design sorgt für bessere Arbeitsbedingungen und höhere Produktivität des Bedieners.

• Akku-Handschrauber tensor SB – Dies ist ein zuverlässiges Werkzeug mit Drehmoment- und Winkelüberwachungssystemen für eine Vielzahl von Schraubanwendungen.

Sicherheit – Er hat ein hohes Leistungsgewicht und verfügt über ErgoGrip für sichere Handhabung.

Kosteneinsparungen – Er verfügt über einen Drehmoment-Messwertgeber zum fehlersicheren Anziehen, wodurch weniger Arbeitszeit für Nacharbeiten anfällt.

Energieeffizienz – Er ist im Gegensatz zu seinem pneumatischen Gegenstück batteriebetrieben und verbraucht weniger Energie.

Umweltauswirkungen – Er verbraucht weniger Energie und hat eine bessere CO2-Bilanz.

• Schraubfallsimulations-Messbank ST-Bench – Durch den hochauflösenden Encoder und das fortschrittliche elektrische Kontaktsystem kann das genaue Verhalten einer echten Verbindung unter realen Arbeitsbedingungen simuliert werden. Dadurch kann die Maschinenfähigkeit der Werkzeuge getestet werden, ohne dass die Produktion unterbrochen werden muss. Auch der Anschluss an externe Messwertgeber ist möglich, um mehrstufiges Anziehen zu erfassen.

Qualitativ hochwertige Werkzeuge in Ihrer Produktionslinie sind ein Anzeichen dafür, dass Ihr Unternehmen hervorragende und zuverlässige Produkte liefern kann. Sie können diese Informationen in Ihre Verkaufsliteratur integrieren, um Ihre Umsätze zu steigern.

Darüber hinaus können Sie potenziellen Kunden versichern, dass Sie mit Ihrem zuverlässigen Herstellungsprozess die Produkte liefern können, die sie benötigen, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem sie diese benötigen.

Trotz zunehmender Automatisierung wird immer noch zuverlässiges handgeführtes Bohren für die Rumpf-, Struktur- und Endmontage sowie für allgemeinen Arbeiten in der Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt. Daher gibt es allen Grund, auf absehbare Zeit in handgehaltene Bohrmaschinen zu investieren. Atlas Copco bietet viele Arten von hochwertigen Werkzeugen für jeden Bohrbedarf an, insbesondere für Arbeiten in beengten oder schwer zugänglichen Räumen, wo automatisierte Maschinen weitestgehend versagen.

Wir haben die Bohrmaschine für jede Aufgabe, und wir haben die Lösung für jeden Bedarf. Beschleunigen Sie jeden Schritt der Flugzeugmontage mit den erstklassigen Werkzeugen für die Luft- und Raumfahrt von Atlas Copco und kontaktieren Sie uns jetzt.

Referenzen

1. Muelaner, Jody, High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing, engineering.com. Juni 2019.

2. Weber, Austin, Assembly Automation Takes Off in Aerospace Industry, Assembly electronic, Ausgabe 02. April 2015.

3. Sambruno et al., One-Shot Drilling Analysis of Stack CFK/UNS A92024 Bonding by Adhesive, NCBI, Januar 2019.

4. Greenmeier, Larry, What Causes an Airline Fuselage to Rupture Mid-Flight? How Can This Be Prevented?, Scientific American electronic ed., 5. April 2011.

5. Krishnamoorthy et al., Delamination Analysis in Drilling of CFK Composites Using Response Surface Methodology, 19. August 2009.

6. Sambruno et al., One-Shot Drilling Analysis of Stack CFK/UNS A92024 Bonding by Adhesive, NCBI, Januar 2019.

7. Mazareanu, E., Size of aircraft fleets by region worldwide in 2018 and 2038, statista, 09. August 2019.

8. Johnsson et al., Boeing Sends In the Humans After Robots botch 777 Jet Assembly, Fortune electronic ed., 14. November 2019.

9. Weber, Austin, Airbus harnesses automation to boost fuselage production, Assembly electronic ed., 10. Dezember 2019.

10. Mayo Clinic Staff, Trigger finger, Mayoclinic.org, 24. Oktober 2017.