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Projektbeispiel: ECOSTRIPPAIR

Der Lack ist ab – und zwar präzise

Das Entfernen von bestehenden Lackierungen ist ein notwendiger Prozess in der Wartung und Instandhaltung von Flugzeugen. Für die präzise Arbeit mit einem Sandstrahlverfahren haben Forschende der ZHAW School of Engineering ein Robotersystem entwickelt, das sich wie ein Werkzeug einsetzen lässt.

Flugzeugteile wie beispielsweise Triebwerkverkleidungen werden im Rahmen von Wartungsarbeiten regelmässig neu lackiert. Dazu muss die bestehende Lackschicht zuerst entfernt werden. Dieser Prozess erfolgte bis anhin mit chemischen Mitteln oder manuell mit der Schleifmaschine. Ein neu entwickeltes Sandstrahlverfahren der Firma Sappi verwendet Maisstärke, die mittels Druckluft durch eine Düse auf die lackierte Oberfläche geblasen wird. Dieses Verfahren setzt aber voraus, dass die Düse mit konstanter Geschwindigkeit in immer gleichem Abstand über die Oberfläche geführt wird. Denn insbesondere bei Teilen aus Faserverbundstoff liegen nur wenige Mikrometer zwischen der sauberen Lackentfernung und einer kostspieligen Beschädigung der Kunstharzoberfläche. Im Eurostars-Projekt ECOSTRIPPAIR haben Forschende am ZHAW-Institut für Mechatronische Systeme (IMS) eine halbautomatische Lösung für diese Präzisionsarbeit entwickelt.

Die Steuerung des Roboters erfolgt von Menschenhand. Dazu haben die Forschenden eigens eine Bedienkonsole entwickelt.
Die Steuerung des Roboters erfolgt von Menschenhand. Dazu haben die Forschenden eigens eine Bedienkonsole entwickelt.
Der Benutzer bringt den Roboterarm mit der aufgesetzten Sandstrahldüse manuell in die Ausgangsposition.
Der Benutzer bringt den Roboterarm mit der aufgesetzten Sandstrahldüse manuell in die Ausgangsposition.
Die entwickelte Bedienkonsole zur Steuerung basiert auf einem Tablet-Computer.
Die entwickelte Bedienkonsole zur Steuerung basiert auf einem Tablet-Computer.
Der Roboter bewegt das Sandstrahlsystem gleichmässig an der Flugzeugoberseite entlang. Dank Kraft- und Distanzsensoren meistert er auch gekrümmte Oberflächen problemlos.
Der Roboter bewegt das Sandstrahlsystem gleichmässig an der Flugzeugoberseite entlang. Dank Kraft- und Distanzsensoren meistert er auch gekrümmte Oberflächen problemlos.

Kollaboration statt Programmierung

«Die hohe Anforderung an die Präzision ruft natürlich einen Roboter auf den Plan», sagt Projektleiter Marcel Honegger vom IMS. «Wir haben aber keinen vollautomatischen Roboter programmiert, sondern ein System geschaffen, in dem die Arbeitenden den Roboter als intelligentes Werkzeug – quasi als hochpräzisen verlängerten Arm – benutzen.» Die Steuerung des Roboters erfolgt zu jeder Zeit von Menschenhand. Dazu haben die Forschenden eine kompakte Bedienkonsole basierend auf einem Tablet-Computer entwickelt. Der Benutzer bringt den Roboterarm mit der aufgesetzten Sandstrahldüse manuell in die Ausgangsposition. Der Roboter regelt sowohl die Ausrichtung als auch den Abstand der Düse zur Oberfläche selbständig und steuert die Vorschubgeschwindigkeit präzise.

«Wir haben keinen vollautomatischen Roboter programmiert, sondern ein System geschaffen, in dem die Arbeitenden den Roboter als intelligentes Werkzeug – quasi als hochpräzisen verlängerten Arm – benutzen.»

Marcel Honegger

Oberflächen und Personal schonen

Der Roboter bewegt das Sandstrahlsystem gleichmässig an der Flugzeugoberseite entlang. Ausgerüstet mit Kraft- und Distanzsensoren meistert der Roboter auch gekrümmte Oberflächen problemlos. «Dank der hohen Präzision entfernt das System ausschliesslich den Lack, während die darunterliegende Oberfläche des Bauteils geschont wird», so Marcel Honegger. «Darüber hinaus geht der Prozess effizienter und auch ökologischer von statten.» Im Verfahren werden keine Chemikalien eingesetzt, sondern ausschliesslich Maisstärke. Diese befindet sich in einem geschlossenen Kreislauf und durchläuft mehrfach die Düse. «Nicht zuletzt werden auch die Anwenderinnen und Anwender vom neu entwickelten System profitieren, entlastet es doch die körperliche Arbeit immens», sagt Marcel Honegger.

System bereit für den Feldversuch

Damit für die Benutzer die Sicherheit im Arbeitsbereich des Industrieroboters zu jeder Zeit gewährleistet ist, verfügt das System über eine zweite Steuerung, die ausschliesslich der Überwachung dient. «Sensoren kontrollieren sämtliche Winkel und Geschwindigkeiten», so Marcel Honegger. «Treten Unregelmässigkeiten auf, wird das System unmittelbar automatisch gestoppt.» Die ersten Tests im Robotiklabor des IMS sind geglückt. In einem nächsten Schritt soll das System im Feldversuch eingesetzt werden. Für Marcel Honegger wären neben der Flugzeugindustrie auch Anwendungen in anderen Branchen denkbar: «Auch bei der Eisenbahn wird regelmässig neu lackiert.»

Auf einen Blick

Beteiligte Institute und Zentren:

Projektpartner

Finanzierung: EUROSTARS

Projektstatus: beendet