DE102013010666A1

DE102013010666A1 - Bearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken

Info

Publication number: DE102013010666A1
Application number: DE201310010666
Authority: DE
Inventors: Christoph Maurer
Original assignee: Hochschule Munchen
Current assignee: Hochschule Munchen
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Es wird ein selbstfahrender Bearbeitungswagen zur Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken beschrieben. Der Bearbeitungswagen ist dazu ausgelegt, auf eine Oberseite eines Werkstücks aufgesetzt zu werden. Der Bearbeitungswagen umfasst ein Fahrwerk mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten, mit denen der Bearbeitungswagen auf der Oberseite des Werkstücks verfahrbar ist, einen Antrieb, welcher mindestens eine der Rollen, Räder, Raupen oder Ketten des Bearbeitungswagens antreibt, sowie eine Steuerung, welche dazu ausgelegt ist, den Antrieb und die Rollen, Räder, Raupen oder Ketten so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen eine vorgegebene Spur auf der Oberseite des Werkstücks abfährt. Der Bearbeitungswagen umfasst außerdem ein Bearbeitungswerkzeug, das dazu ausgelegt ist, das Werkstück während des Abfahrens der vorgegebenen Spur zu bearbeiten. Darüber hinaus weist der Bearbeitungswagen einen ersten Magneten auf, der dazu vorgesehen ist, zur Ausbildung einer magnetischen Kraft beizutragen, die den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks presst.

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstfahrenden Bearbeitungswagen sowie eine Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten eines flächig ausgedehnten Werkstücks.
Zur Bearbeitung von Werkstücken sind mehrachsige Bearbeitungsmaschinen bekannt. Allerdings ist das Einspannen des Werkstücks in die Bearbeitungsmaschine und die Handhabung dieser mehrachsigen Bearbeitungsmaschinen häufig aufwändig und kompliziert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die automatische Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken zu vereinfachen und zu verbilligen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen selbstfahrenden Bearbeitungswagen gemäß Anspruch 1, durch eine selbstfahrende Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 sowie durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines flächig ausgedehnten Werkstücks gemäß Anspruch 19 gelöst.
Ein selbstfahrender Bearbeitungswagen entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung dient zur Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken. Der Bearbeitungswagen ist dazu ausgelegt, auf eine Oberseite eines Werkstücks aufgesetzt zu werden. Der Bearbeitungswagen umfasst ein Fahrwerk mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten, mit denen der Bearbeitungswagen auf der Oberseite des Werkstücks verfahrbar ist, einen Antrieb, welcher mindestens eine der Rollen, Räder, Raupen oder Ketten des Bearbeitungswagens antreibt, und eine Steuerung, welche dazu ausgelegt ist, den Antrieb und die Rollen, Räder, Raupen oder Ketten so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen eine vorgegebene Spur auf der Oberseite des Werkstücks abfährt. Der Bearbeitungswagen umfasst außerdem ein Bearbeitungswerkzeug, das dazu ausgelegt ist, das Werkstück während des Abfahrens der vorgegebenen Spur zu bearbeiten. Darüber hinaus weist der Bearbeitungswagen einen ersten Magneten auf, der dazu vorgesehen ist, zur Ausbildung einer magnetischen Kraft beizutragen, die den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks presst.
Ein selbstfahrender Bearbeitungswagen entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann selbsttätig eine vorgegebene Spur auf der Oberfläche des Werkstücks abfahren und das Werkstück bearbeiten. Beispielsweise kann der Bearbeitungswagen dazu ausgebildet sein, die Außenkontur eines flächig ausgedehnten Werkstücks zu umfahren und dabei mittels eines geeigneten Bearbeitungskopfes das Werkstück zu besäumen. Mit Hilfe magnetischer Kräfte wird der Bearbeitungswagen so stabilisiert, dass die bei der Bearbeitung des Werkstücks auftretenden Kräfte aufgenommen werden können.
Eine Bearbeitungsvorrichtung entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung dient zur Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken. Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst einen selbstfahrenden Bearbeitungswagen, welcher dazu ausgelegt ist, auf eine Oberseite eines Werkstücks aufgesetzt zu werden. Der Bearbeitungswagen umfasst ein Fahrwerk mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten, mit denen der Bearbeitungswagen auf der Oberseite des Werkstücks verfahrbar ist, einen Antrieb, welcher mindestens eine der Rollen, Räder, Raupen oder Ketten des Bearbeitungswagens antreibt, eine Steuerung, welche dazu ausgelegt ist, den Antrieb und die Rollen, Räder, Raupen oder Ketten so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen eine vorgegebene Spur auf der Oberseite des Werkstücks abfährt, sowie ein Bearbeitungswerkzeug, das dazu ausgelegt ist, das Werkstück während des Abfahrens der vorgegebenen Spur zu bearbeiten. Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst weiter mindestens einen Gegenwagen, welcher dazu ausgelegt ist, auf eine Unterseite des Werkstücks an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle aufgesetzt zu werden, wobei der Gegenwagen eine Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten umfasst, mit denen der Gegenwagen auf der Unterseite des Werkstücks verfahrbar ist.
Dabei ist entweder am Bearbeitungswagen ein erster Magnet und am Gegenwagen ein zweiter Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht, oder am Gegenwagen ist ein zweiter Magnet und am Bearbeitungswagen ein erster Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht. Beim Aufsetzen des Bearbeitungswagens auf die Oberseite des Werkstücks und beim Aufsetzen des Gegenwagens auf die Unterseite des Werkstücks an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle ist eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen ausbildbar, wobei die magnetische Anziehungskraft den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite und den Gegenwagen gegen die Unterseite des Werkstücks presst.
Ein Verfahren entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung dient zum Bearbeiten eines flächig ausgedehnten Werkstücks, wobei eine selbstfahrende Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird. Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst einen Bearbeitungswagen mit einem Fahrwerk, einem Antrieb, einer Steuerung und einem Bearbeitungswerkzeug sowie einen Gegenwagen mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten. Dabei ist entweder am Bearbeitungswagen ein erster Magnet und am Gegenwagen ein zweiter Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht, oder am Gegenwagen ist ein zweiter Magnet und am Bearbeitungswagen ein erster Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht. Das Verfahren umfasst das Vorgeben einer abzufahrenden Spur auf der Oberseite des Werkstücks, das Aufsetzen des Bearbeitungswagens auf die Oberseite des Werkstücks am Beginn der abzufahrenden Spur, und das Aufsetzen des Gegenwagens auf die Unterseite des Werkstücks an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle, wobei eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks und den Gegenwagen gegen die Unterseite des Werkstücks presst. Das Verfahren umfasst das selbsttätige Abfahren der vorgegebenen Spur durch den Bearbeitungswagen, und das Bearbeiten des Werkstücks mit dem Bearbeitungswerkzeug während des Abfahrens der vorgegebenen Spur.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter beschrieben.
1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Kunststoffteils;
2 veranschaulicht das Funktionsprinzip einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung;
3 zeigt eine Schnittdarstellung einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung;
4A zeigt ein Schrägbild einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung;
4B zeigt ein weiteres Schrägbild einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung aus einer anderen Perspektive;
5A zeigt eine Ansicht einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung von vorne;
5B zeigt eine Ansicht einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung von der Seite;
5C zeigt eine Ansicht einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung von oben;
6A zeigt eine Ansicht eines Gegenwagens von der Oberseite her;
6B zeigt eine Ansicht eines Gegenwagens von der Unterseite her;
7 zeigt ein Schnittbild durch eine Kugelrolle; und
8 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Werkzeug um zwei Achsen verschwenkbar aufgehängt ist.
1 zeigt, wie ein geformtes Kunststoffteil mittels eines thermischen Umformprozesses hergestellt wird. Auf diese Weise werden beispielsweise Fahrzeugscheiben aus Polymethylmethacrylat (Plexiglas) für Prototypen hergestellt. Als Ausgangspunkt für den thermischen Umformprozess dient eine rechteckige Kunststoffplatte 100, welche beispielsweise aus Kunststoffen wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (Plexiglas) bestehen kann. Zur Durchführung des thermischen Umformprozesses wird die rechteckige Kunststoffplatte 100 in einem Ofen erwärmt und dann auf eine Form 101 aufgelegt, welche die Form des gewünschten Kunststoffteils vorgibt. Beim Aufbringen der erhitzten rechteckigen Kunststoffplatte 100 auf die Form 101 wird das geformte Kunststoffteil 102 gebildet. Nach dem Erkalten behält das geformte Kunststoffteil seine Form, jedoch müssen die Ränder des geformten Kunststoffteils 102 noch so beschnitten werden, dass eine gewünschte Kontur des Kunststoffteils erzielt wird. Beispielsweise muss im Fall einer Fahrzeugscheibe die Kontur des geformten Kunststoffteils so beschnitten werden, dass die Scheibe in die für sie vorgesehene Öffnung des Fahrzeugs passt.
Hierzu wird nach der Durchführung des thermischen Umformprozesses eine Sollkontur 103 des fertigen Bauteils auf dem geformten Kunststoffteil 102 markiert. Das Beschneiden der Ränder des geformten Kunststoffteils 102 kann dann manuell mit Hilfe einer Bandsäge entlang der markierten Sollkontur 103 erfolgen. Alternativ dazu kann das Beschneiden der Ränder maschinell mit Hilfe einer mehrachsigen Bearbeitungsmaschine vorgenommen werden, die durch CAD-Daten gesteuert wird. Bei der manuellen Vorgehensweise wird der Rand des geformten Kunststoffteils 102 von Hand auf einer Bandsäge entlang der aufmarkierten Sollkontur 103 ausgesägt. Auf diese Weise erhält man dann das fertige Kunststoffteil 104 mit der gewünschten Außenkontur 105. Allerdings eignet sich diese manuelle Vorgehensweise allenfalls für kleine Stückzahlen und für geringe Genauigkeitsanforderungen.
Alternativ dazu kann das geformte Kunststoffteil nach dem thermischen Umformprozess von der Form 101 abgenommen und auf eine mehrachsige Bearbeitungsmaschine gebracht werden. Das geformte Kunststoffteil 102 muss dort mit Hilfe von Referenzpunkten in eine Position gebracht werden, die es erlaubt, eine Korrelation zum Koordinatensystem der Maschine herzustellen. Die Maschine fährt dann die Sollkontur 103 des Werkstücks ab und erzeugt so das fertige Kunststoffteil 104 mit der gewünschten Außenkontur 105. Die Bearbeitung mittels einer mehrachsigen Bearbeitungsmaschine erlaubt eine teilautomatisierte maschinelle Bearbeitung des Werkstücks. Die Schwierigkeit liegt bei diesem Verfahren einerseits darin, dass das Bauteil auf der Maschine neu referenziert werden muss, was zu Ungenauigkeiten führt. Andererseits muss das Bauteil während der Bearbeitung in der Maschine durch entsprechende Werkstückaufnahmen gehalten werden, um die Bearbeitungskräfte aufzunehmen. Dies führt zu geringer Flexibilität und hohem Aufwand, da für unterschiedliche Werkstücke verschiedene Aufnahmen bereitgestellt werden müssen. Schließlich müssen die verschiedenen Werkstoffaufnahmen insbesondere bei dünnen und großen Bauteilen wie beispielsweise PKW-Scheiben sicherstellen, dass sich das Werkstück nicht während der Bearbeitung durch die auftretenden Kräfte verbiegt.
Entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann zum Besäumen eines geformten Kunststoffteils ein selbstfahrender Bearbeitungsroboter eingesetzt werden. Der selbstfahrende Bearbeitungsroboter wird auf das zu bearbeitende geformte Kunststoffteil aufgesetzt und fährt dann selbsttätig entlang der gewünschten Sollkontur des Kunststoffteils. Während des Abfahrens der Kontur wird das Kunststoffteil gleichzeitig durch den Bearbeitungsroboter bearbeitet. Beispielsweise kann der selbstfahrende Bearbeitungsroboter einen Fräskopf oder einen Laserschneider umfassen, mit dem das Werkstück während des Abfahrens der Außenkontur besäumt werden kann. Allerdings sind die Einsatzmöglichkeiten eines derartigen selbstfahrenden Bearbeitungsroboter nicht auf das Bearbeiten von Kunststoffteilen beschränkt, sondern umfassen die Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien mit einer Vielzahl von verschiedenen Bearbeitungstechniken.
Die prinzipielle Funktionsweise des selbstfahrenden Bearbeitungsroboters ist in 2 dargestellt. Auf einem geformten Kunststoffteil 102, das als Ergebnis eines thermischen Umformprozesses erhalten wurde, ist eine gewünschte Sollkontur 103 aufmarkiert. Entlang dieser Sollkontur 103 soll das geformte Kunststoffteil 102 besäumt werden. Hierzu wird ein selbstfahrender Bearbeitungsroboter eingesetzt, der einen Bearbeitungswagen 200 und einen zugehörigen Gegenwagen 201 umfasst. Der Bearbeitungswagen 200 wird auf der Oberseite des geformten Kunststoffteils 102 am Beginn der Sollkontur 103 aufgesetzt. Der zugehörige Gegenwagen 201 wird auf der Unterseite des geformten Kunststoffteils 102 an einer zum Bearbeitungswagen 200 gegenüberliegenden Stelle aufgesetzt. Die Stabilisierung des auf das geformte Kunststoffteil 102 aufgesetzten Bearbeitungswagens 200 sowie des Gegenwagens 201 erfolgt mit Hilfe von Magneten. Auf dem Bearbeitungswagen 200 ist ein erster Magnet 202 angebracht, und auf dem Gegenwagen 201 ist ein zweiter Magnet 203 angebracht. Anstelle von einem Magneten können auf dem Bearbeitungswagen 200 auch mehrere Magneten vorgesehen sein. Ebenso können auf dem Gegenwagen 201 mehrere Magnete vorgesehen sein. Es ist auch möglich, auf einem der Wagen einen Magneten vorzusehen und auf dem anderen Wagen ein ferromagnetisches Materialstück. Bei den Magneten 202, 203 kann es sich beispielsweise um Seltene-Erden-Magnete halten, welche eine hohe magnetische Remanenzflussdichte B und eine hohe magnetische Koerzitivfeldstärke H und damit eine hohe magnetische Energiedichte aufweisen.
Beim Aufsetzen des Bearbeitungswagens 200 an der Oberseite des geformten Kunststoffteils 102 und des Gegenwagens 201 an einer gegenüberliegenden Stelle an der Unterseite des geformten Kunststoffteils 102 bildet sich durch das geformte Kunststoffteil 102 hindurch eine starke magnetische Anziehungskraft zwischen dem ersten Magneten 202 des Bearbeitungswagens 200 und dem zweiten Magneten 203 des Gegenwagens 201 aus. Durch diese starke magnetische Anziehungskraft wird der Bearbeitungswagen 200 mit einer bestimmten Anpresskraft gegen die Oberseite des geformten Kunststoffteils 102 gepresst. Ebenso wird der Gegenwagen 201 von unten mit einer bestimmten Anpresskraft gegen die Unterseite des geformten Kunststoffteils 102 gepresst. Eine derartige magnetische Kraft kann auch dann erzeugt werden, wenn anstelle von einem der Magneten 202, 203 ein ferromagnetisches Materialstück verwendet wird.
Mit Hilfe der Magnete 202, 203 werden sowohl der Bearbeitungswagen 200 als auch der Gegenwagen 201 in ständigen Kontakt mit der Oberfläche des geformten Kunststoffteils 102 gehalten, sind aber entlang der Oberfläche des geformten Kunststoffteils 102 frei beweglich. Infolge der durch die magnetische Anziehung zwischen den Magneten 202, 203 bewirkten Anpresskraft wird der Bearbeitungswagen 200 dergestalt stabilisiert, dass eine Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht wird. Insbesondere können so die Bearbeitungskräfte auch in Schräglage aufgenommen werden.
Um den Bearbeitungswagen 200 auf der Oberfläche des geformten Kunststoffteils 102 verfahren zu können, weist der Bearbeitungswagen 200 ein Fahrwerk mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten auf. Außerdem ist der Bearbeitungswagen 200 mit einem Antrieb ausgestattet, der mindestens eine der Rollen, Räder, Raupen oder Ketten des Bearbeitungswagens 200 antreibt. Außerdem ist der Bearbeitungswagen 200 mit einer Steuerung ausgestattet, welche dazu ausgelegt ist, den selbstfahrenden Bearbeitungswagen 200 mit hoher Präzision entlang der vorgegebenen Sollkontur 103 zu fahren.
Um ein exaktes Abfahren der vorgegebenen Sollkontur 103 zu gewährleisten, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Möglichkeit werden die Koordinaten des Fahrwegs mittels eines CAD-Systems erzeugt und in die Steuerung des Bearbeitungswagens 200 eingespeichert. Entsprechend dem abgespeicherten Fahrweg steuert die Steuerung des Bearbeitungswagens 200 den Antrieb und das Fahrwerk des Bearbeitungswagens 200 dann dergestalt, dass der Bearbeitungswagen 200 die vorgegebene Sollkontur 103 abfährt.
Entsprechend einer zweiten Möglichkeit wird die Sollkontur 103 in Form einer Markierung auf der Oberseite des geformten Kunststoffteils 102 aufgebracht, wobei die Markierung so beschaffen ist, dass sie von einem am Bearbeitungswagen 200 montierten Sensor detektiert werden kann. Der Sensor ist mit der Steuerung des selbstfahrenden Bearbeitungswagens 200 verbunden. Mit Hilfe des Sensors erfasst die Steuerung Abweichungen des Fahrwegs von der vorgegebenen Markierung und setzt sie in entsprechende Steuerbefehle für das Fahrwerk um. Durch das Zusammenwirken der vom Sensor detektierbaren Markierung und der Steuerung des Bearbeitungswagens 200 wird erreicht, dass der Bearbeitungswagen 200 die Markierung selbsttätig erkennt und abfährt.
Zur Markierung der Sollkontur 103 kann beispielsweise eine optische Markierung in Form einer Linie bzw. eines Strichs auf die Oberseite des geformten Kunststoffteils 102 aufgebracht werden. Die Markierung kann beispielsweise mittels eines Plotters oder mittels geeigneter Schablonen auf die Oberseite des geformten Kunststoffteils 102 aufgebracht werden. Eine derartige Markierung kann dann mittels eines optischen Sensors, beispielsweise mittels eines Arrays von Sende- und Empfangsdioden, erfasst werden.
Alternativ dazu kann die Sollkontur 103 mittels einer leitfähigen Markierung gekennzeichnet werden, beispielsweise mit Hilfe eines Silberstifts. Zur Detektion dieser leitfähigen Spur kann der Bearbeitungswagen beispielsweise mit einem kapazitiven Sensor ausgestattet sein, der die Lage der leitfähigen Spur zu erkennen vermag. Alternativ dazu könnte am Bearbeitungswagen 200 ein elektrischer Schleifer angebracht sein, der dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Kontakt zu der leitfähigen Spur herzustellen, um dem Verlauf der Spur zu folgen.
Der Bearbeitungswagen 200 ist mit einem Werkzeug 204 ausgerüstet, dessen Bearbeitungskopf das geformte Kunststoffteil 102 während des Abfahrens der vorgegebenen Sollkontur 103 bearbeitet. Bei dem Werkzeug 204 kann es sich beispielsweise um ein Fräswerkzeug handeln, das beim Abfahren der vorgegebenen Sollkontur 103 dem äußeren Randbereich des geformten Kunststoffteils 102 abtrennt. Auf diese Weise kann das Besäumen des geformten Kunststoffteils 102 vollautomatisch mit Hilfe des selbstfahrenden Bearbeitungsroboters vorgenommen werden. Als Ergebnis erhält man das in 1 gezeigte fertige Kunststoffteil 104, dessen Außenkontur 105 der vorgegebenen Sollkontur 103 entspricht.
Zum Besäumen eines Kunststoffteils kann als Alternative zum Fräswerkzeug auch ein Laserschneidwerkzeug zum Einsatz kommen. Als weitere Alternative wäre ein auf dem Bearbeitungswagen 200 angebrachtes Sägewerkzeug denkbar.
Allerdings ist der Einsatz des selbstfahrenden Bearbeitungsroboters nicht auf das Abtrennen von Teilen eines Werkstücks beschränkt. Beispielsweise kann der Bearbeitungsroboter zum Schleifen oder Polieren der Oberfläche eines Werkstücks verwendet werden. In diesem Fall würde als Werkzeug 204 ein Schleif- oder Polierwerkzeug eingesetzt werden. Als weitere Möglichkeit könnte der Bearbeitungswagen 200 mit einem Bohrwerkzeug ausgerüstet sein, welches selbsttätig Bohrungen an vordefinierten Stellen des Werkstücks anbringt. Der selbstfahrende Bearbeitungsroboter könnte auch zum Eingravieren von Schriften bzw. Kennungen eingesetzt werden. In diesem Fall würde als Werkzeug 204 ein Gravurwerkzeug zur Anwendung kommen.
Für die Bearbeitung mittels eines selbstfahrenden Bearbeitungsroboters eignet sich jede Art von flächigem dreidimensionalem Werkstück, wobei sowohl Werkstücke mit planer Oberfläche als auch mit gekrümmter bzw. gebogener Oberfläche in Frage kommen. Wichtig für das Funktionieren des Bearbeitungsverfahrens ist, dass der Bearbeitungswagen 200 auf der Oberseite des Werkstücks fahren kann und der Gegenwagen 201 auf der Unterseite des Werkstücks den Bewegungen des Bearbeitungswagens 200 folgen kann. Hierzu muss die magnetische Anziehungskraft zwischen dem ersten Magneten 202 des Bearbeitungswagens 200 und dem zweiten Magneten 203 des Gegenwagens 201 durch das Werkstück hindurch wirken können. Die Dicke des Werkstücks muss also ausreichend gering sein, damit sich eine ausreichend starke magnetische Kraftwirkung zwischen dem ersten Magneten 202 des Bearbeitungswagens 200 und dem zweiten Magneten 203 des Gegenwagens 201 aufbauen kann.
Das Werkstück kann beispielsweise aus einem der folgenden Materialien bestehen: Kunststoff, insbesondere Plexiglas bzw. PMMA (Polymethylmethacrylat) oder Polycarbonat, Metall, Keramik, Holz, Glas, Pappe, Laminatmaterial, kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), Verbundmaterial. Insbesondere eignet sich das beschriebene Bearbeitungsverfahren zur Bearbeitung von flächigen Bauteilen, die mittels eines Formgebungsprozesses in eine dreidimensionale Form gebracht wurden und anschließend besäumt werden müssen.
Der Antrieb des selbstfahrenden Bearbeitungsroboters ist auf dem Bearbeitungswagen 200 angebracht. Der Gegenwagen 201 verfügt nicht über einen eigenen Antrieb und folgt an der Unterseite des Werkstücks infolge der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem ersten Magneten 202 des Bearbeitungswagens 200 und dem zweiten Magneten 203 des Gegenwagens 201 sämtlichen Fahrbewegungen, die der Bearbeitungswagen 200 an der Oberseite des Werkstücks ausführt. Damit der Gegenwagen 201 sämtlichen Fahrbewegungen des Bearbeitungswagens 200 folgen kann, ist er mit leichtgängigen Kugelrollen 205 ausgestattet.
Der Bearbeitungswagen 200 kann mit einem einzigen Magneten 202 ausgestattet sein. Um die magnetische Anziehungskraft zu erhöhen, kann der Bearbeitungswagen 200 jedoch auch mit zwei oder mehr Magneten ausgestattet sein. Auch der zugehörige Gegenwagen 201 kann dementsprechend mit mehreren Magneten ausgestattet sein. Alternativ dazu wäre es möglich, zu jedem Magneten des Bearbeitungswagens 200 einen separaten Gegenwagen mit zugehörigem Magneten vorzusehen. Nehmen wir an, der Bearbeitungswagen 200 wäre mit zwei Magneten ausgestattet. In diesem Fall könnte zusätzlich zum Gegenwagen 201 ein weiterer Gegenwagen zur zusätzlichen Stabilisierung des Bearbeitungswagens 200 eingesetzt werden.
In 3 ist ein Schnittbild durch ein Werkstück 300 gezeigt, welches mittels eines selbstfahrenden Bearbeitungsroboters bearbeitet wird. Bei dem Werkstück 300 handelt es sich um ein flächig ausgedehntes, gebogenes Werkstück. Der Bearbeitungswagen 200 befindet sich an der Oberseite 301 des Werkstücks 300, während der Gegenwagen 201 sich an der Unterseite 302 des Werkstücks 300 gegenüberliegend zum Bearbeitungswagen 200 befindet.
Der Bearbeitungswagen 200 umfasst ein Fahrwerk mit mehreren Rollen bzw. Rädern 303 sowie einem Antrieb, der eines oder mehrere der Rollen oder Räder 303 antreibt. Die Steuerung des Bearbeitungswagens 200 kann so ausgelegt sein, dass eine fest vorprogrammierte Spur auf der Oberseite 301 des Werkstücks 300 abgefahren wird. Alternativ dazu kann der Bearbeitungswagen 200 mit einem Sensor 304 ausgestattet sein, der dazu ausgelegt ist, eine auf der Oberseite 301 des Werkstücks 300 aufgebrachte Markierung zu erkennen. Die vom Sensor 304 detektierten Signale werden bei Steuerung des Bearbeitungswagens 200 zugeführt. In Abhängigkeit von den detektierten Signalen wird der Bearbeitungswagen 200 dann so gesteuert, dass er die markierte Spur abfährt.
Der Gegenwagen 201 ist ebenfalls mit einer Mehrzahl von Rädern bzw. Rollen 305 ausgerüstet und ist auf der Unterseite 302 des Werkstücks 300 verfahrbar. Auf dem Bearbeitungswagen 200 ist ein erster Magnet 202 montiert, und auf dem Gegenwagen 201 ist ein zweiter Magnet 203 montiert. Durch das Werkstück 300 hindurch wirkt zwischen den beiden Magneten 202 und 203 eine starke magnetische Anziehungskraft. Infolge dieser magnetischen Anziehungskraft wird der Bearbeitungswagen 200 an die Oberseite 301 des Werkstücks 300 angepresst, wie dies durch den Pfeil 306 veranschaulicht ist. Der Gegenwagen 201 wird durch die magnetische Anziehungskraft in Richtung zur Unterseite 302 des Werkstücks 300 hin gedrückt, wie dies durch den Pfeil 207 veranschaulicht ist. Außerdem folgt der Gegenwagen 201 auf der Unterseite 302 des Werkstücks 300 infolge der magnetischen Anziehungskraft zwischen den Magneten 202 und 203 sämtlichen Fahrbewegungen, die der Bearbeitungswagen 200 an der Oberseite 301 des Werkstücks 300 ausführt, auch auf gekrümmten Flächen.
Auf dem Bewegungswagen 200 ist ein Werkzeug 204 zur Bearbeitung des Werkstücks 300 angebracht. Während der Bearbeitungswagen 200 eine vorgegebene Spur abfährt, wird das Werkstück 300 vom Werkzeug 204 bearbeitet. Dabei ist die Anpresskraft 306, die durch die magnetische Anziehung zwischen den beiden Magneten 202 und 203 hervorgerufen wird, hinreichend groß ausgelegt, dass die bei der Bearbeitung des Werkstücks 300 durch das Werkzeug 204 auftretenden Kräfte und Vibrationen vollständig aufgenommen werden können. Die magnetische Anziehungskraft zwischen den beiden Magneten 202 und 203 muss darüber hinaus auch in der Lage sein, die beim Verfahren des Bearbeitungswagens 200 auf dem Werkstück 300 auftretenden Kräfte sowie die infolge des Eigengewichts des Bearbeitungswagens 200 auftretenden Kräfte aufzunehmen. Dies lässt sich mit Hilfe von starken Magneten, beispielsweise mit Hilfe von Seltene-Erden-Magneten, erreichen. Durch die infolge der starken magnetischen Kraftwirkung auftretende Anpresskraft 306 wird eine stabile Positionierung des Bearbeitungswagens 200 auf dem Werkstück 300 gewährleistet. Die Möglichkeit zur exakten Positionierung des Bearbeitungswagens 200 ist Voraussetzung für ein genaues Bearbeitungsergebnis.
In den 4A und 4B ist eine detaillierte Darstellung einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung gezeigt. Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst einen Bearbeitungswagen 200, der auf die Oberseite des zu bearbeitenden Werkstücks 300 aufgesetzt wird. Der Bearbeitungswagen 200 umfasst einen ersten Magneten 202, der mit Hilfe von Magnethalterungen 400 an der Grundplatte 401 des Bearbeitungswagens 200 festgeschraubt ist. Zur Stabilisierung des Bearbeitungswagens 200 wird an einer zum Bearbeitungswagen 200 gegenüberliegenden Stelle auf der Unterseite des Werkstücks 300 ein Gegenwagen 201 aufgesetzt, auf dem ein zweiter Magnet 203 angebracht ist. Zwischen dem ersten Magneten 202 des Bearbeitungswagens 200 und dem zweiten Magneten 203 des Gegenwagens 201 bildet sich eine starke magnetische Anziehungskraft aus. Diese starke magnetische Anziehungskraft zwischen dem ersten Magneten 202 und dem zweiten Magneten 203 ist dafür verantwortlich, dass der Gegenwagen 201 von unten gegen die Unterseite des Werkstücks 300 gepresst wird. Wenn sich der Bearbeitungswagen 200 mit dem darauf angeordneten ersten Magneten 202 bewegt, folgt der Gegenwagen 201 an der Unterseite des Werkstücks 300 sämtlichen Bewegungen, die der Bearbeitungswagen 200 ausführt. Hierzu ist der Gegenwagen 201 auf seiner dem Werkstück 300 zugewandten Seite mit mehreren leichtgängigen Kugelrollen 205 ausgestattet, welche mit Hilfe von drehbar gelagerten Kugeln realisiert sind.
Die magnetische Anziehungskraft zwischen dem ersten Magneten 202 und dem zweiten Magneten 203 ist außerdem dafür verantwortlich, dass der Bearbeitungswagen 200 mit einer gewissen Anpresskraft gegen die Oberseite des Werkstücks 300 gepresst wird. Diese Anpresskraft dient zur Stabilisierung des Bearbeitungswagens 200 in seiner jeweiligen Position, so dass der Bearbeitungswagen 200 trotz der beim Bearbeiten des Werkstücks und beim Verfahren des Bearbeitungswagens 200 auftretenden Kräfte auf seiner jeweiligen Position entlang des vorab festgelegten Fahrwegs gehalten wird.
Das Fahrwerk des Bearbeitungswagens 200 umfasst ein rechtes Rad 402 mit einem rechten Reifen 403 sowie ein linkes Rad 404 mit einem linken Reifen 405. Die Begriffe „rechtes Rad” und „linkes Rad” sind dabei in Hinblick auf die bevorzugte Fahrtrichtung des Bearbeitungswagens 200 gewählt, die in 4A durch den Pfeil 406 dargestellt ist. Sowohl für das rechte Rad 402 als auch für das linke Rad 404 ist jeweils ein separater Antriebsmotor vorgesehen. Ein erster Gleichstrommotor 407 treibt über ein erstes Umlenkgetriebe 408 die Antriebswelle des rechten Rades 402 an. Ein zweiter Gleichstrommotor 409 treibt über ein zweites Umlenkgetriebe 410 die Antriebswelle des linken Rades 404 an. Dadurch, dass das rechte Rad 402 und das linke Rad 404 unabhängig voneinander angetrieben werden, wird durch eine geeignete Steuerung der beiden Antriebe das Fahren von Kurven ermöglicht. Der minimale Kurvenradius wird dabei durch den Abstand zwischen dem rechten Rad 402 und dem linken Rad 404 bestimmt.
Zusätzlich zu den beiden angetriebenen Rädern 402 und 404 umfasst das Fahrwerk des Bearbeitungswagens 200 eine weitere nicht angetriebene Rolle, welche vorzugsweise in Form einer drehbar gelagerten Kugel realisiert ist. In 4A ist das Gehäuse 411 mit der darin drehbar gelagerten Kugel zu erkennen. Der Bearbeitungswagen 200 liegt somit sowohl mit den beiden angetriebenen Rädern 402, 404 als auch mit der im Gehäuse 411 drehbar gelagerten Kugel auf dem Werkstück 300 auf. Über diese drei Auflagepunkte ist ein stabiles Aufliegen des Bearbeitungswagens 200 auf dem Werkstück 300 gewährleistet.
Das Material der Reifen 403 und 405 der beiden angetriebenen Räder 402 und 404 ist so ausgewählt, dass eine ausreichend hohe Reibung gegenüber dem Werkstück 300 erzielt wird. Als Reifenmaterial kann beispielsweise Gummi verwendet werden. Durch den so erzielbaren Reibschluss zwischen den Reifen 403, 405 und dem Werkstück 300 wird eine exakte Fahrbewegung des Bearbeitungswagens 200 ermöglicht.
Zur Bearbeitung des Werkstücks 300 ist der Bearbeitungswagen 200 mit einem Werkzeug 204 ausgestattet. Das Werkzeug 204 umfasst eine Werkzeugspindel 412, die über ein Getriebe 413 einen Werkzeugkopf 414 antreibt. An der Vorderseite des Werkzeugs 204 ist ein Frontblech 415 angebracht. Bei dem in 4A gezeigten Werkzeug 204 kann es sich beispielsweise um ein Fräswerkzeug handeln.
Vorzugsweise ist das Werkzeug 204 in der Mitte zwischen den beiden Rädern 402 und 404 so angeordnet, dass die Werkzeugachse die von den beiden Rädern 402, 404 festgelegte Radachse im rechten Winkel schneidet. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, dass die Bewegung des Werkzeugs 204 relativ zum Werkstück 300 exakt durch die Fahr- und Lenkbewegungen der beiden Räder 402 und 404 definiert wird. Wenn die Werkzeugachse die Radachse im rechten Winkel schneidet, gibt es keinen Versatz zwischen Werkzeug und Fahrzeugachse. Die Bewegungen des Werkzeugkopfs 413 relativ zum Werkstück 300 entsprechen dann exakt den von den beiden Rädern 402, 404 ausgeführten Bewegungen. Eine rechnerische Korrektur zur rechnerischen Kompensation eines Versatzes zwischen Werkzeugachse und Radachse ist in diesem Fall nicht erforderlich.
4B zeigt eine Ansicht des Bearbeitungswagens 200 schräg von oben. Zu erkennen sind das rechte Rad 402, das vom ersten Gleichstrommotor 407 angetrieben wird, sowie das linke Rad 404, das vom zweiten Gleichstrommotor 409 angetrieben wird. In der Mitte zwischen den beiden Rädern 402 und 404 ist das Werkzeug 204 angeordnet, das die Werkzeugspindel 412 und das Getriebe 413 umfasst. Anhand von 4A war bereits der erste Magnet 202 beschrieben worden, der mittels der Magnethalterungen 400 auf der Grundplatte 401 festgeschraubt ist. Anhand von 4B ist zu erkennen, dass auf der Grundplatte 401 des Bearbeitungswagens 200 zusätzlich ein weiterer Magnet 416 angebracht ist. Dieser Magnet 416 war in 4A verdeckt gewesen. Der Magnet 416 ist mit Hilfe von Magnethalterungen 417 an der Grundplatte 401 festgeschraubt.
Anhand von 4B ist erkennbar, dass jedem der beiden Magnete 202, 416 ein separater Gegenwagen zugeordnet ist. Dem ersten Magneten 202 ist der Gegenwagen 201 zugeordnet. Auf dem Gegenwagen 201 ist der zweite Magnet 203 angebracht, wobei zwischen dem ersten Magneten 202 und dem zweiten Magneten 203 eine magnetische Anziehungskraft aufgebaut wird. Der Gegenwagen 201 ist an der dem Werkstück 300 zugewandten Seite mit einer Mehrzahl von Kugelrollen 205 versehen, so dass der Gegenwagen 201 entlang der Unterseite des Werkstücks 300 verfahren werden kann.
Dem Magneten 416 ist ein weiterer Gegenwagen 418 zugeordnet. Auf dem Gegenwagen 418 ist ebenfalls ein Magnet 420 angebracht, so dass sich zwischen dem Magneten 416 und dem Magneten 420 eine magnetische Anziehungskraft ausbildet. Der Gegenwagen 418 ist an seiner der Werkstück 300 zugewandten Seite mit einer Mehrzahl von Rollen 419 ausgestattet, welche ein Verfahren des Gegenwagens 418 entlang der Unterseite des Werkstücks 300 ermöglichen.
Durch die Verwendung von zwei Magneten 202, 416 und zwei zugeordneten Gegenwagen 201, 418 wird die Anpresskraft vergrößert, mit der der Bearbeitungswagen 200 gegen das Werkstück 300 gepresst wird. Außerdem wird durch die Verwendung von zwei Magneten 202, 416 und zwei zugeordneten Gegenwagen 201, 418 ein symmetrisches Einwirken der magnetischen Anziehungskräfte auf dem Bearbeitungswagen 200 erzielt.
In 4B ist darüber hinaus eine Öffnung 421 in der Grundplatte 401 zu erkennen. Diese Öffnung 421 dient zur Aufnahme eines Sensors, welcher dazu ausgelegt ist, die auf dem Werkstück 300 angebrachte Markierung zu erkennen und zu verfolgen. Zum Erkennen und Verfolgen einer optischen Markierung kann beispielsweise ein optischer Sensor eingesetzt werden, der beispielsweise ein rechtes Empfangselement 422, ein Sendeelement 423 und ein linkes Empfangselement 424 umfassen kann. Wenn sich der Bearbeitungswagen 200 mittig auf einem dunklen Markierungsstrich bewegt, liefern das rechte Empfangselement 422 und das linke Empfangselement 424 annähernd gleiche Helligkeitswerte. Wenn der Bearbeitungswagen 200 beginnt, gegenüber dem Markierungsstrich in Richtung nach rechts abzuweichen, dann beginnt das rechte Empfangselement 422 höhere Helligkeitswerte anzuzeigen als das linke Empfangselement 424. In diesem Fall müsste der Bearbeitungswagen 200 geringfügig nach links gelenkt werden, was beispielsweise durch einen entsprechenden Befehl an den ersten Gleichstrommotor 407 geschehen könnte. Insofern kann mit Hilfe eines einfachen optischen Sensors eine Regelung realisiert werden, bei der die Bewegung des Bearbeitungswagens 200 stetig so nachgeregelt wird, dass der Bearbeitungswagen 200 einem vorgegebenen Markierungsstrich folgt.
In 5A, 5B und 5C sind verschiedene Ansichten der selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung gezeigt. 5A zeigt eine Ansicht von vorne, 5B zeigt eine Ansicht von der Seite, und 5C zeigt eine Ansicht von oben.
In der in 5A gezeigten Ansicht von vorne sind das Werkstück 300 sowie der auf das Werkstück 300 aufgesetzte Bearbeitungswagen 200 zu erkennen. Der Bearbeitungswagen 200 umfasst den ersten Gleichstrommotor 407, der das rechte Rad 402 antreibt, sowie den zweiten Gleichstrommotor 409, der das zweite Rad 404 antreibt. In der Mitte zwischen den beiden Rädern 402, 404 ist das Werkzeug 204 angeordnet, das größtenteils vom Frontblech 415 verdeckt wird. Außerdem ist der Werkzeugkopf 414 zu sehen. An der Unterseite des Werkstücks 300 sind der Gegenwagen 201 mit dem zweiten Magneten 203 sowie der Gegenwagen 418 mit dem Magneten 420 zu erkennen. Durch die magnetische Anziehungskraft, die sich zwischen dem Bearbeitungswagen 200 und den Gegenwagen 201, 418 ausbildet, wird der Bearbeitungswagen 200 gegen die Oberseite des Werkstücks 300 gepresst.
In 5B ist eine Seitenansicht der selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung gezeigt. Zu erkennen sind das Werkstück 300 mit dem darauf befindlichen Bearbeitungswagen 200 sowie der an der Unterseite des Werkstücks 300 befindliche Gegenwagen 418. Zu erkennen sind der erste Gleichstrommotor 407, der das rechte Rad 402 antreibt, die dahinter befindliche Werkzeugspindel 412 des Werkzeugs 204, sowie der Werkzeugkopf 414. Am rückwertigen Ende des Bearbeitungswagens 200 ist das Gehäuse 411 mit der darin befindlichen drehbar gelagerten Kugel zu erkennen. Der Magnet 416 ist auf der Grundplatte 401 mit Hilfe von Magnethalterungen 417 festgeschraubt. Gegenüberliegend vom Magneten 416 befindet sich der Magnet 420, der auf dem Gegenwagen 418 montiert ist. Mit Hilfe der leichtgängigen Rollen 419 kann der Gegenwagen 418 entlang der Unterseite des Werkstücks 300 verfahren werden. Dadurch kann der Gegenwagen 418 sämtlichen Bewegungen des Bearbeitungswagens 200 folgen.
In 5C sind das Werkstück 300 und der darauf aufgesetzte Bearbeitungswagen 200 von oben gezeigt. Rechts vorne sind der erste Gleichstrommotor 407, das rechte Rad 402 sowie der rechte Reifen 403 zu erkennen. Links vorne sind der zweite Gleichstrommotor 409, das linke Rad 404 sowie der linke Reifen 405 zu erkennen. In der Mitte zwischen den beiden Rädern 402 und 404 ist die Werkzeugspindel 412 des Werkzeugs 204 zu sehen, die nach vorne hin größtenteils von dem Frontblech 415 abgedeckt wird. Hinter dem Werkzeug 204 befindet sich die Öffnung 421 für den Sensor, der zur Erkennung und Verfolgung der auf das Werkstück 300 befindlichen Markierungslinie dient. Außerdem sind in 5C die beiden Magneten 202 und 416 zu erkennen, die mit Hilfe von Magnethalterungen 400, 417 an der Grundplatte 401 festgeschraubt sind. Darüber hinaus ist das Gehäuse 411 mit der darin drehbar gelagerten Kugel zu erkennen.
In 6A ist der Gegenwagen 201 von der Oberseite her gezeigt, und in 6B ist der Gegenwagen 201 von der Unterseite her gezeigt. Wie anhand von 6A zu erkennen ist, ist der Gegenwagen 201 an seiner dem Werkstück 300 zugewandten Seite mit mehreren leichtgängigen Kugelrollen 205 ausgestattet. Der zweiten Magnet 203 ist an der Unterseite des Gegenwagens 201 angebracht. Anhand von 6B ist erkennbar, dass der zweite Magnet 203 mit Hilfe von Magnethalterungen 600 am Gegenwagen 201 festgeschraubt ist. In 6B sind außerdem die Gehäuse 601 dargestellt, in denen die Kugeln der Kugelrollen 205 gelagert sind.
In 7 ist eine Schnittzeichnung durch eine Kugelrolle 205 gezeigt. Das innere des Gehäuses 601 ist in Form einer Pfanne 700 ausgebildet. In der Pfanne 700 befindet sich eine Mehrzahl von kleinen Kugeln 701. Die kleinen Kugeln 701 dienen zur drehbaren Lagerung der großen Kugel 702. Der Innenraum wird durch einen Abdeckring 703 verschlossen, der die große Kugel 702 an ihrem Platz hält. Dabei ragt die große Kugel 702 zum Teil aus dem Abdeckring 703 heraus, wodurch eine leichtgängige Kugelrolle 205 gebildet wird. Mit Hilfe der Kugelrolle 205 wird ein leichtgängiges Verfahren des Gegenwagens 201 entlang der Unterseite des Werkstücks 300 ermöglicht.
In 8 ist eine weitere Ausführungsform eines Bearbeitungswagens 200 gezeigt, bei dem das Werkzeug 800 relativ zur Grundplatte 401 verschwenkt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Orientierung des Werkzeugs 800 und des Werkzeugkopfes 801 relativ zum bearbeiteten Werkstück beliebig zu variieren.
Der Bearbeitungswagen 200 liegt mit dem rechten Reifen 403 des rechten Rades 402, mit dem linken Reifen 405 des linken Rades 404 sowie mit der Kugel, die im Gehäuse 411 gelagert ist, auf dem Werkstück auf. Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform kann das Werkzeug 800 zusammen mit dem Werkzeugkopf 801 relativ zur Grundplatte 401 des Bearbeitungswagens 200 verschwenkt werden. Vorzugsweise ist das Werkzeug 800 auf dem Bearbeitungswagen 200 so aufgehängt, das es um zwei Achsen verschwenkt werden kann. Das Werkzeug 800 und der Werkzeugkopf 801 sind einerseits in Richtung der Pfeile 802, 803 verschwenkbar, andererseits aber auch in Richtung der Pfeile 804, 805 verschwenkbar. Dadurch kann die Orientierung des Werkzeugkopfes 801 relativ zur Grundplatte 401 und damit auch relativ zum bearbeiteten Werkstück beliebig vorgegeben werden. Dadurch wird es möglich, die Neigung einer gefrästen Außenkontur eines Werkzeugs entlang der gefahrenen Spur vorab festzulegen und den Bearbeitungswagen 200 entsprechend zu programmieren. Auf diese Weise können auch komplexe geneigte bzw. abgeschrägte Außenkonturen gefräst werden. Insbesondere ist es auch möglich, die Neigung des Werkzeugs 800 entlang des vom Bearbeitungswagen 200 abgefahrenen Wegs zu variieren und diese Variation der Neigung vorab mittels geeigneter CAD Daten im Bearbeitungswagen 200 zu speichern. Dadurch wird die Programmierung eines komplexen und variablen Konturverlaufs ermöglicht.

Claims

Selbstfahrender Bearbeitungswagen zur Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken, welcher dazu ausgelegt ist, auf eine Oberseite eines Werkstücks aufgesetzt zu werden, wobei der Bearbeitungswagen umfasst: – ein Fahrwerk mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten, mit denen der Bearbeitungswagen auf der Oberseite des Werkstücks verfahrbar ist, – einen Antrieb, welcher mindestens eine der Rollen, Räder, Raupen oder Ketten des Bearbeitungswagens antreibt, – eine Steuerung, welche dazu ausgelegt ist, den Antrieb und die Rollen, Räder, Raupen oder Ketten so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen eine vorgegebene Spur auf der Oberseite des Werkstücks abfährt, – ein Bearbeitungswerkzeug, das dazu ausgelegt ist, das Werkstück während des Abfahrens der vorgegebenen Spur zu bearbeiten, und – einen ersten Magneten, der dazu vorgesehen ist, zur Ausbildung einer magnetischen Kraft beizutragen, die den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks presst.
Selbstfahrender Bearbeitungswagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Werkstück um ein ferromagnetisches Werkstück handelt, wobei zwischen dem ersten Magneten und dem ferromagnetischen Werkstück eine magnetische Anziehungskraft ausbildbar ist, die den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks presst.
Selbstfahrender Bearbeitungswagen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der selbstfahrende Bearbeitungswagen dazu ausgelegt ist, mit einem Gegenwagen wechselzuwirken, der an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle auf die Unterseite des Werkstücks aufsetzbar ist.
Selbstfahrender Bearbeitungswagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufsetzen des Bearbeitungswagens auf die Oberseite des Werkstücks und beim Aufsetzen des Gegenwagens auf die Unterseite des Werkstücks an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen ausbildbar ist, die den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks presst.
Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von flächig ausgedehnten Werkstücken, wobei die Bearbeitungsvorrichtung umfasst: – einen selbstfahrenden Bearbeitungswagen, welcher dazu ausgelegt ist, auf eine Oberseite eines Werkstücks aufgesetzt zu werden, und welcher aufweist: – ein Fahrwerk mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten, mit denen der Bearbeitungswagen auf der Oberseite des Werkstücks verfahrbar ist, – einen Antrieb, welcher mindestens eine der Rollen, Räder, Raupen oder Ketten des Bearbeitungswagens antreibt, – eine Steuerung, welche dazu ausgelegt ist, den Antrieb und die Rollen, Räder, Raupen oder Ketten so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen eine vorgegebene Spur auf der Oberseite des Werkstücks abfährt, – ein Bearbeitungswerkzeug, das dazu ausgelegt ist, das Werkstück während des Abfahrens der vorgegebenen Spur zu bearbeiten, und wobei die Bearbeitungsvorrichtung weiter umfasst: – mindestens einen Gegenwagen, welcher dazu ausgelegt ist, auf eine Unterseite des Werkstücks an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle aufgesetzt zu werden, wobei der Gegenwagen eine Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten umfasst, mit denen der Gegenwagen auf der Unterseite des Werkstücks verfahrbar ist, – wobei entweder am Bearbeitungswagen ein erster Magnet und am Gegenwagen ein zweiter Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht ist, oder am Gegenwagen ein zweiter Magnet und am Bearbeitungswagen ein erster Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht ist, – wobei beim Aufsetzen des Bearbeitungswagens auf die Oberseite des Werkstücks und beim Aufsetzen des Gegenwagens auf die Unterseite des Werkstücks an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen ausbildbar ist, und – wobei die magnetische Anziehungskraft den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite und den Gegenwagen gegen die Unterseite des Werkstücks presst.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: – infolge der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen folgt der Gegenwagen an der Unterseite des Werkstücks den Bewegungen, die der Bearbeitungswagen an der Oberseite des Werkstücks ausführt; – der Bearbeitungswagen wird durch die magnetische Anziehungskraft in ständigem Kontakt mit der Oberseite des Werkstücks gehalten, ist aber entlang der Oberseite des Werkstücks frei verfahrbar; – bei dem Werkstück handelt es sich um ein flächig ausgedehntes Werkstück, dessen Dicke so gering ist, dass die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen durch das Werkstück hindurch wirken kann.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die magnetische Anziehungskraft verursachte Anpresskraft, die den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks presst, hinreichend groß ist, um vom Eigengewicht des Bearbeitungswagens verursachte Kräfte aufzunehmen, um bei der Bearbeitung des Werkstücks mit dem Bearbeitungswerkzeug entstehende Bearbeitungskräfte und Vibrationen aufzunehmen, und um beim Verfahren des Bearbeitungswagens auftretende Kräfte aufzunehmen.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerk ein rechtes Rad und ein gegenüber dem rechten Rad angeordnetes linkes Rad aufweist, wobei für das rechte Rad und für das linke Rad jeweils ein separater Antrieb vorgesehen ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: – die Steuerung ist dazu ausgelegt, durch unterschiedlichen Antrieb des rechten Rades und des linken Rads den Bearbeitungswagen so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen die vorgegebene Spur abfährt; – das Bearbeitungswerkzeug ist mittig zwischen dem rechten Rad und dem linken Rad angeordnet.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungswagen einen Sensor aufweist, der dazu ausgelegt ist, eine auf der Oberseite des Werkstücks angebrachte Markierung zu detektieren, welche die vorgegebene Spur anzeigt, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, den Bearbeitungswagen in Abhängigkeit von den vom Sensor gelieferten Signalen so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen die vorgegebene Spur abfährt.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu ausgelegt ist, eine vom Sensor erfasste Abweichung des Fahrwegs von der Markierung in entsprechende Steuerbefehle für das Fahrwerk umzusetzen, die den Bearbeitungswagen wieder in Richtung zur Markierung hin bewegen.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: – bei dem Sensor handelt es sich um einen optischen Sensor, der dazu ausgelegt ist, eine auf der Oberseite des Werkstücks angebrachte sichtbare Markierung zu detektieren; – bei dem Sensor handelt es sich um einen kapazitiven Sensor, der dazu ausgelegt ist, eine auf der Oberseite des Werkstücks angebrachte leitfähige Markierung zu detektieren; – der Sensor umfasst einen Schleifkontakt, der dazu ausgelegt ist, eine auf der Oberseite des Werkstücks angebrachte leitfähige Markierung zu detektieren.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Spur in Form von CAD-Daten vorgegeben ist, welche in einem Speicher des Bearbeitungswagens abgespeichert sind, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, den Bearbeitungswagen so zu steuern, dass der Bearbeitungswagen die vorgegebene Spur entsprechend den im Speicher des Bearbeitungswagens abgespeicherten CAD-Daten abfährt.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: – bei dem ersten Magneten handelt es sich um einen Permanentmagneten; – bei dem ersten Magneten handelt es sich um einen Seltene-Erden-Magneten; – bei dem ersten Magneten handelt es sich um einen Elektromagneten; – bei dem zweiten Magneten handelt es sich um einen Permanentmagneten; – bei dem zweiten Magneten handelt es sich um einen Seltene-Erden-Magneten; – bei dem zweiten Magneten handelt es sich um einen Elektromagneten.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Bearbeitungswagen zwei oder mehr Magnete angebracht sind, dass die selbstfahrende Bearbeitungsvorrichtung zwei oder mehr Gegenwagen umfasst, und dass zu jedem auf dem Bearbeitungswagen angebrachten Magnet ein separater Gegenwagen vorgesehen ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bearbeitungswerkzeug um eines der folgenden handelt: ein Fräswerkzeug, ein Laserschneidwerkzeug, ein Schneidwerkzeug, ein Sägewerkzeug, ein Schleifwerkzeug, ein Polierwerkzeug, ein Gravurwerkzeug, ein Bohrwerkzeug.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: – das Bearbeitungswerkzeug ist auf dem Bearbeitungswagen so angebracht, dass das Bearbeitungswerkzeug relativ zum Bearbeitungswagen verschwenkbar ist; – das Bearbeitungswerkzeug ist auf dem Bearbeitungswagen so angebracht, dass das Bearbeitungswerkzeug relativ zum Bearbeitungswagen um zwei Achsen verschwenkbar ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: – das Werkstück besteht aus einem der folgenden Materialien: Kunststoff, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Metall, Keramik, Holz, Glas, Pappe, Laminat, kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), Verbundmaterial; – bei dem Werkstück handelt es sich um eines von folgenden: Kunststoffplatten, Pappplatten, Holzplatten, Laminatplatten, Metallbleche, Keramikplatten, Plexiglasscheiben, Polycarbonatscheiben, Glasscheiben, Platten aus kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), Platten aus glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), Platten aus Verbundmaterial; – bei dem Werkstück handelt es sich um ein mittels eines Formgebungsprozesses geformtes Kunststoffbauteil; – bei dem Werkstück handelt es sich um ein flächig ausgedehntes, dreidimensional verformtes Bauteil.
Verfahren zum Bearbeiten eines flächig ausgedehnten Werkstücks unter Verwendung einer selbstfahrenden Bearbeitungsvorrichtung, wobei die Bearbeitungsvorrichtung einen Bearbeitungswagen mit einem Fahrwerk, einem Antrieb, einer Steuerung und einem Bearbeitungswerkzeug sowie einen Gegenwagen mit einer Mehrzahl von Rollen, Rädern, Raupen oder Ketten umfasst, wobei entweder – am Bearbeitungswagen ein erster Magnet und am Gegenwagen ein zweiter Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht ist, oder – am Gegenwagen ein zweiter Magnet und am Bearbeitungswagen ein erster Magnet oder ein ferromagnetisches Materialstück angebracht ist, und wobei das Verfahren aufweist: – Vorgeben einer abzufahrenden Spur auf der Oberseite des Werkstücks; – Aufsetzen des Bearbeitungswagens auf die Oberseite des Werkstücks am Beginn der abzufahrenden Spur; – Aufsetzen des Gegenwagens auf die Unterseite des Werkstücks an einer zum Bearbeitungswagen gegenüberliegenden Stelle, wobei eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen den Bearbeitungswagen gegen die Oberseite des Werkstücks und den Gegenwagen gegen die Unterseite des Werkstücks presst; – selbsttätiges Abfahren der vorgegebenen Spur durch den Bearbeitungswagen; – Bearbeiten des Werkstücks mit dem Bearbeitungswerkzeug während des Abfahrens der vorgegebenen Spur.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass infolge der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Bearbeitungswagen und dem Gegenwagen der Gegenwagen an der Unterseite des Werkstücks den Bewegungen folgt, die der Bearbeitungswagen an der Oberseite des Werkstücks ausführt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Besäumen eines flächig ausgedehnten Werkstücks eingesetzt wird.