Rund 5.000 Flugzeugrumpf-Schalen verlassen jährlich das Werk Nordenham (Bild 1) und werden unter anderem auf dem Seeweg zum Hauptkunden Airbus nach Hamburg transportiert. Dieser logistisch unschlagbare Vorteil ist beim Transport der groß dimensionierten A380-Schalen und zukünftig der kompletten A350 XWB Sektion 13/14 alternativlos: Mit dem Bau kompletter Rumpfstrukturen aus Kohlefaserverbund-Werkstoff für das neue Airbus-Programm A350 XWB ist dem Unternehmen im Werk Nordenham ein weiterer Integrationsschritt von der Schalenmontage zum Sektionsbau gelungen. Das Werk Nordenham fertigt neben den Flugzeugstrukturen für die gesamte Airbus-Flotte auch Bauteile für andere Luftfahrtkunden sowie branchenfremde Unternehmen, wie Komponenten für den Triebkopf des chinesischen Hochgeschwindigkeitszuges CRH3. Fertigungs- und Produktionsmittel Als Generalunternehmer ist der Sondermaschinenbauer Brötje-Automation aus Wiefelstede bei Oldenburg (Oldb) der verantwortliche Lieferant für die drei Montagelinien der A350XWB-Rumpfschalen in Nordenham, Stade und Augsburg. Neben einem in der Flugzeugmontage einzigartigen Förderkonzept beinhaltet dies auch vollautomatisierte Bohr- und Nietmaschinen. Flächennieter für die Schalenproduktion Sowohl die vollautomatisierte Flächennietanlage in Nordenham als auch die Multi-Panel Assembly-Cell (MPAC) in Augsburg sind zur Herstellung von Nietverbindungen und zur Montage von Rumpf-Bauteilen für den Airbus A350 bestimmt. Der Bohr- und Nietprozess erfordert eine beidseitige und geregelte Krafteinleitung, um die Flugzeugschale vor Beschädigungen zu schützen. Der eingesetzte Bohr- und Nietendeffektor ist daher zweigeteilt. Das Oberwerkzeug beherbergt diverse einzelne Werkzeuge wie Bohrer, Nieteinsetzer, Spanabsaugung etc. und kommt ohne Hydraulik aus. Eine Vielzahl von Achsen erlaubt auch das Bearbeiten von komplexen Bauteilen und Strukturen. NC-Programme ermöglichen einen weitestgehend bedienerunabhängigen Prozessablauf. Eine integrierte Kollisionskontrolle zwischen beweglichen Maschinenteilen und Flugzeugbauteil erlaubt die Überprüfung der NC-Programme, bevor sie an der realen Maschine eingesetzt werden und im ungünstigsten Fall Beschädigungen am Bauteil und/oder Maschine verursachen. Sicherheitslösung aus einer Hand Aus Sicherheitsgründen ist die Anlage mit einem Schutzzaun (Bild 4) für den Arbeitsbereich der Nietanlage ausgerüstet. Die Sicherheitszelle soll verhindern, dass sich ein Mitarbeiter während des Automatikbetriebs im Gefahrenbereich der Nietanlage aufhält. Die Sicherheitszelle ist mit mehreren Türen ausgerüstet. Jede Tür verfügt über eine Türverriegelung Knox (Bild 5) von Jokab Safety. Der Eintritt in die Sicherheitszelle wird erst freigegeben, wenn sich das Positioniersystem und die Nietmaschine in einem sicheren Zustand befinden. Für Tests der Prozesse am Ober- und Unterwerkzeug kann der Bediener die Zelle betreten. Dazu muss er einen Schlüsselschalter am Pult betätigen und dessen Schlüssel zum Freigeben der Vor-Ort-Bedienung mitnehmen. Es ist nur die Vor-Ort-Bedienung oder die Bedienung am Pult aktiv. Wenn die Türen der Zelle freigegeben werden, befinden sich alle Antriebe im sicheren Stop. Zur Durchführung mehrerer Bohrungen am Testblech kann der Bediener den Positionierer eingeschränkt verfahren. Zum Schutz des Bedieners in der Zelle bewegt sich der Positionierer nur, wenn der Bediener eine Zustimmtaste betätigt hält. Die Bewegung des Positionierers ist auf \’sichere Geschwindigkeit\‘ begrenzt. Wenn der Bediener die Zustimmtaste während eines Zyklus loslässt, stoppt der Zyklus an Unterbrechungspunkten in der Prozessschrittkette, eine Bohrvorschubbewegung wird sofort abgebrochen und der Bohrer zurückgezogen. All diese übergeordneten sicherheitsrelevanten Steuerungsprozesse sind durch mehrere miteinander vernetzte Sicherheits-Controller Pluto B46-2 realisiert. Diese Controller vereinfachen den Entwurf von Sicherheitssystemen und erreichen die höchste Sicherheitskategorie 4 nach EN954-1 bzw. PLe nach EN13849-1. Pluto ermöglichte eine leichte und unkomplizierte sicherheitstechnische Vernetzung der Fertigungslinie und erleichterte spürbar die Berechnung des PL. Pulse Motion Line für die Schalenproduktion Die Pulse Motion Line (PML) ist ein in der Flugzeugmontage weltweit erstmalig eingesetztes Montagelinienkonzept (Bild 2). Die Taktung des Bauteils erfolgt in vorab festgelegten Abständen, hier alle 7 Spanten. Die Bauteilträger werden mit einem Transportgestell in die PML be- und entladen. Ein durchgängiges Transportsystem in der PML sorgt für den Weitertransport der Bauteile durch alle Arbeitsbereiche der Pulse Motion Line. Dezentral strukturierte Automatisierungslösung Alle Fäden der dezentral strukturierten Automatisierungslösung für das Transportsystem laufen in einem zentralen Controller zusammen, der neben den konventionellen SPS-Aufgaben die gesamte Sicherheitstechnik des Transportsystems auswertet und steuert. Das Ergebnis sind mehrere kompakt montierte, dezentrale Schaltschränke, die über Profibus DP mit dem zentralen Controller verbunden sind. In den Vor-Ort-Schaltschränken befinden sich die Ein-/Ausgabebaugruppen der dezentralen Peripherie ET200S. Durch den \’Mischbetrieb\‘ der Baugruppen ist es möglich, in einer dezentralen Station sowohl Standard- als auch sicherheitsrelevante Prozess-Signale zu verarbeiten. Das flexible Weitertakten der gesamten PML-Linie erfordert Zustimmungschalter und Sicherheitsrelais. Der Zustimmungsschalter hat einen zweifachen 3-Lagentaster und zwei weitere Starttaster. In einer Notsituation muss der Bediener das Stopsignal erteilen können, auch wenn er panikartig härter auf den Taster drückt oder diesen loslässt. Zur Überwachung eines Kurzschlusses in Kabeln und der Funktion der beiden 3-Lagentaster sind die Zustimmungsschalter an Sicherheitsrelais von Jokab Safety angeschlossen. Integrierte Spant-/Clip-Nietroboterstationen (SC-NA) Ein mit Alligator-Endeffektoren ausgerüsteter Roboter ist zum Bohren und Vernieten der Spant-/Clipverbindung in die PML integriert. Um den unterschiedlichen Erfordernissen gerecht werden zu können, ist der Roboter mit einer automatischen Werkzeugkupplung ausgestattet, die einen automatischen Wechsel zwischen den verschiedenen Endeffektoren ermöglicht. Der Knickarmroboter (Bild 3) ist zwecks Erweiterung des Arbeitsbereiches auf einem zusätzlichen Schienensystem installiert und wird durch eine NC-Steuerung vom Typ Sinumerik 840DSL bewegt. Die zugehörige Kinematik hat Brötje innerhalb der Sinumerik 840DSL entwickelt. Für die Zellensteuerung der Nietautomationen in der PML dient ein weiteres Brötje-Automation Software-Modul \’JobControl\‘. Die JobControl Software verwaltet und stellt ein optimiertes NC-Programm für die Fertigung auf und organisiert den Fertigungsablauf. Sie passt damit die Fahrbewegungen der Anlage an die Situation in der PM-Line an. Auch hier sind die flexiblen Sicherheits-Controller Pluto (Bild 6) von entscheidender Bedeutung. Spant-Clip Sicherheitskonzept Auch die Roboter-Anlage ist aus Sicherheitsgründen mit einer Zelleneinhausung für den Arbeitsbereich ausgerüstet. Die Sicherheitszelle soll verhindern, dass sich ein Mitarbeiter während des Automatikbetriebs im Gefahrenbereich des Roboters aufhält. Die Sicherheitszelle wird mit mehreren Türen ausgerüstet. Jede Tür hat eine Türsicherung Knox (Bild 5) von Jokab Safety. Der Eintritt in die Sicherheitszelle wird erst freigegeben, wenn der Roboter mit dem Endeffektor sicher steht. Damit der Bediener oder das Wartungspersonal an den Endeffektoren am Ablageplatz arbeiten kann, ist der Bereich zwischen Ablageplatz und Sicherheitszelle mit einem Jokab Safety Lichtvorhang gesichert. Vorteilhafte Lösung Ausgezahlt hat sich die fehlersichere SPS-Technik bereits in der Entwicklungsphase insofern, als im Sondermaschinenbau immer wieder Änderungen in der Projektphase vorgenommen werden müssen, die sonst einen erheblichen Umverdrahtungsaufwand mit sich gebracht hätten. Die Sicherheitsfunktionalität der fehlersicheren Steuerung Pluto basiert auf vorgefertigten Funktionsbausteinen. Diese lassen sich aber auch an individuelle Anforderungen anpassen. Zum Austausch nicht sicherheitsrelevanter Daten zwischen den Pluto-Steuerungen wird das Profibus-Gateway Gate-P1 von Jokab Safety eingesetzt. Sicherheitsschloss Knox Das robuste Sicherheitsschloss Knox (Bild 5) sorgt dafür, dass niemand in die Nähe von gefährlichen Maschinenteilen gelangen kann, bevor die Maschine nicht vollständig zum Stillstand gekommen ist. Der Griff funktioniert wie ein herkömmlicher Türgriff, weist aber einen neuen kombinierten Rückstellungs- und Verriegelungsmechanismus auf. Knox ist eine komplette Türlösung, ohne Fehlerausschlüsse machen zu müssen, wie beispielweise einen Fehlerausschluss auf den Betätiger. Separate Rückstellschalter oder Sicherheitsschalter mit Beschlägen sind nicht erforderlich. Dank der robusten Konstruktion und der berührungslosen Sensoren eignet sich das Edelstahlschloss auch für den Einsatz unter den rauen Bedingungen in der Automobil- oder Holzindustrie. Knox wurde von Jokab Safety entwickelt und erfüllt gemäß den Anforderungen der DIN EN13849-1 durchgängig den Performance Level PLe. Es verfügt über drei verschiedene Betriebszustände: offen, geschlossen und rückgestellt. In offenem oder geschlossenem Zustand funktioniert das Schloss wie ein herkömmliches Türschloss. Wird der Griff nach oben gezogen, aktiviert sich die Rückstellungsfunktion, und die Maschine kann gestartet werden. Wenn die Maschine in Betrieb ist, kann die Tür nicht geöffnet werden, bevor nicht ein sicheres Entriegelungssignal erteilt wird. Beim Nachlaufen einer Maschine kann der Griff erst dann heruntergedrückt werden, wenn die Maschine vollständig zum Stillstand gekommen ist. Außerdem ist die Tür auf der Innenseite mit einer Fluchtentriegelung versehen, mit dessen Hilfe sie sich jederzeit von innen öffnen lässt. Ebenso lässt sich die Tür mit Hilfe einer Notentriegelung von außen öffnen. Pluto Gateway Gate P1 für Profibus DP Das Pluto Gateway ist ein Protokollumsetzer, der die Kommunikation zwischen einem Sicherheits-Controller Pluto und anderen Feldbussen in beiden Richtungen ermöglicht. Zur Zeit sind vier verschiedene Typen lieferbar: Gate-P1 für Profibus DP, Gate-D1 für DeviceNet, Gate-E1 für Ethernet und Gate-C1 für CANopen. Der Pluto Protokollumsetzer ist nur 22,5mm breit (35mm für Gate-E1). Er wird auf einer DIN-Schiene montiert und lässt sich überall an einem Pluto-Bus anschließen. Das Gerät hat eine gemeinsame Schnittstelle mit Pluto, d.h. die gleiche Verkabelung, und das Pluto Manager PC-Programm kann für Servicearbeiten und nötigenfalls zum Programmieren benutzt werden. Beim Programmieren von Pluto hat der Pluto Manager Zugriff auf fertige Funktionsblöcke für die Kommunikation über das Pluto Gateway. Zustimmungsschalter JSHD4 für den Einrichtbetrieb Der 3-stufige Zustimmungsschalter JSHD4 dient der sicheren Durchführung von Wartungs- und Servicearbeiten an den Fertigungslinien. Mittels eines am Sicherheits-Controller Pluto angeschlossenen Schlüsselschalters wird die Funktion von Automatik- auf Einrichtbetrieb umgeschaltet. Jetzt kann der Servicetechniker die erforderlichen Instandhaltungs- oder Wartungsarbeiten gesichert durchführen. Sollte er aufgrund einer drohenden Gefahr den 2-kanaligen Zustimmungsschalter durchdrücken oder loslassen, schaltet die Anlage sofort ab. Mit den zwei optionalen Zusatztasten lassen sich Hilfsfunktionen realisieren. Schutzumhausung Quick-Guard Standard Quick-Guard besteht aus einem Minimum von verschiedenen Komponenten, wie Aluminiumprofilen, patentierten Montageteilen, Gitter-Verriegelungen, Wellengittern (Bild 4), Platten oder Schallabsorptions-Platten. Dank des patentierten Schraubverriegelungssystems sind alle Beschläge vormontiert mit Befestigungsschrauben und Muttern lieferbar. Man braucht keine Löcher in die Profile zu bohren, und alle Schnitte sind gerade. Um schnell und bequem praxisgerechte Sicherheitslösungen maßschneidern zu können, hat Jokab Safety die Computer-Software SafeCAD entwickelt. Dies ist ein \’Plug-in\‘-Programm für AutoCAD. Als Eingabe benutzt man eine einfache Skizze des erforderlichen Schutzsystems. Die Position von Türen und Klappen sowie die Wahl von Wellengitter, Polycarbonat-, Aluminium-, Stahl- oder schallabsorbierenden Platten wird eingegeben. Die Software erstellt automatisch 3D-Zeichnungen sowie Komponenten- und Schnittlisten. Diese Zeichnungen werden auch als Grundlage für das Zusammenbauen/ Errichten benutzt. Anwenderstimmen Der bei Premium Aerotec mit der Instandhaltungsplanung und -steuerung betraute technische Leiter, Peter Janßen (54), und sein Mitarbeiter Thomas Karges (41) (Bild 4 links) sowie Brötje-Projektleiter Automatisierungstechnik, Rainer Weber (40), schätzen vor allem die hohe Anpassungsfähigkeit des Sicherheits-Controllers Pluto sowie die leichte Ausrichtung der Unfallschutz-Lichtvorhänge Focus. Die drei Automatisierer loben auch den übersichtlichen modularen Aufbau und die leichte Programmierbarkeit von Pluto mit der kostenlosen Software Pluto Manager sowie das durchgängige Erreichen des höchsten Performance Levels PLe. Mit Beratung, Kundenschulungen, einfachem Einbau und leichter Bedienung der Unfallschutzgeräte sowie dem problemlosen Verknüpfen der Bus-Signale sind sie überaus zufrieden. Kasten: Das Premium Aerotec Werk Nordenham ist weltweit der modernste Produktionsstandort im Bereich der integrierten Schalenfertigung. Direkt an der Weser gelegen, ist der Standort integraler Bestandteil seiner Region und schöpft täglich aus den in 75 Jahren Flugzeugbau gesammelten Erfahrungen. Mit seinen insgesamt 2.700 Mitarbeitern und einer Fläche von 600.000m2 ist es das größte Werk innerhalb der Premium Aerotec. Die Premium Aerotec GmbH hat mehr als 6500 Beschäftigte und erwirtschaftete im Jahr 2010 einen Umsatz von 1,3Mrd.E. Das Kerngeschäft sind die Entwicklung und Herstellung von Metall und Kohlefaserverbund-Flugzeugstrukturen sowie die damit verbundenen Vorrichtungen und Fertigungssysteme. Das Unternehmen hat Fertigungsstätten in Augsburg, Bremen, Nordenham, Varel und Brasov in Rumänien. Es ist Europas größter und weltweit fünftgrößter Struktur-Zulieferer für die Luftfahrtindustrie mit namhaften Kunden wie Airbus und Boeing.
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