Rundtische Raumfahrtkomponenten präzise fertigen

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Auf einer Fräs-/Schweiss- und Prüfanlage werden Treibstofftank-Komponenten der Ariane 6 gefertigt. Mehrere Schwerlast-Rundtische gewährleisten die gleichmässige Durchschweissung des hochfesten Werkstoffs.

„Das ist die Grenze des technisch Machbaren“, so das Urteil von Willibald Huber, Head of Jigs and Tools A6 bei MT Aerospace, als er die hochautomatisierte Hagematic AR6 nach der Installation in Aktion erlebte. Mit einer Einpresskraft von 80 kN fährt der Pin beim Rührreibschweissen durch das Material und stellt sicher, dass eine homogene Durchschweissung erfolgt.

Seit vielen Jahren fertigt MT Aerospace am Standort Augsburg Komponenten für die Zentral- und Oberstufe des Trägersystems Ariane 5. Mit über 10 % Lieferanteil an der Hardware ist der Spezialist für Strukturen und Tanks in Leichtbauweise der grösste Zulieferer des Ariane-Programms ausserhalb Frankreichs. Beim Trägersystem Ariane 6, das über eine Nutzlast zwischen 5 und 11 t verfügen wird und am Raumfahrtzentrum Guayana an den Start geht, sollen die Aspekte Leistung und Wirtschaftlichkeit weiter ausgebaut werden. Höhere Performance bei weniger Gewicht heisst die Devise – ein Spagat, der nur mit Know-how, Erfahrung und Disziplin aller beteiligten Projektpartner zu bewältigen ist.

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„Die Produktion der Ariane 6 wird mehrere Jahrzehnte laufen. Deshalb sind Robustheit und Reproduzierbarkeit die obersten Prämissen unserer Anlage“, erläutert Dr. Markus Kahnert, Entwicklungsingenieur bei MT Aerospace in Augsburg.

Zwei Tankdome pro Woche automatisiert fertigen

Die Hagematic AR6 ist darauf ausgelegt, pro Woche zwei Tankdome weitgehend automatisiert zu fertigen. Sämtliche Einzelsegmente werden per Roboter in der Anlage positioniert, gespannt, an den Stosskanten per 5-Achs-HSC-Frässpindel überfräst, verschweisst und schliesslich ultraschallgeprüft. Als Werkstoff kommt eine spezielle Aluminium-Lithium-Legierung (AA2195) zum Einsatz, die verglichen mit bislang einsetzten Aluminium-Kupfer-Legierungen eine höhere Festigkeit und zugleich eine geringere Dichte aufweist. Die Wandstärke des fertigen Doms liegt zum Teil bei wenigen Millimetern.

„Jedes Kilo Transportlast in den Orbit kostet mehrere Zehntausend Euro. Je mehr an der Oberstufe eingespart wird, desto mehr Nutzlast kann beispielsweise in Form von Satelliten transportiert werden“, berichtet Kahnert.

Raumfahrtspezialisten nutzen das Rührreibschweissen

Da der High-End-Werkstoff nicht schmelzschweissbar ist, nutzen die Raumfahrtspezialisten das Rührreibschweissen (Friction Stir Welding, FSW) als essenzielles Verfahren. Dabei positioniert der Rundtisch den tonnenschweren Aufbau mit der Spannvorrichtung und den acht Bauteilen, die zu einer Halbkugel mit einem Durchmesser von 6 m geformt werden.

„Bei dem FSW-Prozess geht es um eine langsame, gleichmässige Bewegung unter hoher Last“, erläutert Ingo Frank, Teamleiter Konstruktion bei Fibro. „Für die gleichförmige Bearbeitung im Simultanbetrieb steht ein spielfreies abnehmbares Moment von bis zu 150.000 Nm zur Verfügung. Bei einem Gesamtaufbau von bis zu 130 t und einem Aufbaudurchmesser von bis zu 7000 mm ist eine Positioniergenauigkeit von 0,02 mm gefordert.“ Beim Reibrührschweissen sind beide Z-Achsen der Hagematic AR6 aktiv: Eine Achse presst die Schulter auf, die zweite bestimmt die Position des Pins.

Sämtliche Prozessdaten werden erfasst, dokumentiert und automatisch ausgewertet. „Wäre der laterale Versatz zu gross, entstünden rissartige Fehler, die katastrophale Folgen haben könnten“, erläutert Kahnert. Das V-Portal der Maschine, deren Grundkonzept sich bereits vielfach in Automotive- und Rail-Anwendungen bewährt hat, eignet sich zur Bearbeitung der Dome, zumal die Rundtische speziell auf die Anwendung abgestimmt wurden. Anstelle der bislang für ähnliche Verfahren eingesetzten Rundtische mit Lagerdurchmessern bis 7000 mm genügen bei der Hagematic AR6 drei modifizierte Schwerlast- Rundtische Fibromax SLR.3200 mit Lagerdurchmessern von 2684 mm. Ein grosser Mittendurchlass mit D = 1000 mm, der speziell für die Anwendung des Weltraumspezialisten ergänzt wurde, ermöglicht zudem den Zugang ins Innere des Rundtischs und der Vorrichtung. Alternativ können dort zusätzliche Aggregate untergebracht werden.

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