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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines großformatigen, dünnwandigen Werkstücks mit wenigstens einer Bearbeitungseinrichtung, die zur Bearbeitung Von zumindest einem Abschnitt des Werkstücks auf einer Bearbeitungsseite des Werkstücks relativ zum Werkstück bewegbar angeordnet ist, und mit zumindest einer Spanneinrichtung zum mindestens zeitweisen Einspannen des Abschnitts des Werkstücks während seiner Bearbeitung.
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Unter einem großformatigen Werkstück soll gemäß der Erfindung beispielsweise ein Bauteil aus der Fertigung von Eisenbahnwaggons, Flugzeugen, Schiffen oder ähnlichem verstanden werden. Wesentlich ist, dass die zu bearbeitenden, großformatigen Werkstücke relativ große Abmessungen, beispielsweise Längen von etwa 60 m, aufweisen. In Relation zu solchen Dimensionen ist die Materialstärke eines solchen Werkstücks eher gering, weshalb diese Werkstücke im Rahmen der Erfindung als dünnwandig bezeichnet werden.
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Aus
DE 691 07 196 T2 ist eine Werkzeugmaschine bekannt, mit der zumindest ein Abschnitt eines großformatigen, dünnwandigen Werkstücks bearbeitet werden kann. Die Werkzeugmaschine weist eine Bearbeitungseinrichtung auf, die in einer Hauptrichtung Relativbewegungen zu einem während der Bearbeitung ortsfest gehaltenen Werkstück ausführen kann. Hierzu weist die Bearbeitungseinrichtung eine auf Schienen bewegbar gelagerte Trageeinheit auf, wobei die Schienen parallel und beabstandet zur Hauptrichtung ausgerichtet sind. Die Trageeinheit trägt eine ein Bearbeitungswerkzeug antreibende Bearbeitungseinheit, die quer zur Hauptrichtung bewegbar an der Trageeinheit angeordnet ist. Die Bearbeitung des Werkstückabschnitts erfolgt bei der Werkzeugmaschine gemäß
DE 691 07 196 T2 von der Oberseite eines im Wesentlichen horizontal angeordneten Werkstücks aus. Somit ist hier die Oberseite des Werkstücks die Bearbeitungsseite desselben im Sinne der vorliegenden Erfindung. Erreicht die Bearbeitungseinrichtung einen Bearbeitungsabschnitt, wird die Trageeinheit ortsfest gehalten und die Bearbeitungseinheit relativ zur Trageeinheit quer zur Hauptrichtung bewegt, um bestimmte Bearbeitungsmaßnahmen an dem Bearbeitungsabschnitt durchführen zu können.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Werkstück in zwei oder mehrere in der Hauptrichtung, welche beispielsweise durch die Längserstreckung des großformatigen, dünnwandigen Werkstücks definiert ist, nebeneinander angeordnete Bearbeitungsabschnitte unterteilt sein oder selbst einen einzigen Bearbeitungsabschnitt ausbilden.
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Die Bearbeitungseinheit umfasst üblicherweise eine Motorspindel zum Antreiben eines für eine bestimmte Bearbeitungsmaßnahme geeigneten Bearbeitungswerkzeugs. Bearbeitungsmaßnahmen können gemäß der Erfindung beispielsweise Fräs-, Bohr-, Gewindebohr-, Einkerb-, Schleif- oder Sägearbeiten sein. Als weitere Bearbeitungsmaßnahme kommt Reibrührschweißen in Betracht.
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Um das Werkstück während seiner Bearbeitung ortsfest zu halten, ist beispielsweise aus
EP 1 555 084 A1 eine Spanneinrichtung zum Einspannen des zu bearbeitenden Werkstücks bekannt.
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Während der Durchführung solcher Bearbeitungsmaßnahmen kommt es häufig dazu, dass das zu bearbeitende Werkstück zu vibrieren beginnt. Derartige Vibrationen pflanzen sich von dem Werkstück über das Bearbeitungswerkzeug auf die Bearbeitungseinheit beziehungsweise deren Motorspindel fort. Hierdurch wird die Motorspindel unsachgemäß beansprucht, was sich in deutlich verkürzten Standzeiten widerspiegelt. Es sind daher kostenintensive Wartungs- und Reparaturarbeiten an den herkömmlichen Werkzeugmaschinen erforderlich. Die Vibrationen beeinträchtigen zudem deutlich das Bearbeitungsergebnis, insbesondere dessen Exaktheit.
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Es wird im Stand der Technik daher versucht, die schädigenden Wirkungen der Vibrationen auf die Motorspindel beispielsweise dadurch zu verhindern, dass sehr massive Motorspindeln eingesetzt werden. Die hierzu erforderliche entsprechend leistungsstarke Auslegung der Motorspindel ist jedoch mit erheblichen Kosten verbunden. Die durch die Verwendung von leistungsstarken Motorspindeln mögliche Bearbeitung bei niedrigen Drehzahlen führt auch nicht zu einer ausreichenden Reduzierung von Vibrationen. Somit kann auch durch eine derartige Ausgestaltung von Werkzeugmaschinen keine präzisere und qualitativ hochwertigere Bearbeitung von Werkstücken erfolgen. Zudem wird durch die Verwendung einer solch leistungsstarken Motorspindel das Gewicht der Bearbeitungseinheit dermaßen erhöht, dass die Dynamik der Bearbeitungseinheit stark beeinträchtigt ist, was wiederum mit einer langsameren Bearbeitung von Werkstücken und einer ineffizienteren Produktion von endfertig bearbeiteten Werkstücken verbunden ist.
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Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines großformatigen, dünnwandigen Werkstücks bereitzustellen, mit der eine schnelle, qualitative und kostengünstige Bearbeitung des Werkstücks verfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Spanneinrichtung wenigstens zwei Spanneinheiten aufweist, von denen eine erste Spanneinheit auf der Bearbeitungsseite des Werkstücks und eine zweite Spanneinheit auf der der Bearbeitungsseite gegenüberliegenden Seite des Werkstücks angeordnet ist, wobei zumindest eine der beiden Spanneinheiten zum Einspannen des Abschnitts des Werkstücks auf die jeweils andere Spanneinheit zu bewegbar gelagert ist.
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Erfindungsgemäß wird somit zumindest der zu bearbeitende Abschnitt des Werkstücks während seiner Bearbeitung in einer Art und Weise eingespannt, die ein Vibrieren des Werkstücks während der Bearbeitung zuverlässig verhindert. Hierdurch kann die Bearbeitung unter Verwendung hoher Drehzahlen durchgeführt werden, was eine relativ schnelle Bearbeitung des Werkstücks und den kostengünstigen Einsatz von herkömmlichen Motorspindeln geringerer Leistungsstärke ermöglicht, ohne dass die Standzeit einer entsprechend ausgestatteten Bearbeitungseinrichtung beziehungsweise Vorrichtung zum Bearbeiten eines großformatigen, dünnwandigen Werkstücks verkürzt wird und kostenintensive Reparaturarbeiten anfallen.
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Die großformatigen, dünnwandigen Werkstücke können im Rahmen der Erfindung beispielsweise aus einem relativ dünnwandigen Metall, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, aus Kunststoff, aus einem Verbundwerkstoff oder aus Holz bestehen.
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Die Erfindung ist im Übrigen nicht auf eine horizontale Ausrichtung des zu bearbeitenden Werkstücks beschränkt, wie es etwa bei
DE 691 07 196 T2 erforderlich ist. Stattdessen ist jede beliebige Ausrichtung des Werkstücks möglich. Vibrationen des Werkstücks treten bei jeder möglichen Ausrichtung des Werkstücks auf und können bei jeder Ausrichtung gleichermaßen mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die zweite Spanneinheit ein ortsfestes Auflager auf, auf dem zumindest der zu bearbeitende Abschnitt des Werkstücks während seiner Bearbeitung aufliegt, wobei die erste Spanneinheit einen relativ zum Auflager bewegbar angeordneten Niederhalter umfasst, mit dem der Abschnitt des Werkstücks während seiner Bearbeitung mindestens zeitweise von der Bearbeitungsseite des Werkstücks aus gegen das Auflager pressbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Werkstück während seiner Bearbeitung vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Dadurch kann die zweite Spanneinheit relativ einfach, beispielsweise als Auflagetisch oder ähnliches, ausgebildet und ortsfest angeordnet sein. Der Niederhalter der ersten Spanneinheit kann mittels wenigstens einem Aktor bewegt werden, um den zu bearbeitenden Abschnitt des Werkstücks auf geeignete Art und Weise einzuspannen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Bearbeitungseinrichtung eine Trageeinheit und eine daran bewegbar angeordnete Bearbeitungseinheit auf, wobei zwischen der Trageeinheit und dem Werkstück Relativbewegungen in einer Hauptrichtung durchführbar sind. Die Trageeinheit ist beispielsweise portalförmig ausgebildet. Die Bearbeitungseinheit ist insbesondere quer zur Hauptrichtung bewegbar an der Trageeinheit angeordnet. Die Relativbewegungen zwischen der Trageeinheit und dem Werkstück können dadurch erreicht werden, dass entweder die Trageeinheit relativ zu dem ortsfest gehaltenen Werkstück bewegt wird, das Werkstück relativ zu der ortsfest gehaltenen Trageeinheit bewegt wird oder sowohl die Trageeinheit als auch das Werkstück in der Hauptrichtung relativ zueinander bewegt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Niederhalter bewegbar an der Trageeinheit angeordnet ist und sich das Auflager unter dem gesamten Werkstück erstreckt. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass die Spanneinrichtung sich mit der Bearbeitungseinrichtung mitbewegt und somit ein beliebiger zu bearbeitender Abschnitt des Werkstücks einspannbar ist. Dieses ermöglicht, dass das Einspannen des Abschnitts des Werkstücks in jeder beliebigen Bearbeitungsstellung der Bearbeitungseinrichtung erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bearbeitungseinheit in einer Bearbeitungsrichtung relativ zu der Trageeinheit bewegbar an dieser angeordnet, wobei die Bearbeitungsrichtung parallel und beabstandet zur Hauptrichtung ausgerichtet ist. Hierdurch kann bei ortsfest gehaltener Trageeinheit die Bearbeitungseinheit in Richtung der Längserstreckung des Werkstücks über eine bestimmte Strecke bewegt werden, ohne dass es wie beim Stand der Technik erforderlich ist, die gesamte Bearbeitungseinrichtung mitsamt ihrer schwergewichtigen Trageeinheit zu bewegen. Somit wird gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung die Dynamik der Bearbeitungseinheit deutlich verbessert, was mit einer kürzeren Bearbeitungszeit und geringeren Bearbeitungskosten verbunden ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Niederhalter wenigstens eine an einem Träger angeordnete Rolle auf, die zur Kraftübertragung von dem Träger auf den Abschnitt des Werkstücks dient und welche während einer Relativbewegung zwischen Trageeinheit und Werkstück in der Hauptrichtung auf dem Werkstück abrollt. Vorzugsweise weist der Niederhalter mehrere Rollen auf, um das Werkstück in seiner quer zur Hauptrichtung angeordneten Breite möglichst gleichmäßig einspannen zu können. Insbesondere ist dies von Vorteil, wenn die Bearbeitungseinheit relativ zur Trageeinheit in der Bearbeitungsrichtung bewegbar ist, da sich die Trageeinheit noch zu Beginn oder bereits gegen Ende einer mit der Bearbeitungseinheit durchgeführten Bearbeitungsmaßnahme zu einem weiteren zu bearbeitenden Abschnitt des Werkstücks bewegen kann und in jedem Bewegungszustand sichergestellt ist, dass das Werkstück in ausreichender Weise zur Vermeidung von Vibrationen eingespannt ist. Vorzugsweise ist der Träger mit der Rolle der Bewegung der Trageeinheit vorauslaufend angeordnet. Dieses verhindert, dass die Rolle beispielsweise über bei der Durchführung von Bearbeitungsmaßnahmen erzeugten Materialspänen rollt und diese in das Material des Werkstücks eindrückt, was die Qualität des Werkstücks stark beeinträchtigen würde.
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Es wird weiter aus vorteilhaft erachtet, wenn die Rolle über eine Aufhängeeinrichtung an dem Träger angeordnet ist, über welche die Stellung der Rolle relativ zum Träger variierbar ist. Diese Variation kann auf irgendeine Art und Weise erfolgen. Hierdurch ist es möglich, nicht nur vollständig eben ausgebildete großformatige, dünnwandige Werkstücke auf gewünschte Art und Weise einzuspannen. Statt dessen können die Stellungen der Rollen relativ zum Träger individuell an die jeweilige Formgebung eines zu bearbeitenden Werkstücks angepasst werden, wobei das Werkstück beispielsweise in seiner Längsrichtung verlaufende Abschnitte mit unterschiedlicher Materialstärke aufweisen kann. Auch solche unregelmäßig ausgebildeten Werkstücke können mittels dieser Ausgestaltung der Erfindung zur Vermeidung von Vibrationen gleichmäßig eingespannt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, mittels der die Spanneinrichtung unter Berücksichtigung von Informationen bezüglich der jeweiligen Bearbeitung des Abschnitts des Werkstücks steuerbar ist. Hierdurch lässt sich beispielsweise die von der Spanneinrichtung auf das Werkstück ausgeübte Einspannkraft steuern und/oder ein mit Rollen versehener Niederhalter außer oder in Kontakt mit dem Werkstück bringen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der in den beigefügten Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele für die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen
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1: eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemäße Vorrichtung und
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2: eine weitere Darstellung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Bearbeiten eines großformatigen, dünnwandigen Werkstücks 2. Die Vorrichtung 1 weist eine Bearbeitungseinrichtung 3 auf, die zur Bearbeitung von zumindest einem Abschnitt des Werkstücks 2 auf der Bearbeitungsseite, hier die Oberseite des Werkstücks 2, relativ zum Werkstück 2 bewegbar angeordnet ist.
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Die Vorrichtung 1 weist weiter eine Spanneinrichtung zum mindestens zeitweisen Einspannen des Abschnitts des Werkstücks 2 während seiner Bearbeitung auf. Die Spanneinrichtung umfasst zwei Spanneinheiten 4 und 5, von denen eine erste Spanneinheit 4 auf der Bearbeitungsseite des Werkstücks 2 und eine zweite Spanneinheit 5 auf der der Bearbeitungsseite gegenüberliegenden Seite des Werkstücks 2 angeordnet ist. Die erste Spanneinheit 4 ist zum Einspannen des Abschnitts des Werkstücks 2 auf die zweite Spanneinheit 5 zu bewegbar gelagert.
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Die zweite Spanneinheit 5 weist ein ortsfestes Auflager 6 auf, auf dem das Werkstück 2 während seiner Bearbeitung vollständig aufliegt. Die erste Spanneinheit 4 weist einen relativ zum Auflager 5 bewegbar angeordneten Niederhalter 7 auf, mit dem der Abschnitt des Werkstücks 2 während seiner Bearbeitung mindestens zeitweise von der Bearbeitungsseite des Werkstücks 2 aus gegen das Auflager 5 pressbar ist.
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Die Bearbeitungseinrichtung 3 weist eine eine Bearbeitungseinheit 8 tragende Trageeinheit 9 auf. Die Trageeinheit 9 ist in einer senkrecht auf der Zeichnungsebene stehenden Hauptrichtung relativ zum ortsfest gehaltenen Werkstück 2 bewegbar, wodurch zwischen der Trageeinheit 9 und dem Werkstück 2 Relativbewegungen in der Hauptrichtung durchführbar sind. Die Bearbeitungseinheit 8 ist quer zur Hauptrichtung bewegbar an der Trageeinheit 9 angeordnet.
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Der Niederhalter 7 ist über Aktoren 10 in vertikaler Richtung bewegbar an der Trageeinheit 9 angeordnet. Die Bearbeitungseinheit 8 ist, wie aus 2 ersichtlich ist, in einer Bearbeitungsrichtung X2 relativ zu der Trageeinheit 9 bewegbar an dieser angeordnet, wobei die Bearbeitungsrichtung X2 parallel und beabstandet zur Hauptrichtung X1 ausgerichtet ist.
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Der Niederhalter 7 weist eine Mehrzahl von an einem Träger 11 angeordneten Rollen 12 auf, die zur Kraftübertragung von dem Träger 11 auf den Abschnitt des Werkstücks 2 dienen und welche während einer Bewegung der Trageeinheit 9 in der Hauptrichtung X1 auf dem Werkstück 2 abrollen. Die Rollen 12 sind jeweils über eine Aufhängeeinrichtung 13 an dem Träger 11 angeordnet. Über die Aufhängeeinrichtungen 13 sind die Stellungen der Rollen 12 relativ zum Träger 11 entsprechend den dargestellten Pfeilen variierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69107196 T2 [0003, 0003, 0013]
- EP 1555084 A1 [0006]
