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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Materialabtrag von der Oberfläche einer Anordnung aus Profilelementen und einem dazwischen liegenden Übergangsbereich mit ausgehärteter Füllmasse, um laminare Strömungseigenschaften der Oberfläche zu bewirken. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Materialabtrag von der Oberfläche einer Anordnung aus Profilelementen und einem dazwischen liegenden Übergangsbereich mit ausgehärteter Füllmasse, um laminare Strömungseigenschaften der Oberfläche zu bewirken. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Anordnung aus Profilelementen und einem dazwischen liegenden Übergangsbereich mit ausgehärteter Füllmasse.
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Insbesondere sind die Vorrichtung, das Verfahren und das Herstellungsverfahren für die Herstellung von Luftfahrzeugen geeignet.
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Um bei einem Flugzeug die Reibungsverluste während des Fluges zu verringern und somit Kraftstoff zu sparen, werden Laminarströmungstechnologien verwendet, die als natürlicher Laminarstrom (engl. natural laminar flow, kurz: NLF) oder Hybridlaminarstromsteuerung (engl.: hybrid laminar flow control, kurz: HLFC) bekannt sind. Ein Beispiel für HLFC sind mit Mikroöffnungen perforierte Flügelvorderkanten. Diese Laminartechnologie kann erhöhten Aufwand bei der Herstellung und/oder Wartung erzeugen, wenn sie an Vorderkantensektionen des Flügels, des vertikalen Flugzeughecks (engl. vertical tail plane, kurz: VTP) bzw. Seitenleitwerks, des horizontalen Flugzeughecks (engl. horizontal tail plane, kurz: HTP) bzw. Höhenleitwerks oder dergleichen verwendet wird. Die Vorderkantensektion dieser Bereiche umfasst gewöhnlich ein Vorderkantenteil und das Flügel-, VTP-, oder HTP-Kastenteil. Derzeit ist es schwierig und aufwendig, diese Teile so zu fügen, dass die Erfordernisse für eine gute laminare Strömung erfüllt sind. Ein Erfordernis ist beispielsweise eine Stufenhöhe und/oder Welligkeit der Oberfläche von weniger als 0,1 mm.
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Aus
EP 3 301 012 A1 ist eine Verbindungsanordnung zur aerodynamisch glatten Verbindung zweier Profilelemente bekannt.
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EP 3 147 086 A1 und
US 2017/0 080 575 A1 offenbaren ein Verfahren zum Steuern eines Fertigungsroboters, um Oberflächenbehandlungen vorzunehmen oder Verbindungen zwischen mehreren Einzelelementen herzustellen.
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Aus
EP 3 178 627 B1 und
US 9 725 184 B2 sind Verfahren zum Auffüllen einer Nut mit einer Füllmasse bekannt.
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Bisher werden zum Beispiel die Vorderkantensektionen eines Flugzeugs mittels Nieten oder Bolzen fixiert, sodass die Niet- bzw. Bolzenköpfe mit den umgebenden Oberflächen der Profilelemente fluchten. Die Lücken werden manuell mit Dichtmasse aufgefüllt, indem die Umgebung der Fuge mit einer Maske abgedeckt wird, die Dichtmasse in die Fuge eingebracht wird, die Dichtmasse mittels eines Spachtels geglättet wird, die Maske entfernt wird und die Dichtmasse ausgehärtet wird. Falls mit dem Erstauftrag nicht ausreichende Glattheit erreicht werden kann, kann eine zweite (oder weitere) Applizierung(en) durchgeführt werden.
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In der nachveröffentlichten
DE 10 2019 113 566 A1 sind eine Druckplattenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen eines Übergangsbereichs zwischen einer Mehrzahl von Profilelementen beschrieben. Der Übergangsbereich ist dazu ausgebildet, einen von einem ersten Profilelement über den Übergangsbereich zu einem zweiten Profilelement strömenden laminaren Fluidstrom zu ermöglichen, wobei die Druckplattenanordnung zum Drücken fließfähiger oder pastöser Dichtmasse ausgebildet ist, wobei die Druckplattenanordnung einen Druckplattenkörper und wenigstens einen Abdeckstreifen umfasst, wobei der Druckplattenkörper einen Austrittsbereich aufweist, der ausgebildet ist, beim Drücken der fließfähigen und/oder pastösen Dichtmasse diese austreten zu lassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Fertigung eines Übergangsbereichs zwischen aerodynamischen Profilelementen eine Oberfläche zu erzielen, an der im Flugbetrieb eine laminare Strömung auftritt. Insbesondere soll die Qualität der Oberfläche hinsichtlich ihrer laminaren Strömungseigenschaft verbessert werden.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Materialabtrag von der Oberfläche einer Anordnung aus Profilelementen und einem dazwischen liegenden Übergangsbereich mit ausgehärteter Füllmasse, um laminare Strömungseigenschaften der Oberfläche zu bewirken, umfassend eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen eines Werkzeugs zur Materialabtragung, und eine Führungseinrichtung zum Führen der Vorrichtung an mindestens einem Profilelement über mindestens einen Teilbereich der Anordnung, um den Verlauf ihrer Oberfläche an den Verlauf der Oberfläche mindestens eines der Profilelemente anzupassen.
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Durch die Erfindung wird es möglich, einen Verbindungsbereich zwischen Profilelementen mit einer besonders glatten Oberfläche herzustellen, die eine laminare Strömung bewirkt bzw. fördert. Insbesondere kann ausgehärtete Füllmasse auf das Soll-Niveau der Anordnung bzw. auf das Niveau der angrenzenden oder umgebenden Oberfläche geschnitten werden.
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Bevorzugt umfasst das Werkzeug eine Schneideeinrichtung.
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Vorteilhafterweise umfasst das Werkzeug eine Klinge.
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Vorteilhaft umfasst das Werkzeug eine Laserstrahlquelle zum Verdampfen von Material. Beispielsweise wird Material mittels Laserstrahlen abgetragen und/oder geschnitten
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Vorteilhaft umfasst das Werkzeug eine Ultraschallquelle zum Anregen von Schwingungen in der Klinge beim Schneiden.
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Vorteilhaft umfasst das Werkzeug eine Beschichtungseinrichtung.
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Bevorzugt ist das Werkzeug zum Schneiden eines Abdeckstreifens ausgestaltet, der ausgehärtete Füllmasse umfasst und nach dem Schneiden zur Positionierung in dem Übergangsbereich dient.
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Bevorzugt ist die Befestigungseinrichtung zum Befestigen eines oder mehrerer Werkzeuge ausgebildet, um bei einer Bewegung der Vorrichtung über die zu bearbeitende Oberfläche mehrere Bearbeitungsschritte insbesondere sequentiell an der Oberfläche auszuführen.
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Vorteilhaft ist der Abstand zwischen dem Werkzeug und der zu bearbeitenden Oberfläche einstellbar.
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Bevorzugt ist die Breite der Bearbeitung der Oberfläche durch das Werkzeug einstellbar.
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Bevorzugt ist der Winkel und/oder die Krümmung der Bearbeitung der Oberfläche durch das Werkzeug einstellbar.
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Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der Vorrichtung entlang den Profilelementen.
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Bevorzugt umfasst die Führungseinrichtung ein oder mehrere Räder zum Abstützen an mindestens einem Profilelement.
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Optional können Riemen umlaufend um zwei oder mehr hintereinander angeordnete Räder angeordnet sein.
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Insbesondere sind ein oder mehr Räder so angeordnet, dass ihre Laufflächen auf den Oberflächen der Profilelemente abrollen.
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Vorteilhaft sind die ein oder mehr Räder mit einer Kunststoff- oder Elastomerschicht beschichtet.
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Vorteilhaft ist mindestens ein Rad magnetisiert, um die Vorrichtung an der zu bearbeitenden Oberfläche zu halten bzw. zu führen.
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Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine programmierbare Steuereinheit, insbesondere zur Steuerung der Geschwindigkeit und/oder des Weges der Vorrichtung über die zu bearbeitende Oberfläche, und/oder auch beispielsweise zur Steuerung einer Ultraschallquelle zur Anregung einer Klinge, einer Laserstrahlquelle, einer Klinge, einer Heizeinrichtung, einer Kühleinrichtung oder einer sonstigen Bearbeitungseinheit.
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Vorteilhaft umfasst die Führungseinrichtung eine Halteeinrichtung zum Halten der Vorrichtung an der zu bearbeitenden Oberfläche. Diese wird beispielsweise durch eine Magnetisierung der Räder und/oder durch Saugnäpfe an den Laufflächen der Räder oder an dem umlaufenden Riemen gebildet.
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Insbesondere kann die Vorrichtung tragbar zum Einsatz am jeweiligen Ort der zu bearbeitenden Anordnung ausgestaltet sein.
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Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Verwendung als Teil einer Produktionsanlage ausgestaltet, in der Profilelemente miteinander verbunden werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Materialabtrag von der Oberfläche einer Anordnung aus Profilelementen und einem dazwischen liegenden Übergangsbereich mit ausgehärteter Füllmasse angegeben, um laminare Strömungseigenschaften der Oberfläche zu bewirken, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Werkzeugs zur Materialabtragung, das an einer Befestigungseinrichtung befestigt ist, und Führen des Werkzeugs über mindestens einen Teilbereich der Anordnung, wobei der Verlauf ihrer Oberfläche an den Verlauf der Oberfläche mindestens eines der Profilelemente angepasst wird.
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Beispielsweise wird bei dem Verfahren zum Materialabtrag die Oberfläche der Anordnung mit einer Schneideeinrichtung bearbeitet, und/oder mit einer Klinge bearbeitet, und/oder mit einem Laserstrahl bearbeitet, und/oder mit einer durch Ultraschall angeregten Klinge bearbeitet, und/oder mit einer Beschichtungseinrichtung bearbeitet.
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Vorteilhafterweise wird das Werkzeug beim Führen über die Anordnung an einer Oberfläche mindestens eines Profilelements abgestützt.
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Bevorzugt wird das Werkzeug mit Hilfe einer magnetischen Kraft an der Anordnung gehalten.
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Vorteilhaft wird das Werkzeug mit Hilfe eines oder mehrerer Räder geführt, die auf der Oberfläche mindestens eines Profilelements abrollen.
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Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Materialabtrag mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Materialabtrag durchgeführt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Anordnung aus Profilelementen und einem dazwischen liegenden Übergangsbereich mit ausgehärteter Füllmasse geschaffen, mit den Schritten:
- A: Gegenseitiges Befestigen der Profilelemente;
- B: Befüllen eines Fugenabschnitts zwischen den Profilelementen mit einer fließfähigen Füllmasse und Aushärten der Füllmasse zur Ausbildung eines Übergangsbeeichs;
- C: Entfernen überschüssiger ausgehärteter Füllmasse mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Materialabtrag und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Materialabtrag.
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Die Erfindung kann insbesondere bei einem Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Übergangsbereichs zwischen einer Mehrzahl von aerodynamischen Profilelementen angewendet werden, bei dem der Übergangsbereich dazu ausgebildet ist, einen von einem aerodynamischen ersten Profilelement über den Übergangsbereich zu einem aerodynamischen zweiten Profilelement strömenden laminaren Fluidstrom zu ermöglichen.
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Ein derartiges Verfahren umfasst zum Beispiel die Schritte:
- a) Anordnen der aerodynamischen Profilelemente, sodass die aerodynamischen Profilelemente einen Fugenabschnitt definieren;
- b) Auftragen fließfähiger Dichtmasse auf dem Fugenabschnitt, und, zum Bilden des Übergangsbereichs, Drücken der fließfähigen Dichtmasse in den Fugenabschnitt,
- c) Aushärten der fließfähigen Dichtmasse; und
- d) Entfernen von überschüssiger Dichtmasse.
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Das Entfernen der überschüssigen Dichtmasse gemäß Schritt (d) erfolgt insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Materialabtrag und/oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Materialabtrag.
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In Schritt (b) erfolgt das Drücken der fließfähigen Dichtmasse zum Beispiel mittels einer einen Austrittsspalt für fließfähige Dichtmasse begrenzenden Druckplattenanordnung. Die Menge der fließfähigen Dichtmasse kann zum Beispiel so bemessen sein, dass beim Drücken ein Teil der fließfähigen Dichtmasse als überschüssige Dichtmasse aus dem Austrittsspalt austritt.
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Nachfolgend werden technische Wirkungen und Vorteile näher erläutert. Es sollte beachtet werden, dass nicht alle Wirkungen und Vorteile gleichzeitig oder gleich stark verwirklicht sein müssen. Ferner sollte beachtet werden, dass die Aufzählung der Verfahrensschritte keine Reihenfolge impliziert, sondern lediglich der besseren Bezugnahme dient. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ergibt sich vielmehr aus dem technischen Zusammenhang oder etwaigen Angaben dazu.
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Allgemein lässt sich ein mögliches Vorgehen, das ein Anwendungsbeispiel für die Erfindung darstellt, zusammenfassen als:
- • Reinigen des Fugenabschnitts einschließlich der Umgebungsflächen
- • Maskieren der Umgebungsflächen des Fugenabschnitts
- • Fixieren von Ausrichtungselementen (mittels einer Druckplatte)
- • Positionieren der Druckplatte, markieren der Position und entfernen der Anordnung
- • Abdeckstreifen (aus ausgehärteter Dichtmasse oder anderem Material (z.B. Titan) an der Druckplatte fixieren
- • Aktivieren bzw. Feinstreinigen des Fugenabschnitts (Lösungsmittel, CO2-, Laser- oder Plasmareinigung)
- • Füllmasse applizieren im tiefen Nutbereich
- • Einleger applizieren (Einleger hat bevorzugt einen niedrigen Temperaturausdehnungskoeffizienten)
- • Dichtmasse im Flachbereich applizieren, zum Beispiel mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung (mittig entlang der Profilsehne oder auf der Seite, an der die Druckplatte drehend fixiert ist)
- • Spachtel mit Aussparung oder Applikationsvorrichtung zum Aufbringen der korrekten Menge Dichtmasse verwenden (evtl. automatisiert), zum Beispiel mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
- • Mithilfe der Ausrichtungselemente die Druckplatte über der Dichtmasse positionieren
- • Fixieren der Druckeinrichtung
- • Drücken der Druckplatte mit der Druckeinrichtung
- • Nach dem Aushärten der Dichtmassen die Druckeinrichtung, Druckplatte und Ausrichtungselemente entfernen
- • Grobes Abtragen der überschüssigen Dichtmasse mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Materialabtrag und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
- • Entfernen der Maskierung
- • Feines Abtragen der überschüssigen Dichtmasse mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Materialabtrag und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
- • Bearbeiten der Oberfläche, beispielsweise mittels eines Fluids mit glättenden Eigenschaften, und/oder Schleifen
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Es gibt verschiedene mögliche Versionen oder Szenarien zum Schneiden bzw. zum Entfernen der überschüssigen, ausgehärteten Dichtmasse.
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Zum Beispiel wird gemäß einer ersten Version A die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Materialabtrag dazu benutzt, die ausgehärtete Füllmasse nur an einer Seite des Fugenabschnitts bzw. des Übergangsbereichs zu schneiden bzw. von dem Übergangsbereich und ggf. von den Profilelementen abzutrennen.
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Gemäß einer zweiten Version B wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Materialabtrag zum Beispiel dazu benutzt, die ausgehärtete Füllmasse an beiden Seiten des Fugenabschnitts bzw. des Übergangsbereichs in nur einem Verfahrensschritt bzw. gleichzeitig zu schneiden bzw. von dem Übergangsbereich und ggf. von den Profilelementen abzutrennen.
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Gemäß einer dritten Version C befindet sich überschüssige Füllmasse über die gesamte Breite des Fugenbereichs. Nach dem Aushärten der Füllmasse wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Materialabtrag dazu benutzt, die überschüssige Füllmasse über die gesamte Breite des Fugenabschnitts bzw. des Übergangsbereichs gleichzeitig zu schneiden bzw. von dem Übergangsbereich und ggf. von den Profilelementen abzutrennen.
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Optional kann ein Grobabtrag das Entfernen der Maskierung und anschließend ein Feinabtrag erfolgen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 eine Vorrichtung zum Materialabtrag gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht schräg von oben;
- 2 einen vergrößerte Detailansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Materialabtrag schräg von einer Seite;
- 3 eine Vorrichtung zum Materialabtrag gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht schräg von oben;
- 4 einen vergrößerte Detailansicht der in 3 gezeigten Vorrichtung zum Materialabtrag in einer Ansicht schräg von vorne;
- 5 bis 8 ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens mit Oberflächenglättung anhand von Querschnitten;
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In den 1 und 2 ist eine Vorrichtung zum Materialabtrag 100 in einer Ansicht schräg von oben dargestellt, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dabei zeigt die 2 einen vergrößerten Ausschnitt von 1 schräg von der Seite bzw. von vorne.
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Die Vorrichtung 100 ist als ein Hobel ausgebildet und an einer Oberfläche 110a einer Anordnung 110 von zwei Profilelementen 12, 14 mit einem dazwischen liegenden Übergangsbereich 46 angeordnet.
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Das erste Profilelement 12 kann beispielsweise ein Teil eines Flügelkorpus sein. Das zweite Profilelement 14 kann ein Teil eines für den Flügelkorpus ausgebildeten Flügelvorderkantenmodul sein. Das Flügelvorderkantenmodul kann beispielsweise Enteisungsmechanismen, Strömungssteuerungsmechanismen (z.B. Mikroperforation für HLFC) oder dergleichen enthalten. Denkbar ist auch ein Einsatz der hierin vorgestellten Ideen am Seitenleitwerk (engl. vertical tail plane, VTP) oder dem Höhenleitwerk (engl. horizontal tail plane, HTP) an den jeweiligen Korpussen und Vorderkantenmodulen.
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Das erste Profilelement 12 ist beispielweise aus Metall gefertigt oder vorzugsweise aus (kohle-)faserverstärktem Kunststoff gefertigt. Das zweite Profilelement 14 kann z.B. aus Leichtmetall, beispielsweise Aluminium oder Titan, oder aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt sein. Die Profilelemente 12, 14 können auch Teile eines VTP, HTP oder einer Auftriebshilfe sein.
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Die Profilelemente 12, 14 können auf an sich bekannte Art aneinander befestigt sein, beispielsweise mittels Bolzen oder Niete als Befestigungsmittel.
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In dem Übergangsbereich 46 zwischen dem ersten Profilelement 12 und dem zweiten Profilelement 14 befindet sich eine ausgehärtete Füllmasse 30, welche darunter liegende Befestigungsabschnitte der Profilelemente 12, 14 zur gegenseitigen Befestigung überdeckt. Die Füllmasse 30 kann beispielsweise eine polysulfidbasierte Füllmasse oder ein ähnliches 2-Kompononenten Material, insbesondere 2-Komponenten Material aus Binder und Härter sein.
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Am seitlichen Rand 38 des Übergangsbereichs 46 im Bereich des angrenzenden Profilelements 12 befindet sich ein Strang ausgehärteter, überschüssiger Füllmasse 44 an der Oberfläche 110a der Anordnung 100, der aus der Oberfläche 110a herausragt.
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Die als Hobel ausgestaltete Vorrichtung zum Materialabtrag 100 weist eine Befestigungseinrichtung 120 auf, die zum Befestigen eines oder mehrerer Werkzeuge 125 zur Materialabtragung dient. In diesem Beispiel sind mehrere Befestigungselemente 121a, 121b, 121c der Befestigungseinrichtung 120 nebeneinander angeordnet. Die beiden äußeren Befestigungselemente 121a, 121c sind so angeordnet, dass die daran befestigten oder befestigbaren Werkzeuge 125 an einen Abschnitt der Oberfläche 110a der Anordnung 110 angrenzen, an dem die Profilelemente 12, 14 an den Übergangsbereich 46 grenzen. Ein weiteres Befestigungselement 121b ist über einem zentralen Abschnitt des Übergangsbereichs 46, das heißt zwischen seinen seitlichen Rändern 38, angeordnet.
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Die Befestigungselemente 121a, 121b, 121c weisen Befestigungsmittel für bzw. mit Befestigungsschrauben 122 zum Befestigen eines oder mehrerer Werkzeuge 125 auf.
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An dem ersten Befestigungselement 121a ist ein mit einer Klinge 123 versehenes Schneidwerkzeug 125 befestigt. Die Schneide der Klinge 123 an dem Befestigungselement 121a ist so ausgerichtet, dass sie in Bearbeitungsrichtung B nach vorne gerichtet ist und mit der zu bearbeitenden Oberfläche 110a einen Winkel bildet, der einstellbar ist und vorzugsweise ungleich 90 Grad beträgt.
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Bei einer Bewegung der Klinge 123 über die Oberfläche 110a in Bearbeitungsrichtung B wird überschüssige Füllmasse 44, die an dem Rand 38 bzw. an der Grenze zwischen dem Profilelement 12 und dem Übergangsbereich 46 über das Niveau der Oberfläche 12a des Profilelements 12 herausragt, von der Oberfläche 110a der Anordnung 110 bzw. des Profilelements 12 abgetrennt.
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Die Befestigungseinrichtung 120 ist mit Höheneinstellungsmitteln in Form von Einstellschrauben 124 versehen, mit denen das Niveau der Klinge 123 bzw. des jeweiligen Werkzeugs 125 in Bezug auf die Oberfläche 110a der Anordnung 100 bzw. des Profilelements 12, 14 einstellbar ist. Das heißt, der Abstand zwischen dem Werkzeug 125 und der Oberfläche 110a der Anordnung 110 ist einstellbar.
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Insbesondere ist die Klinge 123 mit Hilfe der Befestigungselemente 121a, 121b, 121c einstellbar hinsichtlich der Bearbeitungshöhe und des Winkels bzw. Angriffswinkel in Bezug auf die zu bearbeitende Oberfläche. Weiterhin ist ihre Krümmung oder auch ihre Neigung quer zur Bearbeitungsrichtung B einstellbar, zum Beispiel um gekrümmte Fugenabschnitte zu bearbeiten.
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Eine mit der Befestigungseinrichtung 120 fest verbundene Führungseinrichtung 130 dient zum Führen der Vorrichtung bzw. des Hobels 100 an mindestens einem der Profilelement 12, 14 in der Bearbeitungsrichtung B über mindestens einen Teilbereich der Anordnung 110, um den Verlauf ihrer Oberfläche 110a an den Verlauf der Oberflächen 12a, 14a der Profilelemente 12, 14 anzupassen.
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Die Vorrichtung 100 ist bewegbar bzw. auf Rädern 131 montiert. Hierzu umfasst die Führungseinrichtung 130 zwei Räder 131, die so an der Befestigungseinrichtung 120 angeordnet sind, dass sie die Vorrichtung 100 an den Profilelementen 12, 14 abstützen. Es kann aber auch eine andere Anzahl von Rädern 131 vorgesehen sein. Das jeweilige Rad 131 ist so angeordnet ist, dass seine Lauffläche auf der Oberfläche des Profilelements 12, 14 der zu bearbeitenden Anordnung 110 abrollt.
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Der Abstand zwischen den Rädern 131 ist entsprechend der Größe der Fuge zwischen den Profilelementen 12, 14, die den Übergangsbereich 46 bildet, einstellbar. Hierzu sind Abstands-Einstellschrauben 126 vorgesehen.
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Die Räder 131 sind zum Beispiel mit einer Kunststoff- oder Elastomerschicht beschichtet, um die Oberfläche 110a bzw. 12a und 14a oder eine umgebende beschichtete Oberfläche, insbesondere eines Flugzeugs, nicht zu beschädigen.
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Die Räder 131 weisen eine Magnetisierung auf, die eine Halteeinrichtung bzw. Haltetechnik bildet, um die Vorrichtung 100 an der zu bearbeitenden Oberfläche 110a bzw. an den Profilelementen 12, 14 zu halten. Damit wird das Fahren der Vorrichtung 100 entlang nicht-horizontal ausgerichteter Oberflächen ermöglicht, wie beispielsweise an einer VTP.
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Eine in den Figuren nicht dargestellte Antriebseinrichtung dient zum Bewegen der Vorrichtung 100 entlang den Profilelementen 12, 14 in der Bearbeitungsrichtung B.
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Die Bewegung der Räder 131, und somit der Bearbeitungspfad bzw. -weg kann programmiert werden. Hierzu ist eine in den Figuren ebenfalls nicht dargestellte programmierbare Steuereinheit zur Steuerung der Geschwindigkeit und/oder des Weges der Vorrichtung 100 über die zu bearbeitende Oberfläche 110a vorgesehen.
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Die Vorrichtung 100 kann zur Verwendung als Service vor Ort unabhängig und in einer leicht transportablen Größe ausgestaltet sein. Sie kann aber ebenso zur Verwendung oder zur Installation in einer Produktions- oder Montageanlage ausgestaltet sein.
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Das Werkzeug 125 bzw. die Klinge 123 ist gemäß einer weiteren Ausführungsform federnd gelagert. Dadurch kann das Werkzeug 125 bzw. die Klinge 123 beim Materialabtrag direkt auf der zu bearbeitenden Oberfläche aufsitzen. Das heißt, in diesem Fall dient das Werkzeug bzw. die Klinge selbst auch als Führungseinrichtung zum Führen der Vorrichtung an einem oder an mehreren Profilelementen 12, 14.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Werkzeug mit einem Roboter an dem Profilelement 12, 14 geführt. In diesem Fall umfasst die Führungseinrichtung 130 beispielsweise ein Sensorelements zum Ansteuern eines Roboters und/oder den entsprechenden Roboter.
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In der hier gezeigten Ausführungsform oder Konfiguration mit nur einem Werkzeug 125 wird die Vorrichtung zum Materialabtrag 100 dazu benutzt, die überschüssige ausgehärtete Füllmasse 44 nur an einer Seite des Fugenabschnitts bzw. des Übergangsbereichs 46 zu schneiden bzw. von dem Übergangsbereich 46 und/oder von dem Profilelement 12 abzutrennen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform oder Konfiguration der Vorrichtung 100 sind Werkzeuge 125 in Form von Klingen 123 auf beiden Seiten des Übergangsbereichs 46, das heißt an seinen beiden seitlichen Rändern 38, angeordnet. In diesem Fall wird die Vorrichtung 100 dazu benutzt, die ausgehärtete Füllmasse 44 an beiden Seiten des Fugenabschnitts bzw. des Übergangsbereichs 46 in nur einem Verfahrensschritt bzw. gleichzeitig zu schneiden, das heißt von dem Übergangsbereich 46 und/oder von den beiden Profilelementen 12, 14 abzutrennen.
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In den 3 und 4 ist eine Vorrichtung zum Materialabtrag 100 in einer anderen Konfiguration als Ansicht schräg von oben dargestellt, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dabei zeigt die 4 einen vergrößerten Ausschnitt leicht schräg seitlich auf die Vorderseite der Vorrichtung 100.
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Die Klinge 123 kann insbesondere gewölbt ausgestaltet sein, um ein gewölbtes Schnittprofil bzw. eine gewölbte Oberfläche oder Oberflächenform zu bearbeiten oder zu erhalten. Mit einem derartig ausgebildeten Werkzeug kann die Füllmasse auf eine gewölbte Form zugeschnitten werden, so dass kein Druckblech erforderlich ist.
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Die hier dargestellten Elemente oder Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet wie in den 1 und 2 und wurden oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 bereits im Detail beschrieben.
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Die Vorrichtung 100 ist ebenfalls als ein Hobel ausgebildet und an der Oberfläche 110a der Anordnung 110 von zwei Profilelementen 12, 14 mit dem dazwischen liegenden Übergangsbereich 46 angeordnet.
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Im Unterschied zu der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das Werkzeug 125 mit der daran befestigten Klinge 123 einstückig bzw. durchgehend über die gesamte Breite des Übergangsbereichs 46 sowie über dessen seitliche Ränder 38 hinweg. Dadurch kann die ausgehärtete überschüssige Füllmasse 44 in einem einzigen Schritt über die gesamte Breite des Übergangsbereichs 46 sowie über dessen seitliche Ränder 38 hinweg entfernt werden.
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Im Übrigen ist die Klinge 123 bzw. das Werkzeug wie oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ausgestaltet. Mit Hilfe der Einstellmöglichkeiten an der Befestigungseinrichtung 120, die oben beschrieben sind, ist die Lage und die Ausrichtung der Klinge 123, die an den Befestigungselementen 121a, 121b, 121c befestigt ist, ebenfalls einstellbar.
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Insbesondere ist die Klinge 123 mit Hilfe der Befestigungselemente einstellbar hinsichtlich der Bearbeitungshöhe, des Winkels bzw. Angriffswinkel in Bezug auf die zu bearbeitende Oberfläche 110a. Weiterhin ist ihre Krümmung einstellbar, zum Beispiel um gekrümmte Fugenabschnitte zu bearbeiten.
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Die Klinge hat in ihrem vorderen Abschnitt eine scharfe, spitzwinklige Form, welche die Schneide bildet. Dabei trägt die Klinge 123 eine Diamantbeschichtung an ihrer Oberfläche, die sich über ihre Schneide hinweg erstreckt. Vorteilhafterweise ist die Klinge 123 plasmageschärft.
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Zur Bearbeitung einer Oberfläche 110a kann die Vorrichtung 100 manuell oder automatisch über die Oberfläche 110a bewegt werden. Insbesondere können dabei die Räder 131 angetrieben werden. Die Vorrichtung 100 wird dabei geführt, zum Beispiel durch einen geraden Block, der den richtigen Pfad zur Bearbeitung sicherstellt.
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Das Werkzeug bzw. die Klinge 123 kann als eine Ultraschall-Klinge zum Schneiden ausgestaltet sein. Das Werkzeug bzw. die Klinge 123 kann in einer besonderen Ausführungsform auch gekühlt oder geheizt sein. Beispielsweise ist das Werkzeug bzw. die Klinge 123 mit einem 3D-Druckverfahren hergestellt und/oder sie umfasst Mikro-Löcher.
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Anhand der 5 bis 8 wird nachfolgend ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen eines Übergangsbereichs 46 mit Oberflächenglättung anhand von Querschnitten beschrieben:
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Schritt A: Gegenseitiges Befestigen zweier Profilelemente:
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In einem ersten Schritt werden zwei Profilelemente 12, 14 aneinander befestigt sein, beispielsweise mittels Bolzen oder Nieten. (5)
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Das erste Profilelement 12 und das zweite Profilelement 14 definieren einen Fugenabschnitt 16. Das erste Profilelement 12 kann beispielsweise ein Flügelkorpus 18 sein. Das zweite Profilelement 14 kann ein für den Flügelkorpus 18 ausgebildetes Flügelvorderkantenmodul 20 sein.
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Schritt B: Befüllen eines Fugenabschnitts mit Füllmasse:
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Im Bereich der Verbindung der Profilelemente 12, 14 weist der Fugenabschnitt 16 einen Flachbereich 24 auf, der befüllt wird. (5 und 6)
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Der Fugenabschnitt kann einen Nutbereich 22 aufweisen, mit einer Nuttiefe, die größer ist als eine Flachbereichstiefe des Flachbereichs 24. An den erhabenen Kanten des Nutbereichs 22 und des Flachbereichs 24 sowie insbesondere an weiteren Stellen, an denen keine pastöse Dichtmasse haften soll, kann eine Maskierung 25 angebracht werden
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Nun kann eine fließfähige bzw. pastöse Füllmasse 26 auf einen Nutgrund 27 des Nutbereichs 22 aufgebracht werden. Die Füllmasse 26 kann auch so bemessen sein, dass der Nutbereich 22 ausgefüllt wird. Die Füllmasse 26 kann beispielsweise eine polysulfidbasierte Füllmasse oder ein ähnliches 2-Kompononenten Material, insbesondere 2-Komponenten Material aus Binder und Härter sein.
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Weiterhin kann ein Einleger 28 in den Nutbereich 22 eingefügt werden. Vorzugsweise die Menge der Füllmasse 26 so bemessen, dass zusammen mit dem Einleger 28 der Nutbereich 22 vollständig ausgefüllt ist. Der Einleger 28 kann beispielsweise eine Kunststoffleiste aus Epoxy, GFK oder CFK sein. Denkbar ist auch, dass der Einleger 28 ein Gewebe oder Gelege ist, das mit der Füllmasse 26 infusiert werden kann oder ausschließlich aus der Füllmasse 26 besteht.
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Durch einen geeigneten Einleger 28 und/oder geeignete Füllmasse 26 kann eine übermäßige Schrumpfung (Schrumpfung während der Aushärtung, thermisch bedingte Schrumpfung und/oder geometrisch bedingte Schrumpfung) verhindert werden, die sonst im Ergebnis die angestrebte Oberflächenqualität für einen laminaren Fluidstrom beeinträchtigen könnte.
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Nun wird eine Übermenge einer fließfähigen bzw. pastösen Füllmasse 30 auf dem Flachbereich 24, insbesondere möglichst mittig, aufgetragen.
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Wie in 6 gezeigt, kann ein Abdeckstreifen 32 auf dem Flachbereich 24 angeordnet werden. Der Abdeckstreifen 32 enthält vorzugsweise die gleiche Dichtmasse wie die fließfähige bzw. pastöse Dichtmasse 30, die jedoch ausgehärtet ist.
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Der Abdeckstreifen 32 kann Teil einer Druckplattenanordnung 34 sein, die neben dem Abdeckstreifen 32 einen Druckplattenkörper 36 umfasst.
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Vorliegend definiert die Druckplattenanordnung 34, insbesondere der Druckplattenkörper 36, mit jedem Rand 38 des Fugenabschnitts 16 jeweils einen Austrittsspalt 40.
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Die Druckplattenanordnung 34 wird mittels einer Herstellvorrichtung 42 in Richtung auf den Fugenabschnitt 16 gedrückt. Dabei tritt überschüssige Dichtmasse 44 aus dem Austrittsspalt 40 aus.
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In diesem Zustand wird die fließfähige bzw. pastöse Füllmasse 30 und die überschüssige Dichtmasse 44 teilweise vernetzt oder ausgehärtet, beispielsweise durch thermische Aktivierung.
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Schritt C: Entfernen überschüssiger Dichtmasse:
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In diesem Schritt wird die ausgehärtete überschüssige Dichtmasse 44 entfernt (7 und 8).
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Dazu wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren zum Materialabtrag von der Oberfläche 110a der Anordnung 110 aus Profilelementen 12, 14 und dem dazwischen liegenden Übergangsbereich 46 mit ausgehärteter Füllmasse 44 angewendet, um laminare Strömungseigenschaften der Oberfläche 110 zu bewirken. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung 100 verwendet, wie sie oben im Detail beschrieben ist (Siehe 1 bis 4).
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Dabei erfolgen die Schritte:
- C1: Befestigen des Werkzeugs 125 zur Materialabtragung an der Befestigungseinrichtung 120 bzw. Bereitstellen des daran befestigten Werkzeugs 125; und
- C2: Führen des Werkzeugs 125 über mindestens einen Teilbereich der Anordnung 100, wobei der Verlauf ihrer Oberfläche 110 an den Verlauf der Oberfläche 12a, 14a mindestens eines der Profilelemente 12, 14 angepasst wird.
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Die Oberfläche 110 wird dabei mit der Klinge 123 bearbeitet, wie sie oben beschrieben ist, um die ausgehärtete überschüssige Füllmasse 44 abzutrennen und zu entfernen.
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Die Oberfläche 110 kann je nach Erfordernis alternativ oder zusätzlich auch mit eine Laserstrahlquelle, einer Ultraschallquelle, einer sonstigen Schneideeinrichtung und/oder einer Beschichtungseinrichtung als Werkzeug 125 bearbeitet werden.
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Das Werkzeug 125 bzw. die Vorrichtung 100 wird beim Führen über die Anordnung 110 an der Oberfläche 12a, 14a mindestens eines Profilelements 12, 14 abgestützt.
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Mit Hilfe einer magnetischen Kraft wird die Vorrichtung zum Materialabtrag 100 an dem Profilelement 12 bzw. an der Oberfläche 110a der Anordnung 110 gehalten.
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Mit Hilfe der Räder 131 wird die Vorrichtung 100, das heißt auf den Profilelementen 12, 14 abgestützt, die auf der Oberfläche der Profilelemente 12, 14 abrollen.
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Sofern die Maskierung 25 noch vorhanden ist bzw. nicht bereits zusammen mit der ausgehärteten Füllmasse 44 abgetragen wurde, wird die Maskierung 25 entfernt. Ergänzend kann der bearbeitete Fugenabschnitt 16 noch egalisiert werden, um die gewünschte Oberflächenqualität zu erhalten.
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Insgesamt wird durch dieses Vorgehen ein Übergangsbereich 46 geschaffen, der deutlich verbesserte laminare Strömungseigenschaften aufweist.
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Die Vorrichtung zum Materialabtrag 100 kann in einer besonderen Ausführungsform auch zum Schneiden des oben beschriebenen Abdeckstreifens 32 (siehe 6) in die passende Größe verwendet werden. Der Abdeckstreifen 32 ist zum Beispiel hergestellt, indem zwei Platten in einem definierten Abstand aneinandergepresst werden, wobei sich zwischen den Platten fließfähige Füllmasse befindet. Der Abstand zwischen den Platten beträgt zum Beispiel 0,5 mm.
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Um die den Abdeckstreifen 32 bzw. seine Füllmasse nach dem Aushärten zurecht zu schneiden, werden zwei Schneidwerkzeuge bzw. Klingen 123 an der Unterseite der Vorrichtung 100 in der Art eines Pizzaschneiders montiert. Die Klingen 123 sind in passendem Abstand zueinander in der Vorrichtung 100 montiert. Auf diese Weise ist die Vorrichtung 100 dazu ausgestaltet, den ausgehärteten Abdeckstreifen 32 mit seiner ausgehärteten Füllmasse auf die passende Breite zu schneiden, so dass er in dem Übergangsbereich 46 positioniert werden kann.
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Um nach dem Schneiden der ausgehärteten Füllmasse in dem Fugenabschnitt 16 zu glätten, können Chemikalien mit oberflächenglättenden Eigenschaften verwendet werden.
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Die Chemikalien können auch gleichzeitig mit dem Vorgang zum Schneiden der Füllmasse angewendet werden. Hierzu kann eine Bürste und/oder ein Rohr bzw. Hohlkörper an der Rückseite der Vorrichtung 100 angeordnet werden. Die Chemikalien werden bei dieser Ausführungsform direkt auf die frisch geschnittene Oberfläche der Füllmasse appliziert bzw. aufgetragen. Dadurch wird das Schneiden und das Glätten der Oberfläche mit Chemikalien mit einer einzigen Bearbeitungseinheit und mit einem einzigen Bearbeitungsweg ermöglicht.
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Optional ist in die Vorrichtung 100 ein optisches System integriert, das ein In-Line Monitoring, das heißt ein Überwachen eines Bearbeitungsschrittes während er durchgeführt wird, und/oder einen Qualitätssicherungsprozess ermöglicht. Es kann zum Beispiel auch ein NDT-System (NDT = Non Destructive Testing) integriert sein, beispielsweise zur Detektion von Fehlerstellen wie z.B. Luftblasen mittels Ultraschall.
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Die Vorrichtung 100 kann in einem Rahmen zur Führung und zum Antrieb gehalten werden, der auch zum Halten der Druckplattenanordnung 34 beim Befüllen des Übergangsbereichs 46 mit der Füllmasse 30 verwendet wird.
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Die Vorrichtung 100 kann auch dazu verwendet werden, Fehlstellen oder Ungenauigkeiten in Beschichtungen, Anstrichen, Klebemitteln, Lacken oder anderen Materialien an der Oberfläche 110a der Anordnung 110 zu beseitigen oder überschüssige derartige Materialien von der Oberfläche 10a zu entfernen, und auf diese Weise die Oberfläche 110a zu glätten.
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Bezugszeichenliste
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- 12
- erstes Profilelement
- 12a
- Oberfläche
- 14
- zweites Profilelement
- 14a
- Oberfläche
- 16
- Fugenabschnitt
- 18
- Flügelkorpus
- 20
- Flügelvorderkantenmodul
- 22
- Nutbereich
- 24
- Flachbereich
- 25
- Maskierung
- 26
- Füllmasse
- 27
- Nutgrund
- 28
- Einleger
- 30
- Füllmasse
- 32
- Abdeckstreifen
- 34
- Druckplattenanordnung
- 36
- Druckplattenkörper
- 38
- Rand
- 40
- Austrittsspalt
- 42
- Herstellvorrichtung
- 44
- ausgehärtete überschüssige Füllmasse
- 46
- Übergangsbereich
- 100
- Vorrichtung zum Materialabtrag
- 110
- Anordnung
- 110a
- Oberfläche der Anordnung
- 120
- Befestigungseinrichtung
- 121a, 121b, 121c
- Befestigungselemente
- 123
- Klinge
- 122
- Befestigungsschrauben
- 124
- Einstellschrauben
- 125
- Werkzeug
- 126
- Abstands-Einstellschrauben
- 130
- Führungseinrichtung
- 131
- Rad
- B
- Bearbeitungsrichtung
