用于在运输工具制造中公差配合地添加粘接剂的方法

摘要

本发明涉及一种用于在运输工具制造中在接合具有公差的接合对时添加粘接剂的方法，包括以下步骤：自动化地测定接合对的几何尺寸数据，从测定的几何尺寸数据中测定接合对的接合间隙尺寸，将接合对接合到其接合位置中，以及将粘接剂添加到接合间隙中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于在运输工具制 造、特别是大型飞机的飞机机身制造中公差配合地添加粘接剂的方法以及 一种根据权利要求9前序部分所述的相应的设备。

背景技术

现代的轻质结构让运输工具制造在近些年来发生了极大的变化，无论 是船舶、飞机、汽车还是有轨车辆。合适材料的应用使得在重量、安全性 以及舒适性方面得以改善，同时还可以节省费用。除了采用合适的材料之 外还通过智能添加现代化的粘接剂技术实现这种进步，粘接剂技术可以与 通常的接合技术比如铆接、螺栓连接或点焊相结合。

同时粘接剂技术也被引进到飞机制造中。这样基本上手动地接合以外 壳构造方式的大型飞机的机身结构。在相应较大的设备中将飞机的机身以 半机械化以及部分地以手动的安装步骤装配纵梁、舱壁、乘客走道和货物 走道、门框、货物门框以及窗户框，之后将外皮封闭。

结构上重要的连接通过铆接或通过铆接和粘接的组合(这也被称作铆 接-粘接)来接合。此外壁板和机身段相互之间以及插入的部件通过铆接连 接，其中，在接合之前采用液态的填隙材料，其填充在铆接时在接合件之 间留有的、极小的不均匀间隙。填隙材料通常为双组份的环氧树脂，其能 够填充大约2-3mm的间隙以及具有室温下8h的硬化时间。

较大的间隙借助于由纤维复合材料构成的固态填隙物耗时地手动补 偿。也可以采用液态和固态填隙材料的组合。总的来说填隙材料的处理基 本上手动地完成并且耗时较长，特别是由于为了确定间隙尺寸将接合对临 时接合且之后必须将接合对再次相互分离。

以外壳构造方式的大型飞机的设计例子可以从DE102007061429A1中 找到，其中公知了一种飞机的机身结构。这里机身结构具有外皮、与外皮 连接的结构构件比如纵梁和舱壁以及内饰。结构构件与外皮粘接、铆接和 /或焊接并且内饰与外皮和其结构构件形成承载的连接。此外内饰同样可以 借助于粘接与结构构件和/或外皮连接。

迄今在航空领域中采用的粘接系统和粘接技术在没有固态填隙物的 情况下无法快速地自动化地通过粘接技术接合机身以及装配的部件并且 无法平衡超过2mm的公差。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种用于在运输工具制造、特别是在飞机制造 中的大型结构的安装中添加粘接剂的方法和一种相应的设备，由此可以尽可能避 免手工制造，从而实现更大的生产力。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求9的特征的 设备实现。本发明的优选的实施方式是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于在运输工具制造中在接合具有公差的接合对时添加粘接 剂的方法具有以下步骤：

-自动化地测定接合对的几何尺寸数据，

-从测定的几何尺寸数据中测定接合对的接合间隙尺寸，

-将接合对接合在其接合位置中，以及

-在接合接合对期间或之后将粘接剂添加到接合间隙中。

在飞机制造中接合对如机身件或机身段以及需装配的部件是具有公差的。通 过现代化的校准方法可以测定接合对的几何尺寸并且从测定的数字数据中以足 够的准确性测定用于通过粘接技术的接合的间隙尺寸。在接合接合对期间或之后 将粘接剂添加到接合间隙中实现了自动化地接合接合对。由于省略了为了测定间 隙尺寸临时地接合接合对，实现了较高的生产速度。

优选借助于接合间隙尺寸确定需添加的粘接剂量。由此确保粘接满足所需的 稳定性条件并且实现了经济的粘接剂消耗。

优选在到达最终的接合位置时将粘接剂添加到接合间隙中。粘接剂分布以及 填充一段接缝或全部接缝。为此所需的粘接剂的流动可以通过其成形、重力、离 心力、磁场和/或电场、接缝中的低压、接合对和/或粘接剂的温度控制或上述参 数的组合实现。由此能够将所需的粘接剂添加到完成的接合间隙中并且可以通过 其它措施比如开始直接硬化粘接剂。

但也可以当接合对离最终接合位置的距离小于预设的尺寸时实施或开始将 粘接剂添加到接合间隙中。由此可以将接合对朝临时接合位置移动，添加粘接剂 且之后将接合对带入最终的接合位置中。如果在最终位置难以到达接合间隙，从 而必须在临时位置添加粘接剂时，该变型方式是有利的。也可以在临时间隙位置 中开始添加粘接剂并且在添加粘接剂期间将接合对带入最终接合位置中。该变型 方式可以节省时间并且提高了该方法的经济性。

这里为此所需的粘接剂的流动也可以通过其成形、重力、离心力、磁场和/ 或电场、接缝中的低压、接合对和/或粘接剂的温度控制或上述参数的组合实现。

优选将粘接剂从侧部添加到粘接间隙中和/或通过接合对中的一个或两个中 的添加开孔添加到接合间隙中。

还优选的是，接合间隙可以具有侧部的或表面边缘区域的限定元件，用以防 止添加到接合间隙中的粘接剂流出。由此避免了粘接剂不受控地从粘接间隙中流 出。限定元件可以在硬化后保留在粘接处或者在粘接达到足够机械稳定性之后撤 掉。如果保留该元件，则该元件也可以由第二种粘接剂构成。第二种粘接剂可以 在将接合对带入最终的接合位置之前、期间或之后的某个时间点添加到一个或两 个接合件表面上。

第二粘接剂可以单独地或与添加到接合间隙中的粘接剂一起硬化。如果撤掉 限定元件，则这些限定元件可以具有不可粘接的表面，其比如可以通过采用的材 料或层压薄膜实现。

优选在将接合对相互接合之前使接合间隙或接缝的接合面经受自动化的预 处理以优化粘接技术上的质量并且确定其粘接技术上的质量。由此实现最佳的粘 接结果。

特别是在飞机制造中接合对由机身段和结构上重要的部件比如用于建立机 身结构的舱壁、纵梁等等形成。

根据本发明的用于实施上述方法的设备包括：

-具有用于容纳第一接合对的构件容纳部分的构件支架，

-用于容纳至少一个集成工具的中心支架，

-用于容纳和用于置入需置入到第一接合对中的其它接合对的集成工具，

-用于测定接合对的几何尺寸数据以及用于计算接合间隙的测量系统，

-至少一个用于添加粘接剂的添加工具，以及

-用于控制该设备的控制系统。

该设备优选还具有用于表面处理和/或用于表面监测和/或用于粘接剂硬化 的其它工具。此外，一些工具可以用于处理需装配的部件，而其它工具设计用于 容纳在中心支架上，以便能够加工和/或测量设置在构件支架上的第一接合对。 这些工具可以设计成机器人，它们根据需要具有相应的空间自由度。

附图说明

下面借助于附图描述本发明的优选的实施方式。其中：

图1示出了具有通过中心支架引导的、用于装配舱壁的工具的根据本发明的 设备的第一透视图，

图2示出了具有另一个工具的该设备的第二透视图，以及

图3为根据图1的设备的细节图。

具体实施方式

图1展示了基于中心支架原理用于结构组合机身段的根据本发明的设备的示 意图，其中，该设备包括用于尽可能并行地将舱壁、乘客过道和货物过道、门框 和货物门框以及窗户框装配到装配好的机身段中的技术和系统。机身段1支承在 可移动的构件支架2上，其中，构件支架2具有自动化的构件容纳部分以及用于 形状校正和位置矫正的系统(未示出)。在机身段1内在机身段1装配好的状态 下延伸有中心支架3，其在两侧由牢固的且可沉降的支座4、5支撑。

在由牢固的且可沉降的支座4、5支撑的中心支架3(其比如可以具有大约 22m的长度)上，可以根据装配过程的不同引导不同的集成工具6。为了将图1 所示的桶形机身段1置入该设备中可以将中间支架3伸缩式地收回。机身段1在 可移动的构件支架2上被置入该设备中。构件支架2具有用于对机身段1以及夹 紧设备进行位置矫正的功能特性，利用夹紧设备可以进行机身段1的形状固定以 及必要时形状矫正。在置入机身段1之后可以将中心支架3再次朝后支座5伸出。 之后套上各所需的以及已经在设备外部预装备的集成工具6，其比如可以装备有 需装配的舱壁7。

为了实现安装步骤的高度并行(Parallelisierung)，应在每个程序步骤中以及 利用每个工具同时地装配尽可能多的上述部件。

通过将中心支架3作为导向装置，将装备有需置入的部件的集成工具6驶入 机身段1中并且视觉上在空间中作为参考，从而稍后将舱壁皮带表面8作为参考 零点。

之后将需装配的部件、这里舱壁7通过集成工具6的翻折过程、压实过程或 径向的延展过程同时带入其准确的接合位置中。可能的组合比如是同时置入舱壁 7和地板(未示出)。

该设备还具有模块化的工具9、10、11，所谓的末端效应，它们可移动地设 置在轨道系统12上并且用于表面处理、表面监测、粘接剂添加和硬化粘接剂， 并且为了这些任务可以装备有相应的工具，其中，相应的装备自动化地完成。

图2展示了图1的设备，其中，在中心支架3上设置模块化的工具13，其用 于自动处理机身段1中的接合面以实现最佳的粘接结果。此外该模块化的工具13 还用于评价预处理的接合面的粘接技术上的质量。为了预处理接合面以及对其进 行评价将模块化的工具13驶入机身段1中。

如前所述，基于应用粘接技术的接合技术上的方法，无需采用额外的铆接来 固定。如果需要在选出的位置上进行铆接，则稍后将其置入另一个设备中。因此 在安装中粘接的功能可以是快速固定置入的部件以及相对于机身的内表面进行 公差补偿，因为机身的内表面根据制造技术的不同会具有不同程度的公差。

除了完成补偿和密封功能之外，较好的可加工性、快速的硬化以及较高的抗 压性是对于航空应用的CFK结构粘接剂的主要要求，用于避免通过流动过程在 硬化的接缝中产生松动，其中，可加工性主要通过较长的打开时间以及根据安装 情况的流变性来限定。

因此首先通过工具13在部件比如舱壁上自动化地预处理机身中的接合面， 且随后以自动化的监测方法检测其粘接技术上的质量。由此在相比于手动实施明 显改善的可重复制造性的情况下实现了所需的预处理时间的大大减少。

图3展示了借助于模块化的工具9和10对舱壁7进行预备的表面处理的过 程。舱壁7设置在示意性示出的容纳部分14上。在预备的表面处理之后将带有 装备好的舱壁的集成工具6置入机身段1中并且将舱壁7借助于集成工具6的容 纳部分14自动化地带入接合位置中。接下来将粘接剂通过设置在机身结构中的 添加开孔15置入各接合间隙中。

附图标记

1 机身段

2 构件支架

3 中心支架

4 前支座

5 后支座

6 集成工具

7 舱壁

8 舱壁皮带表面

9 模块化的工具

10 模块化工具

11 模块化工具

12 轨道系统

13 模块化工具

14 容纳部分

15 添加开孔

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于在运输工具制造中在接合具有公差的接合对(1、7)时添 加粘接剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

自动化地测定接合对(1、7)的几何尺寸数据，

从测定的几何尺寸数据中测定接合对(1、7)的接合间隙尺寸，

借助于接合间隙尺寸确定需添加的粘接剂的量，

将接合对(1、7)接合到其接合位置中，以及

在接合接合对(1、7)期间或之后将粘接剂添加到接合间隙中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当达到最终的接合位置 时，将粘接剂添加到接合间隙中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当接合对(1、7)与最 终的接合位置的距离小于预设的尺寸时，实施或开始将粘接剂添加到接合 间隙中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将粘接剂侧 部地添加到粘接间隙中和/或通过接合对(1、7)中的添加开孔(15)添加 到接合间隙中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接合间隙具 有侧部的或表面边缘区域的限定元件，用以防止添加到接合间隙中的粘接 剂流出。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在将接合对 (1、7)相互接合之前使接合间隙的接合面经受自动化的预处理以优化粘 接技术上的质量并且确定其粘接技术上的质量。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接合对(1、 7)通过机身段(1)和用于建立机身结构的结构上的部件(7)形成。

8.一种用于实施按照前述权利要求中任一项所述的方法的设备，包 括：

具有用于容纳第一接合对(1)的构件容纳部分的构件支架(2)，

用于容纳集成工具(6)的中心支架(3)，

用于容纳和用于置入需置入到第一接合对(1)中的其它接合对(7) 的集成工具(6)，

用于测定接合对(1、7)的几何尺寸数据以及用于计算接合间隙的测 量系统，

至少一个用于添加粘接剂的模块化工具(9、10)，以及

用于控制该设备的控制系统。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还具有用于表 面处理和/或表面监测和/或粘接剂硬化的其它模块化工具(13)。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

PCT申请进入国家阶段19条修改说明

根据PCT19条，申请人对权利要求书进行了修改，同时提交修改后的 权利要求书替换页2页。

                        中科专利商标代理有限责任公司

PCT第19条修改声明

1.新文件

新提交的权利要求1基于原始提交的权利要求1和2。

删除原始提交的权利要求2。

新提交的权利要求2-9对应于原始提交的权利要求3-10。仅更换了序 号以及适应性修改了引用基础。

2.理由

针对国际检索机构书面报告第V点

如由国际检索机构已指出的那样，基于原始提交的权利要求1和2的修改的 权利要求1相对于所引用的对比文件1和2具有新颖性和创造性。

针对国际检索机构书面报告第VIII点

从新提交的权利要求1可明显获知，接合间隙尺寸的测定影响粘接剂的添加， 这是因为借助于接合间隙尺寸确定需添加的粘接剂的量。因此新提交的权利要求 1包含对于本发明的限定很重要的所有技术特征。因此新提交的权利要求1满足 PCT第6条关于清楚性的要求。