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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung und ein korrespondierendes Verfahren zur temporären Befestigung eines Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystems an einer Oberfläche eines Luftfahrzeugs mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche.
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Die zunehmende Automatisierung von Instandhaltungsmaßnahmen in der Luftfahrt macht es erforderlich, Bearbeitungs- und/oder Diagnosesysteme relativ zu dem instandzuhaltenden Luftfahrzeug zuverlässig positionieren zu können. Insbesondere bei Instandhaltungsmaßnahmen an der Außenseite eines Rumpfes des Luftfahrzeugs ist eine zuverlässige Befestigung von Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystemen nicht ohne Weiteres möglich. Zum einen muss sichergestellt werden, dass eine Beschädigung des Rumpfes des Luftfahrzeugs vermieden wird, d.h. die entsprechenden Befestigungslasten müssen über eine ausreichend große Fläche auf den Rumpf des Luftfahrzeugs übertragen werden, zum anderen ist die Außenfläche von Luftfahrzeugen keine ideale, ebene Fläche, sondern sie ist durch Unebenheiten gekennzeichnet, beispielsweise durch Überlappungsverbindungen, den sogenannten Lap Joints, oder andere Verbindungsstellen. Ferner sind die Bauteile eines Luftfahrzeugs meist gekrümmt, was die Befestigung zusätzlich erschwert.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Befestigung von Gerätschaften an Oberflächen Saugfüße zu verwenden. Es existieren einfache Ausführungsformen von Saugfüßen, die im Wesentlichen aus einem elastischen Material bestehen, das zusammen mit einer glatten Oberfläche einen Druckraum bilden kann. Durch Andrücken eines solchen Saugfußes in Richtung der Oberfläche strömt Luft aus dem Druckraum in die Umgebung, so dass in dem Druckraum ein den Saugfuß an der Oberfläche haltender Unterdruck entsteht. Problematisch an dieser einfachen Art des Saugfußes ist, dass aufgrund des elastischen Materials keine stabile Befestigung von Gerätschaften an dem Saugfuß und damit auch keine zuverlässige Positionierung gegenüber den Strukturen des Luftfahrzeugs möglich ist. Ferner sind sehr glatte und ebene Oberflächen für eine Befestigung erforderlich.
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Eine Weiterentwicklung der vorangehend dargestellten einfachen Saugfußart bilden industrielle Saugfüße, die eine formstabile Befestigungsstruktur aufweisen, wobei durch eine Dichtung zwischen der Befestigungsstruktur und der Oberfläche ein Druckraum gebildet werden kann. Die Befestigung von Gerätschaften erfolgt über eine Befestigungseinrichtung, die an der formstabilen Befestigungsstruktur vorgesehen ist. Die Erzeugung eines Unterdrucks in dem Druckraum kann bei diesen industriellen Saugfüßen beispielsweise mechanisch erfolgen, indem das Volumen des Druckraums vergrößert wird. Typischerweise weisen industrielle Saugfüße eine Tellerform auf, so dass über eine Dichtung eine ringförmige Kontaktfläche zu der Oberfläche entsteht. Die Dichtung, bei der es sich in der Regel um eine elastische Gummidichtung handelt, kann nur eine geringe Höhe aufweisen, da sonst keine stabile Verbindung zwischen dem Saugfuß und der Oberfläche hergestellt werden kann. Demzufolge kann ein solcher industrieller Saugfuß allenfalls geringfügige Unebenheiten der Oberfläche ausgleichen. An Stellen mit größeren Unebenheiten kann durch die aus dem Stand der Technik bekannten Saufgfüße keine zuverlässige Befestigung gewährleistet werden.
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Problematisch an den vorangehend genannten Lösungen ist, dass diese nur auf ebenen, glatten Oberflächen zuverlässig verwendet werden können. Für die Anwendung an der Oberfläche eines Luftfahrzeugs ist es jedoch erforderlich, dass der Saugfuß an gekrümmten Oberflächen und an unebenen Stellen, z.B. an den eingangs beschriebenen Überlappungskanten, befestigt werden kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Befestigungseinrichtung bereitzustellen, die an gekrümmten und/oder unebenen Flächen eine zuverlässigere Befestigung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung ist eine Befestigungseinrichtung zur temporären Befestigung eines Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystems an einer Oberfläche eines Luftfahrzeugs vorgesehen, wobei die Befestigungseinrichtung eine verformbare Dichtungseinrichtung mit einer an eine Kontur der Oberfläche anpassbaren Anlagefläche aufweist, so dass die Befestigungseinrichtung gemeinsam mit der Oberfläche einen ersten Druckraum bildet, der strömungstechnisch von einer Umgebung getrennt ist, wobei die Dichtungseinrichtung dazu eingerichtet ist, ihre Steifigkeit zu verstellen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die Dichtungseinrichtung eine größere Höhe zu der Oberfläche des Luftfahrzeuges als die aus dem Stand der Technik bekannten Saugfüße aufweisen, ohne dass dies Nachteile für die Dichtwirkung und/oder die Stabilität der Befestigung hat.
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Vorzugsweise ist die Höhe der Dichtungseinrichtung größer als die Höhe von Unebenheiten an der Oberfläche eines Luftfahrzeugs, die beispielsweise durch Überlappungen von Strukturteilen, hervorstehende Kanten oder Spalte an einer Oberfläche eines Luftfahrzeugs gebildet werden. Weiter vorzugsweise ist die maximale Elastizität der Dichtungseinrichtung so groß, dass die Unebenheiten an der Oberfläche von der Dichtungseinrichtung so umgeben werden, dass der erste Druckraum gegenüber der Umgebung strömungstechnisch zuverlässig abgedichtet werden kann.
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Eine Folge der erhöhten Elastizität der Dichtungseinrichtung ist jedoch die verringerte Befestigungsstabilität, die durch die erfindungsgemäße Verstellbarkeit der Elastizität der Dichtungseinrichtung kompensiert wird. Für die Anpassung an die Kontur der Oberfläche, insbesondere an Unebenheiten, ist die Steifigkeit der Dichtungseinrichtung auf ein Minimum eingestellt. Anschließend kann durch die Erhöhung der Steifigkeit sichergestellt werden, dass eine stabile Befestigung der Befestigungseinrichtung an der Oberfläche gewährleistet ist. Das bedeutet, dass die Kräfte, die bei der Verwendung des Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystems auf die Befestigungseinrichtung wirken, über die steife Dichtungseinrichtung in die Oberfläche eingeleitet werden. Es können somit die Relativbewegungen zwischen der Diagnose- und/oder Bearbeitungseinrichtung reduziert werden, was insgesamt eine zuverlässigere Befestigung ermöglicht. Ferner kann dadurch auch die maximal mögliche Kraftaufnahme der Befestigungseinrichtung gesteigert werden, wobei die Befestigungseinrichtung insbesondere höhere Lateralkräfte aufnehmen kann.
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Unter einer Verstellung der Steifigkeit der Dichtungsvorrichtung ist vorzugsweise eine gezielte Einstellbarkeit der Steifigkeit vorzugsweise durch eine Steuerungs- oder Regelungseinrichtung zu verstehen, insbesondere vorzugsweise handelt es sich um eine computergesteuerte Steuerungs- oder Regelungseinrichtung. In einer alternativen Ausführungsform kann die Steifigkeit auch händisch eingestellt werden.
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Eine Verstellung der Steifigkeit durch zufällige äußere Einflussfaktoren, beispielsweise durch die Umgebungstemperatur, die beispielsweise Einfluss auf die Steifigkeit einer Dichtungseinrichtung aus Kunststoff hat, ist nicht als Verstellbarkeit im Sinne dieser Anmeldung zu verstehen.
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Die Verstellbarkeit der Steifigkeit ist weiter vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Steifigkeit von einem Maximalwert auf einen Minimalwert und umgekehrt in weniger als zehn Sekunden vollzogen werden kann, weiter vorzugsweise in weniger als fünf Sekunden und insbesondere vorzugsweise in weniger als einer Sekunde. Es wird damit eine schnelle Befestigung ermöglicht, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Befestigungseinrichtung Teil eines Robotersystems ist und beispielsweise mehrere Befestigungseinrichtungen dazu dienen, ein Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystem über das Luftfahrzeug zu bewegen. Es handelt sich damit vorzugsweise um eine gezielte Einstellung wenigstens zweier vordefinierter Steifigkeitswerte.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Dichtungseinrichtung einen zweiten Druckraum aufweist. Der zweite Druckraum kann dann beispielsweise durch eine Druckbeaufschlagung oder Evakuierung dazu genutzt werden, die Steifigkeit der Dichtungseinrichtung gezielt zu verändern.
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Vorzugsweise ist der erste Druckraum strömungstechnisch von dem zweiten Druckraum getrennt. Es kann somit die Anpassung der Steifigkeit der Dichtungseinrichtung unabhängig von der Evakuierung des ersten Druckraums erfolgen. Beispielsweise besteht so die Möglichkeit, erst eine Anpassung an die Kontur der Oberfläche vorzunehmen, also zunächst die Steifigkeit der Dichtungseinrichtung zu verstellen, und anschließend durch das Evakuieren des ersten Druckraums eine Haltekraft zu generieren. Eine umgekehrte Reihenfolge wäre ebenfalls möglich.
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Weiter vorzugsweise ist der zweite Druckraum zumindest teilweise durch eine formflexible Hülle gebildet. Die Formflexibilität der Hülle ermöglicht eine hohe Anpassungsfähigkeit an die Kontur der Oberfläche. Vorzugsweise handelt es sich um eine reversibel bewegbare formflexible Hülle, so dass die Anpassung an verschiedene Konturen mit nur einer Dichtungseinrichtung erfolgen kann. Vorteilhaft besteht die formflexible Hülle aus Silikon, wobei sich insbesondere die Ausführung durch einen umlaufenden Silikonschlauch als vorteilhaft erwiesen hat. Der Silikonschlauch verläuft dann vorzugsweise in einer Kreisform am radial außenliegenden Rand einer scheiben- oder tellerförmigen Trägereinrichtung. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Geometrien für die Trägereinrichtung denkbar.
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Ferner ist der zweite Druckraum vorzugsweise über eine Strömungsleitung evakuierbar. Die Strömungsleitung ist vorzugsweise mit einer Vakuumpupe verbunden, die vorzugsweise entsprechend steuerbar ist; alternativ kann die Evakuierung auch durch eine Ventileinrichtung gesteuert werden. Eine aufwändige mechanische Evakuierungseinrichtung kann somit entfallen. Vorzugsweise kann auch mehr als eine Strömungsleitung vorgesehen sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn der zweite Druckraum mit einem granularen Medium gefüllt ist. Unter einem granularen Medium sind vorzugsweise kleine Festkörperstoffe zu verstehen, d.h. Körner, Kugeln und/oder Pulverpartikel. Die Befüllung der Dichtungseinrichtung bleibt dabei vorzugsweise konstant, d.h. auch während der Verstellung der Steifigkeit. Unter kleinen Festkörperstoffen werden bevorzugt Festkörperstoffe mit einem Volumen von weniger als 1 cm3 verstanden. Im Außen-Dichtring befindet sich ein „kugeliges“ Granulat (oder Styropor-Kugeln), das durch leichtes Andrücken die Form der Oberfläche annimmt. Wird der Raum nach der ersten Formanpassung evakuiert, bleibt eine feste, formstabile und angepasste Dichtung zurück.
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Durch eine Dichtung bzw. ein Sieb in der Leitung, die zum Evakuieren der Dichtungseinrichtung verwendet wird, wird ein Absaugen der Kugeln und/oder Pulverpartikel vermieden.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn der Anteil des granularen Mediums so gewählt ist, dass im evakuierten Zustand das granulare Medium die Geometrie der Dichtungseinrichtung formstabil definiert. Vorzugsweise ist der zweite Druckraum dafür so weit mit granularem Medium befüllt, dass das granulare Medium etwaige Unebenheiten innerhalb der formflexiblen Hülle vollständig umgeben kann. Vorzugsweise entspricht das einer Befüllung mit granularem Medium von wenigstens 40 % des maximalen Raumvolumens des zweiten Druckraums, weiter vorzugsweise von wenigstens 50 % und insbesondere vorzugsweise von wenigstens 60 %.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Anteil des granularen Mediums in dem zweiten Druckraum so gewählt ist, dass bei Umgebungsdruck eine Umverteilung des granularen Mediums innerhalb des Druckraums möglich ist. Vorzugsweise nimmt das granulare Medium dafür höchstens 90 % des maximalen Volumens der Dichtungseinrichtung ein, weiter vorzugsweise höchstens 80 % und insbesondere vorzugsweise höchstens 70 %. Das granulare Medium kann sich damit soweit innerhalb der formflexiblen Hülle umverteilen, dass entsprechende Unebenheiten der Oberfläche von dem granularen Medium innerhalb der formflexiblen Hülle umgeben werden können. Anders gesagt: Durch die nicht vollständige Befüllung des zweiten Druckraums mit granularen Medium wird eine Anpassungsfähigkeit der Dichtungseinrichtung an die Kontur der Oberfläche ermöglicht.
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Nach der Anpassung an die Oberflächenkontur führt eine Evakuierung des zweiten Druckraums aufgrund der formflexiblen Hülle zu einer Verringerung des Volumens des zweiten Druckraums, so dass das granulare Medium komprimiert wird. Diese Komprimierung bewirkt eine Versteifung des granularen Mediums innerhalb des zweiten Druckraums und damit auch eine Versteifung der Dichtungseinrichtung. Eine stabile und zuverlässige Befestigung der Befestigungseinrichtung an der Oberfläche ist damit gewährleistet. Die Form der Dichtungseinrichtung bleibt damit im evakuierten Zustand konstant, auch wenn die Dichtungseinrichtung von der Unebenheit entfernt wird.
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Vorzugsweise ist eine weitere Strömungsleitung zur Evakuierung des ersten Druckraums vorgesehen. Weiter vorzugsweise ist auch die weitere Strömungsleitung mit einer Vakuumpumpe verbunden, die beispielsweise der Vakuumpumpe entsprechen kann, mit der auch die dem zweiten Druckraum zugeordnete Strömungsleitung verbunden ist. Auch betreffend die weitere Strömungsleitung kann eine Ventileinrichtung vorgesehen sein, um eine Steuerung bzw. Regelung des Drucks in dem ersten Druckraum zu ermöglichen.
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Es ist vorteilhaft, wenn eine Anbindungseinrichtung zur Befestigung des Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystems vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, entsprechende Bearbeitungs- und/oder Diagnosesysteme einfach an der Befestigungseinrichtung zu befestigen. Vorzugsweise ist die Anbindungseinrichtung an einer Trägereinrichtung vorgesehen oder in diese integriert, so dass eine besonders bewegungsstabile Befestigung möglich ist. Vorzugsweise ist die Anbindungseinrichtung dazu eingerichtet, dass die Bearbeitungs- und/oder Diagnosesysteme händisch, d.h. ohne die Verwendung von Werkzeugen, ausgewechselt werden können.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dichtungseinrichtung eine Höhe von wenigstens 5 mm aufweist, weiter vorzugsweise von wenigsten 1 cm und insbesondere vorzugsweise von wenigstens 2 cm. Durch diese Mindesthöhe kann sichergestellt werden, dass auch bei entsprechenden Unebenheiten der Oberfläche eine Abdichtung des ersten Druckraums gegenüber der Umgebung erfolgen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Höhe der Dichtungseinrichtung nicht größer als 5 cm, weiter vorzugsweise nicht größer als 4 cm und insbesondere nicht größer als 3 cm. Sollte die Befestigungseinheit mit aktiver Formanpassung für größere Anwendungen skaliert werden, ist auch die Höhe der Dichtungseinrichtung entsprechend zu skalieren.
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Es hat sich gezeigt, dass durch das Einhalten dieser Werte ein idealer Kompromiss zwischen Anpassungsfähigkeit der Dichtungseinrichtung und Steifigkeit erreicht werden kann. Durch die Möglichkeit der Steifigkeitserhöhung kann dennoch auch bei hohen Dichtungen eine große mechanische Stabilität bei der Befestigung erreicht werden. Gleichzeitig können durch die im Vergleich zu industriellen Saugfüßen größere Dichtungshöhe Unebenheiten ausgeglichen werden, die durch industrielle Saugfüße nicht kompensierbar wären.
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Vorzugsweise weist die Dichtungseinrichtung eine Breite von wenigstens 1 mm auf, weiter vorzugsweise von wenigstens 2 mm und insbesondere vorzugsweise von wenigstens 0,5 cm. Die Breite der Dichtungseinrichtung definiert maßgeblich die Kontaktfläche zwischen der Dichtungseinrichtung und der Oberfläche, so dass damit die strömungstechnische Abdichtung zwischen dem ersten Druckraum und der Umgebung verbessert werden kann.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Dichtungseinrichtung an einer Trägereinrichtung angeordnet ist. Durch die vorzugsweise unmittelbar an der Trägereinrichtung anliegende Dichtungseinrichtung kann sichergestellt werden, dass der Kraftfluss von dem Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystem bis zu der Oberfläche durch Komponenten der Bearbeitungseinrichtung mit hoher Steifigkeit erfolgt. Die mechanische Befestigungsstabilität wird damit erhöht.
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Erfindungsgemäß wird weiter ein Verfahren zur temporären Befestigung einer Diagnose- und/oder Bearbeitungseinrichtung an einem Luftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung verwendet wird.
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Es ist vorteilhaft, wenn in einem ersten Verfahrensschritt a), in dem sowohl ein erster als auch ein zweiter Druckraum einen Umgebungsdruck aufweisen, die Befestigungseinrichtung an eine zu befestigenden Oberfläche angedrückt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt b) in einem angedrückten Zustand der erste Druckraum evakuiert wird und in einem dritten Verfahrensschritt c) in dem angedrückten Zustand der zweite Druckraum evakuiert wird.
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Unter einem Andrücken in den verschiedenen Verfahrensschritten ist nicht zwangsläufig ein Andrücken mit einer hohen Anpresskraft gemeint, sondern vorzugsweise eine Anpresskraft, die ausreicht, damit die Dichtungseinrichtung zusammen mit der Trägereinrichtung einen strömungstechnisch von der Umgebung abgeschlossenen ersten Druckraum bilden. Durch die Verfahrensschritte a) bis c) wird sichergestellt, dass eine zuverlässige und stabile Befestigung der Befestigungseinrichtung an der Oberfläche erzielt werden kann.
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Vorzugsweise können die Verfahrensschritte b) und c) auch zeitgleich ausgeführt werden. Unter einer zeitgleichen Ausführung ist die zumindest teilweise sich zeitlich überschneidende Evakuierung des ersten und des zweiten Druckraums gemeint. So könnte beispielsweise durch das gemeinsame Evakuieren sukzessive sowohl die Haltekraft als auch die Steifigkeit erhöht werden. Diese zeitgleiche Evakuierung ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine möglichst schnelle Befestigung an der Oberfläche erfolgen soll. Das kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn mehrere der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtungen dazu dienen, einen Roboter über den Rumpf eines Luftfahrzeugs zu bewegen. Weiter vorzugsweise überschneiden sich die Evakuierungsvorgänge des ersten und des zweiten Druckraums vollständig.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung mit einer nicht versteiften Dichtungseinrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung mit einer versteiften Dichtungseinrichtung; und
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung mit einer abweichenden Unebenheit.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung 1 umfassend eine Trägereinrichtung 7, eine Anbindungseinrichtung 2, zwei Strömungsleitungen 4 und 5 sowie eine Dichtungseinrichtung 3.
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Die Trägereinrichtung 7 bildet bei diesem Ausführungsbeispiel das zentrale Element der Befestigungseinrichtung 1. Vorzugsweise ist sie formstabil ausgeführt, so dass sie die Kräfte einer Bearbeitungs- und/oder Diagnoseeinrichtung 14 über die Anbindungseinrichtung 2 aufnehmen kann. Alternativ kann die Anbindungseinrichtung 2 auch dazu dienen, die Befestigungseinrichtung 1 mit einem Robotersystem zu verbinden. Vorzugsweise können auch mehrere der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtungen 1 mit einem Robotersystem verbunden werden.
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Vorzugsweise ist die Trägereinrichtung 7 scheibenförmig oder tellerförmig oder in Sonderformen (oval, eckig) ausgeführt, wobei die Dichtungseinrichtung 3 auf einer Seite der Trägereinrichtung 7 an deren Rand angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung 3 durch eine formflexible Hülle 13 gebildet, die weiter vorzugsweise durch einen schlauchförmigen Silikondichtring gebildet ist, der bevorzugt kreisförmig umlaufend auf einer Seite der Trägereinrichtung angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Dichtungseinrichtung 3 an der Trägereinrichtung 7 wird bei einem Anliegen der Dichtungseinrichtung 3 an einer Oberfläche 6 durch die Dichtungseinrichtung 3, die Trägereinrichtung 7 und die Oberfläche 6 ein erster Druckraum 8 gebildet.
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Der so gebildete erste Druckraum 8 kann dann vorzugsweise über die Strömungsleitung 5 evakuiert werden, die vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, so dass der Unterdruck in dem ersten Druckraum 8 schnell hergestellt und ggf. bei Undichtigkeiten wiederhergestellt werden kann.
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Die Dichtungseinrichtung 3 ist dazu eingerichtet, ihre Steifigkeit gezielt zu verstellen, beispielsweise durch eine Steuerungs- oder Regelungseinrichtung. Bei der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine computergesteuerte Einrichtung, die vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Steifigkeit der Dichtungseinrichtung auf einen vordefinierten Wert einzustellen.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Einstellung der Steifigkeit dadurch, dass die Dichtungseinrichtung 3 einen zweiten Druckraum 11 aufweist, wobei dessen Druck einstellbar ist. Vorzugsweise erfolgt dies über die Steuerungs- oder Regelungseinrichtung. Vorteilhafterweise ist der zweite Druckraum 11 mit einem granularen Medium 12 befüllt, bei dem es sich vorzugsweise um körner-, kugel- oder pulverförmige Feststoffe handelt. Die Größe der Feststoffe beträgt dabei vorzugsweise zwischen 0,3 und 3 mm, in Sonderformen kann die Größe der Kugel und/oder Pulverpartikel abweichen und bis zu 15 mm aufweisen. Da der zweite Druckraum 11 vorzugsweise durch die formflexible Hülle 13 gebildet ist, ist grundsätzlich eine Anpassung der Dichtungseinrichtung 3 an die Kontur der Oberfläche 6 möglich.
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1 zeigt die Befestigungseinrichtung 1 in einem Zustand, in dem sowohl der Druck des ersten Druckraums 8 als auch der des zweiten Druckraums 11 dem Druck in einer Umgebung 9 entsprechen. In solch einem ausgeglichenen Druckzustand kann sich das granulare Medium 12 innerhalb des zweiten Druckraums 11 umverteilen, so dass eine Anpassung der Dichtungseinrichtung 3 an die Kontur der Oberfläche 6 möglich ist, insbesondere ist eine Anpassung an eine etwaige Unebenheit 15 möglich. Durch die formflexible Hülle 13 wird sichergestellt, dass das granulare Medium 12 die Unebenheit 15 umgeben kann und somit unabhängig von der Kontur der Oberfläche 6 eine Anlagefläche 10 entsteht, die eine strömungstechnische Abdichtung des ersten Druckraums 8 gegenüber der Umgebung 9 ermöglicht. Eine zuverlässige Abdichtung kann somit auch bei gekrümmten Oberflächen 6, wie z.B. am Rumpf eines Luftfahrzeugs oder an den Tragflächen, gewährleistet werden.
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Damit die Dichtungseinrichtung 3 auch bei Unebenheiten 15 eine ausreichende Dichtheit erreichen kann, muss diese eine bestimmte Höhe h aufweisen, die mindestens der Höhe der Unebenheit 15 entspricht. Bei der Unebenheit 15 handelt es sich beispielsweise um eine typische Unebenheit 15 wie sie an den Oberflächen von Luftfahrzeugen auftritt, beispielsweise durch die Überlappung von Strukturbauteilen. Solche Unebenheiten 15 weisen typischerweise eine Höhe von wenigen Millimetern auf. Die Darstellung der Unebenheiten 15 in den 1 bis 3 ist dabei nur als schematische Darstellung zu verstehen.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Dichtungseinrichtung 3 eine Breite b von wenigstens 1 mm aufweist, weiter vorzugsweise von wenigstens 2 mm und insbesondere vorzugsweise von wenigstens 0,5 cm. Damit kann eine zuverlässige Abdichtung des ersten Druckraums 8 gegenüber der Umgebung 9 gewährleistet werden.
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In 2 wurde über die Strömungsleitung 4, die vorzugsweise durch eine Strömungsleitung in der Trägereinrichtung 7 gebildet ist und weiter vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, in dem zweiten Druckraum 11 ein Unterdruck erzeugt. Durch den Unterdruck zieht sich die formflexible Hülle 13 zusammen, was eine Verringerung des Volumens des zweiten Druckraums 11 zur Folge hat. Es kommt dadurch zu einer Komprimierung des granularen Mediums 12, so dass sich dessen Steifigkeit erhöht. Dementsprechend wird insgesamt die Steifigkeit der Dichtungseinrichtung 3 erhöht. Vorzugsweise können auch Strömungsleitungen 4 vorgesehen sein, um den Evakuierungsvorgang des zweiten Druckraums 11 zu beschleunigen. Dabei kann in der Strömungsleitung 4 zusätzlich ein nicht dargestelltes Sieb oder ein Filter vorgesehen sein, welche eine kleinere Maschenweite bzw. Porengröße als die Größe der Teilchen des granularen Mediums aufweisen, so dass der zweite Druckraum 11 evakuiert werden kann, ohne dass dabei die granularen Teilchen des Mediums 12 mit abgesaugt werden.
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Die Menge des granularen Mediums 12 bleibt vorzugsweise unabhängig von der eingestellten Steifigkeit konstant, insofern ist die Darstellung des granularen Mediums 12 in den 1 bis 3 nur als eine schematische Darstellung zu verstehen.
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Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine Erhöhung der Steifigkeit der Dichtungseinrichtung 3 in Abhängigkeit des Drucks in dem zweiten Druckraum 11. Besonders vorteilhaft an dieser Lösung ist, dass die Steifigkeit reversibel verstellt werden kann. Das bedeutet, dass beispielsweise durch einen Druckausgleich zwischen der Umgebung 9 und dem zweiten Druckraum 11 wieder eine Umverteilung des granularen Mediums 12 möglich ist und damit die Steifigkeit verringert werden kann. Ferner sind auch beliebige Zwischenzustände zwischen der minimalen und maximalen Steifigkeitseinstellung einstellbar.
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Die Steuerungs- oder Regelungseinheit kann zur Verstellung des Unterdrucks vorzugsweise auf die Vakuumpumpe selbst oder auch auf eine Ventileinrichtung wirken. Ferner kann eine Sensoreinrichtung 17 zur Messung des Luftdrucks in dem zweiten Druckraum 11 vorgesehen sein. Diese Messwerte können dann ebenfalls der Steuerungs- und oder Regelungseinrichtung übermittelt werden.
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Über die weitere Strömungsleitung 5 kann auch in dem ersten Druckraum 8 eine Druckänderung herbeigeführt werden, wobei vorzugsweise ein Unterdruck erzeugt wird, um eine Haltekraft zwischen der Befestigungseinrichtung 1 und der Oberfläche 6 zu erzeugen. Durch die zunächst geringe Steifigkeit der Dichtungseinrichtung 3 wird eine Anpassung an die Kontur der Oberfläche 6 ermöglicht. So kann sichergestellt werden, dass in der gesamten Umfangsrichtung bezüglich einer Achse 16 die Anlagefläche 10 der Dichtungseinrichtung 3 an der Oberfläche 6 anliegt. Es wird somit eine zuverlässige Abdichtung des ersten Druckraums 8 gegenüber der Umgebung 9 erreicht.
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Durch die veränderbare Steifigkeit kann die Dichtungseinrichtung 3 so ausgebildet sein, dass sie mit einer geringen Steifigkeit an die Form der Oberfläche 6 in eine dichtende Anlageform angepasst werden kann. Anschließend wird die Steifigkeit erhöht, so dass größere Kräfte übertragen werden können, ohne dass die Dichtungseinrichtung 3 dadurch aus ihrer dichtenden Anlage gelangt. Dies ist ferner für eine Positionierung des Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystems 14 mit einer hohen erforderlichen Lagergenauigkeit von Vorteil.
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Schließlich kann auch in dem ersten Druckraum 8 eine Sensoreinrichtung 18 zur Druckmessung vorgesehen sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil festgestellt werden kann, ob der Druck über ein bestimmtes Druckniveau steigt und so ein ungewünschtes Lösen der Befestigungseinrichtung 1 droht. Durch die Regelungseinrichtung kann dann der erforderliche Differenzdruck wieder hergestellt werden.
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3 zeigt eine identische Ausführungsform der Befestigungseinrichtung 1 wie die 1 und 2, wobei sich die Unebenheit 15 über die gesamte Breite b eines Teilabschnitts der Dichtungseinrichtung 3 erstreckt. Auch in diesem Fall kann durch die Dichtungseinrichtung 3 die erforderliche Abdichtung des ersten Druckraums 8 gegenüber der Umgebung 9 sichergestellt werden.
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Schließlich zeigt 3, dass durch die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 3 die Ausrichtung der Befestigungseinrichtung 1 nicht oder nur minimal beeinflusst wird. Durch die Umverteilung des granularen Mediums 12 innerhalb des zweiten Druckraums 11 wird eine schiefe Befestigung vermeiden. Dadurch können Bearbeitungs- und/oder Diagnosesysteme 14 einfacher gegenüber der Oberfläche 6 ausgerichtet werden.
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Bei dem Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystem 14 kann es sich beispielsweise um ein optisches Diagnosesystem handeln, mit dem Beschädigungen, wie beispielsweise Risse, Kratzer oder Dellen in der Struktur eines Luftfahrzeugs, detektiert werden können. Grundsätzlich ist der Einsatz der Befestigungseinrichtung 1 jedoch nicht auf solch ein Diagnosesystem 14 beschränkt. Es ist vielmehr möglich, über die Anbindungseinrichtung 2 beliebige Bearbeitungs- und/oder Diagnosesysteme 14 mit der Bearbeitungseinrichtung 1 zu verbinden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anbindungseinrichtung 2 derart ausgeführt, dass das Bearbeitungs- und/oder Diagnosesystem 14 mit einfachen Mitteln, d.h. ohne die Hinzunahme von Werkzeugen, also händisch, gewechselt werden kann. Ferner ist es vorzugsweise möglich, die Anbindungseinrichtung 2 derart auszuführen, dass darüber die Anbindung an ein Robotersystem möglich ist.
