Explosionsgeschützte Materialtransportfahrzeuge und Hubarbeitsbühnen im Flugzeugbau

Für die hier vorliegenden unterschiedlichsten Einsatzgebiete wurde der Multidirectional CLAAS Drive, kurz MC-Drive, entwickelt. Dieses hochflexible Fahrzeug- und Hubarbeitsbühnensystem wird für den Transport von Flugzeugteilen, zum Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen oder für die Montage einzelner Flugzeugkomponenten, wie z.B. Triebwerken, eingesetzt. Die in den Bildern 1 bis 3 gezeigten Einheiten bilden einen Ausschnitt aus dem MC-Drive Produktprogramm. Der MC-Drive TP200 (Bild 1) befindet sich im Airbuswerk  Finkenwerker am Standort Hamburg und dient dem innerbetrieblichen Transport von verschiedensten Bauteilen wie beispielsweise Bauteilträger und Taktgestelle, oder wie im Bild dargestellt, als Rumpfsegmenttransporter. Der MC-Drive TP60 (Bild 2) ist für den innerbetrieblichen Transport von Triebwerk-Tools im US-amerikanischen Riverside  (nahe Los Angeles) eingesetzt, so z.B. für das Be- und Entladen  einer 6-Achsen-Fräsmaschine. Der MC-Drive TP200-WHT (Bild 3) wird im englischen Airbuswerk Broughton für den Tragflächentransport eingesetzt. Aufgrund der engen Platzverhältnisse bietet die freie Beweglichkeit des  MC-Drives einen enormen Produktivitätsvorteil und erleichtert das  Rangieren der großen Bauteile.

Bild 2:  MC-Drive TP 60

Bild 3:  MC- Drive TP200-WHT

Der MECANUM-Antrieb
Die Basis der Horizontalbeweglichkeit der MC-Drive Fahrzeuge bildet das MECANUM-Rad (Bild 4). Das 1973 von dem schwedischen Ingenieur Bengt Ilon entwickelte MECANUM-Rad besteht aus einer Felge, auf der frei drehbare, tonnenförmige Rollen unter einem Winkel von 45° montiert sind. Diese Rollen bilden über den Radumfang den Vollkreis optimal ab.  Auf Grund der Ansteuerung jedes einzelnen Rades in Bezug auf Drehrichtung- und Geschwindigkeit mittels separater Elektromotoren entstehen pro Rad zwei Kraftvektoren. Gegenläufig gerichtete Kraftvektoren zweier Räder heben sich auf, wobei sich gleichgerichtete Kraftvektoren zur resultierenden Antriebskraft addieren (Bild 5).  Das Ergebnis ist eine vollständige Flächenbeweglichkeit.  Bewegungen in Längs- und Querrichtung lassen sich mit Drehbewegungen um unterschiedlichste Punkte kombinieren. Sämtliche Bewegungen, wie z.B. Geradeausfahrt, Seitwärtsfahrt, Kurvenfahrt oder Drehungen, werden über einen 3-Achsen-Joystick ausgeführt. Die Position des Drehpunktes ist je nach Anforderung frei wählbar. Somit ist auch bei Kopplung mehrerer Fahrzeuge ein Umschalten auf einen neuen Drehpunkt realisierbar.  Für die Funktionsweise des MECANUM-Rades ist das Montieren eines linkssteigenden und eines rechtssteigenden Rades auf  jeder ›Fahrzeugachse‹ notwendig.  Um einen ständigen Bodenkontakt aller vier Räder auch bei unebenem Untergrund zu gewährleisten, können verschiedene Fahrwerksvarianten eingesetzt werden. Beim passiven Fahrwerk werden die Räder einer Fahrzeugseite mit einer Koppelstange verbunden. Durch diese Dreipunktauflage ist das System zum Untergrund mechanisch bestimmt gelagert.  Beim aktiven Fahrwerk werden an den einzelnen Radaufhängungen jeweils die gleichen Bodenkräfte erzeugt. Diese Fahrwerke werden entweder hydraulisch oder mittels Spindeln angetrieben.  Zusätzlich können mit den aktiven Fahrwerken Hebefunktionen oder eine Federung realisiert werden.  Neben dem manuell gesteuerten Fahrmodus mittels Joystick ist optional der automatische Betrieb möglich. Zum Fahren oder  Positionieren sind die unterschiedlichsten Navigationssysteme, wie  Laserscanner, induktive oder optische Spurführung, Positionierscanner etc. einsetzbar

Bild 4: MECANUM-Rad

Bild 5: Kräfteverteilung in den MECANUM-Rädern bei unterschiedlichen  Fahrtrichtungen

Projekt X-Lift 10ex
Ein spezielles Projekt der CFT aus dem Bereich Aerospace wurde für einen russischen Flugzeugbauer realisiert. Das bisherige Fertigungsprogramm dieses Flugzeugherstellers konzentrierte sich überwiegend auf die Entwicklung und Fertigung von Kampfjets.  Es wurde kürzlich durch ein Zivilflugzeug erweitert. Das ca. 30 Meter lange Flugzeug besitzt eine Tragflächenspannweite von 28 m und  eine Kapazität von bis zu 100 Sitzplätzen, je nach Ausstattungskonfiguration. Aufgrund der erheblich größeren Abmessungen musste dementsprechend die Lackieranlage angepasst werden. Dabei setzt der Hersteller seit September 2009 die von Claas entwickelte explosionsgeschützte Hubarbeitsbühne X-Lift 10ex ein. Mit vollständig ausgefahrener Plattformhöhe von 9 Metern ist selbst das Leitwerk (ca. 10,3 Meter) des Flugzeuges leicht zu erreichen. Mit Hilfe des Quer- sowie Längsausschubes der Bühnenplattform können auch die Tragflächen und die oberen Rumpfsegmente erreicht werden (Bild 6 rechts).  Desweiteren verfügt diese Hubarbeitsbühne über die vorgeschriebenen Sicherheitseinrichtungen nach EN 280, wie beispielsweise Kippüberwachung, Geschwindigkeitsüberwachung, Temperaturüberwachung von einzelnen Komponenten, Senkstopp, etc.  Im eingefahrenen Zustand der Bühne und maximaler Zuladung von 1.000 kg sind Geschwindigkeiten bis zu 1m/s stufenlos einstellbar. Bei ausgefahrener Schere beträgt die Tragfähigkeit 350 kg,  was in etwa 2 Personen + 200 kg Zuladung entspricht. Auf Grund der Kippsicherheit ist bei ausgefahrener Schere die maximale Verfahrgeschwindigkeit erheblich reduziert.  Weiterhin ist die Hubarbeitsbühne mit umlaufenden Safety-Bumpern (Sicherheitspuffern) ausgestattet, um eine Beschädigung der Flugzeugoberfläche durch den X-Lift 10ex zu verhindern. Bei einer Kollision wird mit Hilfe dieser gepolsterten Elemente ein weiteres Verfahren mittels eines integrierten Schaltkontaktes blockiert und der Bediener ist dann nur durch Drücken eines zusätzlichen  ›Zustimmtasters‹ in der Lage, die Hubarbeitsbühne wieder freizufahren.

Der Explosionsschutz
Da beim Lackieren Dämpfe entstehen, die zu einer explosionsgefährlichen Atmosphäre führen können, ist die Hubarbeitsbühne für die Verwendung in der Zone 1 explosionsgeschützt in der Kategorie II 2G (entsprechend EPL b), Explosionsgruppe II A ,Temperaturklasse T4 ausgeführt. Hierzu hat die Firma R. STAHL Schaltgeräte GmbH  einen wichtigen Beitrag bei der Realisierung geleistet, um das Antriebs-, Bedien- und Sicherheitskonzept entsprechend den Erfordernissen des Explosionsschutzes auszuführen. Zur Ansteuerung der verschiedenen Achsen kommen Gleichstrom-Antriebsregler zum Einsatz, welche im Betriebszustand relativ hohe Verlustwärme  erzeugen. Deshalb wurden diese Komponenten auf zwei Gehäuse der Baureihe CUBEx verteilt und über einen Anschlussraum miteinander gekoppelt. Diese verteilte Anordnung sorgt über die Gehäusewände für die notwendige Wärmeableitung (Bild 7). Mittels Schauscheibe in der Fronttür können die Anzeigeelemente der  Batterieelektronik jederzeit überprüft werden.  Auch die Ausführung und Anbindung des Steuerhebels (Joystick) und der Safety-Bumper musste für den Einsatz in explosionsfähiger Atmosphäre angepasst werden. Dazu wurden diese Stromkreise in der Zündschutzart Eigensicherheit ›i‹ ausgeführt. Alle elektrischen Komponenten sind in den CUBEx Gehäusen miteinander verdrahtet. Die Hauptstromkomponenten sind über druckfeste Direkteinführungen mit den Außenanschlüssen verbunden. Für den Anschluss der Steuerstromkreise dient der mittig angeordnete  Klemmenkasten.

Bild 6: Explosionsgeschützte Hubarbeitsbühne MC-Drive X-Lift 10ex

Bild 7: Hubarbeitsbühne MC-Drive X-Liftex mit zwei über ein Anschlussgehäuse  in Ex e verbundene druckfestgekapselte Cubex-Gehäuse, die die elektrische  Steuerung beinhalten