-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbesserung eines
beschädigten
Außenhautbereiches
an einem Flugzeug, mit dem die Möglichkeit
bestehen wird, um etwaige Beschädigungen
an einer Plattierschicht zu reparieren, die beispielsweise auf der
Außenhaut
eines Passagierflugzeuges haftet und letztere im unversehrten Zustand
vor Korrosion schützen
wird. Mit ihr kann die Plattierschicht im Bereich vorhandener Störungen ohne
anfallende Nacharbeiten) wiederholt werden.
-
Mit
der industriell erprobten Verfahrensvariante des thermischen Spritzens,
dem sogenannten „Kaltgasspritzen", besteht die Möglichkeit,
metallene Pulverpartikel mit Überschallgeschwindigkeit
auf eine Oberfläche
aufzutragen. Das Kaltgasspritzen betrifft eine Beschichtungstechnik,
bei der ein Werkstoff im Unterschied zu bisher bekannten Spritzverfahren
nicht an- oder aufgeschmolzen wird. Die Pulverpartikel werden in
einem aufgeheizten Gasstrom auf eine bestimmte Partikelgeschwindigkeit
beschleunigt und bilden beim Aufprall auf das Substrat allein aufgrund
ihrer hohen kinetischen Energie eine dichte und festhaftende Schicht
aus. Es ist bekannt, dass man mit dem Verfahren sowohl Schichten
als auch dickere Strukturen, beispielsweise Formteile, spritzen
kann. Im Vergleich zu jenen bekannten thermischen Spritzverfahren
eignet sich nach Stoltenhoff [H. Stoltenhoff: (nicht der Öffentlichkeit
zugängliche) Quelle
der Universität
der Bundeswehr Hamburg] das Kaltgasspritzen besonders zum Spritzen
und Beschichten von oxidationsempfindlichen Werkstoffen. Die Anwendung
einer Kaltgasspritz-Technologie für den Flugzeugbau sowie korrelierende
Angaben, die sich auf technologisch einzuhaltende Prozessparameter
beziehen, sind weder aus Publikationen oder in sonstiger Weise bekannt.
-
Demgegenüber werden
bei der Strukturmontage eines Passagierflugzeuges durch Fehler verschiedener
Ursachen oftmals Außenhautbeschädigungen,
also Störungen
an einem Schichtauftrag der Flugzeug-Außenhaut, bekannt. Diese Fehler
dürfen nicht
durch kosmetische Maßnahmen überdeckt
werden und bleiben somit bei der Auslieferung eines Passagierflugzeuges
für den
Kunden weitgehend sichtbar. Oftmals wird bei Beschädigungen
in Form von Kratzern die vor Korrosion schützende Plattierschicht aus
Reinaluminium penetriert, was zu einer erheblichen Verkürzung der
Lebensdauer des betroffenen Flugzeug-Bauteils durch Korrosion führen kann.
Eine Ausarbeitung durch Schleifen legt weitere unplattierte Bereiche
der Außenhaut,
wie aus der beigegebenen 1 ersichtlich,
frei. Es besteht deshalb ein entsprechendes Bedürfnis im Flugzeugbau, mit einer
geeigneten Reparatur-Lösung eine
Instandsetzung von Außenhautbeschädigungen,
die in der Gestalt von Kratzern oder Beulen oder sonstigen verursachten
Störungen
auftauchen werden, nachträglich einem
geschehenen Schicht-Auftrag qualitätsgerecht umsetzen zu können.
-
Deshalb
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für die Reparatur einer auf der Außenhaut
eines Flugzeuges gelegenen gestörten Schicht
bereitzustellen, die eine Verwendung der bekannten Beschichtungstechnologie: „Kaltgasspritzen" berücksichtigt
und sich ohne besonderen manuellen Aufwand ohne körperschädigenden
Anteil umweltverträglich
umsetzen lassen wird.
-
Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
In den weiteren Ansprüchen
werden zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen dieser Maßnahmen
angegeben.
-
Die
Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen
-
1 die
Darstellung einer(s) [traditionell] durch Ausschleifen behandelten
Störung
(Kratzers) in einer auf der Außenhaut
eines Passagierflugzeuges haftenden Plattierschicht;
-
2 der
Anordnung zur Durchführung
der Reparatur einer Schadensstelle der Plattierschicht mit einer
Kaltgaspistole.
-
In
der 1, auf deren Darstellung eingangs andeutungsweise
eingegangen wird, wird wegen dem besseren Verständnis für das zu lösende Problem der Erfindung
ein lackiertes Flugzeughautblech (in einer Draufsicht) gezeigt,
dem während
der Strukturmontage (aus welchen Gründen auch immer) auf der Plattierschicht 7 ein
Kratzer eingegangen ist. Diese Schadensstelle 9 an der
Außenhaut 8 eines
(hier) Passagierflugzeuges konnte nur durch ein Ausschleifen des
Kratzers behoben werden. Nach Abschluss der Reparatur wird die vor
Korrosion schützende Plattierschicht 7 durch
einen entsprechenden Penetrier-Auftrag durchgeschliffen sein. Der
unschöne
Anblick des ausgeschliffenen Kratzers bleibt allerdings nach der
Endlackierung des Flugzeuges erhalten, somit auch für den Kunden
sichtbar.
-
Eine
bessere Reparatur-Möglichkeit
für die Ausbesserung
eines beschädigten
Außenhautbereiches
am Flugzeug wird sich durch die Anwendung der bekannten Beschichtungstechnologie: „Kaltgasspritzen" umsetzen lassen,
sofern die Einhaltung der (nachfolgend noch vorgestellten) technologischen Vorgaben
diszipliniert umgesetzt wird. Mit dieser Technologie, deren Modifizierung
(mit jenem nachfolgend vorgestellten Verfahren) erst eine Anwendung für den Flugzeugbau
interessant machen wird, wird die Möglichkeit bestehen, eine Reparatur
beschädigter
Bereiche von plattierten Flugzeughautblechen sach- und qualitätsgerecht
ohne besonderen Aufwand auszuführen.
Es werden alle relevanten Kriterien, die für eine sachgerechte Instandhaltung
eines dermaßen
beschädigten
Außenhautbereiches
zutreffen werden, umgesetzt, von den
- – die Wiederherstellung
der vor Korrosion schützenden
Plattierschicht,
- – das
Auffüllen
von Vertiefungen/Verwerfungen durch eine funktionale Schicht (unter
kosmetischen Gesichtspunkten),
- – die
Verstärkung
des beschädigten
Bereiches mit weichen Übergängen zu
unbeschädigten
Bereichen,
- – das
Schließen
von Rissinitiatore
vordergründig zutreffen werden.
-
Eine
zentrale Instandhaltung, welche mit einer Abstellung der genannten
Mängel
nach dem vorgeschlagenen Verfahren befasst wird, würde das Auftreten
von Bauabweichungen, die sich aufgrund einer durchdrungenen Plattierschicht
(nach der traditionellen Reparaturmethode) ergeben, verhindern helfen,
wenigstens auf ein Minimum beschränken.
-
Die
vorgeschlagene Lösung
bezieht sich auf ein Verfahren, das Anwendung finden wird, wenn eine
Beschädigung
des Außenhautbereiches
eines Flugzeuges, die auf lokalisierte (festgestellte) Schadensstellen 9 an
einer Plattierschicht 7 zurückgehen wird, vorliegt. Letztere
ist auf der Außenhaut 8 des Flugzeuges,
die ständig
dem Einfluss der Flugzeugumgebung ausgesetzt ist, zum Schutz vor
etwaigen Korrosionsschäden
festhaftend aufgetragen. Sofern die Reparatur einer Schadensstelle 9 nach
dem Vorbild der 2 notwendig wird, wird eine
Instandsetzungstechnologie für
die Ausbesserung gestörter
Außenhautbereiche
am Flugzeug vorgeschlagen, die von traditionell angewendeten Technologien
abweicht. Es wird vorgeschlagen, die Ausbesserung dieser Schadensstelle 9 durch
eine modifizierte Anwendung der bekannten Beschichtungstechnologie: „Kaltgasspritzen" mit einer Kaltgaspistole 1 vorzunehmen.
Die Kaltgaspistole 1 ist intern mit einem ersten und einem
zweiten Pistolen-Lade-Kanal 2, 3 ausgestattet,
die jeweils einem Pistolen-Eingang verbunden sind. Der erste Pistolen-Lade-Kanal 2 wird
von extern mit Pulverpartikeln 11 beschickt, welche durch diesen
Kanal infolge eines kanalausgangsseitig wirkenden Unterdrucks angesaugt
werden, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird. Der zweite
Pistolen-Lade-Kanal 3 wird mit einem unter Druck befindlichen
Gas (als Trägergas 10 für die Pulverpartikel 11)
versorgt, das durch diesen Kanal gedrückt wird. Beide Kanäle 2, 3 sind
einem intern angeordneten Pistolen-Mündungs-Kanal 4 angeschlossen,
in den beide Kanäle 2, 3 einmünden werden. Der
Pistolen-Mündungs-Kanal 4 ist
einem Pistolen-Ausgang 6 verbunden, der in Richtung dieses Ausgangs
einen (etwa) horizontalen Verlauf innerhalb einem Pistolenlauf 5 beibehalten
wird. Diese Gestaltung von einer als Spritzpistole geeigneten Kaltgaspistole 1,
die beim Kaltgasspritzen entsprechende Berücksichtigung finden wird, ist
der Fachwelt allgemein bekannt.
-
Aber
die Lösung
für ein
Verfahren, das zur Reparatur eines gestörten Außenhautbereiches, dessen beschädigte Plattierschicht 7 die
Flugzeugstruktur eigentlich vor einem denkbaren Korrosionsbefall
schützen
soll, verwendet werden kann, wird bisher der Öffentlichkeit verborgen sein,
da dessen vorgeschlagene Modifikation, die sich auf jene nachfolgenden
angegebenen Verfahrensschritte bezieht, erst eine vorteilhafte Nutzung
im Flugzeugbau ermöglichen
wird. Durchzuführende
Testreihen werden bestehende Zweifel am eingangs des Ausführungsbeispiels
angegeben Erfolg ausräumen.
-
Mit
jener (Darstellung einer) Anordnung (in einer Seitenansicht) nach
der 2 zur Durchführung
der Reparatur einer Schadensstelle der Plattierschicht 7,
die zur Gewährleitung
des (wiederherzustellenden) Korrosionsschutzes auf der Außenhaut 8 des
Flugzeuges, beispielsweise auf einem Flugzeug-Hautblech, haftet, besteht die Möglichkeit,
folgende Schritte (in der angegebenen Reihenfolge) technologisch
umzusetzen. Danach wird zunächst (so
einfach es auch erscheinen mag) der Pistolen-Ausgang 6 jener (vorher angegebenen)
Kaltgaspistole 1 auf eine Auftragstelle 10 gerichtet,
ohne dass eine Gasbewegung durch den zweiten Pistolen-Lade-Kanal 3 i.
d. F. durch den Pistolen-Mündungs-Kanal 4 ausgelöst werden
kann. Eine entsprechende Sicherung an der Pistole, die sich im gesicherten
Zustand befindet, wird während
dieser Handlung dafür
sorgen. Dann wird die Kaltgaspistole 1 respektive der Pistolenlauf 5 (der
Pistolen-Ausgang 6) im technologisch vorgeschriebenen Abstand
x konstanter Länge
(notfalls mit Unterstützung
eines geeigneten schwenkfähigen
u./o. verfahrbaren Stativs zur Halterung der Pistole) auf die Schadensstelle 9 gerichtet.
-
Jenen
Ausführungen
wird noch ergänzt, dass
in der 2 eine derartige Schadensstelle 9 einer
beschädigten
Plattierschicht 7, die beispielsweise einem (hier) nach
innen gekrümmten
Flugzeughautblech 81 abhaftet, auf jenen gekrümmten Blechbereich
des Flugzeughautbleches 81 bezogen wir, welchen eine erste
Klammer 9a eingrenzt. Da jene Schadensstelle 9 möglicherweise
mehrere Auftragsstellen 10 für eine Auftragung des Spritzgutes
umfassen wird, sofern eine größere Flächenbeschädigung der
Plattierschicht 7 vorliegt, wird in der 2 wenigstens
eine einzige Auftragsstelle 10 dargestellt, welche, auf
jenen gekrümmten
Blechbereich des Flugzeughautbleches 81 bezogen, eine zweite
Klammer 10a vertikal limitiert.
-
Zurückkommend
auf den (in der 2 dargestellten) Abstand x wird
letzterer in Abhängigkeit der
auszubessernden Fläche
der Schadensstelle 9 von 1 cm (bei einem geringflächigen Schadensbereich)
bis zu 30 cm (bei einem weitflächigen
Schadensbereich) reichen.
-
An
anderen zu beachtende Maßnahmen,
die mit der Definition des zu wählenden
Abstands x korrelieren, werden der vorhandene Druck des zugeführten Gases
und die (verstellbare oder bleibende) Düsenform des Pistolen-Mündungs-Kanals 4 am
Pistolen-Ausgang 6 erwähnt,
welche die (breit- oder schmalflächige
oder (etwa) punktförmige
Anhäufung (Gestalt)
des Spritzgut-Auftrages (des beabsichtigten Pulverpartikel-Auftrag)
auf die Schadensstelle 9 respektive die Auftragsstelle 10 maßgeblich
beeinflussen wird.
-
Sofern
nun jene (vor)definierte Endposition der Kaltgaspistole 1 eingenommen
wurde, wird die Sicherung der Gaszufuhr an der Kaltgaspistole 1 aufgehoben,
woraufhin einem zweiten Pistolen-Lade-Kanal 3 das (nunmehr
als) Trägergas 12 (bezeichnete)
kontrolliert einströmen
wird, welches nach geschehenem Eintritt in den Pistolen-Mündungs-Kanal 4 am
Ausgang 14 des ersten Pistolen-Lade-Kanals 2 jenen
erwähnten
Unterdruck erzeugen (initiieren) wird, durch den ein Absaugen jener
bereitgestellten Pulverpartikel 11 durch den ersten Pistolen-Lade-Kanal 2 einsetzen
wird. Unter dieser Maßgabe
wird gesichert, dass einströmend
jenem ersten Pistolen-Lade-Kanal 2 mehrere (staubförmig vorliegende)
Pulverpartikel 11 aus Aluminium sowie gleichfalls einströmend jenem
zweiten Pistolen-Lade-Kanal 3 das Trägergas 12, das etwa
eine Temperatur um die 100° C
besitzen wird, kontrolliert zugeführt werden. Danach wird der
Gasstrom des Trägergases 12,
welcher am Ausgang 13 des zweiten Pistolen-Lade-Kanals 3 dem
Pistolen-Mündungs-Kanal 4 einströmen wird,
die Pulverpartikel 11 aus jenem einsetzenden Pulver-Partikel-Strom
erfassen und aufnehmen, welcher dann, vereint mit dem Gasstrom,
mit einer Gas-Partikel-Geschwindigkeit VP,
die zwischen 500 m/s und 1000 m/s liegen wird, den Pistolen-Ausgang 6 verlassen
und auf ein Substrat an der Auftragstelle 10 aufprallen
wird, weshalb dann beim Aufprall der Pulverpartikel 11 auf
das Substrat aufgrund einer hohen kinetischen Energie jener Pulverpartikel 11 an
der Auftragstelle 10, beispielsweise etwa punktuell, eine
festhaftende Aluminium-Anhäufung umgesetzt
wird. Danach wird gegebenenfalls die festhaftende Aluminium-Anhäufung infolge
einer flächenverteilten
Bewegung des Pistolen-Ausgangs 6 über den Bereich der Schadensstelle 9 mit
weiteren (mehreren) nebeneinander gelegenen Aluminium-Anhäufungen,
die auch nach dem Vorbild des vorgenannten Schrittes umgesetzt werden,
zu einem partikeldichten und festhaftenden Substrat-Auftrag mit
einer Aluminium-Schicht, welche die Schadensstelle 9 schließen wird,
ausgedehnt.
-
Diese
Maßnahme
wird so lange umgesetzt, bis dann die Schadensstelle 9 mit
der Aluminium-Schicht ausgeglichen wird.
-
Jenen
vorgenannten Maßnahmen,
nach denen das vorgeschlagene Verfahren zur Ausbesserung eines beschädigten Außenhautbereiches
am Flugzeug ablaufen soll, werden weitere Ausgestaltungen dieser
Maßnahmen
ergänzt.
So wird bei der Durchführung
des Verfahrens mit berücksichtigt
werden, dass die erwähnte
Aluminium-Schicht, mit welcher die Schadensstelle 9 ausgeglichen
wird, mit einer Schichtdicke von 0,01 mm bis 5 mm realisiert wird.
-
Die
Stärke
der staubförmigen
Pulverpartikel 11 aus Aluminium, die der Kaltgaspistole 1 zugeführt und
durch die Kanäle 2, 4 geleitet
werden, ehe sie den Pistolen-Ausgang 6 verlassen, wird
mit 2 μm
bis 500 μm
angegeben. Außerdem
wird man darauf zu achten haben, dass die Temperatur des Trägergases 12,
welches dem zweiten Pistolen-Lade-Kanal 3 einströmen wird,
zwischen 50° C
und 150° C
liegen wird.
-
Das
Verfahren kann mit einem inerten Trägergas 12 durchgeführt werden,
da andere verwendungsfähige
Trägergase 12 für die mitströmenden Pulverpartikel 11,
deren Transport durch den Pistolen-Mündungs-Kanal 4 mit
dem Strömungsmedium „Gas" als Träger (erst)
realisiert werden dürfte,
nicht ausgeschlossen werden. So wird man beispielsweise mit einem
als (normale) Druckluft verfügbaren
Trägergas
keine Probleme zu erwarten haben.
-
Wie
bereits angedeutet-werden die verwendeten Pulverpartikel 11 eine
mit Reinaluminium oder nahezu einem Reinaluminium gegebene Partikelzusammensetzung
haben. Dabei wird die Partikel-Zusammensetzung
jener Pulverpartikel 11 mit einem 90-igen bis 100%-igen
Anteil an Aluminium vorliegen, wobei eine Verwendung von Pulverpartikeln nicht
ausgeschlossen wird, die sich mit der Bereitstellung von staubförmigen Partikeln
aus einer Aluminium-Legierung oder einem sonstigen haftbaren Partikel-Bestandteil
auf Basis eines Aluminium-Werkstoffes, der auf dem Substrat fest
haften bleibt, realisieren lässt.
-
Eine
Nachbehandlungszeit der Schadensstelle 9 wegen unzureichender
Haftung der Aluminium-Schicht
auf dem Substrat wird ausgeschlossen. Eine Nachbehandlung der Schadensstelle 9 wird
sich nur auf einen aerodynamischen Ausgleich der Aluminium-Schicht
mit dem Außenhautbereich
des Flugzeuges beschränken,
der durch Schrumpfung eines nicht plan der Außenhaut 8 geschichteten
Aluminium-Schicht-Bereiches durch Abschleifen des überschüssigen Aluminium-Schicht-Bereiches
umgesetzt wird.
-
Auch
wird man davon auszugehen haben, dass zum Ausgleich der Schadensstelle 9 wenigstens
eine (aber auch denkbar mehrere) Aluminium-Schichten) aufgetragen
werden, die sich durch einen sehr geringen Oxidanteil auszeichnen
werden und dichter als lichtbogengespritzte Schichten auf dem Substrat
haften werden.
-
Auch
soll nicht unerwähnt
bleiben, dass sich die Außenhaut 8 während der
Durchführung
des Verfahrens nicht über
70° C erwärmen wird.
-
Das
vorgestellte Verfahren wird für
eine sachgerechte Instandsetzung beschädigter Bereiche an plattierten
Flugzeug-Hautblechen verwendet, vorzugsweise zur Wiederherstellung
der vor Korrosion schützenden
Plattierschicht 7, zum Ausfüllen von Vertiefungen und/oder
Verwerfungen, zur Verstärkung
eines beschädigten
Bereiches mit weichen Übergängen zu
unbeschädigten
Bereichen sowie zum Schließen
von Rissinitiatoren.
-
Auch
wird eine Verwendung für
die Beseitigung aller derjenigen Beschädigungen geschehen, deren Schadensform
mit eingedrungenen Vertiefungen auf der Außenhaut 8 des Flugzeuges,
vorzugsweise durch Einwirkung infolge Kratzwirkung sichtbar, bestimmt
ist.
-
Zusammenfassend
wird eine Beschichtungstechnologie vorgeschlagen, die sich für die Reparatur
einer beschädigten
Plattierschicht; deren flächendeckender
Auftrag auf einer metallenen Struktur vor schädigender Korrosion schützen soll,
eignet. Beim Aufspritzen von Reinaluminium wird nach dem vorgestellten
Verfahren, das mit jener Anordnung nach der 2 realisiert
wird, wird die Schadensstelle jener Plattierschicht mit wenigstens
einer Reparaturschicht befüllt,
die, sofern technologisch vorgeschriebene Prozessabläufe und
-bedingungen eingehalten werden, wenigstens eine Schichtdicke zwischen
10 μm bis
5 mm (oder, mit mehreren aufeinander abgelegten Schichten, noch
dickere Schichtdicken) realisieren lassen. Die dermaßen aufgebrachte(n)
Schicht(en) zeichnen sich durch einen sehr geringen Oxidanteil aus
und werden dichter als lichtbogengeschützte Schichten aufgelegt.
-
Eine
(zentrale) Instandsetzung der beschädigten Außenhautbereiche (speziell)
eines Passagierflugzeuges nach der angegebenen Technologie bedeutet
im Vergleich herkömmlicher
Reparaturmethoden sowohl Zeitersparnis als auch das Wegfallen von
Bauabweichungen, die sich aufgrund einer durchdrungenen Plattierschicht 7 einstellen
werden.
-
- 1
- Kaltgaspistole
- 2
- Pistolen-Lade-Kanal,
erster
- 3
- Pistolen-Lade-Kanal,
zweiter
- 4
- Pistolen-Mündungs-Kanal
- 5
- Pistolenlauf
- 6
- Pistolen-Ausgang
- 7
- Plattierschicht
- 8
- Außenhaut
(eines Flugzeuges)
- 81
- Flugzeughautblech
- 9
- Schadensstelle
- 9a
- erste
Klammer, vertikale Eingrenzung
- 10
- Auftragstelle
- 10a
- zweite
Klammer, vertikale Eingrenzung
- 11
- Pulverpartikel,
staubförmig
- 12
- Trägergas;
Luft, Druckluft
- 13
- Ausgang
(des zweiten Pistolen-Lade-Kanals 3
- 14
- Ausgang
(des ersten Pistolen-Lade-Kanals 2)
- 15
- Pistolen-Eingang,
erster
- 16
- Pistolen-Eingang,
zweiter
- x
- Abstand
(Pistolen-Ausgang 6 – Auftragstelle 10)
- y
- Bewegungsrichtung
(des Pistolen-Mündungs-Kanals 4)
- VP
- Gas-Partikel-Geschwindigkeit