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Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung sowie auch auf ein Verfahren zur Behandlung von CFK-Werkstücken.
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CFK-Werkstücke bestehen üblicherweise aus einem Harzkörper mit eingebetteten CFK-Fasern. Diese Werkstücke werden bei bestimmten Anwendungsfällen spanabhebend nachgearbeitet. Aufgrund der hohen Härte der CFK Fasern tritt hierbei ein signifikanter Schneidstoffverschleiß ein. Ab einem bestimmten Verschleißstadium kann es hierbei im Bereich der spanabhebend überarbeiteten Zonen zu sog. Delamination kommen, d. h. CFK-Fasern werden im Bereich ihrer zur Werkstückoberfläche vordringenden Endabschnitte von der Harzbasis getrennt und ggf. erst außerhalb des Harzkörpers abgeschnitten.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, bei der Herstellung von CFK-Werkstücken das Problem des Überstands delaminierter CFK-Fasern über spanabhebend bearbeitete Flächen zu reduzieren.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Überarbeitung von CFK-Werkstücken in einem vorab bereits spanabhebend bearbeiteten Bereich, mit:
- – einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Borstenträger,
- – einer durch Borsten gebildeten Borstenanordnung, deren Borsten an den Borstenträger derart angebunden sind, dass diese im wesentlichen radial zur Umlaufachse ausgerichtet sind,
- – einer Antriebseinrichtung zum Antrieb des Borstenträgers, und
- – einer Positionierungsanordnung zur Positionierung des Borstenträgers relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück derart, dass der zu überarbeitende Bereich des Werkstücks in den Umlaufbahnbereich der Borsten eintaucht, so dass die Borsten im Rahmen ihres Umlaufs um die Umlaufachse das Werkstück unter elastischer Auslenkung der Borsten überstreichen, wobei über die Positionierungseinrichtung das Werkstück und der Borstenträger in Richtung der Erstreckung des zu überarbeitenden Bereichs gegeneinander verfahren werden,
- – wobei an die Borsten ein körniges Abrasivmaterial angebunden, oder in diese eingebunden ist.
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Dadurch wird es auf überraschend wirkungsvolle Weise möglich, an einem vorab spanabhebend bearbeiteten CFK-Werkstück eine von CFK-Faserüberständen freie Oberfläche zu realisieren die zudem ohne sichtbaren Stoß oder Auslaufbereich gratfrei in einen nicht weiter überarbeiteten Bereich des Werkstücks ausläuft. Die Kontaktierung der Faserüberstände mit dem in die Borsten eingebundenen Abrasivmaterial führt zu einem deutlich rascheren Abtrag der Faserüberstände als zu einem Abtrag des Harzmaterials des Werkstücks. Durch die erfindungsgemäße Überarbeitung wird die Geometrie des Werkstücks im Bereich der zu überarbeitenden Zone nicht- oder zumindest nicht wesentlich verändert.
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Die Borstenanordnung ist vorzugsweise so aufgebaut, dass diese einen Durchmesser im Bereich von 45 bis 220 mm aufweist. Für kleine Werkstücke oder zur Nachbearbeitung besonders filigraner Geometrien können auch Borstenanordnungen mit kleineren Durchmessern von z. B. lediglich 12 mm eingesetzt werden. Die Borsten selbst sind vorzugsweise als relativ weiche Borsten ausgeführt. Die Rotationsdrehzahl des Borstenträgers wird auf den Durchmesser der Borstenanordnung abgestimmt und ist bei kleineren Durchmessern höher.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Werkstück relativ zu der Borstenanordnung derart positioniert, dass ein Werkstückkantenbereich radial in die Borstenanordnung eindringt. Alternativ hierzu, oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, das Werkstück relativ zu der Borstenanordnung derart zu positionieren, dass die mit dem Borstenträger umlaufenden Borsten das zu bearbeitende Werkstück mit einer durch die umlaufenden Borsten definierten Scheibenbürsten-Radialfläche mit ihrer jeweiligen Borstenseitenfläche überstreichen.
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Das Abrasivmaterial kann in vorteilhafter Weise insbesondere durch einen Diamant- oder Korundstaub gebildet werden. Die jeweiligen Borsten können so ausgebildet werden, dass diese eine Borstenkernfaser aufweisen, an welche das Abrasivmaterial angebunden ist. Alternativ hierzu können die Borsten auch aus einem mit jenem Abrasivmaterial befrachteten Borstenkernmaterial, also einer das Abrasivmaterial bereits enthaltenden Faser gebildet sein.
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Die Positionierungseinrichtung ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass in dieser die Antriebseinrichtung stationär festgelegt ist und das Werkstück über eine Führungseinrichtung die Bestandteil der Positioniereinrichtung bildet an der Bürstenanordnung derart entlang geführt wird, dass das Werkstück in den Bahnraum der Borstenanordnung eintaucht. Die Positionierungseinrichtung kann auch derart aufgebaut werden, dass in dieser das Werkstück stationär festgelegt ist wobei dann die Borstenanordnung über einen Roboterarm der Bestandteil der Positioniereinrichtung bildet, an dem Werkstück derart entlang geführt wird, dass das Werkstück in den Bahnraum der Borstenanordnung eintaucht.
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Die Positionierungseinrichtung kann weiterhin auch derart aufgebaut sein, dass in dieser die Antriebseinrichtung bewegbar angeordnet ist und zudem das Werkstück über eine Führungseinrichtung die Bestandteil der Positioniereinrichtung bildet an der Borstenanordnung derart entlang geführt wird, dass das Werkstück in den Bahnraum der Borstenanordnung eintaucht.
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In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die eingangs angegebene Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zur Überarbeitung von CFK-Werkstücken in einem vorab bereits spanabhebend bearbeiteten Bereich, bei welchem in einem der Überarbeitung des spanabhebend bearbeiteten Bereichs dienenden Verfahrensschritt eine Borstenanordnung an das Werkstück herangebracht wird,
- – wobei die Borstenanordnung an einen zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Borstenträger angebunden ist und durch Borsten gebildet ist, deren Borsten an den Borstenträger derart angebunden sind, dass diese im wesentlichen radial zur Umlaufachse ausgerichtet sind,
- – wobei über eine Antriebseinrichtung der Borstenträger zum Umlauf um die genannte Umlaufachse angetrieben wird und über eine Positionierungsanordnung der Borstenträger relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück derart positioniert wird, dass der zu überarbeitende Bereich des Werkstücks in den Umlaufbahnbereich der Borsten eintaucht, so dass die Borsten im Rahmen ihres Umlaufs um die Umlaufachse das Werkstück unter elastischer Auslenkung der Borsten überstreichen,
- – wobei über die Positionierungseinrichtung das Werkstück und der Borstenträger in Richtung der Erstreckung des zu überarbeitenden Bereichs gegeneinander verfahren werden,
- – wobei Borsten verwendet werden an welche ein körniges Abrasivmaterial angebunden, oder in diese eingebunden ist.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Überarbeitung eines spanabhebend bearbeiteten Bereichs eines CFK-Werkstücks;
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2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls zur Überarbeitung eines spanabhebend bearbeiteten Bereichs eines CFK-Werkstücks, mit einem Bürstenpaar mit einer ersten Rotationsbürste und einer zweiten Rotationsbürste wobei die beiden Rotationsbürsten um zueinander parallele Achsen rotieren und zueinander axial versetzt angeordnet sind;
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3 wiederum eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Überarbeitung eines spanabhebend bearbeiteten Bereichs eines CFK-Werkstücks wiederum mit einem Rotationsbürstenpaar, wobei hier eine Anordnung von Werkstück und Vorrichtung vorgesehen ist bei welcher die Rotationsachsen des Rotationsbürstenpaares im wesentlichen quer zu einem zu behandelnden Werkstückkantenbereich ausgerichtet sind und die Rotationsbürsten im wesentlichen auf dem gleichen Axialniveau benachbart angeordnet sind.
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Die Darstellung nach 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überarbeitung von CFK-Werkstücken. Die Vorrichtung umfasst einen zum Umlauf um eine Umlaufachse X vorgesehenen Borstenträger 1, sowie Borsten 2 die an den Borstenträger 1 derart angebunden sind, dass diese im wesentlichen radial zur Umlaufachse X ausgerichtet sind. Die Borsten sind als abrasive Borsten ausgestaltet und mit einem Abrasivmaterial befrachtet das als körnige Struktur an die Borsten angebunden, oder in diese eingebunden ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Antriebseinrichtung 3 zum Antrieb des Borstenträgers 1, sowie eine hier nicht weiter dargestellte Positionierungsanordnung zur Positionierung des Borstenträgers 1 relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück WK derart, dass die mit dem Borstenträger 1 umlaufenden Borsten 2 das zu bearbeitende Werkstück WK wie dargestellt überstreichen und zugleich das Werkstück WK und der Borstenträger 1 in Richtung der Erstreckung des zu überarbeitenden Bereichs gegeneinander verfahren werden.
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Die in die Darstellung eingebundene Skizze SK1 veranschaulicht stark vereinfacht den Aufbau eines zur Bildung der Borstenanordnung herangezogenen Borstenfilaments mit angebundenen abrasiven Körnern 4. Diese bestehen vorzugsweise aus Diamant- oder Korundsand oder -staub und sind derart an das Filament angebunden dass diese teilweise nach außen hin freiliegen.
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Die Darstellung nach 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überarbeitung von CFK-Werkstücken. Die Vorrichtung umfasst nunmehr einen ersten zum Umlauf um eine Umlaufachse X1 vorgesehenen Borstenträger 1a und einen zweiten zum umlauf um eine zweite Umlaufachse X2 vorgesehenen Borstenträger 1b. Sowohl an den ersten Borstenträger 1a, als auch an den zweiten Borstenträger 1b sind jeweils Borsten 2 angebunden, die an dem jeweiligen Borstenträger 1a, 1b derart befestigt sind, dass diese im wesentlichen radial zur jeweiligen Umlaufachse X1, X2 ausgerichtet sind. Die Borsten 2 sind auch hier als abrasive Borsten ausgestaltet und mit einem Abrasivmaterial befrachtet das als körnige Struktur an die Borsten 2 angebunden, oder in diese eingebunden ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Antriebseinrichtung 3 zum Antrieb des jeweiligen Borstenträgers 1a, 1b, sowie eine hier nicht weiter dargestellte Positionierungsanordnung zur Positionierung eines zu bearbeitenden Werkstück WK relativ zu der Doppelrotationsborstenanordnung derart, dass die mit dem jeweiligen Borstenträger 1a, 1b umlaufenden Borsten 2 das zu bearbeitende Werkstück WK wie dargestellt überstreichen und zugleich das Werkstück WK und der Borstenträger 1 in Richtung der Erstreckung des zu überarbeitenden Bereichs gegeneinander verfahren werden. Die dargestellte Vorrichtung wird vorzugsweise derart betrieben, dass die beiden Borstenträger 1a, 1b derart gegensinnig rotieren, dass diese tendenziell das Werkstück in den zwischen den Rotationsbürsten verbleibenden Spalt hineinziehen. Das Werkstück WK kann dann wie dargestellt durch eine Anschlagkante A abgestützt werden, oder auch durch eine Positionierungseinrichtung, insbesondere einen Roboterarm derart steif aufgegriffen werden, dass es eben nicht zu tief in den Borstenspalt BS hineingezogen wird. Der Abstand der beiden Achsen X1, X2 wird vorzugsweise so auf den Durchmesser der beiden Rotationsbürsten abgestimmt, dass die Borsten 2 kurz vor dem ggf. hinsichtlich Delamination kritischen, spanabhebend bearbeiteten Werkstückbereich auf die Werkstückoberfläche auflaufen und unter Werkstückkontaktierung in den hinsichtlich Delamination kritischen Bereich einlaufen und diesen mittels der in die Borsten 2 eingebundenen abrasiven Körner schleifend überstreichen und dabei abrasiv bearbeiten.
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Bei der dargestellten Ausführungsform kann das Werkstück WK manuell aufgegriffen und entlang des Anschlags A durch den Bürstenspalt BS geschoben werden. Die beiden hier erkennbaren Rotationsbürsten B1, B2 rotieren wie durch die Pfeilsymbole P1, P2 angedeutet gegensinnig.
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Die Darstellung nach 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überarbeitung von CFK-Werkstücken. Die Vorrichtung umfasst einen ersten zum Umlauf um eine Umlaufachse X1 vorgesehenen Borstenträger 1a und einen zweiten zum umlauf um eine zweite Umlaufachse X2 vorgesehenen Borstenträger 1b. Sowohl an den ersten Borstenträger 1a, als auch an den zweiten Borstenträger 1b sind jeweils Borsten 2 angebunden die an dem jeweiligen Borstenträger 1a, 1b derart befestigt sind, dass diese im wesentlichen radial zur jeweiligen Umlaufachse X1, X2 ausgerichtet sind. Die Borsten 2 sind auch hier als abrasive Borsten ausgestaltet und mit einem Abrasivmaterial befrachtet das als körnige Struktur an die Borsten angebunden, oder in diese eingebunden ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Antriebseinrichtung 3 zum Antrieb des jeweiligen Borstenträgers 1a, 1b, sowie eine hier nicht weiter dargestellte Positionierungsanordnung zur Positionierung eines zu bearbeitenden Werkstück WK relativ zu der Doppelrotationsborstenanordnung derart, dass die mit dem jeweiligen Borstenträger 1a, 1b umlaufenden Borsten 2 das zu bearbeitende Werkstück WK wie dargestellt überstreichen wobei während des Betriebs der Doppelbürstenanordnung das Werkstück WK in Richtung der Erstreckung des zu überarbeitenden Bereichs gegenüber der Bürstenanordnung verfahren wird. Die dargestellte Vorrichtung wird vorzugsweise derart betrieben, dass die beiden Borstenträger 1a, 1b derart gleichsinnig rotieren, dass sich tendenziell die Werkstück angreifenden Borstenkräfte F1, F2 wie skizziert kompensieren und damit das Werkstück nicht in den zwischen den Rotationsbürsten verbleibenden Spalt hineinziehen. Das Werkstück WK kann dann wie dargestellt durch eine Anschlagkante A abgestützt werden, oder auch durch eine Positionierungseinrichtung, insbesondere einen Roboterarm derart steif aufgegriffen werden, dass dieses stabil durch den Borstenspalt hindurchverfahren wird. Der Abstand der beiden Achsen X1, X2 wird vorzugsweise so auf den Durchmesser der beiden Rotationsbürsten abgestimmt, dass die Borsten 2 der beiden Rotationsbürsten B1, B2 sich nicht kontaktieren, wenn sich kein Werkstück WK im Bürstenspalt BS befindet.
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Bei der dargestellten Ausführungsform kann das Werkstück WK ebenfalls manuell aufgegriffen und entlang des Anschlags A durch den Bürstenspalt BS geschoben werden. Die beiden hier erkennbaren Rotationsbürsten B1, B2 rotieren wie durch die Pfeilsymbole P1, P2 angedeutet gleichsinnig, so dass im Bürstenspalt einander entgegen gerichtete Reibungskräfte F1, F2 an dem Werkstück WK angreifen.
