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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinheit zum Zerschneiden großformatiger Objekte, vorzugsweise von Rotorblättern von Windenergieanlagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Fahrzeug zur Handhabung einer derartigen Werkzeugeinheit gemäß dem Anspruch 13, ein System mit einer derartigen Werkzeugeinheit und einem Fahrzeug gemäß dem Anspruch 14 sowie ein Verfahren zum Zerschneiden großformatiger Objekte mit einem derartigen System gemäß dem Anspruch 15.
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Zur Erzeugung elektrischer Energie werden zunehmend Windenergieanlagen eingesetzt. Die Rotorblätter weisen üblicherweise eine Lebensdauer von ca. 20 Jahren auf. Danach müssen die Windenergieanlagen rückgebaut und entsorgt bzw. recycelt werden. Für die wesentlichen Bestandteile der derzeitigen Windenergieanlagen wie Beton und Stahl ist dies problemlos möglich. Ein Problem stellen jedoch die Rotorblätter dar, welche üblicherweise aus Verbundwerkstoffen wie z. B. aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) oder aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) bestehen.
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Zur Entsorgung der Rotorblätter ist es derzeit u. a. üblich, die demontierten Rotorblätter am Standort der Windenergieanlage vorzuzerkleinern, so dass diese Teilstücke auf Lkws zu einer stationären Anlage zur weiteren Verarbeitung transportiert werden können. Als Randbedingungen sind hierbei zu beachten, dass die demontierten Rotorblätter meist neben der Windenergieanlage auf einem Acker, einer Wiese oder dergleichen liegen und an Ort und Stelle vorzerkleinert werden müssen. Hierbei sind Umweltauflagen zu beachten, um den Boden und das Grundwasser nicht zu verschmutzen. Auch können die Rotorblätter unterschiedlicher Typen von Windenergieanlagen und insbesondere unterschiedlicher Hersteller von Windenergieanlagen unterschiedliche äußere Konturen, unterschiedliche innere Anordnungen von z. B. Stegen sowie unterschiedliche Materialstärken bzw. Materialstärkenverläufe aufweisen, die bei der Vorzerkleinerung zu beachten sind.
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Diese Vorzerkleinerung kann beispielsweise mittels Abbruchzangen erfolgen. Dies erfordert schweres Gerät zur Bedienung und Handhabung der Abbruchzangen. Ferner werden hierdurch zahlreiche kleine Trümmerstücke der Rotorblätter erzeugt, die vor Ort zurückbleiben und die Umwelt verschmutzen können. Auch können Personen und Fahrzeuge durch Bruchstücke beim Zersplitterten der Rotorblätter verletzt werden.
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Es können auch Trennschleifer oder Kettensägen als Werkzeuge eingesetzt werden, die jedoch manuell zu bedienen sind. Dies stellt ein hohes Verletzungsrisiko für den Bediener dar, gerade bei längerem, ermüdendem und kräftezehrendem Einsatz. Auch hier wird ein hoher Zerspanungsanteil der Rotorblätter erzeugt, der zu Verschmutzungen der Umwelt führt. Ferner sind diese Verfahren nicht praktikabel, weil die Blätter des Werkzeugs wegen der Spannungen im Rotorblatt häufig festklemmen. Auch setzen sich die Blätter der Werkzeuge schnell mit dem Material der Rotorblätter zu, so dass die Bearbeitung unterbrochen und die Werkzeuge gereinigt oder ausgetauscht werden müssen. Dies führt zu einem hohen Zeitbedarf und zu hohen Kosten dieser Verfahren.
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Der Einsatz von Seilsägen zur Vorzerkleinerung von Rotorblätter ist ebenfalls bekannt, erfordert jedoch einen hohen Aufwand an Gerätschaften, um die Seilsägen z. B. auf einem Lkw montiert zum Standort der Windenergieanlage zu transportieren. Problematisch ist hierbei, dass Seil als Werkzeug um das Rotorblatt herum zu legen, d. h. unter das Rotorblatt zu gelangen. Dies kann den Einsatz von Kränen erfordern, was dieses Verfahren sehr aufwendig machen kann. Auch hier entsteht ein hoher Zerspanungsanteil, der die Umwelt verschmutzen und Personen gefährden kann.
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Ferner ist die energetische Demontage mittels Sprengschnüren bekannt. Diese erfordert ganz besondere Sicherheitsvorkehrungen und stellt durch die Auswirkungen der Sprengung sowie die hierdurch erzeugten und großräumig verteilten Trümmerstücke der Rotorblätter eine besonders starke Umweltbelastung dar. Auch weisen Sprengungen stets unkalkulierbare Risiken auf.
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Des Weiteren ist es bekannt, Rotorblätter mittels Wasserstrahlschneiden vorzuzerkleinern. Dies erfolgt mittels Hochdruckwasserstrahlen aus einer Düse, die mittels einer Handlanze manuell geführt wird. Dieses Verfahren ist für den Bediener sehr anstrengend. Auch besteht eine große Unfallgefahr durch Abrutschen des Bedieners auf dem nassen Rotorblatt sowie durch ein ungerichtetes Zielen mit der Handlanze mit der Folge der Selbstverletzung des Bedieners.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeugeinheit zum Zerschneiden großformatiger Objekte, vorzugsweise von Rotorblättern von Windenergieanlagen, der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass das Zerschneiden einfacher, sicherer, schneller, ausdauernder und bzw. oder kostengünstiger durchgeführt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der Werkzeugeinheit gemäß des Anspruchs 1, ein Fahrzeug gemäß des Anspruch 13, ein System gemäß des Anspruchs 14 sowie ein Verfahren gemäß des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Werkzeugeinheit zum Zerschneiden großformatiger Objekte wie z. B. Behälter, Boote oder Rotorblätter von Windenergieanlagen. Diese Objekte können aus unterschiedlichen Materialien wie z. B. Stahl, Holz oder Verbundwerkstoffen wie insbesondere GFK oder CFK bestehen bzw. diese Materialien aufweisen.
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Die Werkzeugeinheit weist eine Kopplungseinheit zur Verbindung der Werkzeugeinheit mit einem Fahrzeug auf, so dass die Werkzeugeinheit durch das Fahrzeug relativ zum Objekt bewegt, positioniert und bzw. oder orientiert werden kann. Mit anderen Worten kann die Bewegung der Werkzeugeinheit zu dem zu zerschneidenden Objekt durch das Fahrzeug anstelle einer manuellen Handhabung erfolgen. Hierdurch kann die Werkzeugeinheit am zu zerscheidenden Objekt am Anfangspunkt einer Schnittbewegung positioniert werden.
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Die Werkzeugeinheit weist ferner wenigstens ein Schneidwerkzeug auf, welches relativ zur Kopplungseinheit bewegt werden kann, um das Objekt zu zerschneiden. Das Schneidwerkzeug ist hierdurch gegenüber der Kopplungseinheit und somit auch gegenüber dem Fahrzeug relativ beweglich, so dass das Fahrzeug eine feste Position gegenüber dem zu zerschneidenden Objekt einnehmen und das Schneidwerkzeug dann die Schnittbewegung ausführen kann. Falls das Schneidwerkzeug z. B. ein Plasmastrahl, der Strahl eines Schneidbrenners oder ein Hochdruckwasserstrahl ist, gilt die zuvor beschriebene Anordnung im unbetätigten Zustand des Schneidwerkzeugs entsprechend für einen Werkzeugkopf wie z. B. einer Hochdruckwasserstrahldüse.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass mittels eines fahrzeuggeführten Schneidwerkzeugs ein Zerschneiden großformatiger Objekte einfacher, sicherer, schneller, ausdauernder und bzw. oder kostengünstiger durch den Bediener erfolgen kann. Hierdurch können die großformatigen Objekte in kleinere Teilobjekte zerschnitten werden, um die richtige Größe für einen Transport z. B. mittels Lkw aufzuweisen. Hierzu kann das Fahrzeug zu dem Objekt hinbewegt werden und das Fahrzeug kann das Schneidwerkzeug gegenüber dem Objekt so positionieren und orientieren, wie die Schnittbewegung ausgeführt werden soll. Das Fahrzeug kann dann diese Position halten und der Bediener kann vom Inneren des Fahrzeugs aus die Schnittbewegung starten. Sind zum Zerschneiden des Objektes mehrere Schnitte erforderlich, so kann das Fahrzeug nach der ersten Schnittbewegung das Schneidwerkzeug vom Objekt entfernen, das Schneidwerkzeug wieder in seine Ausgangsposition bringen und das Schneidwerkzeug am Ende der ersten Schnittkanten neu positionieren. Das Schneidwerkzeug kann dann eine zweite Schnittbewegung durchführen.
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Hierdurch kann der Zeitaufwand zum Zerschneiden großflächiger Objekte deutlich reduziert werden, weil die Handhabung und Positionierung des Schneidwerkzeugs mittels des Fahrzeugs einfacher und schneller ausgeführt werden kann. Das Zerschneiden kann auch für den Bediener einfacher und weniger anstrengend sein, was auch der Arbeitssicherheit zugutekommt. Hierdurch kann ein Bediener diese Arbeiten länger durchführen bzw. sind weniger Personen als bei einem manuellen Zerschneiden derartiger Objekte erforderlich, weil sich diese Personen nach einiger Zeit aufgrund von Erschöpfung abwechseln müssten. Auch führt die Handhabung des Schneidwerkzeugs mittels des Fahrzeugs zu einer höheren Arbeitssicherheit, weil der Bediener einen sicheren Abstand zum Schneidwerkzeug hat. Ferner ist der Bediener im Fahrzeug geschützt.
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Vorteilhaft es weiterhin, dass die Werkzeugeinheit unabhängig vom Fahrzeug hergestellt, gelagert und transportiert werden kann. Hierdurch können verschiedene Werkzeugeinheiten für ein und dasselbe Fahrzeug verwendet werden. Auch kann eine defekte Werkzeugeinheit einfach ausgetauscht werden. Bei ausreichend geringer Größe kann eine Werkzeugeinheit auch durch kleinere Fahrzeuge wie z. B. einen Laster anstelle eines Lkws zum Ort des zu zerschneidenden Objekts transportiert werden, was auch den Transport vereinfacht.
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Vorteilhaft es auch, dass das Zerschneiden großformatiger Objekte auf diese Weise ortsunabhängig durchgeführt werden kann, d. h. dass keine stationären Einrichtungen hierzu erforderlich sind. So können z. B. Rotorblätter von Windenergieanlagen direkt am Standort der Windenergieanlage auf diese Weise in ausreichend kleine Teilstücke zerschnitten werden, damit diese von Lkws abtransportiert werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schneidwerkzeug ein Hochdruckwasserstrahl, der aus einer Hochdruckwasserstrahldüse zum Objekt hin austreten kann. Das Zerschneiden von großformatigen Objekten mittels Hochdruckwasserstrahlen ist besonders für Verbundwerkstoffe wie z. B. GFK und CFK geeignet. Hierbei werden Drücke zwischen ca. 2.500 bar und ca. 3000 bar verwendet. Dieses Verfahren ist auch für dicke Materialschichten anwendbar. Es können glatte Schnittkanten erzeugt werden, was die Bildung von Materialpartikeln reduzieren bzw. vermeiden hilft und die Umweltbelastung dieses Verfahrens reduzieren kann. Bei diesem Verfahren können thermische Einflüsse auf das zu zerschneidende Objekt vermieden werden. Vorteilhaft ist auch, dass ein Hochdruckwasserstrahl als Schneidwerkzeug durchgängig zur Verfügung stehen kann, so dass dieses Verfahren auch über einen langen Zeitraum ununterbrochen ausgeführt werden kann. Auch führt dieses Verfahren zu keinem Werkzeugverschleiß und ein Verklebten oder Zusetzen des Werkzeugs durch Materialpartikel des zerschnitten Objektes kann vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Werkzeugeinheit ferner wenigstens ein Vorschubelement auf, welches die Kopplungseinheit mit dem Schneidwerkzeug verbindet und welches das Schneidwerkzeug gegenüber der Kopplungseinheit in einer Längsrichtung bewegen kann. Hierdurch kann die Umsetzung geradliniger Schnittbewegung des Schneidwerkzeugs z. B. vom Fahrzeug weg bzw. zum Fahrzeug hin erfolgen. Dabei stellen geradlinige Schnittbewegungen die effizienteste Bewegung dar, um ein Objekt mit möglichst wenig Aufwand, d. h. mit möglichst wenigen und kurzen Schnitten, in kleinere Teilobjekte zu zerschneiden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Vorschubelement ein hydraulischer Zylinder. Hierdurch kann ein Vorschubelement einfach und robust umgesetzt werden. Ferner kann auf diese Art und Weise eine ausreichende Kraft des Vorschubelements zur Verfügung gestellt werden, um das Schneidwerkzeug auch bei größeren und schwereren Werkzeugeinheiten bewegen zu können. Auch kann die Vorschubbewegung eines hydraulischen Zylinders gering genug eingestellt werden, um eine ausreichend langsame Schnittbewegung zu erzeugen, die für das Zerschneiden dickwandiger Materialien erforderlich sein kann. Die hierzu erforderliche hydraulische Versorgung kann durch das Fahrzeug erfolgen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die hydraulische Versorgung auf diese Weise nicht mit dem Schneidwerkzeug mitbewegt werden muss sowie außerhalb der Werkzeugeinheit untergebracht werden kann, wodurch das durch das Fahrzeug zu handhabende Gewicht reduzieren werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Vorschubelement ein hydraulischer Differentialzylinder. Dies ermöglicht konstruktionsbedingt zwei unterschiedlich große Zylinderkammern mit veränderlichem Volumen sowie zwei unterschiedlich große Kolbenflächen innerhalb des Zylinders. Hierdurch können durch den Öldruck sowie durch die Durchflußmenge (Volumenstrom) des Hydrauliköls zwei unterschiedliche Geschwindigkeiten der Bewegungen erreicht werden, nämlich z. B. eine langsame Vorschubbewegung beim Zerschneiden (geringe Schnittgeschwindigkeit) und ein schnelles Zurückfahren des Schneidwerkzeugs nach Abschluss der Schnittbewegung zur Neupositionierung mit möglichst geringem Zeitaufwand. Hierdurch kann der Zeitaufwand für das Verfahren reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der hydraulische Differentialzylinder eine erste Zylinderkammer und eine zweite Zylinderkammer auf, welche durch einen Zylinderkolben voneinander getrennt sind, wobei die Fläche des Zylinderkolbens gegenüber der ersten Zylinderkammer wenigstens doppelt so groß wie die Fläche des Zylinderkolbens gegenüber der zweiten Zylinderkammer ist. Mit anderen Worten steht dem Hydrauliköl der ersten Zylinderkammer eine doppelt so große Fläche des Zylinderkolbens zur Verfügung, um auf diese einen Druck zur Erzeugung einer Bewegung des Zylinderkolbens auszuüben, als dem Hydrauliköl der zweiten Zylinderkammer. Ebenso verhält es sich mit den veränderlichen Zylindervolumen, die sich entsprechend auf die Durchflußmenge des Hydrauliköls als weitere Einflussgröße der Vorschubgeschwindigkeit auswirken können. Hierdurch kann die Bewegung, die durch das Hydrauliköl der zweiten Zylinderkammer ausgeübt wird, bei gleichem Öldruck und gleicher Durchflußmenge entsprechend schneller erfolgen als die Bewegung, die durch das Hydrauliköl der ersten Zylinderkammer ausgeübt wird. Hierdurch kann die Bewegung, die durch das Hydrauliköl der ersten Zylinderkammer ausgeübt wird, zur Erzeugung einer langsamen Schnittbewegung genutzt werden, während die schnellere Bewegung, die durch das Hydrauliköl der zweiten Zylinderkammer ausgeübt wird, für ein möglichst schnelles Rückstellen des Hydraulikzylinders in die Ausgangsposition genutzt werden kann.
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Der Öldruck und die Durchflußmenge kann für beide Zylinderkammern auch unterschiedlich eingestellt werden, so dass die Vorschubbewegung, die durch den Öldruck und die Durchflußmenge der ersten Zylinderkammer ausgeübt werden kann, auch so gering eingestellt werden kann, dass eine fein dosierte und langsame Schnittbewegung mit veränderbarer Geschwindigkeit erzeugt werden kann. Dies ist darin begründet, dass ein sehr großes Ölvolumen dämpfend wirken und erst hierdurch eine langsame und kontrollierte Schnittgeschwindigkeit ermöglicht werden kann. Beispielsweise kann der Innendurchmesser des Zylinders 45 mm betragen (für beide Zylinderkammern gleich), um eine gute Einstellbarkeit einer langsamen Vorschubbewegung zu erreichen.
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Zur Erzeugung einer möglichst schnellen Rückstellbewegung kann das Volumen der zweiten Zylinderkammer reduziert werden. So kann z. B. ein Außendurchmesser der Zylinderkolbenstange von 35 mm gewählt werden, obwohl ein Außendurchmesser der Zylinderkolbenstange von 20 mm ausreichend sein könnte, um einen stabilen Hydraulikzylinder bereitzustellen. Dies kann zu einem deutlich verringerten Zylindervolumen der zweiten Zylinderkammer führen, so dass bei gleichem Öldruck und gleicher Durchflußmenge eine schnellere Rückstellbewegung erzeugt werden kann. Weist die erste Zylinderkammer einen Innendurchmesser von 45 mm auf, so ist die Fläche des Zylinderkolbens gegenüber der ersten Zylinderkammer etwa 2,5-mal so groß wie die Fläche des Zylinderkolbens gegenüber der zweiten Zylinderkammer.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der hydraulische Zylinder ein außenliegender Zylinder. Hierunter ist zu verstehen, dass ein durch den Öldruck des Zylinders beweglicher Teil außerhalb des Zylinderkolbens angeordnet ist. Dieser ist auf diese Weise einfacher zugänglich, wodurch die Wartung vereinfacht werden kann. Verschmutzungen können einfach abgespült werden, so dass auf eine aufwändige Abdichtung gegen Verschmutzungen verzichtet werden kann. Dies macht die Werkzeugeinheit in der Anschaffung kostengünstiger und im Betrieb robuster.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kopplungseinheit relativ zum Fahrzeug in einer Querrichtung und bzw. oder in einer Höhe beweglich. Auf diese Weise kann die Kopplungseinheit gegenüber dem Fahrzeug bzw. gegenüber einer Werkzeughalterung des Fahrzeugs seitlich und bzw. oder in der Höhe relativ bewegt werden. Dies ermöglicht eine zusätzliche Möglichkeit zur Positionierung des Schneidwerkzeugs mittels der Kopplungseinheit. Hierdurch kann eine grobe Positionierung des Schneidwerkzeugs gegenüber dem zu zerschneidenden Objekt durch das Fahrzeug erfolgen und eine anschließende Feinpositionierung der Schneidwerkzeugs durch die Kopplungseinheit.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schneidwerkzeug gegenüber dem Fahrzeug drehbar, insbesondere um eine Hochachse drehbar. Dies ermöglicht ein Schwenken des Schneidwerkzeugs gegenüber dem Fahrzeug, insbesondere in der horizontalen Ebene. Dies kann durch eine Drehung der Kopplungseinheit gegenüber dem Fahrzeug und bzw. oder durch eine Drehung des Schneidwerkzeugs gegenüber der Kopplungseinheit realisiert werden. Hierdurch kann ein Zerschneiden von sich mehrdimensional erstreckenden Objekten ermöglicht werden, indem das Schneidwerkzeug mittels der Werkzeugeinheit auch gegenüber schrägen und geneigten Oberflächen positioniert und präzise geführt werden kann.
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Vorzugsweise wird die Drehung des Schneidwerkzeugs gegenüber dem Fahrzeug um die Hochachse um wenigstens 90° ermöglicht, um z. B. quer zu einem zuvor ausgeführten Längsschnitt schneiden zu können. Hierdurch können aus einem größeren Objekt kleinere Teilobjekte ausgeschnitten werden, wobei das Zerschneiden in kleinere Stücke in Form von Vierecken sehr effizient ist. Hierdurch können z. B. Teilbereiche ausgeschnitten werden, um diese auf eine andere Art und Weise zu recyceln oder zu entsorgen. Beispielsweise können z. B. bei CFK-verstärkten GFK-Rotorblättern (z. B. an der Spitze des Rotorblatts) die CFK-Bereiche ausgeschnitten (filetiert) werden, um diese separat handhaben zu können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind wenigstens zwei Schneidwerkzeuge vorgesehen, die gemeinsam relativ zur Kopplungseinheit bewegt werden können, um das Objekt zu zerschneiden. Hierdurch kann die Schnittleistung gesteigert und der Zeitaufwand reduziert werden. Die beiden Schneidwerkzeuge können gleichzeitig oder einzeln bewegt werden. Die beiden Schneidwerkzeuge können gemeinsam oder unabhängig voneinander in die gleiche Richtung oder in unterschiedliche Richtungen bewegt werden. Die beiden Schneidwerkzeuge können mit unterschiedlichen oder identischen Geschwindigkeiten bewegt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die beiden Schneidwerkzeuge sich parallel zueinander bewegen. Hierdurch können sehr effizient parallel zueinander verlaufende Schnitte erzeugt werden. Dies ermöglicht z. B. ein schnelles Ausschneiden von viereckigen Teilbereichen aus einer größeren Fläche durch ein einmaliges Drehen der Schneidwerkzeuge um z. B. 90° nach dem ersten Schnitt zur Durchführung eines zweiten, hierzu senkrechten Schnitts.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Werkzeugeinheit ferner eine optische Überwachungseinheit zur Erfassung des Schneidwerkzeugs auf. Die optische Überwachungseinheit kann eine Kamera sein. Die optische Überwachungseinheit kann so nah am Schneidwerkzeug mit diesem mitbeweglich angeordnet sein, dass das Schneidwerkzeug erfasst und hierdurch genauer und einfacher positioniert und bzw. oder während der Schnittbewegung verfolgt werden kann. Die durch die optische Überwachungseinheit erfassten Daten können drahtgebunden oder drahtlos an das Fahrzeug übertragen werden, um für den Bediener auf z. B. einem Monitor als Anzeigeelement angezeigt zu werden. Hierdurch kann eine einfache und genaue Betrachtung und Positionierung des Schneidwerkzeugs durch den Bediener aus sicherer Entfernung erfolgen, insbesondere zum Fortsetzen eines längeren Schnitts. Die Daten können auch an eine andere Einrichtung übertragen werden. Die Daten können auch aufgezeichnet werden, um z. B. zu Zwecken der Qualitätskontrolle den Zerschneidevorgang protokollieren zu können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Baustellenfahrzeug, zur Führung einer Werkzeugeinheit wie zuvor beschrieben, wobei das Fahrzeug eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme der Werkzeugeinheit aufweist. Diese Werkzeugaufnahme kann eine übliche Schnittstelle des Fahrzeugs sein, an die die Werkzeugeinheit z. B. durch ihre Kopplungseinheit angepasst ist. Hierdurch kann der Aufwand zur Nutzung eines üblichen Fahrzeugs zur Handhabung der Werkzeugeinheit reduziert werden. Das Fahrzeug kann erforderliche Versorgungseinrichtungen z. B. für eine elektrische und bzw. oder hydraulische Versorgung der Werkzeugeinheit aufweisen. Auch kann eine Versorgung des Schneidwerkzeugs z. B. mit einem Hochdruckwasserstrahl durch das Fahrzeug erfolgen bzw. über das Fahrzeug weitergeleitet werden.
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Das Fahrzeug kann Räder oder Ketten aufweisen. Ein Kettenantrieb kann die Geländegängigkeit des Fahrzeugs erhöhen, erhöht jedoch gleichzeitig das Gewicht der Fahrzeugs sehr deutlich. Ein Radantrieb macht das Fahrzeug leichter, weist jedoch auch eine geringe Geländegängigkeit auf. Vorzugsweise weist das Fahrzeug einen Radantrieb auf, damit es aufgrund des geringeren Gewichts einfacher, insbesondere mit leichteren Transportfahrzeugen, zum Einsatzort transportiert werden kann, welche bei der Zerlegung von Rotorblättern von Windenergieanlagen üblicherweise eine Wiese oder ein Acker sein kann, für den die Geländegängigkeit eines Radantriebs im Allgemeinen ausreichend ist.
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Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Baustellenfahrzeug, insbesondere ein kleines Baustellenfahrzeug wie vorzugsweise ein Kompaktlader, ein Radlader, ein Teleskoplader oder dergleichen, welcher für die Führung und Handhabung der Werkzeugeinheit ausreichend groß aber gleichzeitig kompakt ist. Ferner sind derartige Fahrzeuge geländegängig, um sich sicher auf einem Gelände wie z. B. einem Acker oder einer Wiese bewegen zu können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein System zum Zerschneiden großflächiger Objekte mit einer Werkzeugeinheit wie zuvor beschrieben und mit einem Fahrzeug wie zuvor beschrieben, wobei die Werkzeugeinheit mittels der Werkzeugaufnahme mit dem Fahrzeug verbunden ist. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Werkzeugeinheit durch ein Fahrzeug nutzbar gemacht werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Zerschneiden großformatiger Objekte mittels eines Systems wie zuvor beschrieben, mit den Schritten:
- • Positionieren des Schneidwerkzeugs an einer ersten Position der Schnittbewegung durch Bewegung des Fahrzeugs zum Objekt, und
- • Ausführen des Zerschneidens des Objekts durch eine Bewegung des Schneidwerkzeugs relativ zur Kopplungseinheit in einer Schnittrichtung.
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Mittels dieser Verfahrensschritte können großformatige Objekte einfacher, sicherer, schneller und bzw. oder bequemer für den Bediener zerschnitten werden. Hierbei lassen sich diese Verfahrensschritte mehrfach hintereinander ausführen, um mehrere Schnitte oder sehr lange Schnitte durchzuführen.
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Zwei Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
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1 eine schematische seitliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit in einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 die Darstellung der 1 von oben;
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3 eine schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit in dem ersten Ausführungsbeispiel in einer ersten Position einer Schnittbewegung;
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4 eine schematische seitliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit in dem ersten Ausführungsbeispiel in einer zweiten Position einer Schnittbewegung; und
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5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit in einem zweiten Ausführungsbeispiel von oben.
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Die 1 zeigt eine schematische seitliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 1, 2 mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit 2 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Die 2 zeigt die Darstellung der 1 von oben.
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Das System 1, 2 weist ein Fahrzeug 1 in Form eines Kompaktladers 1 auf. Der Kompaktlader 1 weist ein Gestell 10 auf, an dem Räder 11 angeordnet sind. Auf dem Gestell 10 ist eine Bedienerkabine 12 angeordnet, in der sich der Bediener des Kompaktladers 1 befinden kann. An dem Gestell 10 ist ein Paar erster Rotationsantriebe 13 angeordnet, die mittels einer ersten Rotation R1 ein Paar Arme 14 bewegen können. Am Ende der Arme 14 ist ein gemeinsamer zweiter Rotationsantrieb 15 angeordnet, der mittels einer zweiten Rotation R2 eine Werkzeugaufnahme 16 bewegen kann.
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An der Werkzeugaufnahme 16 des Kompaktladers 1 ist die Werkzeugeinheit 2 angeordnet. Die Verbindung zur Werkzeugaufnahme 16 ist über eine Kopplungseinheit 20 realisiert, welche in Richtung einer Horizontalbewegung H gegenüber der Werkzeugaufnahme 16 in Querrichtung Y beweglich ist. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die Kopplungseinheit 20 gleichzeitig gegenüber der Werkzeugaufnahme 16 durch eine dritte Rotation R3 um eine Hochachse Z drehbar. Mit der Kopplungseinheit 20 ist ein Trägerelement 21 starr verbundenen, welches sich von der Kopplungseinheit 20 weg erstreckt.
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In der Höhe Z oberhalb des Trägerelements 21 ist ein Vorschubelement 22 in Form eines hydraulischen Differentialzylinders 22 angeordnet. Die Zylinderkolbenstange 22b des hydraulischen Differentialzylinders 22 (vgl. 3 und 4) ist mittels eines Verbindungselement 25 rechtwinklig mit einer Werkzeughalterung 23 verbunden, welche parallel zum hydraulischen Differentialzylinder 22 unterhalb des Trägerelements 21 in Längsrichtung X beweglich angeordnet ist. Die Werkzeughalterung 23 wird durch Führungselemente 24, die fest mit dem Trägerelement 21 verbunden sind, am Trägerelement 21 gehalten. Das Trägerelement 23 weist an seinem der Kopplungseinheit 20 abgewandten Ende einen Werkzeugkopf 26 in Form einer Hochdruckwasserstrahldüse 26 auf, welche nach unten gerichtet ist. Aus der Hochdruckwasserstrahldüse 26 kann ein Hochdruckwasserstrahl 27 als Schneidwerkzeug 27 austreten. In unmittelbarer Nähe des Werkzeugkopfs 26 ist am Trägerelement 21 ferner eine optische Überwachungseinheit 28 in Form einer Kamera 28 angeordnet. Die Kamera 28 ist auf die Austrittsöffnung der Hochdruckwasserstrahldüse 26 bzw. den Hochdruckwasserstrahl 27 ausgerichtet, um die Hochdruckwasserstrahldüse 26 bzw. den Hochdruckwasserstrahl 27 erfassen zu können. Die Kamera 28 ist mit der Hochdruckwasserstrahldüse 26 mitbeweglich.
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Die 3 und 4 zeigen die erfindungsgemäße Werkzeugeinheit 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail in zwei Positionen A, B einer Schnittbewegung. Der hydraulische Differentialzylinder 22 weist im Detail in seinem Inneren einen Zylinderkolben 22a auf, welcher auf der einen Seite in Bewegungsrichtung mittels der Zylinderkolbenstange 22b mit dem Verbindungselement 25 außerhalb des hydraulischen Differentialzylinders 22 verbunden ist. Auf der Seite des Zylinderkolbens 22a ohne Zylinderkolbenstange 22b weist der hydraulische Differentialzylinder 22 eine erste Zylinderkammer 22c und auf der Seite des Zylinderkolbens 22a mit Zylinderkolbenstange 22b eine zweite Zylinderkammer 22d auf. Die beiden Zylinderkammern 22c, 22d können beide mit Hydrauliköl gefüllt werden. Die erste Zylinderkammer 22c ist deutlich größer als die zweite Zylinderkammer 22d, z. B. doppelt so groß, da das mit Hydrauliköl füllbare Zylindervolumen der zweiten Zylinderkammer 22d durch die Zylinderkolbenstange 22b eingeschränkt wird. Hierdurch können konstruktionsbedingt unterschiedliche Vorschubgeschwindigkeiten erreicht bzw. begünstigt werden.
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Das Zerschneiden eines großformatigen Objekts 3 wie z. B. dem Rotorblatt 3 einer Windenergieanlage kann erfindungsgemäß wie folgt ausgeführt werden:
Die erfindungsgemäße Werkzeugeinheit 2 ist an der Werkzeugaufnahme 16 des Kompaktladers 1 zu befestigen. Die hydraulischen Zuleitungen des hydraulischen Differentialzylinders 22 sind mit dem Hydrauliksystem des Kompaktladers 1 zu verbinden. Auch ist die Hochdruckwasserstrahldüse 26 mit einer Vorrichtung zur Erzeugung des Hochdruckwasserstrahls 27 zu verbinden, welche Bestandteil des Kompaktladers 1 oder ein separates System sein kann. Ferner ist die Kamera 28 mit dem Kompaktlader 1 zu verbinden, so dass die Kamera 28 elektrisch versorgt werden kann und die erfassten Daten an einen Monitor des Kompaktladers 1 für den Bediener ausgegeben werden können.
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Nun kann die Hochdruckwasserstrahldüse 26 durch den Kompaktlader 1 gegenüber dem Rotorblatt 3 so positioniert und orientiert werden, wie ein Schnitt durchgeführt werden soll. Hierzu kann sich der Kompaktlader 1 mittels seiner Räder 11 zu dem Rotorblatt 3 hin bewegen und auch in der horizontalen Ebene orientieren. In der Höhe Z kann die Positionierung und Orientierung der Hochdruckwasserstrahldüse 26 mittels der Rotationsantriebe 13, 15 erfolgen, wobei die Hochdruckwasserstrahldüse 26 abschließend auf dem Rotorblatt 3 von oben abgelegt wird. Bei dieser groben Positionierung ist die optische Sicht des Bedieners im Allgemeinen ausreichend. Zur Feinpositionierung kann gegebenenfalls das durch die Kamera 28 erzeugte Bild der Hochdruckwasserstrahldüse 26 und des Rotorblatts 3 genutzt werden, um alleinig durch die Beweglichkeit des Kompaktladers 1 oder mittels der Beweglichkeit der Kopplungseinheit 20 die Hochdruckwasserstrahldüse 26 möglichst exakt zu positionieren.
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In diesem Zustand bleibt der Kompaktlader 1 fest stehen und sein erster Rotationsantrieb 13 wird festgestellt. Dies gilt ebenso für die Beweglichkeit der Kopplungseinheit 20. Lediglich der zweite Rotationsantrieb 15 wird antriebslos aber beweglich geschaltet, damit die Hochdruckwasserstrahldüse 26 über die Außenkontur 30 des Rotorblatts 3 in der Höhe Z nachgiebig geschoben werden und hierdurch der Außenkontur 30, insbesondere bei einer bogenförmigen Außenkontur 30 (nicht dargestellt), folgen kann.
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Die Hochdruckwasserstrahldüse 26 befindet sich nun in einer ersten Position A einer Schnittbewegung. Dann kann die Hochdruckwasserstrahldüse 26 den Hochdruckwasserstrahl 27 als Schneidwerkzeug 27 bilden, der das Rotorblatt 3 zerschneiden und einen materialfreien Bereich 31 bilden kann. Zur Erzeugung der Vorschubbewegung wird die erste Zylinderkammer 22c des hydraulischen Differentialzylinders 22 mit Druck und Durchflußmenge beaufschlagt, um den Hochdruckwasserstrahl 27 in Richtung der Schnittbewegung C in bzw. durch das Rotorblatt 3 in eine zweite Position B der Schnittbewegung zu bewegen. Hierbei kann die Schnittgeschwindigkeit über die Höhe des Drucks bzw. der Durchflußmenge des hydraulischen Differentialzylinders 22 vom Bediener gesteuert werden.
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Der Zylinderkolben 22a ist gegenüber der ersten Zylinderkammer 22c bewusst so großflächig ausgelegt, dass der Druck und die Durchflußmenge des Hydrauliköls und damit die Vorschubgeschwindigkeit der Schnittbewegung ausreichend fein und niedrig eingestellt werden können, um bei dicken Materialstärken des Rotorblatts 3 eine ausreichend langsame Schnittgeschwindigkeit einstellen zu können, so dass auch an diesen Stellen erfolgreich geschnitten werden kann.
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Ist die Schnittbewegung über den maximalen Weg des hydraulischen Differentialzylinders 22 durchgeführt worden, wird die zweite Zylinderkammer 22d mit Druck und Durchflußmenge beaufschlagt, um hierdurch die Hochdruckwasserstrahldüse 26 wieder zurück in ihre Ausgangsposition, d. h. die Position A der Schnittbewegung, zu bewegen. Der Hochdruckwasserstrahl 27 kann für diese Zeit ausgeschaltet werden. Um diese Rückstellbewegung zu beschleunigen, weist die zweite Zylinderkammer 22d nicht nur die Zylinderkolbenstange 22b an sich auf, sondern die Zylinderkolbenstange 22b weist bewusst einen größeren Außendurchmesser auf, um die zweite Zylinderkammer 22d deutlich zu verringern. Hierdurch kann bei gleichem Druck und bei gleicher Durchflußmenge des Hydrauliköls die hierdurch erzeugte Geschwindigkeit zur Rückstellung der Hochdruckwasserstrahldüse 26 erhöht werden.
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Nun kann die Hochdruckwasserstrahldüse 26 durch den Kompaktlader 1 am Endpunkt der vorherigen Schnittbewegung positioniert werden, um eine zweite Schnittbewegung wie zuvor beschrieben durchzuführen und hierdurch den ersten Schnitt zu verlängern. Hierdurch können sehr breite Rotorblätter 3 zerschnitten werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugeinheit 2 zeigt die 5. In diesem Fall ist die Kopplungseinheit 20 über ein Verlängerungselement 20a mit einem Drehelement 20b verbunden, welches die Beweglichkeit der dritten Rotation R3 um die Hochachse Z der Kopplungseinheit 20 übernimmt. Das Drehelement 20b ist mittels eines rechtwinklig angeordneten Verzweigelements 20c mit zwei Trägerelementen 21 verbunden. Der weitere Aufbau der Werkzeugeinheit 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist mit dem ersten Ausführungsbeispiel identisch, wobei sich die Trägerelemente 21 und alle weiteren Bauelemente 22–28 rechtwinklig vom Verzweigelement 20c parallel zueinander von der Werkzeugaufnahme 16 weg erstrecken. Diese Anordnung ermöglicht die gleichzeitige Durchführung zweier paralleler Schnittbewegungen.
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Bezugszeichenliste
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- A
- erste Position der Schnittbewegung
- B
- zweite Position der Schnittbewegung
- C
- Richtung der Schnittbewegung, Schnittrichtung
- H
- Horizontalbewegung
- R1
- erste Rotation
- R2
- zweite Rotation
- R3
- dritte Rotation
- R4
- vierte Rotation
- X
- X-Richtung, Längsrichtung, Längsachse
- Y
- Y-Richtung, Querrichtung, Querachse
- Z
- Z-Achse, Höhe, Hochachse
- 1
- Fahrzeug, Baustellenfahrzeug, Kompaktlader
- 10
- Gestell
- 11
- Räder
- 12
- Bedienerkabine
- 13
- erster Rotationsantrieb
- 14
- Arme
- 15
- zweiter Rotationsantrieb
- 16
- Werkzeugaufnahme
- 2
- Werkzeugeinheit
- 20
- Kopplungseinheit
- 20a
- Verlängerungselement
- 20b
- Drehelement
- 20c
- Verzweigelement
- 21
- Trägerelement
- 22
- Vorschubelement, hydraulischer Differentialzylinder
- 22a
- Zylinderkolben
- 22b
- Zylinderkolbenstange
- 22c
- erstes, großes Zylinderkammer
- 22d
- zweites, kleines Zylinderkammer
- 23
- Werkzeughalterung
- 24
- Führungselemente der Werkzeughalterung 23
- 25
- Verbindungselement zwischen Vorschubelement 22 und Werkzeughalterung 23
- 26
- Werkzeugkopf, Hochdruckwasserstrahldüse
- 27
- Schneidwerkzeug, Hochdruckwasserstrahl
- 28
- Optische Überwachungseinheit, Kamera
- 3
- großformatiges Objekt, Rotorblatt einer Windenergieanlage
- 30
- Außenkontur des Objekts 3
- 31
- materialfreier Bereich des Objekts 3
