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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugmontagewerkzeuges.
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Flugzeugmontagewerkzeuge
sind derart ausgebildet, dass sie Flugzeugkomponenten abstützen während diese
bearbeitet werden, wobei verschiedene Komponenten in der richtigen
Relativstellung während
der Flugzeugmontage angeordnet werden. Traditionell erforderte jede
der verschiedenen Montageverfahren wenigstens ein speziell angepasstes
Montagewerkzeug, das speziell für
eine gegebene Gruppe von Bauteilen erzeugt wird und so ausgebildet
ist, dass der Bauteil in spezieller Weise so abgestützt wird,
dass die Montageverfahren ohne Störung durch das Werkzeug durchgeführt werden können. Derartige
Montagewerkzeuge mussten nach exakten Standards hergestellt werden.
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Ein
konventionelles Montagewerkzeug umfasste eine starre Metallvorrichtung,
deren Rahmen aus verschweißten
Stahlkasten-Querschnitten konstruiert war. Eine Vielzahl von Aufnahmevorrichtungen
ist auf dem Rahmen angeordnet, um die Flugzeugbauteile während der
Montage zu tragen, und diese sind wiederum aus verschweißten Stahlteilen hergestellt.
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Jedes
Montagewerkzeug muss speziell für den
abzustützenden
Bauteil ausgebildet sein, und die Forderung der Flugzeugindustrie
nach Flugzeugbauteilen, die mit einem hohem Maß an Präzision abgestützt werden
sollen, bedeutet, dass jede Konstruktionsstufe der herkömmlichen
Vorrichtung mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden muss. Dies macht
die Herstellung derartiger Vorrichtungen zeitaufwändig und
kostspielig und sie können
nicht auf einfache Weise umfunktioniert werden, um andere Bauteile
abzustützen
oder sie können
nicht auf einfache Weise repariert und eingestellt werden, um Abnutzung
und Risse auszugleichen.
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Es
ist klar, dass eine derartige Anordnung beträchtliche Nachteile mit sich
bringt von denen nicht der kleinste davon in den hohen Werkzeugkosten
besteht, die aus der Forderung nach einer speziell angepassten Vorrichtung
für jedes Flugzeugmontage-Verfahren
herrühren,
zusammen mit der erforderlichen Genauigkeit die zur Erzeugung einer
jeden Vorrichtung benötigt
wird. Geringfügige
Abwandlungen in der Ausbildung von Flugzeugbauteilen bedeuten gewöhnlich,
dass eine völlig
neue Aufnahmevorrichtung oder Anordnung erzeugt werden muss, was weitere
Werkzeugkosten verursacht und die Montage verzögert. Außerdem führt eine Abnutzung und ein Einreißen einer
solchen Vorrichtung gewöhnlich
zu der Notwendigkeit nach einem Ersatz, da Reparaturen und Einstellungen
nicht in einfacher Weise durchgeführt werden können, wenn
die notwendige Präzision
und Integrität
für den
Rahmen und die Aufnahmevorrichtungen aufrecht erhalten wird.
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Trotz
dieser Nachteile, blieb die Konstruktion von Flugzeugmontagewerkzeugen über fast
fünfzig Jahre
lang unverändert.
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Die
US-5220718 beschreibt ein Montagesystem für die automatische Montage
und Herstellung von Flugzeugbauteilen bestehend aus einem festen Tisch,
der eine Festlegbasis besitzt, die beweglich auf gleitbaren Trägerarmen
montiert ist. Mehrere Klemmeinrichtungen sind auf der festen Basis
vorgesehen, und jede Klemmeinrichtung umfasst eine einstellbare
Klemmenpositions-Einheit, die eine in Längsrichtung bewegliche Stange
mit zwei Backen an einem Ende hiervon hält.
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Die
US-5026033 beschreibt ein universelles Abstütz- und Positionierungssystem
für verschiedene
Werkstücke.
Gemäß diesem
US-Patent, empfängt eine
Plattform, die eine Matrix von Gewindelöchern enthält, mehrere unterschiedliche
Ausrichtvorrichtungen, die in vorgewählten Löchern positioniert sind. Einige
der Ausrichtvorrichtungen dienen zur Abstützung des Werkzeuges in Horizontalrichtung
und andere dienen zum Aufklemmen des Werkstücks auf die abstützenden
Ausrichtvorrichtungen.
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Auf
einem der vorliegenden Erfindung ferner liegenden Gebiets beschreibt
die US-4949944 eine Vorrichtung
für ein
Modell-Flugzeug, die so ausgebildet ist, dass das Modell-Flugzeug
durch die Vorrichtung gehalten und in verschiedene Positionen und Orientierungen
während
der Reparatur bewegt werden kann. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung eine
Basis mit einem vertikalen Pfosten, an dessen Spitze über ein
Kugelgelenk ein Tragrahmen für
das Modell-Flugzeug montiert ist. Der Tragrahmen besteht aus einem
Hauptträger,
der an einem Ende einen Querträger mit
Vorderradklemmen aufweist und am anderen Ende eine L-förmige Stange
mit einer Hinterradklemme besitzt. Um das Modell-Flugzeug auf der
Vorrichtung zu Montieren, werden die Klemmen versetzt, bis sie den
richtigen Abstand zueinander haben, und dann werden die Räder des
Flugzeuges in Auflagern der Klemmen montiert und es wird eine weitere
Einstellung bewirkt, um die Klemmen in ihrer Lage zu Positionieren.
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In
einem noch weiter Entfernt liegenden technischen Gebiet, beschreibt
die US-5984287 ein Werkzeug
zur Unterstützung
der Konstruktion von Rahmen, die zum Beispiel zum Abstützen von
Planen dienen sollen. Das in der US-5984287 beschriebene Werkzeug,
umfasst einen vertikalen Pfosten, der eine Säule trägt, die relativ zu dem Pfosten
in einer vertikalen Lage oder in verschiedenen im Winkel angestellten
Positionen festgelegt werden kann. Die Säule trägt außerdem einen drehbaren und
versetzbaren Trägerarm,
der eine weitere Klemme am anderen Ende fixiert aufweist.
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Es
besteht demgemäß ein erheblicher
Bedarf nach einem Flugzeugmontagewerkzeugsystem, das in seiner Ausbildung
mehr flexibel und mehr wirtschaftlich in Herstellung und Benutzung
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Montagewerkzeuges zu schaffen, das vielseitiger ist als bekannte Anordnungen
und bei welchem die Notwendigkeit einer Präzision auf nur einige Teile
der Werkzeugproduktion begrenzt ist.
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Gemäß der Erfindung
betrifft diese ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugmontagewerkzeuges
zum Abstützen
eines Flugzeugbauteils, gekennzeichnet durch die folgende Kombination:
- a) Es werden mehrere vorbestimmte Positionen und
entsprechende Orientierungen im Raum berechnet, an denen der Flugzeugbauteil
abgestützt werden
soll;
- b) es wird ein Befestigungsrahmen konstruiert, der so ausgebildet
ist, dass er den Flugzeugbauteil an vorbestimmten Stellen des Rahmens
abstützt,
die den jeweiligen vorbestimmten Positionen im Raum entsprechen;
- c) es wird der Befestigungsrahmen konstruiert, indem langestreckte Glieder
vorbestimmter Länge ausgewählt und
diese durch lösbare
Befestigungsmittel miteinander verbunden werden;
- d) es werden mehrere Aufnahmevorrichtungen vorgesehen, von denen
jede ein Aufnahme-Element zum Abstützen des Bauteiles aufweist;
- e) jede Aufnahmevorrichtung umfasst mehrere weitere langgestreckte
Glieder vorbestimmter Länge,
und mehrere Klemmelemente zur gegenseitigen Verbindung der weiteren
langestreckten Glieder und zur Verbindung des Aufnahme-Elementes
an einem der weiteren langestreckten Glieder derart, dass selektiv
eine Bewegung in wenigstens drei Freiheitsgraden des Aufnahme-Elementes längs wenigstens
zweier senkrecht aufeinander stehender Achsen und um wenigstens
eine dieser Achsen herum möglich
wird;
- f) es wird jede Aufnahmevorrichtung an dem Befestigungsrahmen
an jeweils einer der vorbestimmten Stellen festgelegt; und
- g) es wird das Montagewerkzeug zur Aufnahme eines Flugzeugbauteils
konstruiert, indem jedes Aufnahme-Element längs der orthogonalen Achsen
und um diese herum aufgebaut wird, bis das Aufnahme-Element bezüglich der
vorbestimmten Position und der entsprechenden Orientierung im Raum
ausgerichtet ist, die den vorbestimmten Stellen zugeordnet sind.
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Der
Befestigungsrahmen kann aus extrudierten Aluminiumprofilträgern konstruiert
sein, wobei die Befestigungsmittel die Träger miteinander verbinden. Beispielsweise
kann der extrudierte Aluminiumträger mit
in Längsrichtung
versehenen Kanälen
versehen sein, die längs
ihrer Ränder
mit Lippen ausgerüstet sind,
und die Befestigungsmittel können
Gewindeverbindungselemente aufweisen, die in einem Kanal eines Profilträgers aufgenommen
sind und Gewindeaufnahmemittel aufweisen, die in einem Kanal eines anderen
Profilträgers
vorgesehen sind oder von diesem aufgenommen werden können.
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Aus
Gründen
einer konstruktiven Genauigkeit und aus Gründen der Festigkeit und Starrheit
des Befestigungsrahmens ist es zweckmäßig, dass die langestreckten
Glieder im Querschnitt rechtwinklig sind oder wenigstens eine im
wesentlichen flache, ebene Oberfläche besitzen auf der die Aufnahmeeinrichtungen
aufgeklemmt und falls erforderlich bewegt werden können, um
beispielsweise eine Anpassung an unterschiedliche Bauteile zu bewirken.
Es ist auch wichtig, dass diese ebenen Oberflächen der langestreckten Glieder
so ausgebildet sind, dass sie unverzerrt verbleiben, wenn eine Aufnahmevorrichtung darauf
montiert wird, insbesondere wenn die Vorrichtung unter Belastung
durch das Gewicht des Flugzeugbauteils steht. Dieses bevorzugte
Ausführungsbeispiel
hat den zusätzlichen
Vorteil, dass eine schnelle Bewegung und/oder Wiederausrichtung/Wiederpositionierung
der Aufnahmevorrichtungen möglich
wird. Weil sich bei diesem Ausführungsbeispiel
die Aufnahmevorrichtung längs
einer ebenen Fläche
bewegt, kann die Bewegung, die notwendig ist, um eine Anpassung
an Abnutzung und Risse zu erzielen oder um unterschiedliche Komponenten
zu adaptieren, leicht und genau im Computer als eine Bewegung in
einer einzigen Dimension modelliert werden (längs der Achse der langestreckten
Glieder aber ohne jede Drehung darum), während sechs Freiheitsgrade
der Einstellung für
das Aufnahmeelement möglich
sind. Wenn eine gewünschte
Wieder-Lokalisierung der Aufnahmevorrichtung nicht erforderlich
ist, beispielsweise in Folge der Position des langestreckten Gliedes
und/oder des begrenzten Einstellbereiches der Aufnahmeelemente,
kann die erforderliche Wiederausrichtung bewerkstelligt werden,
indem die Aufnahmevorrichtung entfernt und diese statt dessen an
einer der anderen ebenen Oberflächen
des langestreckten Gliedes festgelegt wird. Demgemäß gewährleistet
die Anordnung einer ebenen Fläche
an den langestreckten Gliedern, dass eine einfache Bewegung der
Aufnahmevorrichtungen relativ zu den langestreckten Gliedern auf
eine Bewegung längs
einer einzigen Achse begrenzt wird und keine Drehung dabei erfolgt:
dies ist ein wesentlicher und vorteilhafter Unterschied gegenüber bekannten
Konstruktionen.
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Die
Aufnahmevorrichtungen sind vorzugsweise von universeller Konstruktion.
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Wie
beschrieben, besitzt jede universelle Aufnahmevorrichtung vorteilhaft
ein Montageelement, um die Vorrichtung auf dem Befestigungsrahmen
zu montieren. Weiter umfasst die Vorrichtung das Aufnahmeelement
zum Tragen des Flugzeugaufbaus und eine Kombination der langestreckten
Glieder und Klemmelemente, um eine Bewegung des Aufnahmeelementes
in sechs Freiheitsgraden längs der
drei orthogonalen Achsen und um diese herum zu ermöglichen.
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Die
Aufnahmevorrichtungen können
ebenfalls aus Aluminium bestehen.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines Flugzeugmontagewerkzeuges gemäß der Erfindung,
ergibt eine Reihe von wichtigen Vorteilen.
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Insbesondere
schafft die Erfindung ein flexibles Montagewerkzeugsystem, das voll
einstellbar und wieder benutzbar ist. Einstellungen und Alternativen
für das
Montagewerkzeug können
auf einfache Weise bewirkt werden, um beispielsweise eine Anpassung
an Modifikationen in der Ausbildung des Flugzeugbauteils zu erreichen.
Dies kann einfach durch Ersatz einzelner Rahmenglieder und/oder
Aufnahmevorrichtungen im Falle einer übermäßigen Abnutzung erfolgen, oder
durch Wiederpositionierung der Rahmen und/oder der Aufnahmevorrichtungen, wenn
eine Relativbewegung während
der Zeit erfolgt ist. Außerdem
können
bestehende Montagewerkzeuge so geändert werden, dass sie an verschiedene Flugzeugbauteile
angepasst werden nachdem eine spezielle Montage-Operation vollendet
ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Einstellung eines jeden Aufnahmeelementes das Einsetzen
des Aufnahmeelementes ungefähr
in seiner vorbestimmten Position und Orientierung, und in einer
Iteration der Schritte der Messung, der tatsächlichen Position und Orientierung
des Aufnahmeelementes und einer Bewegung des Aufnahmeelementes in
die vorbestimmte Position und Orientierung, bis die vorbestimmte Position
und Orientierung erreicht ist.
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Vorzugsweise,
werden die vorbestimmten Positionen und Orientierungen für die Aufnahmeelemente
der Aufnahmevorrichtungen durch computergestützte Konstruktionsdaten für jedes
Flugzeugbauteil bestimmt.
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Vorzugsweise,
wird die Ist-Position und Orientierung eines jeden Aufnahmeelementes
durch ein Lasernachführ-Gerät gemessen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
welches speziell zur Benutzung in der Flugzeugindustrie geschaffen
wurde, kann in vorteilhafter Weise auch auf anderen Gebieten Anwendung
finden, beispielsweise in der Automobilindustrie.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, in der Zeichnung zeigen:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Flugzeugmontagewerkzeugs;
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2 ist
eine teilweise geschnittene Einzelheit aus 1, in größerem Maßstab;
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3 zeigt
eine Modifikation der Anordnung gemäß 2;
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4 ist
eine Teilansicht einer weiteren Modifikation der Anordnungen, gemäß der 2 und 3;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils des Aufbaus nach 1,
wobei zwei Aufnahmevorrichtungen montiert auf einem Befestigungsrahmen
des Werkzeugs dargestellt sind;
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6 ist
eine weitere perspektivische Ansicht, die die Montage einer jeweiligen
Aufnahmevorrichtung auf dem Befestigungsrahmen zeigt; und
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, eines weiteren Teils des Montagewerkzeugs,
wobei eine weitere Aufnahmevorrichtung montiert auf dem Befestigungsrahmen
gezeigt ist.
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Zunächst wird
auf 1 Bezug genommen. Hier ist ein Flugzeugmontagewerkzeug 10 dargestellt.
Das Montagewerkzeug 10, weist einen Befestigungsrahmen 12 auf,
der aus mehreren langestreckten Gliedern 14, quadratischen
oder rechteckigen Querschnitts konstruiert ist, die miteinander
verbunden sind, um ein im wesentlichen rechteckiges Gerüst 16 zu
bilden. Die Mehrzahl der langestreckten Glieder 14 ist
rechtwinklig miteinander verbunden, um das Gerüst 16 zu bilden, aber
einige dieser Glieder bilden diagonale Glieder 16, die
als Verstärkungsstreben
dienen, um die Starrheit des Gerüstes 16 zu
verbessern. Der Befestigungsrahmen 12, dient zur Abstützung eines
Flugzeugbauteils während
der Montage.
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Am
Befestigungsrahmen 12, sind mehrere Aufnahmevorrichtungen 20 montiert,
die zur Halterung des Bauteils während
der Montage dienen und die an vorbestimmten Stellen relativ zum
Befestigungsrahmen 12 angeordnet sind, um das Bauteil zu erfassen
und an vorbestimmten Tragepositionen des Bauteils zu Tragen.
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Das
Montagewerkzeug 10 gemäß 1,
ist in spezieller Weise ausgebildet für die Montage eines speziellen
Flugzeugbauteils oder eines kleinen Bereiches von Bauteilen, und
in diesem Fall dient die Vorrichtung zur Montage eines Flugzeugrumpfes:
die präzise
Ausbildung des Befestigungsrahmens 12, und die Stellen
an denen die Aufnahmevorrichtungen 20 angeordnet sind und
ihre Orientierung wäre
für die Montage
eines anderen Bauteils eines Flugzeugs unterschiedlich. Die Genauigkeit
der Konstruktion des Befestigungsrahmens 12 und die Genauigkeit
der Anordnung der Aufnahmevorrichtungen 20 in Bezug auf
den Befestigungsrahmen 12 sind relativ unwichtig. Wichtig
ist, dass die Positionen an denen die Aufnahmevorrichtungen 20 an
dem Flugzeugbauteil angreifen und die Orientierung der Aufnahmevorrichtungen
an diesen Stellen äußerst genau
bestimmt sind, wie dies weiter unten beschrieben wird.
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Die
langestreckten Glieder 14 sind aus extrudierten Aluminiumprofilen
hergestellt, die auf vorbestimmte Längen geschnitten sind, die
dem jeweiligen Befestigungsrahmen entsprechend gewählt sind.
Die 2, 3, 4 und 6 zeigen
unterschiedliche Profile für
die extrudierten Glieder und diese sind jeweils quadratisch oder
rechteckig. In Längsrichtung verlaufende
Kanäle 22 sind
längs der
vier Längsflächen 24 der
Glieder 14 ausgebildet und jeder Kanal wird auf beiden
Seiten durch Lippen 26 flankiert.
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Die
in den 2, 3 und 4 dargestellten
Profile besitzen alle einen im wesentlichen massiven, zentralen
axialen Abschnitt 28, der mit einer zentralen Bohrung 30 versehen
ist, während
die Profile in 5 einen offenen, zentralen axialen
Abschnitt 28' und
Bohrungen 30' in
dem Metall aufweisen, die den offenen Abschnitt 28' und den darunter liegenden
Kanal 22 flankieren.
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Die
Verbindung zweier langestreckter Glieder 14 rechtwinklig
zueinander wird einfach durch Befestigungsmittel 32 bewirkt.
Wie in 2 dargestellt, können diese Befestigungsmittel 32 beispielsweise
aus einem Gewindeverbindungselement 34 bestehen, das senkrecht
durch den Mittelabschnitt 28 eines Gliedes 14 eingesetzt
ist. Das Verbindungselement 34 weist einen in einem der
Kanäle 22 des Gliedes 14 sitzenden
Wiederlagerkopf 36 und einen Gewindeschaft 38 auf,
der dann rechtwinklig von dem Glied 14 vorsteht.
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Ein
zweites langestrecktes Glied 14 ist rechtwinklig zu dem
ersten Glied derart eingepasst, dass seine Endfläche 40 an einer benachbarten
Oberfläche 24 des
ersten langestreckten Gliedes 14 anstößt. Der vorstehende Schaft 38 des Gewindeverbindungselementes 34 kann
auf diese Weise in die zentrale Bohrung 30 des zweiten
langestreckten Gliedes 14 in Form eines Gewindes eingeschnitten
werden. Auf diese Weise kann eine sichere dauerhafte Verbindung
hergestellt werden.
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Wie
in 3 dargestellt, können die Befestigungsmittel 32 statt
dessen ein Gewindeverbindungselement 52 aufweisen, das
von einem Kanal 22 eines ersten langestreckten Gliedes 14 aufgenommen
wird, wobei eine Fixierungshülse 54 in
eine Aufnahme-Ausnehmung 56 eingesetzt wird, die in der zugeordneten
Oberfläche 24 in
er Nähe
der Endfläche 40 dieses
langestreckten Gliedes 14 angeordnet ist.
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Die
Fixierungshülse 54 besitzt
eine Bohrung 58, die auf einen Kanal 22 eines
zweiten senkrechten langestreckten Gliedes 14 zwischen
den zwei überhängenden
Lippen 26 weist. Ein mit einem Innengewinde versehenes
Aufnahmeelement 60 wird von diesem Kanal 22 aufgenommen
und fest in diesem Kanal durch die beiden überhängenden Lippen 26 gehalten.
Da das Verbindungselement 52 dicht in das Aufnahmeelement 60 eingeschraubt
wird, können die
beiden langestreckten Glieder 14 rechtwinklig zueinander
und fest miteinander verbunden werden.
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Es
ist klar, dass in diesem Fall ein zweites derartiges Verbindungselement 52 in
der gleichen Weise auf der gegenüberliegenden
Seite des ersten langestreckten Gliedes 14 angeordnet wird.
Dieses zweite Verbindungselement 52 erfasst dann ein zweites
Aufnahmeelement 60 in dem gleichen Kanal 22 des
zweiten langestreckten Gliedes 14, um eine sichere Verbindung
zwischen den beiden Gliedern 14 zu gewährleisten.
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Die 2 und 3 veranschaulichen
ein einfaches, quadratisches, extrudiertes Profil der langestreckten
Glieder 14 aus Gründen
der Übersichtlichkeit.
In der Praxis können
die langestreckten Glieder 14 ein komplexeres Profil aufweisen,
und es können
mehrere Befestigungsmittel 32 gruppenweise benutzt werden.
Ein im wesentlichen quadratischer oder rechteckiger Querschnitt
ist vorteilhaft in Bezug auf Festigkeit und Starrheit.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Besfestigungsmittel 32 ist aus 4 ersichtlich. Diese
Verbindung kann für
einen hochfesten Anschluss benutzt werden. In diesem Fall können die
Befestigungsmittel 32 zwei Gewindebolzen 42 aufweisen, deren
jeweiliger Kopf 44 von einer strukturellen Platte 46 abgestützt ist,
und jeder der Bolzen erstreckt sich rechtwinklig durch ein querverlaufendes
Zwischenloch 48 in einem langestreckten Glied 14 quadratischen
Querschnitts. Der Schaft 50 eines jeden Bolzens 42 greift
in eine Gewindebohrung innerhalb einer entsprechenden Fixierungshülse 54 ein,
die in einer Aufnahme-Ausnehmung 56 des anderen langestreckten
Gliedes 14 angeordnet ist, die bei diesem Ausführungsbeispiel
einen rechteckigen Querschnitt hat wie dies in 3 dargestellt
ist. Die Belastung wird dann über
das erste langestreckte Glied 14 durch die Platte 46 übertragen.
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Sämtliche
senkrechten Verbindungen innerhalb des Befestigungsrahmens 12 werden
durch Befestigungseinrichtungen bewirkt, wie diese in den 2, 3 und 4 beschrieben
sind.
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Wenn,
wie vorstehend erwähnt,
die Starrheit des Gerüstes 16 weiter
verbessert werden muss, dann kann eine Anzahl diagonaler Versteifungsstreben 18 vorgesehen
werden, die ähnlich
wie die extrudierten Aluminium-Profile gestaltet sind. Derartige Streben
werden durch Paare von Gelenkelementen 62, 64 verbunden,
die jeweils zwischen den Enden der diagonalen Verstärkungsstreben 18 und
benachbarten Abschnitten des Rahmens 16 angeordnet sind,
wie dies beispielsweise in den 1 und 7 dargestellt
ist.
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Nunmehr
wird auf die 5 bis 7 Bezug genommen,
diese zeigen im einzelnen jeweils Aufnahmevorrichtungen 20.
Wie dargestellt, umfasst jede Aufnahmevorrichtung 20 eine
Anordnung von Rohren 66 und Klemmelementen 68,
die damit verbunden sind, um eine Bewegung in wenigstens drei, vorzugsweise
aber sechs Freiheitsgraden zu ermöglichen.
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Im
einzelnen weist jede Aufnahmevorrichtung 20 ein Montageelement 70 auf,
um die Aufnahmevorrichtung 20 am Befestigungsrahmen 12 beispielsweise
mittels Bolzen 72 festzulegen, die mit (nicht gezeigten)
Muttern in den Kanälen 22 der
zugeordneten langestreckten Glieder 14 zusammenwirken.
Das Montageelement 70 besitzt eine im wesentlichen flache
planare Oberfläche,
die so angeordnet ist, dass sie mit einer benachbarten flachen planaren Oberfläche des
Gliedes 14 derart zusammen wirkt, dass die Aufnahmevorrichtung 20 leicht
längs der Oberfläche des
Gliedes 14 bewegt werden kann, um eine Lokalisierung oder
Einstellung vorzunehmen, bevor durch Bolzen eine sichere Festlegung
an dieser Stelle erfolgt.
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Ein
erstes Klemmelement 68a ist am Montageelement 70 unter
Benutzung der Bolzen 72 festgelegt. Von dem ersten Klemmelement 68a erstreckt sich
ein erstes Rohr 66a, das in einem zweiten Klemmelement 68b endet,
wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Ein zweites Rohr 66b,
das senkrecht zu dem ersten Rohr 66a verläuft, erstreckt
sich zwischen dem Klemmelement 68b und einem weiteren Klemmelement 68c.
In gleicherweise ist ein drittes Rohr 66c rechtwinklig
zu dem zweiten Rohr 66b angeordnet, und dieses erstreckt
sich zwischen dem Klemmelement 68c und einem weiteren Klemmelement 68d.
Schließlich
ist das Klemmelement 68d mittels Bolzen 74 mit
einem Aufnahmeelement 76 verbunden, das im Betrieb das
Flugzeugbauteil erfasst und hält.
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Die
Rohre 66 und die Klemmelemente 68 sind auch aus
Aluminium hergestellt. Im einzelnen besteht jedes Klemmelement 68 aus
einem Block 78 aus Aluminium, der mit einer zylindrischen Öffnung 80 versehen
ist, um drehbar und gleitbar die Rohre 66 aufzunehmen.
Im Block 78 ist ein entsprechender Schlitz 82 längs einer
Seite einer jeden zylindrischen Öffnung 80 vorgesehen
um einen Spalt zu bilden, der durch weitere Bolzen 84 geschlossen
werden kann um zu gewährleisten,
dass das Klemmelement 78 das jeweilige Rohr 66 in
der erforderlichen Stellung fest erfasst und sichert.
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Es
ist ersichtlich, dass durch diese Anordnung die Rohre 66 relativ
zueinander gedreht und/oder relativ zueinander längs dreier senkrecht aufeinander
stehender Achsen versetzt werden können.
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Infolgedessen
kann eine Einstellung der Aufnahmevorrichtungen 20, sowohl
bezüglich
der Lokalisierung der Aufnahmevorrichtungen 20 relativ
zum Befestigungsrahmen, als auch bezüglich der Positionierung und
Orientierung des Aufnahmeelementes 76 im Raum leicht bewerkstelligt
werden, um folgende Anordnungen zu treffen: a) kleine Veränderungen in
den Positionen der Aufnahmevorrichtungen 20; und b) Bewegungen
des Befestigungsrahmens 12, die während einer Zeitdauer infolge
von Faktoren wie Abnutzung und Rissebildung und wegen einer thermischen
Expansion und Kontraktion auftreten. In gleicher Weise kann die
Aufnahmevorrichtung 20 leicht an kleinen Konstruktionsmodifikationen
des Flugzeugbauteils selbst angepasst werden, und zwar einfach durch Änderung
der Lokalisierung der bestehenden Aufnahmevorrichtung 20 relativ
zum Befestigungsrahmen 12 und dadurch, dass die Position und/oder
Orientierung der Aufnahmeelemente 76 geändert wird, oder indem stattdessen
eine zusätzliche Aufnahmevorrichtung 20 eingeschaltet
wird. Außerdem
ist es möglich
nach Vollendung eines jeweiligen Montageprozesses das Montagewerkzeug 10 abzubauen
und in einer völlig
anderen Konfiguration wieder aufzubauen, um die Montage eines anderen Flugzeugbauteils
vornehmen zu können.
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Das
Verfahren zur Erzeugung des dargestellten Montagewerkzeuges 10 wird
wie nachstehend erläutert
durchgeführt:
Zunächst, werden
die Konstruktionserfordernisse für das
jeweilige Montagewerkzeug 10 einschließlich sowohl des Befestigungsrahmens 12 als
auch der Aufnahmevorrichtungen 20 aus Daten bestimmt, die
von einem bekannten computergestützten
Konstruktionssystem für
das jeweilige Flugzeugbauteil abgenommen werden. Von diesen Daten
werden mehrere Punkte, an denen der Bauteil abgestützt werden
soll und die erforderliche Richtung der Abstützung in jedem Falle ausgearbeitet.
Die Konstruktion des Befestigungsrahmens 12 und die Zahl
der Stellen, der Aufnahmevorrichtungen 20 zusammen mit
der Positionierung und der Orientierung der Aufnahmeelemente 76 werden
dann berechnet.
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Als
nächstes
werden die Teile für
den Befestigungsrahmen 12 erzeugt, indem bestimmte Längen der
extrudierten Aluminiumprofile auf die erforderlichen Dimensionen
zugeschnitten werden, um die langestreckten Glieder 14 zu
erzeugen. Derartige langestreckte Glieder 14 werden durch
Befestigungsmittel 32, wie oben erwähnt, miteinander verbunden, und
danach werden die zusätzlichen
langestreckten Glieder 14, die die Versteifungsstreben 18 bilden,
mit dem Gerüst 16,
wie oben beschrieben verbunden.
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Nachdem
auf diese Weise der Befestigungsrahmen 12 hergestellt ist,
werden die Aufnahmevorrichtungen 20 gewählt und am Befestigungsrahmen 12 an
vorbestimmten Stellen montiert.
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Obgleich
es möglich
ist, mehrere unterschiedliche Aufnahmevorrichtungen 20 herzustellen, von
denen jede eine Anzahl von Rohren 66 aufweist, die entsprechend
den Erfordernissen auf verschiedene Längen zugeschnitten sind, so
ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung jedoch zu bevorzugen, eine einheitliche universale Konstruktion
einer Aufnahmevorrichtung 20 zu benutzen und diese jeweils
vorrätig zu
halten. In diesem Fall würde
jede Aufnahmevorrichtung 20 aus vorbestimmten Längen von
Rohren hergestellt, die durch gleiche Klemmelemente verbunden sind.
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Demgemäß umfasst
der nächste
Schritt des Herstellungsverfahrens einfach die Wahl der erforderlichen
Zahl von Aufnahmevorrichtungen 20 und die Anordnung dieser
Aufnahmevorrichtungen am Befestigungsrahmen 12 an Stellen,
die durch die computergestützten
Konstruktionsdaten vorbestimmt sind.
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Insoweit
kann das Herstellungsverfahren ohne besondere Genauigkeiten hergestellt
werden, wobei Standardtoleranzen zulässig sind. Die folgenden Stufen
des Herstellungsverfahrens erfordern jedoch ein weitaus höheres Maß an Genauigkeit,
innerhalb sehr feiner Toleranzen:
Nachdem die Aufnahmevorrichtungen 20 am
Befestigungsrahmen 12 montiert sind, müssen sie in die erforderliche
Orientierung gebracht werden, um das Flugzeugbauteil an präzise vorbestimmten
Punkten der Struktur und in einer vorbestimmten präzisen Richtung
zu haltern. Um jede Aufnahmevorrichtung 20 in geeigneter
Weise und mit der notwendigen Präzision
einzustellen, wird ein Lasernachführ-Gerät oder eine andere Messvorrichtung
benutzt.
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Insbesondere
weist das Lasernachführ-Gerät ein computergesteuertes
Laser-Messgerät auf, in das
die Daten bezüglich
der vorbestimmten Position und Orientierung des Aufnahmeelementes 76 einer jeden
Aufnahmevorrichtung 20 vorprogrammiert sind. Die Aufnahmevorrichtung 20 wird
zunächst grob
an der erforderlichen Position und in der erforderlichen Orientierung
am Befestigungsrahmen 12 montiert, und dann wird das Lasernachführ-Gerät benutzt,
um die Anfangsposition und Orientierung des Aufnahmeelementes 76 zu
messen und diese Position mit der erforderlichen Position zu verlgeichen.
Die Ergebnisse des Vergleichs führen
zu Einstelldaten, und unter Benutzung dieser Daten wird die Aufnahmevorrichtung 20 entsprechend
eingestellt, um das Aufnahmeelement 76 in die neue Position
und Orientierung zu überführen. Das
Lasernachführ-Gerät führt eine
weitere Messung des gegenwärtigen
Zustandes durch und vergleicht diese mit den vorbestimmten Erfordernissen.
Dies führt
zu weiteren Einstelldaten, und es wird eine weitere Einstellung
vorgenommen, bis demgemäß die entsprechende
Position und Orientierung innerhalb der erforderlichen feinen Toleranzen
erreicht ist. Demgemäß umfasst
die Einstellung der Aufnahmeelemente 76, der Aufnahmevorrichtung 20 wiederholte
Mess-Schritte der gegenwärtigen
Position und Orientierung und einen Vergleich der gegenwärtigen Positionierung
und Orientierung mit der vorbestimmten Position und Orientierung,
und es wird eine Einstellung bewirkt, um den Fehler zwischen den
beiden zu vermindern.
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Gemäß 7,
wird das Verfahren der Einstellung einer jeden Aufnahmevorrichtung 20 in
zwei Stufen im einzelnen beschrieben.
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In
Stufe 1, werden die Fläche 86 des
Aufnahmeelementes 76 und ein Loch 88 innerhalb
dieser Fläche
in vorbestimmte Positionen und Orientierungen eingestellt.
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Zunächst, wird
die Fläche 86 des
Aufnahmeelementes 76 im Winkel zu einer erforderlichen
Ebene im Raum eingestellt, indem die Rohre 66a, 66b und 66c relativ
zu jeder Achse X, Y und Z nacheinander gedreht werden. Nach jeder
Drehung wird eine Messung über
der Fläche 86 durch
das Lasernachführ-Gerät vorgenommen
und es wird ein Vergleich mit der vorbestimmten Orientierung bewirkt.
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Zweitens,
wird das Loch 88 in der Fläche 86 des Aufnahmeelementes
in die erforderliche Position bewegt, indem aufeinander folgende
Verschiebungen längs
der Achsen X, Y und Z nacheinander vorgenommen werden, und indem
die Klemmelemente 68b, 68c und 68d längs der
Rohre 66a, 66b und 66c verschoben werden.
Wiederum werden Messungen durch das Lasernachführ-Gerät nach jedem Verschiebe-Vorgang
durchgeführt,
und es wird ein Vergleich mit der vorbestimmten Position vorgenommen.
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In
Stufe 2, wird eine Profilplatte 90 in einer vorbestimmten
Position und Orientierung relativ zum Aufnahmeelement 76 montiert.
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Zunächst, wird
die Profilplatte 90 in eine vorbestimmte Position relativ
zur Oberfläche 86 des
Aufnahmeelementes 76, unter Benutzung des Lasernachführ-Gerätes bewegt.
Die Profilplatte 98 wird dann drehbar am Aufnahmeelement 76 festgelegt, indem
ein Stift durch ein Loch 92 in der Profilplatte 90 und
ein entsprechendes (nicht gezeigt) Loch in der Fläche 86 gesteckt
wird.
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Als
nächstes
wird ein zweites Loch 94 in der Profilplatte 90 unter
zu Hilfenahme des Lasernachführ-Gerätes durch
wiederholte Dreheinstellung der Platte 90 positioniert,
und nach jeder Positionierung wird die gegenwärtige Position des Loches 94 gemessen
und mit der vorbestimmten Position verglichen. Dadurch wird ein
Lokalisierungsrand 96 der Profilplatte 90 in eine
vorbestimmte Position überführt, und
zu diesem Zeitpunkt wird die Profilplatte am Aufnahmeelement 76 festgelegt.
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Schließlich werden
Greiferfinger 98 an der Profilplatte 90 und demgemäß am Aufnahmeelement 76 festgelegt.
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Hierbei
werden die Einstellungen der Teile, der Aufnahmevorrichtung 20 während der
zwei Schritte des Einstellverfahrens manuell durchgeführt. Es
ist jedoch in gleicher Weise möglich,
diese Einstellungen automatisch unter der Steuerung des Lasernachführ-Gerätes vorzunehmen.
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Es
sind auch noch andere Modifikationen des beschriebenen Verfahrens
möglich:
Beispielsweise
wurde bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
angenommen, dass die Aufnahmevorrichtung so ausgebildet ist, dass
das Aufnahmeelement mit sechs Freiheitsgraden längs von und um drei orthogonale
Achsen beweglich ist. Jedoch wäre wenigstens
in gewissen Fällen
auch eine Bewegung in nur drei Freiheitsgraden möglich, nämlich längs wenigstens zweier orthogonaler
Achsen und um wenigstens eine dieser Achsen herum.
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Das
beschriebene Verfahren der Erzeugung eines Flugzeugmontagewerkzeuges
ermöglicht
ein hohes Ausmaß an
Genauigkeit bei der Erzeugung des Werkzeugs innerhalb enger notwendiger
Toleranzen bei einer einfachen Einstellung.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Montagewerkzeuges ist anpassungsfähig und
führt zu
einem wirtschaftlichen und flexiblen Werkzeugsystem.