DE102021202380A1 - Verfahren, Reparaturvorrichtung und Reparatursystem zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts - Google Patents

Verfahren, Reparaturvorrichtung und Reparatursystem zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Reparaturvorrichtung (1) und ein Reparatursystem (3) zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Reparaturvorrichtung und ein Reparatursystem zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts.
  • Bei Objekten aller Art, insbesondere bei Windkraftanlagen, treten häufig an der Witterung ausgesetzten Oberflächen des Objekts korrosionsbedingte Schäden auf. Die korrosionsbedingten Schäden können dazu führen, dass das entsprechende Objekt in seiner Nutzung beeinträchtigt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es die Korrosionsschäden an den Objekten zu beseitigen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mittels einer Reparaturvorrichtung die Verfahrensschritte a) laserlose Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche, b) Laserreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche und c) Beschichtung der durch die Laserreinigung aufbereiteten Oberfläche mit einer Schutzschicht durchgeführt werden. Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass durch das Verfahren die als Schutzschicht auf die durch die Laserreinigung aufbereitete Oberfläche des Objekts aufgetragene Beschichtung qualitativ hochwertiger und somit langlebiger ist.
  • Unter einem Korrosionsschaden ist zum einen zu verstehen, dass sich an der der Witterung ausgesetzten Oberfläche des Objekts, insbesondere der Windkraftanlage, Korrosion ausbildet und zum anderen, dass bspw. eine fehlerhafte Beschichtung auf die Oberfläche aufgetragen worden ist. Die Reparatur des Korrosionsschadens besteht nunmehr darin, das korrodierte Material und/oder die fehlerhaft aufgebrachte Beschichtung abzutragen.
  • Nach einer diesbezüglichen Fortbildung des Verfahrens umfasst die Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche eine Grobreinigung und/oder eine Entsalzung und/oder eine Trocknung der Oberfläche.
  • Die Grobreinigung erfolgt zweckmäßigerweise mit einem chemischen Reinigungsmittel, wie z. B. wasserlöslichen Tensiden, oder mittels einer mechanischen Reinigung, bspw. mittels einer Bürsteneinheit. Durch die Grobreinigung werden bspw. ölhaltige Verunreinigungen, aus Verschleißteilen resultierende Verunreinigungen, Salzverunreinigungen und sonstige Verunreinigungen durch Schmutz von der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche gereinigt.
  • Die Entsalzung erfolgt vorzugsweise mit deionisiertem Wasser. Mit deionisiertem Wasser wird im Weiteren auch demineralisiertes oder destilliertes Wasser bezeichnet. Entsprechend einer weiteren Fortbildung des Verfahrens wird nach der Entsalzung eine Konzentrationsmessung der lösbaren Salze auf der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche durchgeführt. Die Konzentrationsmessung der lösbaren Salze wird mittels eines Verfahrens nach Bresle durchgeführt. Beim Schutz von der Witterung ausgesetzten Oberflächen muss vor dem Beschichten die Oberfläche auf Salzverunreinigungen geprüft werden. Die Salzverunreinigungen können die Haftung und die Qualität der Beschichtung stark beeinträchtigen. Das auf der Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser in Abhängigkeit von der Konzentration an Salzionen beruhende Verfahren nach Bresle ist gemäß der ISO-Normen 8502-6 und 8502-9 Standard für diese Prüfung.
  • Die Trocknung der Oberfläche erfolgt in bevorzugter Weise mit ungeölter Druckluft. Hierdurch werden die Rückstände der Grobreinigung und/oder der Entsalzung von der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche beseitigt.
  • Gemäß einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahren wird nach der Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche diese Oberfläche zumindest teilweise einer materialabtragenden Oberflächennachbehandlung unterzogen. Bei dieser Oberflächennachbehandlung werden zweckmäßigerweise von der Oberfläche ausgebildete Kanten abgetragen. Auch diese vorbereitende Maßnahme dient der verbesserten Haftung der aufgetragenen Schutzschicht auf der Oberfläche und führt somit zu einer qualitativ hochwertigeren und langlebigeren Beschichtung.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Laserreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche ein Entfernen des korrodierten Materials durch einen Laserstrahl und ein Absaugen des entfernten korrodierten Materials. Die Laserreinigung erfolgt mit speziell konfigurierten Klasse 4 Festkörperlasern, wobei kurze Laserimpulse gebündelt auf die zu reinigende Oberfläche auftreffen. Die Schicht aus korrodiertem Material wird durch die zumindest teilweise absorbierte Laserstrahlung von der zu reinigenden Oberfläche abgetragen. Die Laserreinigung ermöglicht eine selektive, schonende, porentiefe und beschädigungsfreie Reinigung der den Korrosionsschadens aufweisenden Oberfläche. Die zeitgleich erfolgende Absaugung des entfernten korrodierten Materials führt zu einer im Wesentlichen rückstandsfreien Reinigung der den Korrosionsschadens aufweisenden Oberfläche.
  • Bevorzugt erfolgt nach der Laserreinigung eine Prüfung der Oberflächenrauigkeit der mit einem Laserstrahl bearbeiteten Oberfläche. Zur Prüfung der Oberflächenrauigkeit wird ein Abdruck zumindest eines Teils der lasergereinigten Oberfläche hergestellt und die Oberflächenrauigkeit des Abdrucks analysiert. Nach der Herstellung des Abdrucks wird nur der für den Abdruck verwendete Teil der lasergereinigten Oberfläche erneut gereinigt. Die erneute Reinigung erfolgt mit einem Alkohol, zweckmäßigerweise mit Propan-2-ol. Die Prüfung der Oberflächenrauigkeit erlaubt die - im Regelfall nachgelagerte - Begutachtung der für die Beschichtung aufbereiteten Oberfläche und somit eine Einschätzung der Qualität und Lebensdauer der aufgetragenen Schutzschicht.
  • Darüber hinaus wird bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens die Schutzschicht auf die durch die Laserreinigung aufbereitete Oberfläche ein- oder mehrschichtig aufgetragen. Bspw. ermöglicht eine mehrschichtige Schutzschicht eine weitere Verbesserung der Qualität und Lebensdauer der aufgetragenen Beschichtung. Hierbei können auch unterschiedliche Schichten mit verschiedenen Schichtdicken realisiert werden, um die Beschichtung an die Erfordernisse der Witterung anzupassen.
  • Das Verfahren wird zweckmäßigerweise als in-situ Verfahren durchgeführt.
  • Bevorzugt wird das Verfahren zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines von einer Windkraftanlage, insbesondere von Offshore-Windkraftanlage, gebildeten Objekts eingesetzt. Die Reparaturvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird an der Windkraftanlage lösbar befestigt, insbesondere an einem Bremssattel einer Rotorbremsvorrichtung der Windkraftanlage, insbesondere mittels permanentmagnetischen Magnetkräften. Bei Offshore-Windkraftanlagen kommt es aufgrund der meerwasserhaltigen Witterung häufig zu Korrosionsschäden, sodass das Verfahren insbesondere zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines von einer Windkraftanlage, insbesondere von Offshore-Windkraftanlage, hier optimal einsetzbar ist.
  • Überdies wird diese Aufgabe bei einer Reparaturvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Reparaturvorrichtung eine über eine zur Aufnahme eines Endeffektors geeigneten Ausrichtungseinrichtung verfügenden Trägereinrichtung aufweist, wobei die Ausrichtungseinrichtung geeignet ist, um den an der Ausrichtungseinrichtung angeordneten Endeffektor verschieben und/oder verschwenken zu können, wobei die Trägereinrichtung eine Haltevorrichtung aufweist, durch die die Trägereinrichtung an dem Objekt derart befestigbar ist, dass die den Endeffektor aufnehmende Ausrichtungseinrichtung im Bereich des Korrosionsschadens positioniert ist. Durch die Reparaturvorrichtung ist es möglich den auftretenden Korrosionsschaden in-situ am Objekt zu reparieren.
  • Unter einem Korrosionsschaden ist zum einen zu verstehen, dass sich an der der Witterung ausgesetzten Oberfläche des Objekts, insbesondere der Windkraftanlage, Korrosion ausbildet und zum anderen, dass bspw. eine fehlerhafte Beschichtung auf die Oberfläche aufgetragen worden ist. Die Reparatur des Korrosionsschadens besteht nunmehr darin, das korrodierte Material und/oder die fehlerhaft aufgebrachte Beschichtung abzutragen.
  • Bei einer diesbezüglich vorteilhaften Ausbildung der Reparaturvorrichtung ist der Endeffektor an der Ausrichtungseinrichtung lösbar angeordnet, um einen Austausch mit einem weiteren Endeffektor zu ermöglichen. Durch den Austausch des Endeffektors wird eine Multifunktionalität der Reparaturvorrichtung erreicht, die auch nachträglich zu einer Erweiterung der Funktionen der Reparaturvorrichtung führt.
  • Vorzugsweise weist die Haltevorrichtung eine Befestigungseinrichtung zur lösbaren Befestigung der Trägereinrichtung am Objekt aufweist. Hierbei ist die Befestigungseinrichtung als eine permanentmagnetische Magneteinrichtung zur magnetischen Befestigung der Trägereinrichtung am Objekt ausgebildet. Hierdurch ist eine sehr einfache Befestigungsmöglichkeit gegeben.
  • Weiter weist die Haltevorrichtung einen Grundkörper auf, an dem die Befestigungseinrichtung und ein die Ausrichtungseinrichtung tragender Trägerarm angeordnet sind. Der Trägerarm ist an dem Grundkörper der Haltevorrichtung verschwenkbar und in unterschiedlichen Schwenkpositionen fixierbar angeordnet.
  • Zweckmäßigerweise weist die Ausrichtungseinrichtung einen beweglich an dem Trägerarm angeordneten Endeffektorträger und Positioniermittel auf, durch die der Endeffektorträger relativ zum Trägerarm beweglich und ausrichtbar ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Reparaturvorrichtung ist der Endeffektor als Lasereinrichtung und/oder als Vorreinigungseinrichtung und/oder als Beschichtungseinrichtung und/oder als Trocknungseinrichtung und/oder als Abdrucknahmeeinrichtung und/oder eine als Schichtdickenmesseinrichtung ausgebildet.
  • Bevorzugt weist die Lasereinrichtung einen Laserkopf und eine Laserquelle auf, wobei die Laserquelle mittels einer Lichtübertragungseinrichtung mit dem Laserkopf verbunden ist. Hierdurch ist eine dezentrale Anordnung der Lasereinrichtung möglich. Weiter bevorzugt weist die Lasereinrichtung eine Absaugeinrichtung zur Absaugung von beim Entfernen der Korrosion auftretenden korrodierten Materials auf. Die Laserreinigung ermöglicht eine selektive, schonende, porentiefe und beschädigungsfreie Reinigung der den Korrosionsschadens aufweisenden Oberfläche. Die bevorzugt zeitgleich erfolgende Absaugung des entfernten korrigierten Materials führt zu einer im Wesentlichen rückstandsfreien Reinigung der den Korrosionsschadens aufweisenden Oberfläche.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausbildung der Reparaturvorrichtung weist die Vorreinigungseinrichtung eine Grobreinigungseinheit und/oder eine Entsalzungseinheit und/oder eine Trocknungseinheit und/oder eine Konzentrationsmesseinheit auf.
  • Die Grobreinigung erfolgt zweckmäßigerweise mit einem chemischen Reinigungsmittel, wie z. B. wasserlöslichen Tensiden, das durch die Grobreinigungseinheit auf die entsprechende Oberfläche, insbesondere durch Aufsprühen mittels einer Sprühdüse, vorzugsweise einer Einstoff- oder einer Mehrstoffdüse, aufbringbar ist. Das Reinigungsmittel kann auch unter Druck aufgesprüht werden. Die Grobreinigung kann auch durch eine mechanische Reinigung erfolgen, bspw. mittels einer an dem Endeffektor angeordneten Bürsteneinheit, die bevorzugt eine oder mehrere Bürstenköpfe aufweist. Durch die Grobreinigung werden bspw. ölhaltige Verunreinigungen, aus Verschleißteilen resultierende Verunreinigungen, Salzverunreinigungen und sonstige Verunreinigungen durch Schmutz von der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche gereinigt.
  • Die Entsalzung erfolgt vorzugsweise mit deionisiertem Wasser. Auch das deionisierte Wasser wird bevorzugt mittels einer als Sprühdüseneinrichtung, insbesondere als Einstoff- oder Mehrstoffdüse, ausgebildeten Sprüheinrichtung auf die entsprechende zu entsalzende Oberfläche aufgesprüht.
  • Die nach der Entsalzung durchgeführte Konzentrationsmessung der lösbaren Salze auf der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche wird mittels eines Verfahrens nach Bresle durchgeführt.
  • Die Trocknung der Oberfläche erfolgt in bevorzugter Weise mit einer eine ungeölte Druckluft verdüsenden Drucklufteinrichtung. Hierdurch werden die Rückstände der Grobreinigung und/oder der Entsalzung von der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche beseitigt.
  • Zweckmäßigerweise wird die als Schutzschicht auf die durch die Vor- und Laserreinigung aufbereitete Oberfläche des Objekts, insbesondere der Windkraftanlage, mittels der Beschichtungseinrichtung aufgetragen. Die Beschichtungseinrichtung ist bevorzugt als Sprühdüseneinrichtung in Form einer Einstoff- oder Mehrstoffdüse ausgebildet. Hierdurch wird die Schutzschicht mit einer konstanten, vordefinierten Schichtdicke auf die aufbereitete Oberfläche aufgetragen, sodass die Schutzschicht gleichmäßig abtrocknet.
  • Die Schichtdickenmesseinrichtung ist geeignet die Schichtdicke der auf die aufbereitete Oberfläche aufgetragenen Schutzsicht in einem zerstörungsfreien Verfahren zu ermitteln. Zerstörungsfreie Verfahren sind u.a. die Wirbelstromprüfung, die Mirkowellenprüfung, die Ultraschallprüfung.
  • Die Reparaturvorrichtung weist zweckmäßigerweise eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Reparaturvorrichtung auf. Bevorzugt wird der Endeffektor oder werden die Endeffektoren der Reparaturvorrichtung durch die Steuerungseinrichtung gesteuert und/oder geregelt um das Verfahren zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts im Wesentlichen zu automatisieren.
  • Darüber hinaus wird diese Aufgabe bei einem Reparatursystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass diese ein Reparatursystem mit einer Reparaturvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 30 und einer Windkraftanlage ist, wobei die Reparaturvorrichtung an der Windkraftanlage lösbar befestigt ist.
  • Bei einem diesbezüglichen Reparatursystem ist die Reparaturvorrichtung bevorzugt an einem Bremssattel einer Rotorbremsvorrichtung der Windkraftanlage befestigt, insbesondere mittels permanentmagnetischen Magnetkräften.
  • Zweckmäßigerweise ist die Reparaturvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 geeignet.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert und in dieser zeigen
    • 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer Reparaturvorrichtung,
    • 2 eine Seitenansicht von rechts der Ausführungsform der Reparaturvorrichtung,
    • 3 eine Seitenansicht von links der Ausführungsform der Reparaturvorrichtung,
    • 4 eine Draufsicht der Ausführungsform der Reparaturvorrichtung,
    • 5 eine Untersicht der Ausführungsform der Reparaturvorrichtung,
    • 6 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Endeffektors zur Vorreinigung und
    • 7 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Endeffektors mit einer Beschichtungs- und Schichtdickenmesseinrichtung.
  • Sofern keine anderslautenden Angaben gemacht werden, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung auf sämtliche in der Zeichnung illustrierten Ausführungsformen eines eine Reparaturvorrichtung 1 zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines als Windkraftanlage ausgebildeten Objekts 2 aufweisenden Reparatursystems 3.
  • Unter einem Korrosionsschaden wird einerseits sich an der der Witterung ausgesetzten Oberfläche des Objekts, insbesondere der Windkraftanlage, ausbildende Korrosion und andererseits eine fehlerhaft auf die Oberfläche aufgetragene Beschichtung verstanden. Die Reparatur des Korrosionsschadens dementsprechend darin, das korrodierte Material und/oder die fehlerhaft aufgebrachte Beschichtung abzutragen.
  • Die Reparaturvorrichtung 1 ist lösbar an einem gestrichelt dargestellten Bremssattel 4 einer den Bremssattel 4 und eine Bremsscheibe 5 aufweisenden Rotorbremsvorrichtung 6 der Windkraftanlage, insbesondere einer Offshore-Windkraftanlage, befestigt.
  • Die an dem Bremssattel 4 befestigte Reparaturvorrichtung 1 weist eine Trägereinrichtung 7 auf, die über eine Haltevorrichtung 8 und über eine zur Aufnahme eines Endeffektors 9 geeignete Ausrichtungseinrichtung 10 verfügt.
  • Die Haltevorrichtung 8 weist eine Befestigungseinrichtung 11 zur lösbaren Befestigung der Trägereinrichtung 7 am Bremssattel 4 der Rotorbremsvorrichtung 6 der Windkraftanlage auf. Die Befestigungseinrichtung 11 ist als eine zwei Permanentmagnete 12 aufweisende, permanentmagnetische Magneteinrichtung 13 zur magnetischen Befestigung der Trägereinrichtung 7 am Bremssattel 4 ausgebildet.
  • Die Haltevorrichtung 8 weist einen an einem Permanentmagneten 12 angeordneten Grundkörper 14 auf, an dem die Befestigungseinrichtung 11 und ein die Ausrichtungseinrichtung 10 tragender Trägerarm 15 angeordnet sind. Der eine Längsachse X aufweisende Trägerarm 15 ist an dem Grundkörper 14 der Haltevorrichtung 8 verschwenkbar und in unterschiedlichen Schwenkpositionen 16 fixierbar angeordnet. Beispielhaft ist in der gezeigten Ausführungsform der Trägerarm 15 mittels der an einem Permanentmagneten 12 angeordneten Schwenkeinrichtung 17 in eine horizontale Schwenkposition 16 verschwenkt. Die Schwenkeinrichtung 17 wird durch die Steuerungseinrichtung 32 gesteuert und/oder geregelt, sodass diese mittels pneumatisch betriebenen Hubkolben 26 den am Grundkörper 14 angeordneten Trägerarm 15 verschwenken kann.
  • Die Trägereinrichtung 7 ist an dem Objekt 2 derart befestigt, dass die den Endeffektor 9 aufnehmende Ausrichtungseinrichtung 10 im Bereich des Korrosionsschadens positioniert ist.
  • Die Ausrichtungseinrichtung 10 ist geeignet, um den an der Ausrichtungseinrichtung 10 angeordneten Endeffektor 9 verschieben und/oder verschwenken zu können. Hierzu weist die Ausrichtungseinrichtung 10 einen beweglich an dem Trägerarm 15 angeordneten Endeffektorträger 18 und Positioniermittel 18 auf, durch die der Endeffektorträger 18 relativ zum Trägerarm 15 beweglich und ausrichtbar ist. Die Positioniermittel 19 weisen insbesondere als Servomotoren ausgebildete Antriebseinheiten 20, Antriebsspindeln 21 und Kopplungselemente 22 auf. Zur besseren Unterscheidung werden die Bezugszeichen für die den Positioniermitteln 19 zugeordneten Antriebseinheiten 20, Antriebsspindeln 21 und Kopplungselemente 22 jeweils mit a bis c gekennzeichnet.
  • Zur Bewegung des Endeffektorträgers 18 in Achsrichtung der Längsachse X des Trägerarms 15 ist der Endeffektorträger 18 auf einem über eine erste Antriebsspindel 21a und erste Kopplungselemente 22a mit einer ersten Antriebseinheit 20a verbundenen Schlitten 23 angeordnet.
  • Zur Ausrichtung des Endeffektorträgers 18 um eine der Längsachse X des Trägerarms 15 entsprechenden Drehachse Y und um eine zu dieser normal ausgerichteten weiteren Drehachse Z ist der Endeffektorträger 18 über zweite und dritte Antriebsspindeln 21b, 21c und zweite und dritte Kopplungselemente 22b, 22c mit zweiten und dritten Antriebseinheiten 20b, 20c der Positioniermittel 19 verbunden. Hierzu wird der Endeffektorträger 18 auf einem weiteren Schlitten 27 angeordnet, sodass der Endeffektorträger 18 aufgrund der Führung des weiteren Schlittens 27 in einem bogenförmigen Langloch 28 bei einer Bewegung des weiteren Schlittens 27 in Achsrichtung der Längsachse X eine Rotation um die Drehachse Z ausführt. Die Rotation des Endeffektorträgers 18 um die Drehachse Y wird über eine an das Kopplungselement 22c angeschlossene Zahnradverbindung 43 erreicht.
  • Durch die Positioniermittel 19 ist es dementsprechend möglich den auf dem zur Ausrichtungseinrichtung 10 gehörenden Endeffektorträger 18 in einer Raumkoordinate verschieben und unabhängig davon um zwei Drehachsen drehen zu können, um so den Endeffektor zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts 2 optimal zu der Oberfläche ausrichten zu können.
  • Der Endeffektor 9 an der Ausrichtungseinrichtung 10 lösbar angeordnet ist, um einen Austausch mit einem weiteren Endeffektor 24 zu ermöglichen.
  • Der Endeffektor 9 weist in der illustrierten Ausführungsform eine Lasereinrichtung 25 auf.
  • Die Lasereinrichtung 25 weist einen Laserkopf 29 und eine Laserquelle auf, wobei die Laserquelle mittels einer Lichtübertragungseinrichtung 30 mit dem Laserkopf 29 verbunden ist. Der Laserkopf 29 ist zweckmäßigerweise in einer mehrere Freiheitsgrade zur Manipulation aufweisenden ferngesteuerten Laserkopfhalterung montiert. Auf diese Weise ist die Lasereinrichtung 25 geeignet, verschiedene geometrische Einstellungen zu realisieren, die eine Laserreinigung des gesamten Oberflächenbereichs ermöglichen. Für alle Positionen kann ein Fokusabstand von 191 mm bis 211 mm im Winkelbereich von -3° bis +5° zur Oberflächennormalen realisiert werden. Zudem weist die Lasereinrichtung 25 eine Absaugeinrichtung 31 zur Absaugung von beim Entfernen der Korrosion auftretenden korrodierten Material auf. Da beim Laserreinigen in der Regel Materialemissionen entstehen, wird das Absaugrohr in die Nähe der zu reinigenden Oberfläche gebracht.
  • Die Reparaturvorrichtung 1 weist eine Steuerungseinrichtung 32 zur Steuerung und/oder Regelung der Reparaturvorrichtung 1 auf, zweckmäßigerweise zumindest jedoch der Schwenkeinrichtung 17, der Ausrichtungseinrichtung 10 und des Endeffektors 9. Die Steuerungseinrichtung 32 ist vorzugsweise als einer speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet. Die Steuerungseinrichtung 32 ist beispielhaft in 2 dargestellt.
  • In einer nicht illustrierten Ausführungsformen weist die Reparaturvorrichtung 1 mehrere Endeffektoren 9, 24 auf, um unterschiedliche Verfahrensschritte vollautomatisiert und ohne Austausch der Endeffektoren 9, 24 auszuführen. Die Endeffektoren 9, 24 können hierbei auf unterschiedlichen, einzeln über die Steuerungseinrichtung 32 ansprechbaren Trägerarmen angeordnet sein, wobei die Trägerarme in ihrer Ausführungsform bevorzugt dem beschriebenen Trägerarm 15 entsprechen.
  • Die Reparaturvorrichtung 1 führt das Verfahren zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts 2 durch. Das Verfahren wird zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines von einer Windkraftanlage, insbesondere von Offshore-Windkraftanlage, gebildeten Objekts 2 eingesetzt. Bei Offshore-Windkraftanlagen kommt es aufgrund der meerwasserhaltigen Witterung häufig zu Korrosionsschäden, sodass das Verfahren insbesondere zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche einer Offshore-Windkraftanlage optimal einsetzbar ist. Das Verfahren wird zweckmäßigerweise als in-situ Verfahren - an Ort und Stelle, nämlich der Windkraftanlage - durchgeführt.
  • Das mittels der Reparaturvorrichtung 1 durchgeführte Verfahren weist die Verfahrensschritte a) Laserlose Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche, b) Laserreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche und c) Beschichtung der durch die Laserreinigung aufbereiteten Oberfläche mit einer Schutzschicht auf. Die Schutzschicht kann hierbei als Beschichtung und/oder Versiegelung ausgebildet sein.
  • Die Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche umfasst zweckmäßigerweise die Vorreinigungsschritte einer Grobreinigung, einer Entsalzung und einer Trocknung der Oberfläche. Die einzelnen Vorreinigungsschritte der Vorreinigung erfolgen bevorzugt entsprechend der vorgenannten Reihenfolge, nämlich Grobreinigung, Entsalzung und Trocknung. Das Weglassen einzelner Vorreinigungsschritte ist möglich, aber nicht wirklich empfehlenswert.
  • Die Reparaturvorrichtung 1 weist einen für die Grobreinigung einsetzbaren als Vorreinigungseinrichtung 33 ausgebildeten, weiteren Endeffektor 24 auf. Dieser weist eine Grobreinigungseinheit 34, eine Entsalzungseinheit 35, eine Konzentrationsmesseinheit 36 und eine Trocknungseinheit 37 auf und ist schematisch in 6 dargestellt. Hierzu weist die Vorreinigungseinrichtung 33 drei Düsensysteme 38a-c und die Konzentrationsmesseinheit 36 auf. Zur besseren Unterscheidbarkeit der Düsensysteme sind diese mit a bis c gekennzeichnet. Die Düsensysteme 38a-c sind bevorzugt einzeln ausrichtbar, und mit jeweils einer Systemquelle über ein dem jeweiligen Düsensystem 38a-c zugeordneten Leitungsnetz verbunden. Durch die Anbindung an die Steuerungseinrichtung 32 ist die Vorreinigungseinrichtung 33 zweckmäßigerweise voll automatisiert oder automatisierbar.
  • Bevorzugt erfolgt die Grobreinigung mit einem Reinigungsmittel, insbesondere einem chemischen Reinigungsmittel, bspw. einem wasserlöslichen Tensid, das auf die grob zu reinigende Oberfläche mittels Düsensystem 38a der Vorreinigungseinrichtung 33 aufgesprüht wird. Durch die Grobreinigung werden bspw. ölhaltige Verunreinigungen, aus Verschleißteilen resultierende Verunreinigungen, grobe Salzverunreinigungen und sonstige Verunreinigungen durch Schmutz oder dergleichen von der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche gereinigt.
  • Entsprechend einer nicht illustrierten Ausführungsform erfolgt die Grobreinigung durch eine mechanischen Reinigung, bspw. mittels einer an dem Endeffektor 9, 24 angeordneten Bürsteneinheit, die bevorzugt eine oder mehrere Bürstenköpfe aufweist. Die Bürsteneinheit weist zweckmäßigerweise eine Metallbürste auf, die gegen die zu reinigende Oberfläche gedrückt wird und so Schmutzpartikel abstreift und Lack- und Korrosionspartikel entfernt. Um deren Ablösung zu erleichtern, wird Druckluft eingesetzt. So werden wie auch bei der chemischen Reinigung bspw. ölhaltige Verunreinigungen, aus Verschleißteilen resultierende Verunreinigungen, grobe Salzverunreinigungen und sonstige Verunreinigungen durch Schmutz oder dergleichen von der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche gereinigt.
  • Die Entsalzung erfolgt im Anschluss vorzugsweise mit deionisiertem Wasser, das auf die grob gereinigte Oberfläche mittels entsprechendem Düsensystem 38b der Vorreinigungseinrichtung 33 aufgesprüht wird. Mit deionisiertem Wasser wird im Weiteren auch demineralisiertes oder destilliertes Wasser bezeichnet. Prinzipiell ist jede Flüssigkeit geeignet, die zur Entsalzung der Oberfläche Salzionen aufnehmen kann. Wasser ist besonders geeignet, da es die vorzureinigende Oberfläche nicht angreift.
  • Nach der Entsalzung wird vorzugsweise eine Konzentrationsmessung der lösbaren Salze auf der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche durchgeführt. Die Konzentrationsmessung der lösbaren Salze wird mittels eines Verfahrens nach Bresle durchgeführt. Beim Schutz von der Witterung ausgesetzten Oberflächen muss vor dem Beschichten die Oberfläche auf Salzverunreinigungen geprüft werden. Die Salzverunreinigungen können die Haftung und die Qualität der Beschichtung stark beeinträchtigen. Das auf der Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser in Abhängigkeit von der Konzentration an Salzionen beruhende Verfahren nach Bresle ist gemäß der ISO-Normen 8502-6 und 8502-9 Standard für diese Prüfung.
  • Die Trocknung der Oberfläche erfolgt in bevorzugter Weise mit ungeölter Druckluft, die auch über das entsprechende Düsensystem 38c der Vorreinigungseinrichtung 33 appliziert wird. Hierdurch werden die Rückstände der Grobreinigung und/oder der Entsalzung von der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche beseitigt und die Oberfläche nicht verunreinigt.
  • Die vorab beschriebene Vorreinigungseinrichtung 33 kann auch als vier einzelne Endeffektoren 24 ausgebildet sein.
  • Nach der Vorreinigung wird - sofern notwendig - die den Korrosionsschaden aufweisende Oberfläche zumindest teilweise einer materialabtragenden Oberflächennachbehandlung unterzogen. Bspw. werden von der Oberfläche ausgebildete Kanten abgetragen. Auch diese vorbereitende Maßnahme dient der verbesserten Haftung der aufgetragenen Schutzschicht auf der Oberfläche und führt somit zu einer qualitativ hochwertigeren und langlebigeren Beschichtung. Hierzu kann ein weiterer Endeffektor 24 eingesetzt und auf der Ausrichtungseinrichtung 10 angeordnet werden.
  • Im Anschluss daran wird die Laserreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche durchgeführt. Hierzu werden Laser mit speziell konfigurierten Klasse 4 Festkörperlasern eingesetzt. Durch einen kurze Laserimpulse aussendenden Laserstrahl, die gebündelt auf die zu reinigende Oberfläche auftreffen, wird das korrodierte Material von der Oberfläche durch Verdampfen oder Verbrennen entfernt. Die Laserreinigung ermöglicht so eine selektive, schonende, porentiefe und beschädigungsfreie Reinigung der den Korrosionsschadens aufweisenden Oberfläche. Gleichzeitig erfolgt ein Absaugen des entfernten korrodierten Materials mittels einer unterhalb des Laserkopfs 29 angeordneten Absaugeinrichtung 31, damit die mit der Lasereinrichtung 25 zu reinigende Oberfläche nach der Laserreinigung im Wesentlichen keine Rückstände des korrodierten Materials mehr aufweist.
  • Bevorzugt erfolgt nach der Laserreinigung - falls erforderlich - eine Prüfung der Oberflächenrauigkeit der mit dem Laserstrahl bearbeiteten Oberfläche. Zur Prüfung der Oberflächenrauigkeit wird ein Abdruck zumindest eines Teils der lasergereinigten Oberfläche aus einem oder mehreren technischen Silikonen hergestellt und die Oberflächenrauigkeit des Abdrucks analysiert. Nach der Herstellung des Abdrucks wird nur der für den Abdruck verwendete Teil der lasergereinigten Oberfläche erneut gereinigt. Vorzugsweise erfolgt eine erneute Reinigung. Diese erfolgt mit einem Alkohol, zweckmäßigerweise mit Propan-2-ol. Die Prüfung der Oberflächenrauigkeit erlaubt die - im Regelfall nachgelagerte - Begutachtung der für die Beschichtung aufbereiteten Oberfläche in einem Analyselabor und somit eine Einschätzung der Qualität und Lebensdauer der aufgetragenen Schutzschicht. Bevorzugterweise sollte die Oberflächenrauigkeit der lasergereinigten Oberfläche kleiner gleich 1 µm sein. Auch hierzu kann ein weiterer als Abdrucknahmeeinrichtung ausgebildeter Endeffektor 24 eingesetzt und auf der Ausrichtungseinrichtung 10 angeordnet werden.
  • Danach wird die Schutzschicht auf die durch die Laserreinigung aufbereiteten Oberfläche ein- oder mehrschichtig aufgetragen. Das Auftragen erfolgt in der illustrierten Ausführungsform mittels eines weiteren als Beschichtungseinrichtung 39 ausgebildeten Endeffektors 24. Eine solche Beschichtungseinrichtung ist in 7 schematisch dargestellt und als ein über eine Sprühdüse 40, ein Leitungssystem und eine Systemquelle zur Bevorratung des Beschichtungsmaterials verfügendes Düsensystem 41 ausgebildet. Die Sprühdüse 40 ist je nach aufzutragender Beschichtung als Einstoff- oder Mehrstoffdüse ausgebildet. Bspw. ermöglicht eine mehrschichtige Schutzschicht im Vergleich mit einer einschichtigen Schutzschicht eine weitere Verbesserung der Qualität und Lebensdauer der aufgetragenen Beschichtung. Hierbei können auch unterschiedliche Schichten mit verschiedenen Schichtdicken realisiert werden, um die Beschichtung an die Erfordernisse der Witterung anzupassen. Als Beschichtungseinrichtung kann bspw. eine Sprüh- oder Pinsellackierung, eine Kartuschenpresse oder eine manuelle Anbringung des Korrosionsschutzes eingesetzt werden.
  • Geeignete Beschichtungen sind u.a. SIKA SikaCor SW-1000 Repa-Cor, STEELPAINT oder HEMPEL Hempadur EM 35740.
  • Durch die Beschichtungseinrichtung besteht darüber hinaus die Möglichkeit eine Oberflächenversiegelung aufzutragen. Hier kommen bspw. Versiegelungen wie STOPAQ EasyQote VE Paste oder EasyQote VE Basecote zu Einsatz.
  • Eine Schichtdickenmesseinrichtung 42 ist geeignet die Schichtdicke der auf die aufbereitete Oberfläche aufgetragenen Schutzsicht in einem zerstörungsfreien Verfahren zu ermitteln. Zerstörungsfreie Verfahren sind u.a. die Wirbelstromprüfung, die Mirkowellenprüfung, die Ultraschallprüfung. Die Schichtdickenmesseinrichtung 42 ist bevorzugt an einem Endeffektor 24 angeordnet, besonders bevorzugt zusammen mit der Beschichtungseinrichtung 39 an einem Endeffektor 24. Die Schichtdickenmessung erfolgt zweckmäßigerweise nach einer Trocknung der Schutzschicht oder parallel zur Beschichtung der Oberfläche.

Claims (33)

  1. Verfahren zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts mittels einer Reparaturvorrichtung (1) aufweisend die Verfahrensschritte: a) Laserlose Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche, b) Laserreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche und c) Beschichtung der durch die Laserreinigung aufbereiteten Oberfläche mit einer Schutzschicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche eine Grobreinigung und/oder eine Entsalzung und/oder eine Trocknung der Oberfläche umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobreinigung mit einem chemischen Reinigungsmittel oder als mechanische Reinigung mittels Bürsteneinheit erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dass die Entsalzung mit deionisiertem Wasser erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entsalzung eine Konzentrationsmessung der lösbaren Salze auf der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentrationsmessung der lösbaren Salze mittels eines Verfahrens nach Bresle durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung der Oberfläche mit ungeölter Druckluft erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Vorreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche diese Oberfläche zumindest teilweise einer materialabtragenden Oberflächennachbehandlung unterzogen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Oberfläche ausgebildete Kanten abgetragen werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserreinigung der den Korrosionsschaden aufweisenden Oberfläche ein Entfernen des korrodierten Materials durch einen Laserstrahl und ein Absaugen des entfernten korrodierten Materials umfasst.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Laserreinigung eine Prüfung der Oberflächenrauigkeit der mit einem Laserstrahl bearbeiteten Oberfläche erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Prüfung der Oberflächenrauigkeit ein Abdruck zumindest eines Teils der lasergereinigten Oberfläche hergestellt wird und die Oberflächenrauigkeit des Abdrucks analysiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur der für den Abdruck verwendete Teil der lasergereinigten Oberfläche nach der Herstellung des Abdrucks erneut gereinigt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erneute Reinigung mit einem Alkohol erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht auf die durch die Laserreinigung aufbereitete Oberfläche ein- oder mehrschichtig aufgetragen wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als in-situ Verfahren durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines von einer Windkraftanlage, insbesondere von Offshore-Windkraftanlage, gebildeten Objekts (2) eingesetzt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens an der Windkraftanlage lösbar befestigt wird, insbesondere an einem Bremssattel (4) einer Rotorbremsvorrichtung (6) der Windkraftanlage, insbesondere mittels permanentmagnetischen Magnetkräften.
  19. Reparaturvorrichtung (1) zur Reparatur eines Korrosionsschadens einer der Witterung ausgesetzten Oberfläche eines Objekts (2), mit einer über eine zur Aufnahme eines Endeffektors (9, 24) geeigneten Ausrichtungseinrichtung (10) verfügenden Trägereinrichtung (7), wobei die Ausrichtungseinrichtung (10) geeignet ist, um den an der Ausrichtungseinrichtung (10) angeordneten Endeffektor (9, 24) verschieben und/oder verschwenken zu können, wobei die Trägereinrichtung (7) eine Haltevorrichtung (8) aufweist, durch die die Trägereinrichtung (7) an dem Objekt (2) derart befestigbar ist, dass die den Endeffektor (9, 24) aufnehmende Ausrichtungseinrichtung (10) im Bereich des Korrosionsschadens positioniert ist.
  20. Reparaturvorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (9) an der Ausrichtungseinrichtung (10) lösbar angeordnet ist, um einen Austausch mit einem weiteren Endeffektor (24) zu ermöglichen.
  21. Reparaturvorrichtung (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (8) eine Befestigungseinrichtung (11) zur lösbaren Befestigung der Trägereinrichtung (7) am Objekt (2) aufweist.
  22. Reparaturvorrichtung (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (11) als eine permanentmagnetische Magneteinrichtung (13) zur magnetischen Befestigung der Trägereinrichtung (7) am Objekt (2) ausgebildet ist.
  23. Reparaturvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (8) einen Grundkörper (14) aufweist, an dem die Befestigungseinrichtung (11) und ein die Ausrichtungseinrichtung (10) tragender Trägerarm (15) angeordnet sind.
  24. Reparaturvorrichtung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerarm (15) an dem Grundkörper (14) der Haltevorrichtung (8) verschwenkbar und in unterschiedlichen Schwenkpositionen (16) fixierbar angeordnet ist.
  25. Reparaturvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungseinrichtung (10) einen beweglich an dem Trägerarm (15) angeordneten Endeffektorträger (18) und Positioniermittel (19) aufweist, durch die der Endeffektorträger (18) relativ zum Trägerarm (15) beweglich und ausrichtbar ist.
  26. Reparaturvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (9, 24) als Lasereinrichtung (25) und/oder als Vorreinigungseinrichtung (33) und/oder als Beschichtungseinrichtung (39) und/oder als Trocknungseinrichtung und/oder als Abdrucknahmeeinrichtung und/oder als Schichtdickenmesseinrichtung (42) ausgebildet ist.
  27. Reparaturvorrichtung (1) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (25) einen Laserkopf (29) und eine Laserquelle aufweist, wobei die Laserquelle mittels einer Lichtübertragungseinrichtung (30) mit dem Laserkopf (29) verbunden ist.
  28. Reparaturvorrichtung (1) nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (25) eine Absaugeinrichtung (31) zur Absaugung von beim Entfernen der Korrosion auftretenden korrodierten Material aufweist.
  29. Reparaturvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorreinigungseinrichtung (33) eine Grobreinigungseinheit (34) und/oder eine Entsalzungseinheit (35) und/oder eine Trocknungseinheit (37) und/oder eine Konzentrationsmesseinheit (36) aufweist.
  30. Reparaturvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturvorrichtung (1) eine Steuerungseinrichtung (32) zur Steuerung und/oder Regelung der Reparaturvorrichtung (1) aufweist.
  31. Reparatursystem (3) mit einer Reparaturvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 30 und einer Windkraftanlage, wobei die Reparaturvorrichtung (1) an der Windkraftanlage lösbar befestigt ist.
  32. Reparatursystem (3) nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturvorrichtung (1) an einem Bremssattel (4) einer Rotorbremsvorrichtung (6) der Windkraftanlage befestigt ist, insbesondere mittels permanentmagnetischen Magnetkräften.
  33. Reparatursystem (3) nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 geeignet ist.
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