Interview mit den INNOspace Masters 2017Gewinnern: Infusion 4.0 – Glasfaser-Sensoren der nächsten Generation

MT Aerospace entwickelt und fertigt weltweit einige der größten Bauteile aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) für Trägerraketen, Satelliten und Orbit-Transfersysteme, wie z.B. für Feststoff-Booster, wie sie u.a. auch bei ARIANE 6 verwendet werden sollen. Solche Booster Gehäuse sind bis zu 12 Meter lang mit einem Durchmesser von bis zu  3,4 Metern und werden mittels Vakuuminfusion produziert. Das bedeutet, dass Kohlenstofffasern trocken um eine Form gewickelt und anschließend mit Harz imprägniert werden.

Bei dieser Infusionsmethode wird jedes Bauteil in einen Ofen infiltriert, in dem es während des Prozesses langsam rotiert. In dieser besonderen Phase sollen Sensoren die Verteilung des Harzes überwachen. Dazu benötigt man intelligente Sensoren, die die Fließfront des Harzes bei der Infusion überwachen und damit den Gesamtprozess optimieren. Aus diesem Grund arbeitet MT Aerospace AG eng mit dem Fraunhofer LBF zusammen, um das System zu entwickeln und bereits während der Wickelphase Glasfaser-Sensoren in die Komponenten einzubringen.

Welche Vorteile entstehen dadurch?

  • Die Digitalisierung der Fertigung optimiert den Prozess und senkt die Kosten
  • Die Visualisierung bislang unsichtbarer Prozesse und entsprechende digitale Kontrollen sorgen für eine erhöhte Prozessstabilität
  • Die von den Sensoren erfassten Informationen ermöglichen die Automatisierung des Harzfluss-Prozesses und gewährleisten Qualität sowie Reproduzierbarkeit
  • Die Prozessdaten verbessern zudem die Kontrollmöglichkeiten und beschleunigen die Anlaufzeiten bis zur Serienproduktion, was dem Unternehmen Wettbewerbsvorteile verschafft

Martin Lehmann vom Fraunhofer LBF gewann gemeinsam mit MT Aerospace als Kooperationspartner den dritten Platz der Challenge des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) beim INNOspace Masters 2017.

Im nachstehenden Interview erläutern Martin Lehmann (ML) von Fraunhofer LBF und Patrick Starke (PS) von MT Aerospace AG ihr Projekt „Infusion 4.0“. Erfahren Sie mehr, wie der INNOspace Masters ihrer Forschungsidee auf die Sprünge half und warum Sie Preisverleihung und Konferenz des INNOspace Masters am 5. Juni 2018 keinesfalls verpassen sollten.

Das Interview führte Matthias Engler (ME), Content Manager, AZO.

ME: Die Integration von Glasfaser-Sensoren in Bauteile klingt nach einem ziemlich schwierigen Unterfangen. Bitte erzählen Sie uns mehr über Ihr Projekt „Infusion 4.0“.
ML: Bevor es Infusion 4.0 gab, integrierten wir in europäischen Projekten faseroptische Sensoren, um die Struktureigenschaften von Flugzeugbauteilen zu überwachen. Die Technologie wurde am Boden und im Flug getestet. Jetzt überwachen wir die Struktur bereits während der Fertigung. Die Idee dahinter ist, ein digitales Modell für einen kritischen Verfahrensschritt einzusetzen, der bislang unsichtbar war. Dieses Projekt konzentriert sich zwar nur auf die Prozessüberwachung, aber die Sensortechnologie bietet später potenziell sehr viel mehr Möglichkeiten zur Überwachung des gesamten Lebenszyklus.
PS: Wir stellen riesige CFRP-Bauteile mit einer Wandstärke von einigen Zentimetern und einem Gewicht von mehreren Tonnen her. Nach der Platzierung der trockenen Fasern erfolgt die komplette Harzinfusion in einem einzigen Schritt. Momentan können wir erst im Anschluss an diesen Prozess überprüfen, ob sämtliche Fasern von Harz umhüllt sind. Im Rahmen von Infusion 4.0 wollen wir an verschiedenen Stellen zwischen den Kohlenstofffasern Sensorfasern platzieren, die während des Infusionsprozesses die Fließfront kontrollieren. Dadurch sinkt das Prozessrisiko erheblich.

ME: Welche Vorteile ergaben sich aus Ihrer Zusammenarbeit mit dem DLR Raumfahrtmanagement als Betreiber und Challenge-Partner?
ML: Wir sind sehr dankbar für die Finanzierung dieser neuartigen Idee, denn es liegt auf der Hand, dass es bei Forschungsprojekten keine Erfolgsgarantie geben kann. Durch das DLR als Wettbewerbspartner werden wir in der Öffentlichkeit stärker wahrgenommen. Zudem bekommen auch Partner mit weniger Erfahrung mit Raumfahrtprojekten wichtige Unterstützung und Coaching.
PS: Als größter deutscher Zulieferer für die Ariane-Programme arbeitet MT Aerospace schon lange erfolgreich mit dem DLR zusammen. Wir schätzen besonders die direkte, zielorientierte und effiziente Zusammenarbeit, die schon seit vielen Jahren besteht.

ME: Was sind die nächsten bedeutenden Schritte, um Ihr Forschungsprojekt auf das nächste Level zu bringen?
ML: Das Projekt haben wir im Oktober 2017 begonnen. Momentan konzentrieren wir uns – neben der Auswahl von Zulieferern – darauf, die Erfassung der Fließfront auf einer Grundstruktur zu ermöglichen. Im nächsten Jahr werden wir die Technologie auf einem realistischeren Bauteil präsentieren. Danach möchten wir unser Konzept mit Experten aus Wissenschaft und Industrie in einschlägigen Publikationen und auf Konferenzen diskutieren.
PS: Bei der ersten Grundstruktur wird es sich um eine einfache Platte handeln, mit der wir die Methode überprüfen und bewerten. Sind wir erfolgreich, möchten wir die Sensortechnologie in einem größeren 3D-Bauteil anwenden.

ME: Welche Technologien und Trends werden Ihrer Meinung nach in den nächsten Jahren Ihre Branche am meisten beeinflussen?
ML: Hier sehe ich vor allem Industrie 4.0, denn es ist eine Herausforderung und eine Chance. Industrie 4.0 ermöglicht eine gemeinsame Herangehensweise der Hightech-Industrie und eher konservativen Industriezweigen, wie z.B. Luftfahrt oder Maschinenbau. Sich diesem Trend nicht zu verschließen, ist sehr wichtig. Zudem sollte man ein Verständnis für komplementäre Partner entwickeln, die Knowhow aus Maschinenbau, Elektrik oder IT mitbringen.
PS: Meiner Meinung nach werden neue Privatunternehmen wie Space X und Blue Origin die Raumfahrtbranche auf Grund ihrer hohen Entwicklungsgeschwindigkeit und den jüngsten Erfolgen am stärksten beeinflussen. In puncto Technologien werden CFK-Materialien immer häufiger und wichtiger, denn die Nachfrage nach leichteren und günstigeren Trägerraketen steigt.

ME: Wie werden diese Technologie-Trends Ihr Wertversprechen in der nahen Zukunft beeinflussen?
ML: IT-Experten, die mit Industrie 4.0 arbeiten, erstellen bemerkenswerte Realitätsmodelle und analysieren riesige Datenmengen, um Herstellungs- und Wartungsprozesse zu optimieren – sofern diese Daten bereitstellt werden. Wir entwickeln Methoden zur effizienten Integration von Sensoren oder anderen Funktionen in leichte Strukturen. Denn die Integration von Sensoren spielt eine entscheidende Rolle, um Daten zu kritischen Herstellungsprozessen zu generieren. Für zukünftige Projekte sehe ich hier noch ein großes Potenzial, denn sensorisierte Strukturen machen Industrie 4.0 überhaupt erst möglich.
PS: MT Aerospace stellt sich diesen Herausforderungen, um seine Marktposition zu sichern und neue Geschäftsbereiche zu erschließen. Unser Schwerpunkt liegt auf CFK- und anderen leichten Materialien sowie verbesserten oder neuen Design- und Herstellungsmethoden.

ME: Noch einmal Herzlichen Glückwunsch zu Ihrem dritten Platz bei der DLR-Challenge des INNOspace Masters 2017. Bestimmt erinnern Sie sich noch daran, wie Sie auf der Bühne den Preis entgegennahmen. Warum sind Preisverleihung und Konferenz so besondere Veranstaltungen?
ML:  Wir haben uns ehrlich gesagt auf die Preisverleihung am Ende der Konferenz konzentriert. Dennoch kann ich sagen, dass es eine sehr interessante Konferenz mit hochkarätigen Rednern aus der Raumfahrt und anderen Branchen war. Die Teilnahme an dieser Veranstaltung ist auf jeden Fall empfehlenswert.
PS: Die Preisverleihung und Konferenz fanden im Humboldt Carré in Berlin statt. Dr. Gruppe, der ehemaliges Vorstandsmitglied des DLR, überreichte uns den Preis. In diesem Moment war das gesamte Team einfach unglaublich stolz. Uns wurde bewusst, dass das DLR und auch andere Raumfahrt-Experten an unsere Idee glauben. So konnten wir unsere Lösung vielen wichtigen Personen aus Raumfahrt und Wirtschaft vorzustellen. Gleichzeitig nutzen wir die Gelegenheit, Kontakte zu anderen Gewinnern aus verschiedenen Instituten und Unternehmen zu knüpfen, uns auszutauschen und zu diskutieren.

ME: Was würden Sie künftigen Teilnehmern des INNOspace Masters raten?
ML:
Im INNOspace Masters reichen Einzelpersonen und Teams aus Wissenschaft und Industrie neue Lösungen für raumfahrtbezogene Themen ein. Selbst für Teams, die bislang noch keine Erfahrung in oder mit Raumfahrtprojekten hatten, ergeben sich durch Partnerschaften ausgezeichnete Chancen, neue Technologien und Geschäftsmodelle zu entwickeln.
PS: Ich kann nur sagen: Nutzt diese Gelegenheit! Der INNOspace Masters ist die ideale Plattform, um neue und unkonventionelle Ideen einem breiten Publikum vorzustellen und sich eine Chance auf deren Weiterentwicklung zu sichern.