Der Airbus-Standort St. Eloi im Zentrum von Toulouse (Frankreich) ist für die Fertigung aller Triebwerksträger der Airbus-Reihe verantwortlich. Mit einem Triebswerksträger, auch Triebwerkspylon genannt, wird das Triebwerk an der Tragfläche des Flugzeugs befestigt. Dabei handelt es sich um ein Konstruktionselement, das für die Passagiere praktisch nicht sichtbar ist, weil diese Träger unter verschiedenen aerodynamischen Abdeckungen unter der Tragfläche verborgen sind. Dennoch ist es ein echtes „Schlüsselbauteil“. Fast 4000 Befestigungen sorgen dafür, dass diese Komponente den Belastungen standhält, denen sie ausgesetzt wird. Denn durch die Triebwerksträger, die alle Kräfte des Flugzeugs übertragen, verlaufen auch alle Versorgungsleitungen – Hydraulik, Treibstoff, Strom, Klimatisierung. Sie werden Temperaturschwankungen von -40°C im Reisflug bis zu 200°C oder sogar 300°C beim Starten der Triebwerke ausgesetzt. Zudem ist der Träger eine bedeutende aerodynamische Komponente für den Luftstrom des Triebwerks. Die Qualität der Fertigung dieses Teils ist daher von ganz entscheidender Bedeutung für die Sicherheit und die Leistung eines Flugzeugs.

Exponentielle Steigerung des Durchsatzes

In der Messhalle der Trägerfertigung von St. Eloi werden 100% der Träger vor ihrer Montage am Flugzeug kontrolliert. Pro Monat werden 80 Träger geprüft. François Richer, Koordinator Airline-Kunden im Qualitätsmanagement erläutert: „Die ersten Mess- und Kontroll-instrumente für Triebwerksträger waren Theodolite von Kern mit einer Kamera und Messstreifen zum Aufkleben. Das Anvisieren durch Bildverarbeitung war seinerzeit in den 1990er Jahren ein echter technologischer Durchbruch. 1999 kaufte Airbus St. Eloi 2 Laser Tracker vom Typ Leica LTD500, die wir sequenziell einsetzten und mit denen wir damals etwa 600 Träger pro Jahr vermessen konnten.» Mit dem exponentiellen Zuwachs der Flugzeugproduktion aufgrund einer steigenden Nachfrage stiess die Messhalle schnell an ihre Kapazitätsgrenzen. Herr Richer fährt fort: „Angesichts des Ziels der Erhöhung des Durchsatzes um 54% im Zeitraum 2006-2010 galt es, zu reagieren und eine Lösung für diesen Engpass zu finden.“

Zwei parallel installierte Laser Tracker: bedeutende Zeiteinsparungen

Die erste Idee des Baus einer zweiten Messhalle wurde schnell verworfen, denn „durch Platzmangel und die Schwierigkeiten, die Messhalle identisch nachzubauen, waren wir gezwungen, auf andere Weise Zeit zu gewinnen“,

erläutert Herr Richer. So setzte sich schnell die Idee durch, zwei Laser Tracker von Leica Geosystems parallel zu installieren, um die Messung zu synchronisieren, wobei die Hauptschwierigkeit darin bestand, das System für die Anwender so einfach wie möglich zu gestalten. Also setzte sich das Team von St-Eloi mit dem Support der Muttergesellschaft von Leica Geosystems in der Schweiz in Verbindung, und die Programmierer der beiden Unternehmen machten sich an die Arbeit.

Es waren die unterschiedlichsten Herausforderungen zu meistern: Neben der Tatsache, dass eine Lösung gefunden werden musste, mit der die beiden Mess-systeme parallel installiert und synchronisiert werden konnten, stellten auch die Besonderheiten der unterschiedlichen Messungen auf beiden Seiten der Träger (mit unterschiedlich vielen Messpunkten) kein unerhebliches Problem dar. Der finanzielle Vorteil dieser Lösung ist ein weiteres Argument: Die beiden vorhandenen Laser Tracker können übernommen werden, so dass sich bei den Messzyklen 50% der Zeit einsparen lässt, indem lediglich die Software für die Steuerung der Laser Tracker modifiziert wird.

Wahl einer einzigen, einfachen und schnellen Software

„Die ursprünglich von Airbus verwendete Software wurde den neuen zeitlichen Vorgaben nicht mehr gerecht“, erinnert sich Stéphane Malet, Vertriebs-ingenieur bei Leica Geosystems für Südwestfrankreich und bevorzugter lokaler Ansprechpartner für die Standorte von Airbus im Raum Toulouse. Heute basiert die Lösung auf der Software

EmScon von Leica Geosystems. Das interne Entwicklungsteam von Airbus hat auf der Basis des Tools EmScon eine Lösung entwickelt, die vollständig in die Anwendung integriert ist und in der Lage ist, den Weiterentwicklungen des Systems zu folgen. Gateways und Konvertierungen zu anderen Systemen wurden auf ein Minimum reduziert, um die Nutzung der Software zu vereinfachen und Kosten zu sparen. Die Benutzer, die immer die Test- und Validierungsphase fürchten, wurden ebenfalls in die Entwicklung der Lösung mit einbezogen, um ihren Bedürfnissen Rechnung zu tragen. Einer von ihnen hierzu: „Die Software bietet heute Funktionalitäten, die es früher nicht gab, mit einem sehr einfachen System mit Kästchen zum An-kreuzen, die sich nicht auf die Vorlagendatei auswirken. Die Benutzeroberfläche ist perfekt, die Sicherheit optimal, und wir können Protokolle sehr einfach einsehen und bearbeiten“. Die massive Straffung der Software macht die Mess-daten unmittelbar zugänglich, damit beispielsweise eine Messung von Punkten direkt wieder aufgenommen werden kann, indem alle Messpunkte in einer Datenbank gespeichert werden, was den Anwendern sehr entgegenkommt.

Der parallele Betrieb der beiden Leica LTD 500 hat es damit schnell möglich gemacht, die Messungen zu synchronisieren. Zwei Punkte jeder Seite des Trägers bilden eine erste Orientierung für die Positionierung des Messobjektes in der Halle; anschliessend lassen sich anhand der wichtigsten konstruktiven Punkte zwei getrennte Koordinatensysteme erstellen: Die triebwerkseitige Bezugsebene und die tragflächenseitige Bezugsebene. Dann misst jeder der Laser Tracker die Punkte in seinem Gesichtsfeld – und das perfekt synchronisiert. Die Koordinaten der Punkte werden danach durch eine Matrixrechnung in EmScon mit den Koordinaten der Konstruktionsabteilung in den verschiedenen Bezugsebenen verglichen; die Ergebnisse werden nach Excel® exportiert.

„Wir haben mit der Einführung des parallelen Betriebs unserer beiden Laser Tracker eine ganze Menge neuer Ideen ausprobiert“, erläutert Herr Richer. „Die Messung ein und desselben Ziels im selben Moment funktioniert beispielsweise sehr gut. Bei einem Triebwerksträger eines Airbus A380 messen wir 54 Punkte, also insgesamt 216 an den vier Trägern. Die Punkte, die die triebwerks- und tragflächenseitigen Bezugsebenen bilden, werden mit verschiedenen Benennungen zweimal gemessen, um ihre reale Position zu bestimmen.“

Spezialwerkzeuge

Die Spezialität des Werkes von St-Eloi war und ist das Bearbeiten und das Bohren harter Metalle. Es wäre illusorisch zu meinen, man könne die Teile durch die Messung positionieren, denn die Bohrkräfte der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen sind enorm; die Montagegestelle müssen ausserordentlich robust sein. Die Maschinengestelle, die jährlich überprüft werden, gewährleisten die Montage elementarer Teile.

Die Laser Tracker erstellen ein globales „Foto“ der Träger. Die gemessenen Masse ermöglichen eine Endkontrolle und eine eventuelle Rücksendung für Änderungen oder Korrekturmass-nahmen. Die Aktualisierung erfolgt automatisch mit dem Reimport der Datenbank der Messergebnisse in eine andere Datenbank für eine statistische Auswertung und mögliche Korrekturen. Herr Richer hierzu: „Eine statistische Analyse von Messungen ausserhalb der Toleranzen ermöglicht, den Grund der Abweichung zu ermitteln und die erforderlichen Korrekturmassnahmen einzuleiten“.

„Unser Ziel ist es, in Zukunft auf Messhilfen völlig zu verzichten. Denn die Fertigung und kontinuierliche Betreuung dieser Sonderwerkzeuge sind mit erheblichen Kosten verbunden, die sich mit jedem Trägertyp noch erhöhen. Doch das Abschaffen der Messhilfen erfordert eine neue Messlösung. Hierzu wird zurzeit eine Roboterisierung der Messung mit Leica T-Probe und einem Laser Tracker geprüft, der einen Roboter in 6 Freiheitsgraden führt. Die Zugänglichkeit sowie die mechanische Schnittstelle des Roboters müssen noch geprüft werden. Wir freuen uns darüber, dass Hexagon Metrology und Leica Geosystems in der Lage sind, der Entwicklung unseres technologischen Bedarfs zu folgen und den Bereich der Kontrollen zu optimieren. Das ist eine echte Partnerschaft.»

Artikel erschienen in WT 108 auf Seite 64.