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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von unter regelmäßigem Abstand
aufeinander folgenden Ausnehmungen in einem langgestreckten Werkstück gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Derartige
Bearbeitungsvorrichtungen sind wegen der langen benötigten Führungsflächen für die bewegte
Bearbeitungseinheit (oder das bewegte Werkstück) zu aufwendig und teuer.
Für sehr
lange Werkstücke,
wie dies z. B. die etwa 60 m langen Schienensegmente für eine Magnetschwebebahn sind,
werden die Kosten für
die Bearbeitungsvorrichtung extrem teuer. Darüber hinaus sind die Schienensegmente
abgesehen von denjenigen, die in geraden Schienensträngen verwendet
werden, individuell nach der jeweiligen Geometrie der Trassenführung gebogen
und darüber
hinaus in Kurven auch um ihre Längsachse
tordiert. Im Hinblick auf die Kosten der Fertigungsanlagen müßte man
sich daher auf eine kleinere Anzahl von Standard-Schienensegmenten beschränken, was
Zugeständnisse
hinsichtlich der Trassierung bedingen würde.
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Aus
der
DE 41 13 629 A1 ist
eine Vorrichtung bekannt, in welcher die langgestreckten zu bearbeitenden
Werkstücke
in ein ortsfestes Maschinengestell eingespannt und von mehreren
längs des
Maschinengestells mittels einer gestellfesten Kugelumlaufspindel
verfahrbar angeordneten Bearbeitungsaggregaten spanend bearbeitet
werden. Dort sind die relevanten Längen 6 m bis 12 m.
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Eine
einseitige Einspannung von länglichen Gegenständen wie
Rolladenstäben
wird in der
DE 297
16 621 U1 erwähnt,
wo an beiden Enden der Gegenstände
eine Nut und wenigstens eine Bohrung angebracht werden.
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Bei
der
DE 195 26 616
A1 werden zu bearbeitende Längsprofile mittels eines Transportsystems
in Richtung ihrer Längsachse
durch ein feststehendes Bearbeitungszentrum hindurch bewegt.
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Die
genannten Vorrichtungen sind wegen der extrem großen Länge und
Masse der zu bearbeitenden Werkstücke vorliegend nicht praktikabel.
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Durch
die vorliegende Vorrichtung soll eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß mit ihr auch extrem lange
Werkstücke,
wie die Schienensegmente der Trasse für eine Magnetschwebebahn wirtschaftlich
bearbeitet werden können.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird das Werkstück
selbst als Führung
für eine
Bearbeitungseinheit verwendet. Diese wird auf dem Werkstück schrittweise
fortbewegt, um die jeweils an einer Stelle auszuführenden
Arbeiten abzuwickeln. Das Weiterbewegen der Bearbeitungseinheit
erfolgt so, daß man
die schon im Werkstück
erzeugten bearbeiteten Stellen zugleich als Referenzpunkte für die Weiterbewegung
der Bearbeitungseinheit verwendet.
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In
den Ansprüchen
und der vorliegenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Bearbeitungsstellen
Ausnehmungen sind, die im Werkstück
erzeugt werden.
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Es
versteht sich, daß gleichermaßen andere Bearbeitungsergebnisse
verwendet werden können, z.
B. erhabene Abschnitte auf dem Werkstück, die durch Anschweißen oder
sonstiges Befestigen von Material entstehen oder auch Arbeitsergebnisse
wie lokales Polieren oder dergleichen, die sich nur in erkennbaren
unterschiedlichen optischen Eigenschaften manifestieren.
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Die
Bearbeitungseinheit arbeitet sich somit in genau vorgegebenen Schritten
auf dem Werkstück selbst
vor.
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Dieses
Bearbeiten erfolgt vorzugsweise vom Ende her, um bei einem Hintereinandersetzen
von verschiedenen bearbeiteten Werkstücken ebenfalls einen in der
vorgegebenen Teilung korrekten Übergang
zu gewährleisten.
2 m Prinzip könnte
man die Bearbeitung der Werkstücke
aber auch von einem beliebigen mittleren Punkt des Werkstückes ausgehend
vornehmen und das Werkstück
dann eben nach beiden Seiten zu den beiden Enden hin bearbeiten.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter ansprüchen angegeben.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
2 ist dann vorteilhaft, wenn das von den Bearbeitungseinheiten erzeugte
Arbeitsergebnis nur zu einer geringen Profiländerung des Werkstückes führt.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
3 ist dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die Bearbeitungseinheit
zu größeren Konturänderungen
am Werkstück
führt,
die als Ansatzpunkt für
ein taktil arbeitendes Positionierteil geeignet sind.
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Mit
der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird eine Selbstzentrierung
des Positionierteiles auf die von der Bearbeitungseinheit erzeugten
Oberflächenkonturen
des Werkstückes
gewährleistet.
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Gemäß Anspruch
5 erfolgt das Ausfluchten von Positionierteil und Ausnehmung durch
die Kraft eines Stellmotors.
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Dessen
Betätigung
kann gemäß Anspruch
6 vorzugsweise gesteuert durch das Ausgangssignal eines Ausnehmungsdetektors
erfolgen, der auf schon im Werkstück angebrachte Ausnehmungen anspricht.
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Mit
der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird erreicht,
daß sich
das Fahrwerk automatisch in zur Werkstück-Längsrichtung transversaler Richtung
zentriert.
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Gemäß Anspruch
8 kann man eine sehr gute Positionierung bei geringen Federwegen
auch für
die üblicherweise
großes
Gewicht aufweisende Bearbeitungseinheit erhalten (eine Bearbeitungseinheit,
wie sie in der Praxis zur Bearbei tung von Magnetschwebebahn-Schienensegmenten
verwendet wird, kann z. B. sechs Fräswerke und sechs Bohrwerke
aufweisen).
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
9 gestattet es, die Selbstzentrierung des Fahrwerkes auf die beiden
Seitenflächen
des Schienensegmentes auch in solchen Abschnitten korrekt vorzunehmen,
in denen die Hauptfläche
des Werkstückes
zur Horizontalen geneigt ist und zusätzlich Gewichtskräfte ins
Spiel kommen.
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Eine
Vorrichtung gemäß Anspruch
10 kann die Gewichtskompensation für in der einen oder der anderen
Roll-Richtung geneigte Abschnitte eines Schienensegmentes bewerkstelligen.
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Gemäß Anspruch
11 kann man die Kompensierung des Einflusses des Gewichtes der Bearbeitungseinheit
auf die Zentrierung automatisch vornehmen.
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Das
diese Kompensierung vorgebende Steuersignal kann gemäß Anspruch
12 einfach vom Ausgangssignal eines Neigungssensors abgeleitet werden.
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Alternativ
kann man gemäß Anspruch
13 das Kompensations-Steuersignal
vom Ausgangssignal eines vom Fahrwerk getragenen Wegmessers ableiten,
z. B. dadurch, daß man
mit diesem Signal einen Festwertspeicher adressiert, in welchem
die aus Konstruktionsdaten des Werkstückes bekannten Schrägstellungen
der Hauptflächenabschnitte
in Abhängigkeit
von deren Abstand vom Werkstückende abgelegt
sind.
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Mit
der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 wird erreicht,
daß die
Bearbeitungseinheit die zum Steuern der Bearbeitungsvorgänge notwendigen
Daten zur Verfügung hat,
ohne daß die
Bearbeitungseinheit über
ein langes Kabel mit einer Arbeitssteuerung verbunden werden müßte.
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Eine
Bearbeitungsvorrichtung, wie sie im Anspruch 15 angegeben ist, eignet
sich besonders gut zur Erzeugung von präzisen und ein vorgegebenes Profil
aufweisenden transversalen Nuten in dem Werkstück. Derartige transversale
Nuten in einer Tragschiene eines Schienensegmentes für eine Magnetschwebebahn
werden dazu verwendet, Stator-Lamellenpakete
aufzuhängen,
in welche die Feldspulen eingelegt werden, die das das Schwebefahrzeug
tragende Magnetfeld erzeugen.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
16 erlaubt es, beim transversalen Bewegen des Fräswerkzeuges auch die Tiefe
der durch es erzeugten Nut zu variieren.
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Bei
einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 17 kann man auch
Ausnehmungen erzeugen, die in Längsrichtung
des Werkstückes
gesehen größere Abmessung
aufweisen als das verwendete Fräswerkzeug.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
18 gestatte es, im Werkstück
in regelmäßigem Muster
Bohrungen zu erzeugen, die z. B. zum Anbringen von Befestigungsmitteln
dienen. Derartige Befestigungsmittel dienen bei Schienensegmenten für eine Magnetschwebebahn
dazu, die in die Ausnehmungen eingeschobenen Lamellenpakete in ihrer
Lage zu sichern.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
19 ist im Hinblick auf eine insgesamt kurze Bearbeitungszeit des
Werkstückes
von Vorteil.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
20 ermög licht
es, die verschiedenen Fräswerke
und Bohrwerke zu unterschiedlichen Zwecken einzusetzen. So können die
in Werkzeuglängsrichtung
aufeinander folgenden Fräswerke
einmal mit identischen Werkzeugen versehen werden, und dann wird
die Bearbeitungseinheit nach jedem Arbeitszyklus um die Länge der
Gesamtgruppe weiterbewegt, oder die Fräswerke können mit unterschiedlichen
Werkzeugen bestückt
werden, z. B. zum Vorfräsen,
Mittelfräsen
und Feinfräsen,
wobei dann das Weiterbewegen der Bearbeitungseinheit jeweils nur um
den Abstand einer einigen Ausnehmung erfolgt.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
21 ermöglicht
die Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung auch an solchen Werkstücken, die stärker gekrümmt und/oder
tordiert sind.
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Verwendet
man nicht nur ein einziges Positioniermittel, sondern aus Sicherheitsgründen und
Genauigkeitsgründen
eine Mehrzahl in Werkstücklängsrichtung
aufeinander folgender Positioniermittel, so kann man diese gemäß Anspruch
22 ebenfalls auf einen gesonderten Unterfahrwerk vorsehen, um stärker gebogene
und/oder tordierte Werkstücke
bearbeiten zu können.
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Mit
der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 23 wird erreicht,
daß durch
die gelenkige Verbindung zwischen den einzelnen Unterfahrwerken
keine von der Biegung und/oder Tordierung herrührende Bearbeitungsungenauigkeiten
entstehen.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
24 ist im Hinblick auf eine besonders rasche Bearbeitung eines Werkstückes von
Vorteil. Im Prinzip könnte
man in einer Fabrik, in der solche lange Werkstücke wie Schienensegmente für die Trasse
einer Magnetschwebebahn hergestellt werden, mehrere unabhängige Produktionslinien
aufstellen. Diese benötigen
aber viel Platz und sind kostspielig. Mit der Weiterbildung der
Erfindung gemäß Anspruch
24 hält man
eine raschere Bearbeitung eines Werkstückes bei gleichem Platzbedarf
für die
Bearbeitungsvorrichtung. Außerdem
werden noch Kosten für
die aufwendige Lagerung des Werkstückes eingespart.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
25 gestattet es, die Werkstücke
bis hin zu ihren Enden vollständig
zu bearbeiten. Außerdem
ist es möglich,
die schwere Bearbeitungseinheit in unmittelbarer Nähe des eigentlichen
Arbeitsfeldes und ohne Zuhilfenahme von Hebemitteln zu parken, wenn
ein fertiges Werkstück
gegen ein neues ausgetauscht wird.
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Bei
einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 26 läuft die
Bearbeitungseinheit unter exakt gleichen Bedingungen über das
Ende des Werkstückes
hinweg. Dies ist für
die Genauigkeit der Bearbeitung der endständigen Ausnehmungen von Vorteil.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
27 gestattet es, die Parkteile stoßfrei und glatt an die Enden
des Werkstückes
anzuschließen.
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Die
Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch
28 ist im Hinblick auf geringe Kosten der Basiseinheiten für die Parkteile
von Vorteil, da diese nicht extra konstruiert werden müssen und
im wesentlichen unverändert
aus dem Vorrat an Basiseinheiten entnommen werden können, die
sowieso zur Abstützung
des Werkstückes
benötigt
werden.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
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1:
Eine seitliche Ansicht einer Vorrichtung zum spanenden Bearbeiten
der Stator-Tragschiene eines Schienensegmentes für eine Magnetschwebebahn;
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2:
eine seitliche Ansicht eines Abschnittes der Stator-Tragschiene
des Schienensegmentes nach 1 mit einigen
eingehängten
Stator-Segmenten;
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3:
einen Ausschnitt aus einem Abschnitt der Stator-Tragschiene nach 2, wobei
zusätzlich eine
Positioniereinheit wiedergegeben ist;
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4:
einen transversalen Schnitt durch die in 1 gezeigte
Bearbeitungsvorrichtung längs
der dortigen Schnittlinie IV-IV;
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5:
eine seitliche Ansicht einer Lagerung für ein Werkstückende sowie
einer Lagerung für
ein das Schienensegment fortsetzendes Parkteil;
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6:
eine seitliche Ansicht einer Lagerung für die Mitte des Schienensegmentes,
wie sie in der Bearbeitungsvorrichtung nach 1 verwendet
wird;
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7:
eine seitliche Ansicht einer weiteren Basiseinheit, wie sie an Zwischenstellen
des Schienensegmentes zur Abstützung
und Schwingungsdämpfung
verwendet wird;
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8:
einen Blick auf die Basiseinheit nach 7 in Längsrichtung
des Werkstückes
gesehen; und
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9:
eine schematisch seitliche Ansicht einer abgewandelten Bearbeitungseinheit
zur Verwendung in der Bearbeitungsvsorrichtung nach 1.
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In 1 ist
mit 10 insgesamt ein Schienensegment bezeichnet, welches
zur Realisierung des Fahrweges einer Magnetschwebebahn verwendet wird.
Die in 1 mit L bezeichnete Gesamtlänge des Schienensegmentes beträgt typischerweise
60 m.
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Das
Schienensegment 10 umfaßt ein geschlossenes Kastenprofil 12,
auf welches in Abständen
von etwa 3 m Verstärkungsplatten 14 aufgeschweißt sind.
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Über zwei
endständige
Basiseinheiten 16, 18 sowie eine mittlere Basiseinheit 20 ist
das Schienensegment 10 auf dem mit 22 bezeichneten
Boden einer Fabrikhalle abgestützt.
Weitere Zwischen-Basiseinheiten 24 unterstützen das
Schienensegment 10 an jeweils vier zwischen benachbarten
Basiseinheiten liegenden Zwischenstellen.
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Die
Basiseinheiten 16–20 entsprechen Stützstellen
für das
Schienensegment, wie sie auch in der fertigen Trasse vorgesehen
sind, die Zwischen-Basiseinheiten 24 dienen dazu, das Schienensegment 10 für eine spanende
Bearbeitung zusätzlich
abzustützen
und bei der Bearbeitung entstehende Schwingungen und Vibrationen
zu dämpfen.
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An
den Enden des Schienensegmentes 10 ist jeweils ein Parksegment 26 bzw. 28 vorgesehen, welches
jeweils von zwei Basiseinheiten 30 getragen ist, die in
ihrem Aufbau im wesentlichen den Zwischen-Basiseinheiten 24 entsprechen,
jedoch eine Fixierung des zugeordneten Parksegmentes 26; 28 ermöglichen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, sind die Basiseinheiten 30 der
Parksegmente 26, 28 jeweils um ein Raster von
den Segmentenden nach innen versetzt, so daß man symmetrisch frei überstehende
Endabschnitte der Parksegmente 26, 28 erhält, die stoßfrei und
glatt mit den Enden des Schienensegmentes 10 verbindbar
sind. Die Parksegmente 26, 28 haben exakt gleichen
Querschnitt und gleichen Aufbau wie ein Schienensegment 10,
sind jedoch nur kürzer
Durch die bezüglich
einer Quermittelebene symmetrische Ausbildung der Parksegmente 26, 28 ist
gewährleistet,
daß die
ihnen zugeordneten Basiseinheiten 30 bei unbelastetem Parksegment
keine Kippmomente aufnehmen müssen.
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Das
Schienensegment 10, dessen Aufbau nachstehend noch genauer
beschrieben wird, hat eine obere horizontale Hauptwand 32 sowie
von deren seitlichen Rändern
herabhängende
vertikale Seitenwände 34.
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Auf
dem Schienensegment 10 laufend ist eine insgesamt mit 36 bezeichnete
Bearbeitungseinheit gezeigt, die aus drei Untereinheiten zusammengesetzt
ist, nämlich
einer Fräseinheit 38,
einer Positioniereinheit 40 sowie einer Bohreinheit 42.
Der Aufbau der Bearbeitungseinheit 36 wird später genauer beschrieben.
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Falls
gewünscht,
kann man mehrere Bearbeitungseinheiten 36 gelenkig zu einem
Zug bzw. einer größeren Bearbeitungseinheit
zusammenstellen, wie bei 44 gestrichelt angedeutet. Die
Länge der Parksegmente 26, 28 ist
so bemessen, daß der
gesamte Zug 44 auf ihnen Platz findet, so daß ein Zug 44 nach
Fertigstellung der Bearbeitung eines Schienensegmentes 10 im
wesentlichen ohne Höhenänderung
und ohne Zuhilfenahme von Hebewerkzeugen oder dergleichen geparkt
werden kann, um das fertige Schienensegment 10 zu entfernen
und ein neu zu bearbeitendes Schienensegment einzusetzen. Die Parksegmente 26, 28 ermöglichen
darüber hinaus
eine Bearbeitung des Schienensegmentes 10 bis unmittelbar
an dessen Stirnflächen
heran, wie noch genauer beschrieben werden wird.
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Wie
aus 1 ersichtlich, sind die Basiseinheiten 16, 18, 24 durch
zwischen ihnen liegende Kupplungsstangen 46 vorzugsweise
gelenkig verbunden.
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Die
Basiseinheiten 30 sind untereinander, nicht jedoch mit
der benachbarten Basiseinheit 16 bzw. 18 durch
eine Kupplungsstange 48 verbunden.
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Wie
aus 4 ersichtlich, ist das Kastenprofil 12 aus
mehreren Stahlplatten zusammengeschweißt. Von den unteren Abschnitten
der Seitenwände 34 gehen
transversale Platten 50 aus. Die Platten 50 sind über vertikale
Zwischenplatten 54 mit den seitlichen Bereichen der Hauptwand 32 verschweißt.
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Mit
den Platten 50 und den Zwischenplatten 54 sind
Stator-Tragschienen 56 verschweißt. Bei
diesen handelt es sich um ein endloses Walzprofil aus Stahl.
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Die
inneren Enden der Tragschienen 56 sind über gebogene Bleche 52 dicht
mit den Seitenwänden
des Kastenprofiles 12 verbunden.
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Um
an den Stator-Tragschienen 56 Stator-Lamellenpakete einzuhängen, werden
die Tragschienen 56 mit Nuten versehen, wie sie in 2 genauer
dargestellt sind.
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Dort
sind Stator-Pakete 58 wiedergegeben, die aus einer Mehrzahl
von Stator-Lamellen bestehen, die in zur Zeichen ebene von 2 senkrechter Richtung
hintereinander gestapelt sind. In den Unterseiten der Stator-Pakete 58 sind
transversale Aufnahmenuten 60 vorgesehen, die später die
Leiter der Feldwicklung des Linearmagneten aufnehmen, der das Schwebefahrzeug
trägt.
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Auf
der Oberseite weist jedes Stator-Paket zwei endständige Tragabschnitte 62, 64 auf,
die im wesentlichen T-förmigen.
Querschnitt haben. Ein mittlerer Positionierabschnitt 66 hat
rechteckigen Querschnitt.
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Entsprechend
sind in der Unterseite der Tragschiene 56 für jedes
Stator-Paket eine Positioniernut 68 und zwei zu deren Seiten
angeordnete Tragnuten 70, 72 vorgesehen. Die Positioniernut 68 paßt exakt
zum Positionierabschnitt 66 der Stator-Pakete 58,
um letztere in Längsrichtung
der Tragschiene 56 exakt zu positionieren.
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Die
Tragnuten 60, 62 passen im Querschnitt zu dem
Querschnitt der Tragabschnitte 62, 64, jedoch
in kleinerem Gleitspiel, so daß die
Stator-Pakete 58 in seitlicher, d. h. in 2 senkrecht
zur Zeichenebene verlaufender Richtung in die Tragschiene 56 eingeschoben
werden können.
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Um
die verschiedenen Nuten 68, 70, 72 in den
Tragschienen 56 erzeugen zu können, und ferner in der Tragschiene
Durchgangsbohrungen 74 erzeugen zu können, an denen die Stator-Pakete 58 nach
dem Aufschieben durch Schrauben 76 gesichert werden können, wird
die fahrbare Bearbeitungseinheit 36 schrittweise längs des
Schienensegmentes 10 bewegt. Wie nachstehend nun genauer beschrieben
wird, ist die Bearbeitungseinheit 36 so ausgebildet, daß sie in
jedem Bearbeitungsschritt einen Satz Nuten 68, 70, 72 und
einen Satz von Durchgangsbohrungen 74 erzeugt.
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Wie
aus den 4 und 5 ersichtlich,
hat die fahrbare Bearbeitungseinheit 36 einen Rahmen 78,
welcher den oberen Abschnitt des Schienensegmentes 10 U-förmig übergreift.
In dem Basisabschnitt des Rahmens 78 sind vier Tragrollen 80 um
Achsen drehbar, die parallel zur Hauptwand 32 und transversal
zur Längsrichtung
des Schienensegmentes 10 (diese ist senkrecht zur Zeichenebene
von 4) verlaufen.
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Mit
den Seitenwänden 34 arbeiten
vier Führungsrollen 82 zusammen,
die um Achsen umlaufen, die senkrecht auf der Ebene der Hauptwand 32 stehen.
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Die
im einzelnen nicht dargestellten Lagerblöcke für die Rückführungsrollen 82 sind
durch schematisch angedeutete Tellerfederstapel 84 in Richtung
auf die benachbarte Seitenwand 34 zu vorgespannt. Zusätzlich stehen
diese Lagerblöcke
unter einer einstellbaren Kraft, welche durch Druckluftzylinder 86 erzeugt
werden.
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Während die
Tellerfelderstapel 84 alle identisch ausgebildet sind,
kann durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung der Druckluftzylinder 86 die Gewichtskomponente
der Bearbeitungseinheit 36 ausgeglichen werden, die dann
erhalten wird, wenn die Hauptwand 32 zur Horizontalen geneigt
ist, wie in 4 dargestellt. Hierzu sind die
Arbeitsräume
der Gasfedern darstellenden Druckluftzylinder 86 jeweils über einen
steuerbaren Druckregler 88 mit einer Druckluftleitung 90 verbindbar.
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Der
Druckregler 88 hat einen einstellbaren Regeldruck, was
man z. B. dadurch realisieren kann, daß man seinen Regelkörper mit
einer variablen Zusatzkraft beaufschlagt, die von einem Magneten 92 bereitgestellt
wird, der mit variablem Strom gespeist wird, wie durch einen einstell baren
Widerstand 94 angedeutet. Der Widerstand 94 kann
ein programmierbarer Widerstand sein, der elektrisch steuerbar ist,
oder ein Schiebewiderstand oder dergleichen, welcher durch einen
Servomotor verstellt werden kann. Auf jeden Fall kann man durch
Anlegen eines elekrischen Signales so den Druck der Luft einstellen,
die den Druckluftzylindern 86 zugeführt wird.
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Die
Steuersignale für
die steuerbaren Druckregler 88 können entweder Produktionsdaten
des Schienensegmentes 10 entnommen werden, die für jede Stelle
des Schienensegmentes (z. B. bezogen auf ein Segmentende) die Neigung
der Hauptwand 32 angeben. Alternativ kann man die Neigung
der Bearbeitungseinheit 36 durch einen Neigungsfühler 96 messen,
der auf der Bearbeitungseinheit 36 angeordnet ist, und
ein entsprechendes Ausgangssignal bereitstellt.
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Die
Fräseinheit 38 umfaßt zu beiden
Seiten des Schienensegmentes 10 jeweils drei unter gleichem
Längsabstand
angeordnete Fräsköpfe 98,
die in transversaler Richtung durch einen nicht näher dargestellten
Servoantrieb versstellbar sind, wie durch einen Pfeil 100 angedeutet.
Ferner können
die Fräsköpfe 98 in
axialer Richtung verstellt werden, wie durch einen Pfeil 102 angedeutet
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Falls
gewünscht,
können
die Fräsköpfe 98 zusätzlich noch
in zur Zeichenebene von 4 senkrechter Richtung (Werkstücklängsrichtung)
verstellt werden, falls nicht mit Formfräsern gearbeitet werden soll.
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In
die Fräsköpfe 98 eingspannte
Fräser 104 haben
eine Silhouette, die der Silhouette der jeweils gewünschten
Nutart (Tragnut oder Positioniernut) entspricht.
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Die
Bohreinheit 42 hat zu beiden Seiten des Schienen segmentes
jeweils einen Mehrfachbohrkopf 106 mit sechs Spindeln,
die jeweils einen Bohrer 108 tragen, mit dem eine Durchgangsbohrung 74 erzeugt werden
kann. Der Aufbau der Mehrfachbohrköpfe 106 ist gemäß dem Bohrloch-Teilungsmuster
der Stator-Tragschiene 56 gewählt. Die Mehrfachbohrköpfe 106 können in
zur Hauptwand 32 senkrechter Richtung durch einen nicht
näher dargestellten
Servoantrieb verstellt werden, wie durch einen Pfeil 110 angedeutet.
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Die
Positioniereinheit 40 umfaßt einen Nutdetektor 112,
der z. B. durch eine Fernsehkamera und nachgeschaltete Bildauswerteelektronik
gebildet sein kann. Der Nutdetektor 112 erzeugt ein Ausgangssignal,
wenn er über
einer zuvor erzeugten Nut steht.
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Wird
dieses Ausgangssignal erhalten, so werden durch Druckluftzylinder 114 Positionierteile 116 in über ihnen
liegende Nuten bewegt. Dabei findet eine Restpositionierung der
Bearbeitungseinheit 36 statt. Auf diese Weise kann die
Bearbeitungseinheit 30 unter Orientierung an gerade erzeugten
Nuten um Inkremente weiterbewegt werden, die genau einer Teilung
der Tragschiene 54 entsprechen (also der Länge eines
Stator-Paketes 58).
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In 5 ist
eine Ausführungsform
der Positioniereinheit 40 gezeigt, bei welcher zwei Positionierteile 116 vorgesehen
sind, die jeweils mit einer der Tragnuten 60, 72 zusammenarbeiten.
Ordnet man den Nutdetektor 112 so an, daß er mit
der rechten oder der linken Stirnfläche der Tragschiene 56 zusammenarbeitet,
kann man auch für
die Positioniernut 66 eines Nutensatzes ein Positionierteil 116 und einen
zugeordneten Druckluftzylinder 114 vorsehen.
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Hat
man mehr als ein Positionierteil 116, so wird eines der
Positionierteile so gearbeitet, daß es absolut spielfrei in die
zugeordnete Nut paßt.
Die anderen der Positioierteile werden mit geringem Spiel gearbeitet,
um eine Überbestimmung
zu vermeiden, wie in 3 übertrieben dargestellt.
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Die
Positionierteile 116 haben jeweils eine Einführschräge 118,
wie auch in der Ausschnittvergrößerung von 5 dargestellt.
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Die
Einführschrägen 118 der
außenliegenden
Positionierteile 116-1 und 116-3 von 3 sind länger als
die des. mittleren Positionierteiles 116-2. Letzteres hat
geringere Länge
als die Postionierteile 116-1 und 116-3. Damit
fluchten die zuerst in Eingriff kommenden Positionierteile 116-1 und 116-3 die Postioniereinheit 40 und
damit die Bearbeitungseinheit 35 auf die Nuten 70 und 72 weitgehend
aus, bevor dann das Positionerteil 116-2 zusammmen mit der
Nut 68 die letzte Feinpositionierung besorgt.
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Wie
aus den 4 und 5 ersichtlich,
hat die Basiseinheit 16 (und analog die Basiseinheiten 18 und 20)
ein Fahrwerk 120, welches auf im Boden der Fertigungshalle
eingelassenen Schienen 122 verschiebbar ist. Das Fahrwerk 120 trägt über einen Transversalschlitten 126,
der hier nicht in Einzelheiten beschrieben werden soll, eine Vertikalverstelleinheit 120.
Letztere trägt über ein
Drehlager 122 mit vertikaler Drehachse eine Lagermulde 124.
Letztere hat eine kreisförmige
Lagerfläche
und trägt
mit dieser einen Aufnahmetisch 126, der auf der Unterseite
eine komplementäre
Lagerfläche
hat. Auf dem Aufnahmetisch 126 sind mittels transversal
verstellbarer Klauen 128 Fußabschnitte von Endplatten 130 positioniert, welche
an den Enden des Schienensegmentes 10 vorgesehen sind.
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Man
erkennt, daß auf
diese Weise das Ende eines Schienensegmentes in Höhe und Neigung
beliebig einstellbar ist, um ein gekrümmtes und möglicherweise tordiertes Schienensegment 10 aufnehmen
zu können.
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Während bei
den Basiseinheiten 16 und 18 die Endplatten 130 nur
zwischen den entsprechend gestellten Klauen 128 transversal
positioniert sind, werden die Klauen 128 der mittleren
Basiseinheit fest gegen eine der Endplatte 130 entsprechende
mittlere Befestigungsplatte des Schienensegmentes 10 gedrückt, so
daß dieses
an dieser Stelle absolut festgelegt ist.
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Wie
aus den 7 und 8 ersichtlich,
haben die Basiseinheiten 24 ein ebenfalls auf den Schienen 122 laufendes
Fahrwerk 140 und letzteres trägt verschwenkbar Hydraulikzylinder 142.
Die Kolbenstangen 144 der letzteren tragen angelenkte Auflageplatten 146,
die mit der Unterseite einer Stator-Tragschiene 56 zusammenarbeiten.
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Die
Hydraulikzylinder 142 sind am Fahrwerk 140 um
eine zur Werkstücklängsachse
parallele Achse verschwenkbar und in ihrer Neigung durch weitere Hydraulikzylinder 148 einstellbar.
Auf diese Weise läßt sich
die Lage der Auflageplatten 146 an die Soll-Stellung und
Soll-Neigung der
zugeordneten Tragschiene 56 anpassen, wie in 8 durch
gestrichelte Linien angedeutet.
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Eine
seitliche Einstellbarkeit der Auflageplatten 146 kann zusätzlich durch
Verfahren eines Basisblockes 150 auf dem Fahrwerk 140 in
seitlicher Richtung erhalten werden.
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Die
Basiseinheiten 30 für
die Parksegmente 26 und 28 sind sehr ähnlich aufgebaut
wie die Basiseinheiten 24 (alternativ auch 20),
nur sind dort Befestigungsmittel vorgesehen, um die Auflageplatten 146 fest
mit den Tragschienen 56 zu verbinden.
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Die
oben beschriebene Bearbeitungsvorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Zunächst wird
die Bearbeitungseinheit 36 auf einem der Parksegmente 26, 28 abgestellt,
z.B. auf dem Parksegment 26. Dann wird ein Schienensegment 10 auf
die Basiseinheiten 16, 18 und 20 gesetzt,
wobei deren Klauen 136 in Höhe und Neigung sowie in ihrer Winkelstellung
um die Hochachse so eingestellt werden, wie dies nach den Fertigungsdaten
des jeweiligen Schienensegmentes 10 für die entsprechenden Stellen
des Schienensegmentes vorgeschrieben ist.
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Dann
werden die verschiedenen Basiseinheiten 24 nacheinander
ebenfalls so eingestellt, daß die
gemäß Fertigungsdaten
vorgeschriebenen Lagen an den entsprechenden Stellen des Schienensegmentes 10 erreicht
werden. Sind diese Justierarbeiten abgeschlossen, werden die Klauen 136 der
Basiseinheit 20 fest gegen die bei der Mitte des Schienensegmentes
liegende Befestigungsplatte gedrückt,
die in ihrer Geometrie einer Endplatte 138 entspricht.
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Nunmehr
werden die beiden Parksegmente 26 und 28 durch
entsprechende Druckmittelbeaufschlagung der verschiedenen Hydraulikzylinder 142 und 148 so
verstellt, daß jedes
Parksegment mit seiner Oberseite und seinen Seitenflächen eine
stetige und glatte Fortsetzung des benachbarten Endes des Schienensegmentes 10 darstellt.
Diese Verstellung der Hydraulikzylinder kann von einem Steuerrechner ausgehend
von den Fertigungsdaten für
das jeweils zu bearbeitende Schienensegment automatisch durchgeführt werden.
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Da
die Parksegmente 26 und 28 in ihrem Aufbau vollständig dem
Aufbau eines kurzen Innensegmentes entsprechen, haben ihre Tragschienen 56 ebenfalls
Positioniernuten 68 und Tragnuten 70, 72.
Diese dienen zu Beginn der Bearbeitung als Referenzmarken für den Nutdetektor 112 und
die Positionierteile 116.
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Zunächst wird
die Bearbeitungseinheit um eine Teilung (also den Abstand zwischen
einer Positioniernut 68 und der nächsten Positioniernut bzw. dem
Abstand zwischen aufeinander folgenden Nutgruppen) auf das Schienensegment 10 bewegt,
in 1 also beim angenommenen Ausgangszustand nach
rechts.
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Nun
werden die Fräsköpfe 102 in
Gang gesetzt und in transversaler Richtung bewegt. Hierdurch wird
in beiden Tragschienen 56 jeweils ein Satz von Nuten 68, 70, 72 erzeugt.
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Nun
werden die Fräsköpfe 102 seitlich
neben die Tragschienen 56 gesetzt, und die Bearbeitungseinheit 36 wird
um eine Teilung weiter auf das Schienensegment 10 bewegt.
Die Positioniereinheit 40 der Bearbeitungseinheit 36 steht
nun über
den gerade erzeugten Nuten 68 bis 72 und kann
diese zur exakten Neupositionierung der Bearbeitungseinheit 36 verwenden,
wie obenstehend unter Bezugnahme auf das Parksegment 26 beschrieben.
Nunmehr wird ein zweiter Satz von Nuten 68 bis 72 in
den Tragschienen 56 erzeugt. Nach deren Fertigstellung
wird die Bearbeitungseinheit 36 wieder um eine Teilung
nach rechts bewegt, wodurch die Positioniereinheit 40 wieder über die
gerade neu erzeugten Nuten zu stehen kommt.
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Zusätzlich stehen
nun die Mehrfachbohrköpfe 106 über den
beim vorletzten Schritt erzeugten Nuten.
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Im
nächsten
Bearbeitungszyklus wird in den beiden Tragschienen 56 wieder
ein Satz von Nuten 68 bis 72 erzeugt. Gleichzeitig
kann nun aber auch von den Mehrfachbohrköpfen 106 ein Satz
von Durchgangslöchern 74 erzeugt
werden.
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Nach
Ablauf dieses Zyklus wird nun die Bearbeitungseinheit 36 wieder
um eine Teilung weiter versetzt, und der zuletzt beschriebene Zyklus
wird wiederholt. Das Ganze setzt sich solange fort bis die Bearbeitungseinheit 36 vom
in 1 rechts gelegenen Ende des Schienensegmentes 10 auf
das Parksegment 28 läuft.
In den letzten beiden Arbeitszyklen, bei denen sich die Fräsköpfe 102 schon über dem Parksegment 28 befinden,
bleiben diese abgeschaltet. Und beim letzten Arbeitszyklus, bei
dem nur noch die letzten Durchgangslöcher 74 im rechten
Ende des Schienensegmentes 10 erzeugt werden, bedient sich
die Positioniereinheit 40 schon der Nuten im rechten Parksegment 28 zur
Positionierung des Mehrfachbohrkopfes 106.
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Wünscht man
nicht, daß beim
letzten Arbeitszyklus das Bohren der Durchgangsbohrungen unter Verwendung
von Referenzmarken erfolgt, die vom Parksegment 28 getragen
sind, vielmehr unter Verwendung von neu erzeugten Nuten, so kann
man die Positioniereinheit 40 in Abwandlung auch hinter der
Bohreinheit 42 anordnen, also in 1 links
derselben.
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Insbesondere
dann, wenn man eine große Anzahl
von Frässpindeln
und Bohrspindeln in Werkstücklängsrichtung
aufeinanderfolgend auf der Bearbeitungseinheit 36 anord net,
wird die Bearbeitungseinheit 36 verhältnismäßig lang. Es kann dann zu Schwierigkeiten
von Schienensegmenten kommen, die stärker gekrümmt und/oder tordiert sind.
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Man
kann dann die Bearbeitungseinheit in mehrere Untereinheiten unterteilen,
z.B. drei Untereinheiten, die der Fräseinheit 38, der Positioniereinheit 40 und
der Bohreiheit 42 entsprechen. Derartige Einheiten sind
beim Ausführungsbeispiel
nach 9 jeweils durch eine Kupplung 152 verbunden,
die ein Kugelpfannengelenk enthält.
Damit können
sich die einzelnen Untereinheiten beliebig im Raum gegeneinander
verdrehen.
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Es
versteht sich, daß jede
der Untereinheiten dann einen eigenen Rahmen und getrennte Sätze von
Tragrollen 80 und Führungsrollen 82 aufweist, wie
obenstehend für
die Trageinheit 36 als ganze beschrieben.
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Die
Lage der Kupplungen 152 ist so gewählt, daß der Gelenkpunkt mit der neutralen
Faser derjenigen Ebene fluchtet, welche durch die Mitten der Nuten 68, 70, 72 gegeben
ist. Auf diese Weise führen die
Schwenkbewegung der einzelnen Untereinheiten nur zu sehr geringen Änderungen
im Arbeiten der Fräser
und Bohrer.
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In 9 ist
zusätzlich
eine Rechen- und Steuereinheit 154 gezeigt, welche das
Bild des optischen Nutdetektors 112 auswertet und die Druckmittelbeaufschlagung
eines Druckluftzylinders 114 besorgt.
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Zusätzlich ist
in der Positioniereinheit 140 eine Recheneinheit 156 vorgesehen,
die mit einem Massenspeicher 158 zusammenarbeitet, in welchem die
Produktionsdaten für
das gerade bearbeitete Schienensegment abgelegt sind, insbe sondere
die Neigung der Hauptwand 32 in beiden Raumrichtungen (transversale
und longitudinale Neigung). Diese Daten sind mit einer Auflösung im
Massenspeicher 158 abgelegt, die mindestens so gut ist
wie die Teilung der Tragschienen 56.
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Die
Recheneinheit 156 ist von der Rechen- und Steuereinheit 154 mit
Impulsen beaufschlagt, die jedesmal dann von dieser Einheit erzeugt
werden, wenn der Nutdetektor 112 nach dem Weitersetzen der
Bearbeitungseinheit 36 um eine Teilung eine zur Ausfluchtung
der Bearbeitungeinheit 36 verwendete Nut entdeckt. Auf
diese Weise weiß die
Recheneinheit 156 genau, an welcher Stelle sich die Bearbeitungseinheit 36 gerade
befindet.
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Ferner
ist die Recheneinheit 156 verbunden mit dem Neigungsfühler 96 dargestellt.
Auf diese Weise kann sie sowohl aus dem Ausgangssignal des Neigungsfühlexs 96 als
auch aus der Stellung der Bearbeitungseinheit 36 und den
im Massenspeicher 158 abgelegten Produktionsdaten die zusätzliche pneumatische
Kompensationskraft berechnen, die an einem der Druckluftzylinder 86 benötigt wird,
um die gewichtskraftbedingte Unsymmetrie der Selbstzentrierung der
Bearbeitungseinheit 36 auf das Schienensegment 10 zu
kompensieren. Die Rechen- und Steuereinheit gibt ein hierzu geeignetes
elektrisches Signal ab, gemäß dem die
Magnete 92 bestromt werden.
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In
Abwandlung der obigen Ausführungsbeipiele
kann man das Arretieren der Bearbeitungseineit 36 an den
verschiedenen Teilungspunkten des Schienensegmentes auch so berwerkstelligen,
daß man
durch den Ausnehmungsdetektor 112 solche Druckluftzylinder 114' steuert, die
Klemmteile 116' tragen,
die im Reibschluß mit
einer der Flächen
des Schienensegmentes 10 zusammenarbeiten, z.B. mit der
unteren Endfläche
der Seitenwände 34,
wie in 4 mit dargestellt.