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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Vorbehandlung von äußeren Oberflächen eines Flugzeuges, die mit einem flugzeugspezifischen Grundwerkstoff grundiert sind, um die Oberfläche auf eine Endlackierung mit einem Flugzeuglack vorzubereiten, umfassend eine Trägerkonstruktion zur Positionierung eines Vorbehandlungswerkzeugs.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Flugzeuge zur Personen- oder Güterbeförderung, die in der Regel einen großvolumigen Rumpf aufweisen, an dem seitlich Tragflächen angebracht sind und heckseitig ein Höhen- sowie Seitenleitwerk angeordnet ist. Derartige Flugzeuge sind gewöhnlich mit einer mehrschichtigen Außenlackierung versehen. Die Außenlackierung hat grundsätzlich mehrere Funktionen. Zum einen soll hiermit ein Korrosionsschutz der äußeren Oberflächen erfolgen; zum anderen dient die Außenlackierung dem Erscheinungsbild des gesamten Flugzeuges und ist insofern gewöhnlich mit Zierstreifen, Logos, Beschriftungen und anderen Bildmotiven versehen. Da die Außenlackierung eines Flugzeugs höchsten Qualitätsanforderungen genügen muss, ist vor dem Aufbringen der mehrschichtigen Lackierung eine spezielle Oberflächenaktivierung mit vor- und nachgeschalteten Lösungsmittelreinigungen und anschließender Staubbindung erforderlich. Unmittelbar danach sollte die Lackierung aufgebracht werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus der
WO2006/026240 A1 geht eine Bearbeitungsvorrichtung zum Beschichten eines Seitenleitwerks bei einem Flugzeug hervor. Auf einer bereits unicolor fertiglackierten Oberfläche wird automatisch per Roboter ein graphisches Bildmotiv aufgebracht. Das Seitenleitwerk wird durch eine Trägerplattform der aufrechten Position gehalten. Beidseits des Seitenleitwerks ist ein Portalroboter vorgesehen, dessen drei bewegbaren Raumachsen einen Auftragskopf mit einer Vielzahl von Flüssigkeitsdüsen für Pigmenttinte nach Maßgabe einer Steuerung bewegen, um das gewünschte Motiv aufzudrucken. Durch ein anschließendes Polymerisieren der so aufgetragenen Pigmenttinte wird deren dauerhafte Aushärtung auf dem Flugzeuglack erzielt.
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Ferner geht aus der
DE 37 37 455 A1 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Farbmusters vorbestimmter Gestalt auf einer Oberfläche hervor. Diese umfasst Vorrichtungen zum Auftragen eines Überzugs aus einer durch Ultraviolettstrahlung härtbaren Farbe auf der Oberfläche in einem Gebiet, in dem das vorbestimmte Muster aufgebracht werden soll und mit Abmessungen, die größer sind als die des vorbestimmten Musters, sowie Vorrichtungen, mit denen ein kollimiertes Laserstrahlenbündel im Ultraviolettbereich und entsprechend dem vorbestimmten Muster auf den aufgebrachten Farbüberzug gerichtet wird, um die Farbe gemäß dem vorbestimmten Muster zu härten, wobei nicht gehärtete Farbe auf der Oberfläche zurückbleibt, und Vorrichtungen zur Entfernung nicht gehärteter und überschüssiger Farbe durch Einwirkung eines bezüglich der gehärteten Farboberfläche neutralen Lösungsmittels.
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Darüber hinaus ist aus der
US 2008/0144675 A1 ein Kohlendioxid-Laser für die Materialbearbeitung bekannt. Dieser eignet sich insbesondere zum Beschriften und Bohren. Wenn das Lasergas durch die elektrische Pumpanordnung angeregt wird und ein erster Spiegel oszilliert, liefert der Laser zweimal einen Laserimpuls während jeder Schwingungsperiode des ersten Spiegels.
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Gemäß des allgemeinen bekannten Standes der Technik erfordert eine Oberflächenlackierung der vorstehend beschriebenen Art mit optionaler Aufbringung eines Bildmotivs eine Aktivierung der zu lackierenden Oberfläche, die im Stand der Technik manuell durch verschiedene Reinigungs- und Schleifschritte durchgeführt wird.
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Bei einer solchen konventionellen Oberflächenaktivierung wird die zu lackierende grundierte Oberfläche gewöhnlich zunächst mit einem Lösungsmittel vorgereinigt. Anschließend wird die bereits aufgetragene Grundierung per Handschleifen mit pressluftbetriebenen Exzenterschleifgeräten bearbeitet, um eine gleichmäßig angeschliffene Oberfläche zu erreichen. Anschließend ist eine Nachreinigung mit Lösungsmittel und ein abschließendes Staubbinden mit speziellen Staubbindetüchern erforderlich.
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Nachteilhaft bei dieser herkömmlichen manuellen Oberflächenaktivierung ist der damit verbundene hohe Arbeitsaufwand. Denn es sind recht große Oberflächen mit gewölbter Geometrie möglichst exakt zu bearbeiten. Insbesondere bei einem Seitenleitwerk ist das angelenkte Ruder und aufgebrachte Nieten hinderlich bei dieser Bearbeitung. Die Vorderkante des Ruders ist gewöhnlich in der Mittelstellung verdeckt und kann nur bearbeitet werden, in dem das Ruder wie auch beim manuellen Schleifen zur Seite geklappt wird. Die Oberkante eines Seitenleitwerks ist gewöhnlich sehr stark gekrümmt und muss daher von oben her manuell bearbeitet werden. Die Vorderkante und der Fuß eines Seitenleitwerks sind ebenfalls recht stark gekrümmt, was entsprechende manuelle Schwenkbewegungen des Exzenterschleifgerätes erfordert. Die gewöhnlich am Seitenleitwerk angebrachten Antistatikableiter sollen beim manuellen Schleifen nicht bearbeitet werden, da diese nicht lackiert werden dürfen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Vorbehandlung der äußeren grundierten Oberfläche eines Flugzeuges vor dem Lackieren zu schaffen, die/das eine Aktivierung der zu lackierenden Oberfläche mit gleichbleibend hoher Qualität innerhalb einer kurzen Bearbeitungszeit ermöglicht.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe durch Anspruch 4 gelöst.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Vorbehandlungswerkzeug als ein Laserkopf zur Laseraktivierung des flugzeugspezifischen Grundwerkstoffs ausgebildet ist, der durch die als Robotereinrichtung ausgebildete Trägerkonstruktion nach Maßgabe einer Steuereinheit über die Oberfläche ansteuerbar und bewegbar ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die verwendete Lasertechnologie eine Voraussetzung dafür geschaffen worden ist, den gesamten Vorbehandlungsprozess der Oberflächenaktivierung auf eine andere Art durchzuführen und dabei zu automatisieren, was schließlich über eine Robotoreinrichtung möglich ist, die im Vergleich zu einer manuellen Tätigkeit schneller und präziser arbeitet. Dank der eingesetzten Lasertechnologie stellen die auf einer Oberfläche eines Flugzeugs normalerweise vorhandenen Flächenstörungen, wie Nieten, verdeckte Kanten und dergleichen keine Hindernisse dar. Auch die in der Regel gewölbte Oberfläche – insbesondere eines Seitenleitwerks – lässt sich dank der flexiblen Positionierung des Laserkopfes mittels Roboter mit gleich bleibender Qualität bearbeiten. Untersuchungen der zur erfindungsgemäßen Oberflächenaktivierung notwendigen Laserbestrahlung auf das Gefüge der Verbindungselemente hat ergeben, dass negative Materialeigenschaftsveränderungen nicht feststellbar sind, insbesondere hat die Laserbehandlung überragender Weise keine Auswirkungen auf die Festigkeit der Verbindungselemente. Die erfindungsgemäße Laseraktivierung hat die Eigenschaft, dass eine konturscharfe Abtragung erfolgt, was mit anderen Worten bedeutet, dass gleich starke Schichten von der Oberfläche abgetragen werden. Hierbei passt sich der Laserstrahl der Kontur der Oberfläche an. Dies setzt voraus, dass die mit der erfindungsgemäßen Lösung vorzubehandelnde Oberfläche bereits ausreichend glatt ist. Die in Folge der Laseraktivierung auf der sehr großen Flugzeugoberfläche erzielte Oberflächengüte lässt sich ebenfalls automatisch sensortechnisch überwachen, wozu die Robotereinrichtung neben dem Laserkopf auch entsprechende Sensormittel tragen kann.
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Vorzugsweise sollte der Laserkopf mindestens einen gepulsten CO2-Laser als Vorbehandlungswerkzeug umfassen. Eine Anordnung mehrerer derartiger CO2-Laser nebeneinander vergrößert die Wirkfläche des Laserkopfes und trägt zur effizienteren Oberflächenbearbeitung bei. Mit diesem CO2-Laser werden pro Flächeneinheit wenige Laserimpulse auf die Oberfläche gerichtet, um eine hinreichende Vorbehandlung für das anschließende Lackieren zu erzielen. Insbesondere wird die Haftfestigkeit der Lackschicht wesentlich erhöht.
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Gemäß einer anderen, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Robotereinrichtung als ein Portalroboter mit drei linear und/oder drehend bewegbaren Raumachsen zur Positionierung und zeilenweise Bewegung des Laserkopfes relativ zu der zu bearbeitenden gewölbten Oberfläche des Flugzeugs ausgebildet ist. Insbesondere für die Oberfläche von Seitenleitwerken lässt sich ein solcher Portalroboter effizient einsetzen. Daneben ist es auch denkbar, die Robotereinrichtung nach Art eines mehrachsigen Industrieroboters auszubilden, um insbesondere schwer zugängliche Oberflächenkonturen erreichen zu können.
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Der zu aktivierende Grundwerkstoff an der Oberfläche des Flugzeuges kann verschiedenartig sein. Insbesondere ein Antistatik-Lack, ein Anti-Erosionslack, ein Primer oder eine Dichtmasse lässt sich als Grundwerkstoff der erfindungsgemäßen Oberflächenaktivierung unterziehen. Daneben ist es auch denkbar: grundierte Verbundwerkstoffe als Substrate durch Laseraktivierung vorzubehandeln.
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Die Laseraktivierung von vergleichsweise großen Oberflächen im Flugzeugbau erfordert in Verbindung mit den besonderen, hierbei zum Einsatz kommenden Grundwerkstoffen spezielle Prozessparameter, welche zu dem gewünschten Vorbehandlungsergebnis führen. So wird vorgeschlagen, dass durch den Laserkopf eine Energie von 3,5–5 Joule pro Puls erzeugt wird. Die Brennfleckfläche sollte dabei möglichst im Bereich zwischen 1–5 cm2 liegen. Aus den Einstellparametern Energie und Brennfleckfläche sollte sich eine Energiedichte ergeben, die vorzugsweise im Bereich zwischen 1–5 Joule pro cm2 liegt. In diesem Wertebereich lässt sich für die speziellen hier interessierenden Grundwerkstoffe eine besonders wirkungsvolle Laseraktivierung durchführen.
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Das erfindungsgemäße Laseraktivierungsverfahren lässt sich in Form einer Routine zur koordinierten Ansteuerung des Laserkopfes und der Robotereinrichtung durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerbefehle umsetzen und in einer zentralen Steuereinheit der Vorrichtung hinterlegen, die vorzugsweise ein normaler Rechner mit zugeordneter Speichereinheit ist. Diese Software löst in Verbindung mit der erfindungsgegenständlichen Vorrichtung die vorstehend beschriebenen technischen Effekte einer Laseraktivierung durch.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Vorbehandlung von äußeren Oberflächen eines Flugzeugs,
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2 eine schematische Darstellung eines Oberflächenausschnitts.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUBNG BEISPIELHAFTER
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß 1 besteht die Vorrichtung zur Vorbehandlung von äußeren Oberflächen 1 eines – hier nur ausschnittweise dargestellten – Flugzeugrumpfs 2 aus einer Trägerkonstruktion 3, die mit einem Vorbehandlungswerkzeug 4 ausgestattet ist. Das Vorbehandlungswerkzeug 4 ist als ein CO2-Laser ausgebildet, der einen Laserkopf 5 umfasst, in dem auch ein Transformator zur Aufbringung der Laserenergie untergebracht ist. Der Laserkopf 5 stellt hier eine Energiedichte von ca. 5 Joule pro cm2 zur Laserbehandlung der Oberfläche 1 bereit.
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Die Trägerkonstruktion 3 des Vorbehandlungswerkzeugs 4 umfasst eine Robotereinrichtung 6, welche als ein Portalroboter mit drei linear bewegbaren Raumachsen X, Y und Z ausgebildet ist. Die einzelnen Raumachsen X, Y und Z sind durch elektromotorische Linearantriebe gebildet, deren Ansteuerung über eine Steuereinheit 7 erfolgt. Die Steuereinheit 7 sorgt für eine koordinierte Ansteuerung der Robotereinrichtung 6 gemeinsam mit dem Laserkopf 5 zur Aktivierung der Oberfläche 1. Diese koordinierte Ansteuerung äußert sich in einer zeilenweise Bewegung des Laserkopfes 5 relativ zu der zu bearbeitenden Oberfläche 1 des Flugzeugrumpfs 2.
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Die hierdurch erzeugte Laseraktivierung bezieht sich auf den flugzeugspezifischen Grundwerkstoff, mit welchem das aus Kunststoff bestehende Strukturelement, hier Flugzeugrumpf 2, beschichtet ist.
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Gemäß 2 besteht die Oberfläche 1 aus verschiedenen Bereichen mit unterschiedlichen Grundwerkstoffen. So ist in einem ersten – schraffiert dargestellten – Bereich ein glasfaserverstärkter Kunststoff als Substrat mit einem Antistatiklack 8 beschichtet.
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In einem zweiten – hier unschraffiert dargestellten – Bereich ist ein kohlefaserverstärkter Kunststoff als Substrat mit einem Primer 9 als Grundwerkstoff beschichtet. Neben diesen großflächigen Bereichen trifft die Laseraktivierung auch auf Verbindungselemente 10, die zur Panelbfestigung verwendet werden und in der Regel als Nieten ausgebildet sind. Auch durch Schrauben 11 angeschraubte lösbare Panelelemente werden im Kopfbereich von der Laseraktivierung erfasst. Daneben überstreicht die Laseraktivierung auch Dichtmasse 12, die sich in Fugen zwischen benachbarten Panelelementen befinden. Auch bewegbar über Scharniere 13 auf die Oberfläche 1 aufgebrachter Panelelemente werden von der Laseraktivierung erfasst.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Oberfläche
- 2
- Flugzeugrumpf
- 3
- Trägerkonstruktion
- 4
- Vorbehandlungswerkzeug
- 5
- Laserkopf
- 6
- Robotereinrichtung
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Antistatiklack
- 9
- Primer
- 10
- Verbindungselement
- 11
- Schraube
- 12
- Dichtmasse
- 13
- Scharnier
- X
- erste Raumachse
- Y
- zweite Raumachse
- Z
- dritte Raumachse
