專利名稱：用于在運輸工具制造中公差配合地添加粘接劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1前序部分所述的用于在運輸工具制造、特別是大型飛機的飛機機身制造中公差配合地添加粘接劑的方法以及一種根據權利要求9前序部分所述的相應的設備。
背景技術：
現代的輕質結構讓運輸工具制造在近些年來發生了極大的變化，無論是船舶、飛機、汽車還是有軌車輛。合適材料的應用使得在重量、安全性以及舒適性方面得以改善，同時還可以節省費用。除了采用合適的材料之外還通過智能添加現代化的粘接劑技術實現這種進步，粘接劑技術可以與通常的接合技術比如鉚接、螺栓連接或點焊相結合。同時粘接劑技術也被引進到飛機制造中。這樣基本上手動地接合以外殼構造方式的大型飛機的機身結構。在相應較大的設備中將飛機的機身以半機械化以及部分地以手動的安裝步驟裝配縱梁、艙壁、乘客走道和貨物走道、門框、貨物門框以及窗戶框，之后將外皮封閉。結構上重要的連接通過鉚接或通過鉚接和粘接的組合(這也被稱作鉚接-粘接) 來接合。此外壁板和機身段相互之間以及插入的部件通過鉚接連接，其中，在接合之前采用液態的填隙材料，其填充在鉚接時在接合件之間留有的、極小的不均勻間隙。填隙材料通常為雙組份的環氧樹脂，其能夠填充大約2-3mm的間隙以及具有室溫下他的硬化時間。較大的間隙借助于由纖維復合材料構成的固態填隙物耗時地手動補償。也可以采用液態和固態填隙材料的組合。總的來說填隙材料的處理基本上手動地完成并且耗時較長，特別是由于為了確定間隙尺寸將接合對臨時接合且之后必須將接合對再次相互分離。以外殼構造方式的大型飛機的設計例子可以從DE1020070614^A1中找到，其中公知了一種飛機的機身結構。這里機身結構具有外皮、與外皮連接的結構構件比如縱梁和艙壁以及內飾。結構構件與外皮粘接、鉚接和/或焊接并且內飾與外皮和其結構構件形成承載的連接。此外內飾同樣可以借助于粘接與結構構件和/或外皮連接。迄今在航空領域中采用的粘接系統和粘接技術在沒有固態填隙物的情況下無法快速地自動化地通過粘接技術接合機身以及裝配的部件并且無法平衡超過2mm的公差。
發明內容
因此本發明的目的在于，提出一種用于在運輸工具制造、特別是在飛機制造中的大型結構的安裝中添加粘接劑的方法和一種相應的設備，由此可以盡可能避免手工制造， 從而實現更大的生產力。該目的通過具有權利要求1的特征的方法以及通過具有權利要求9的特征的設備實現。本發明的優選的實施方式是從屬權利要求的主題。根據本發明的用于在運輸工具制造中在接合具有公差的接合對時添加粘接劑的方法具有以下步驟
-自動化地測定接合對的幾何尺寸數據，-從測定的幾何尺寸數據中測定接合對的接合間隙尺寸，-將接合對接合在其接合位置中，以及-在接合接合對期間或之后將粘接劑添加到接合間隙中。在飛機制造中接合對如機身件或機身段以及需裝配的部件是具有公差的。通過現代化的校準方法可以測定接合對的幾何尺寸并且從測定的數字數據中以足夠的準確性測定用于通過粘接技術的接合的間隙尺寸。在接合接合對期間或之后將粘接劑添加到接合間隙中實現了自動化地接合接合對。由于省略了為了測定間隙尺寸臨時地接合接合對，實現了較高的生產速度。優選借助于接合間隙尺寸確定需添加的粘接劑量。由此確保粘接滿足所需的穩定性條件并且實現了經濟的粘接劑消耗。優選在到達最終的接合位置時將粘接劑添加到接合間隙中。粘接劑分布以及填充一段接縫或全部接縫。為此所需的粘接劑的流動可以通過其成形、重力、離心力、磁場和/ 或電場、接縫中的低壓、接合對和/或粘接劑的溫度控制或上述參數的組合實現。由此能夠將所需的粘接劑添加到完成的接合間隙中并且可以通過其它措施比如開始直接硬化粘接劑。但也可以當接合對離最終接合位置的距離小于預設的尺寸時實施或開始將粘接劑添加到接合間隙中。由此可以將接合對朝臨時接合位置移動，添加粘接劑且之后將接合對帶入最終的接合位置中。如果在最終位置難以到達接合間隙，從而必須在臨時位置添加粘接劑時，該變型方式是有利的。也可以在臨時間隙位置中開始添加粘接劑并且在添加粘接劑期間將接合對帶入最終接合位置中。該變型方式可以節省時間并且提高了該方法的經濟性。這里為此所需的粘接劑的流動也可以通過其成形、重力、離心力、磁場和/或電場、接縫中的低壓、接合對和/或粘接劑的溫度控制或上述參數的組合實現。優選將粘接劑從側部添加到粘接間隙中和/或通過接合對中的一個或兩個中的添加開孔添加到接合間隙中。還優選的是，接合間隙可以具有側部的或表面邊緣區域的限定元件，用以防止添加到接合間隙中的粘接劑流出。由此避免了粘接劑不受控地從粘接間隙中流出。限定元件可以在硬化后保留在粘接處或者在粘接達到足夠機械穩定性之后撤掉。如果保留該元件， 則該元件也可以由第二種粘接劑構成。第二種粘接劑可以在將接合對帶入最終的接合位置之前、期間或之后的某個時間點添加到一個或兩個接合件表面上。第二粘接劑可以單獨地或與添加到接合間隙中的粘接劑一起硬化。如果撤掉限定元件，則這些限定元件可以具有不可粘接的表面，其比如可以通過采用的材料或層壓薄膜實現。優選在將接合對相互接合之前使接合間隙或接縫的接合面經受自動化的預處理以優化粘接技術上的質量并且確定其粘接技術上的質量。由此實現最佳的粘接結果。特別是在飛機制造中接合對由機身段和結構上重要的部件比如用于建立機身結構的艙壁、縱梁等等形成。根據本發明的用于實施上述方法的設備包括
-具有用于容納第一接合對的構件容納部分的構件支架，-用于容納至少一個集成工具的中心支架，-用于容納和用于置入需置入到第一接合對中的其它接合對的集成工具，-用于測定接合對的幾何尺寸數據以及用于計算接合間隙的測量系統，-至少一個用于添加粘接劑的添加工具，以及
-用于控制該設備的控制系統。該設備優選還具有用于表面處理和/或用于表面監測和/或用于粘接劑硬化的其它工具。此外，一些工具可以用于處理需裝配的部件，而其它工具設計用于容納在中心支架上，以便能夠加工和/或測量設置在構件支架上的第一接合對。這些工具可以設計成機器人，它們根據需要具有相應的空間自由度。
下面借助于附圖描述本發明的優選的實施方式。其中圖1示出了具有通過中心支架引導的、用于裝配艙壁的工具的根據本發明的設備的第一透視圖，圖2示出了具有另一個工具的該設備的第二透視圖，以及圖3為根據圖1的設備的細節圖。
具體實施例方式圖1展示了基于中心支架原理用于結構組合機身段的根據本發明的設備的示意圖，其中，該設備包括用于盡可能并行地將艙壁、乘客過道和貨物過道、門框和貨物門框以及窗戶框裝配到裝配好的機身段中的技術和系統。機身段1支承在可移動的構件支架2上， 其中，構件支架2具有自動化的構件容納部分以及用于形狀校正和位置矯正的系統(未示出)。在機身段1內在機身段1裝配好的狀態下延伸有中心支架3，其在兩側由牢固的且可沉降的支座4、5支撐。在由牢固的且可沉降的支座4、5支撐的中心支架3 (其比如可以具有大約22m的長度)上，可以根據裝配過程的不同引導不同的集成工具6。為了將圖1所示的桶形機身段 1置入該設備中可以將中間支架3伸縮式地收回。機身段1在可移動的構件支架2上被置入該設備中。構件支架2具有用于對機身段1以及夾緊設備進行位置矯正的功能特性，利用夾緊設備可以進行機身段1的形狀固定以及必要時形狀矯正。在置入機身段1之后可以將中心支架3再次朝后支座5伸出。之后套上各所需的以及已經在設備外部預裝備的集成工具6，其比如可以裝備有需裝配的艙壁7。為了實現安裝步驟的高度并行(Parallelisierimg)，應在每個程序步驟中以及利用每個工具同時地裝配盡可能多的上述部件。通過將中心支架3作為導向裝置，將裝備有需置入的部件的集成工具6駛入機身段1中并且視覺上在空間中作為參考，從而稍后將艙壁皮帶表面8作為參考零點。之后將需裝配的部件、這里艙壁7通過集成工具6的翻折過程、壓實過程或徑向的延展過程同時帶入其準確的接合位置中。可能的組合比如是同時置入艙壁7和地板(未示出)。
該設備還具有模塊化的工具9、10、11，所謂的末端效應，它們可移動地設置在軌道系統12上并且用于表面處理、表面監測、粘接劑添加和硬化粘接劑，并且為了這些任務可以裝備有相應的工具，其中，相應的裝備自動化地完成。圖2展示了圖1的設備，其中，在中心支架3上設置模塊化的工具13，其用于自動處理機身段1中的接合面以實現最佳的粘接結果。此外該模塊化的工具13還用于評價預處理的接合面的粘接技術上的質量。為了預處理接合面以及對其進行評價將模塊化的工具 13駛入機身段1中。如前所述，基于應用粘接技術的接合技術上的方法，無需采用額外的鉚接來固定。 如果需要在選出的位置上進行鉚接，則稍后將其置入另一個設備中。因此在安裝中粘接的功能可以是快速固定置入的部件以及相對于機身的內表面進行公差補償，因為機身的內表面根據制造技術的不同會具有不同程度的公差。除了完成補償和密封功能之外，較好的可加工性、快速的硬化以及較高的抗壓性是對于航空應用的CFK結構粘接劑的主要要求，用于避免通過流動過程在硬化的接縫中產生松動，其中，可加工性主要通過較長的打開時間以及根據安裝情況的流變性來限定。因此首先通過工具13在部件比如艙壁上自動化地預處理機身中的接合面，且隨后以自動化的監測方法檢測其粘接技術上的質量。由此在相比于手動實施明顯改善的可重復制造性的情況下實現了所需的預處理時間的大大減少。圖3展示了借助于模塊化的工具9和10對艙壁7進行預備的表面處理的過程。艙壁7設置在示意性示出的容納部分14上。在預備的表面處理之后將帶有裝備好的艙壁的集成工具6置入機身段1中并且將艙壁7借助于集成工具6的容納部分14自動化地帶入接合位置中。接下來將粘接劑通過設置在機身結構中的添加開孔15置入各接合間隙中。附圖標記
1機身段
2構件支架
3中心支架
4前支座
5后支座
6集成工具
7艙壁
8艙壁皮帶表面
9模塊化的工具
10模塊化工具
11模塊化工具
12軌道系統
13模塊化工具
14容納部分
15添加開孔
權利要求
1.一種用于在運輸工具制造中在接合具有公差的接合對(1、7)時添加粘接劑的方法， 其特征在于，包括以下步驟自動化地測定接合對(1、7)的幾何尺寸數據，從測定的幾何尺寸數據中測定接合對(1、7)的接合間隙尺寸，將接合對(1、7)接合到其接合位置中，以及在接合接合對(1、7)期間或之后將粘接劑添加到接合間隙中。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，借助于接合間隙尺寸確定需添加的粘接劑的量。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，當達到最終的接合位置時，將粘接劑添加到接合間隙中。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，當接合對(1、7)與最終的接合位置的距離小于預設的尺寸時，實施或開始將粘接劑添加到接合間隙中。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將粘接劑側部地添加到粘接間隙中和/或通過接合對(1、7)中的添加開孔(15)添加到接合間隙中。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，接合間隙具有側部的或表面邊緣區域的限定元件，用以防止添加到接合間隙中的粘接劑流出。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在將接合對(1、7)相互接合之前使接合間隙的接合面經受自動化的預處理以優化粘接技術上的質量并且確定其粘接技術上的質量。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，接合對(1、7)通過機身段(1) 和用于建立機身結構的結構上的部件(7)形成。
9.一種用于實施按照前述權利要求中任一項所述的方法的設備，包括 具有用于容納第一接合對(1)的構件容納部分的構件支架0)，用于容納集成工具(6)的中心支架(3)，用于容納和用于置入需置入到第一接合對(1)中的其它接合對(7)的集成工具(6)， 用于測定接合對(1、7)的幾何尺寸數據以及用于計算接合間隙的測量系統， 至少一個用于添加粘接劑的模塊化工具(9、10)，以及用于控制該設備的控制系統。
10.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，所述設備還具有用于表面處理和/或表面監測和/或粘接劑硬化的其它模塊化工具(13)。
全文摘要
本發明涉及一種用于在運輸工具制造中在接合具有公差的接合對時添加粘接劑的方法，包括以下步驟自動化地測定接合對的幾何尺寸數據，從測定的幾何尺寸數據中測定接合對的接合間隙尺寸，將接合對接合到其接合位置中，以及將粘接劑添加到接合間隙中。
文檔編號B62D27/02GK102356015SQ201080012218
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月18日 優先權日2009年3月19日
發明者迪爾克·尼爾曼, 霍爾格·弗勞恩 申請人:弗勞恩霍夫應用研究促進協會, 空中客車運營有限公司