DE102015010883A1

DE102015010883A1 - Flexible Auflagevorichtung für Werkzeugmaschinen mit trennender Bearbeitung

Info

Publication number: DE102015010883A1
Application number: DE102015010883.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-02-23

Abstract

Flexible Auflagevorrichtung für Werkzeugmaschinen mit trennender Bearbeitung wobei besagte Werkzeugmaschinen typischerweise zwei Auflageflächen für plattenartiges Material mit mindestens einem Schneidgraben (1) zwischen besagten Auflageflächen aufweisen und besagtes Material in einer ersten Hauptachsrichtung über besagten Schneidgraben (1) hinweg bewegt wird und ein Schneidkopf (3), mit hierzu geeigneten bekannten Bewegungsvorrichtungen, beispielsweise an einem Portal oberhalb des besagten Schneidgrabens (1), mindestens zweidimensional bewegt wird, a) als zweite Hauptachse, quer zur besagten ersten Hauptachse und b) als zur ersten Hauptachse redundante höher beschleunigbare Zusatzachse, wobei besagter Schneidkopf (3), z. B. ein Laserschneidkopf, das besagte Material entlang einer Trennkontur (11, 12) in einem Schneidspalt auftrennt, und über besagtem Schneidgraben (1), besagtes Material, von besagter flexibler Auflagevorrichtung (2) in Form eines mindestens entlang des besagten Schneidgrabens (1) bewegbaren Trägers von Auflageelementen (2) unterstützt wird dadurch gekennzeichnet, dass besagter Träger (2), zur Ermöglichung besagter schneidender Bearbeitung, einen zu besagter Zusatzachse parallel verlaufenden Hauptschneidspalt bildet, der frei von besagten Auflageelementen ist, von dem eine Mehrzahl von in ihrer Längskontur beliebig geformter weiterer Nebenschneidspalte abzweigen, die vorzugsweise ein sich entlang besagtem Hauptschneidspalt vorzugsweise beidseitig gespiegeltes, sich regelmäßig in einem Raster wiederholendes Muster bilden, vorzugsweise aus Viertelbögen oder ähnlichen Formen, wobei vorzugsweise besonders ein Freischneiden besagter Werkteile in Haupt und Nebenschneidspalten, nach passender Positionierung aller genannten bewegbaren Elemente bei Stillstand des besagten bewegbaren Trägers (2) gegenüber besagten Werkteilen stattfindet.

Description

Technisches Gebiet und Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Verbesserung von Werkzeugmaschinen, bei denen mindestens eine mögliche Art der Verarbeitung eines zu bearbeitenden Werkteiles, vorzugsweise aber nicht grundsätzlich beschränkt auf plattenförmiges Material, darin besteht, das Material in einem Scheidspalt zu trennen. Das Schneidwerkzeug dazu ist in mindestens zwei Achsen zur Erzeugung einer Trennkontur gegenüber dem Material oder Werkstück bewegbar und vorzugsweise ein Strahlwerkzeug, verwendet also einen gebündelten Energie- und/oder hoch energetischen Materiestrahl, wie beispielsweise beim Laserschneiden, Plasmastrahlschneiden oder einem Abrasivschneidstrahl, beispielsweise aus Wasser, mit oder ohne zusätzlichen Schneidmitteln.
Bei Werkzeugmaschinen vorgenannter Art, besteht eine grundsätzliche Forderung darin, dass ein Werkstück zur präzisen Bearbeitung eine, gegenüber den während der Bearbeitung relativ zum Werkstück bewegten Werkzeugen, präzise definierbare Position einhält. Diese definierbare Position kann insbesondere bei einem Maschinenkonzept mit fixiertem Werkstück und geringen oder nicht vorhandenen Schneidkräften in Richtung der Schneidkontur, wie beispielsweise beim Laserschneiden, schon dadurch erreicht werden, dass das Werkstück auf einer geeigneten Auflage zum Schneiden abgelegt wird. Bei Bedarf kann das Werkstück zusätzlich an weiteren Anschlägen entlang gestützt oder eingespannt werden. Besonders die Auflage stellt jedoch ein potentielles Problem beim Schneiden dar, weil eine Beschädigung in vielen Anwendungsfällen nicht verhindert werden kann, da sonst eine sehr aufwendige Anpassung der Auflage an jede unterschiedliche Anwendung erfolgen müsste. Dies ist insbesondere bei großflächigen zu schneidenden plattenförmigen Materialien und sich häufig ändernden Schneidkonturen oft nicht möglich, da eine Unterstützung an vielen häufig wechselnden Punkten, um ein Durchbiegen oder gar Verkippen zu vermeiden, sei es durch die Wirkung der Gravitation oder durch die beim Schneiden auftretenden Kräfte, wie beispielsweise durch Schneidgase beim Laserschneiden, unwirtschaftlich wäre.
So wird in der Praxis meist ein gewisses Maß an Beschädigung von Auflageelementen und auch damit einhergehenden Rückwirkungen auf die Qualität des Scheidergebnisses in Kauf genommen, wobei man das Problem meist durch verschiedene Formen von austauschbaren Auflageelementen sowie einer entsprechenden Planung von Schneidkonturen minimiert. Bei Werkzeugmaschinen mit bewegten Werkstück oder Material, insbesondere ebenfalls solchen zur Bearbeitung plattenförmiger Materialien, wird die besagte definierte Position des Materials meist durch das Material relativ kleinräumig zangenartig umgreifende, sogenannte Spannpratzen, erzeugt, die eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem bewegten Material und dem Positionierungsantrieb, meist in ein oder zwei Achsen, herstellen. Es sind auch, insbesondere wenn plattenförmiges Material kontinuierlich oder in variablen Teilelängen von einer Rolle geschnitten wird, eine Reihe weitere Ausrichtungs-, Führungs- und Positionierungsverfahren bekannt, um die besagte definierte Position zu erzielen. Die Auflage erfolgt aber in diesem Fall meist auf Rollen, Kugeln oder Bürsten, seltener auch auf jeweils zur Bearbeitung geeigneten Fluidpolstern, so dass dem Material bei der Bewegung möglichst kein Schaden zugefügt wird und zugleich eine in ihrer Position und Lage präzise definierte, meist ebene, Materialoberfläche entsteht. Vorteilhaft bei einem bewegten Material ist, dass die Position der Werkzeuge fixiert oder nur relativ kleinräumig bewegt ist, so dass eine Beschädigung von Auflageelementen und sonstige negativen Rückwirkungen zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück gewöhnlich nicht entstehen, weil das Material diesbezüglich problemlos viel kleinräumiger unterstützt werden kann. Vorteilhaft ist auch, dass eine Kombinationsbearbeitung mit Werkzeugen, die wegen ihrer Massen und/oder aufzunehmenden Kräfte, wie beispielsweise bei umformenden Verfahren, nur mit gossen Aufwand frei positionierbar wären, so wesentlich einfacher insbesondere mit einem Strahlwerkzeug in einer Werkzeugmaschine kombinierbar sind.
Ein weiterer Vorteil einer nicht oder eher kleinräumig bewegbaren Bearbeitungsstelle, ist darin zu sehen, dass selbstverständlich auch alle Einrichtungen zur Abfuhr, mindestens von relativ kleinen Gutteilen, Restteilen, Abgasen sowie verbleibender Strahlenergie oder einem abströmenden Schneidmaterial, nur in einem kleineren Bereich vorhanden sein müssen. Dies alles kann anwendungsspezifisch ein weitaus bedeutenderer Vorteil sein, als der üblicherweise größere Platzbedarf und eine meist etwas langsamere Bearbeitung.
Gerade bei der Strahlbearbeitung ist hier insbesondere die Problematik von Bedeutung, dass beim Trennen, als einem häufigen Bearbeitungsmodus, der an der Trennstelle wieder austretende Strahl oder abgelenkte Teile davon, meist noch über eine relativ große Strecke hinweg eine hohe Energie, mit dem Potential zu Beschädigung von unter der Bearbeitungsstelle befindlichen Teilen der Werkzeugmaschine besitzen, so dass sich dicht unterhalb der Bearbeitungsstelle möglichst keine Teile der Werkzeugmaschine befinden.
Wenn ein bewegtes Werkstück über eine Bearbeitungsstelle hinweg geschoben wird, ist ein Schutz von Maschinenelementen daher selbst bei sehr aggressiven Schneidmedien und Reststrahlen relativ leicht erreichbar, während dies bei einer frei beweglichen Bearbeitungsstelle, schon bei einem verhältnismäßig ”harmlos” (also kurz) fokussierten Laserstrahl und wenig aggressiven Schneidgasen, nur mit einem großen Aufwand befriedigend lösbar ist.
Allerdings bringt eine Maschinenkonzeption mit bewegtem Material, besonders bei plattenförmigen, eher dünnen Materialien, auch erhebliche Probleme mit sich: Zwischen Unterlage und Werkstück treten beim Verschieben Reibungskräfte auf, die je nach der Werkstoffpaarung und Struktur zu Bewegungshemmungen oder sogar Beschädigungen führen können. Dies versucht man mit geeigneten Werkstoff-/Strukturpaarungen zu vermindern oder sogar zu vermeiden indem beispielsweise durch geeignete druckbeaufschlagte Fluide weitgehend reibungsfreie Auflagezonen erzeugt werden. Dies ist jedoch aufwendig. Meist dienen deshalb Bürsten-, Rollen- oder Kugelauflagen zur Reibungsminderung.
Sowohl durch die beschriebenen Reibungskräfte, als auch durch die Einleitung dynamisch wirksamer Beschleunigungskräfte, treten besonders bei plattenförmigen Werkstücken und in Fällen, wo das Werkstück oder bewegte Rohmaterial schon durch Entfernung von Teilen in der Struktur geschwächt wurde, Verformungen auf, die mindestens die Präzision wesentlich beeinträchtigen, oft aber auch eine geplante Bearbeitung, die bei ruhendem Material diesbezüglich völlig problemlos wäre, gänzlich unmöglich machen können.
Besonders problematisch dabei ist, dass die Platten meist nur sehr kleinräumig geklemmt mit den Antrieben verbunden sind, was zu einer besonders ungleichmäßigen Kraftverteilung im Werkstück oder Material führt und somit starke Verformungen noch zusätzlich begünstigt. Hier können besonders ausgefeilte Bearbeitungsstrategien helfen, die möglichst ungünstige Massenverteilungen während der notwendigen Bewegung vermeiden, beispielsweise auch eine Bearbeitung beginnend, weit entfernt von den Klemmpratzen, wobei nicht benötigtes Material dort möglichst früh entfernt wird und eine entsprechend angepasste niedrig beschleunigte Bewegung, um Biegekräfte zu minimieren und somit die zuvor geschilderten Probleme auf ein praktisch handhabbares Maß zu reduzieren.
Aufwendigere Methoden sehen beispielsweise auch die Einleitung von Kräften von mehreren Seiten vor, was aber wiederum sehr präzise und flexibel konfigurierbare Zusatzantriebe erfordert, und den Aufwand zum Antrieb leicht vervielfachen kann. Eine weitere bekannte Methode ist es, zu den Hauptachsenantrieben zur Bewegung des Werkstücks redundante Zusatzantriebe für ein Strahlwerkzeug, in einem verhältnismäßig kleinen Teilbearbeitungsbereich vorzusehen, die es immerhin ermöglichen, kleine Teile in einem Werkstück sehr viel schneller zu bearbeiten oder daraus zu entfernen, wobei die Beschleunigungsmöglichkeiten der redundanten Zusatzachsen, eine entsprechende Konzeption und Bewegungskoordination vorausgesetzt, auch die Beschleunigung der Bewegung bei größeren Bearbeitungsausschnitten bestimmt, da so die hoch beschleunigten Bewegungsanteile einer Gesamtbewegung von dem labilen Material ferngehalten werden können, ohne dass die Gesamtbewegung des Strahlwerkzeugs relativ zum Werkstück deshalb so niedrig wie das bewegte Material beschleunigt ist.
Zusätzlich zum Vorteil der erhöhten Bearbeitungsgeschwindigkeit ergeben sich durch Zusatzachsen, mit denen ein Schneidwerkzeug bewegt wird, eine ganze Reihe weiter Vorteile und Möglichkeiten, wie z. B. die Möglichkeit des Freischneidens von Werkstücken oder Restteilen, ohne dass dabei das Werkstück oder Material bewegt werden muss.
Für viele Anwendungen ist dies daher letztlich eine weitaus vorteilhaftere Kombination von Vor- und Nachteilen, als beispielsweise bei der Flachbettbearbeitung mittels eines über dem ganzen Werkstück oder Material hinweg bewegbaren Strahlwerkzeugs.
Weiter kann dieses Verhältnis noch verbessert werden, wenn der Flächenbedarf, den allein ein zweidimensional bewegtes Werkstück oft mit sich bringt – abstrakt gesehen mindestens das vierfache der nutzbaren Bearbeitungsfläche, gegenüber einer Maschine mit völlig unbewegten Material – grob auf die Hälfte sinkt, indem lediglich eine Bewegung des Materials in einer Achsrichtung vorgesehen ist, meist entlang der längeren Seite des Arbeitsraums. Die schon eingangs genannten Vorteile des bewegten Materials bleiben dabei weitgehend erhalten, wobei der Aufwand zunächst einmal sogar geringer ist, weil dann meist nur noch eine redundante Zusatzachse in Richtung der Materialbewegung vorgesehen sein muss, um eine schon recht dynamische Bearbeitung zu realisieren. Die Bewegungsdynamik des Strahlwerkzeugs relativ zum Material und quer zur Bewegungsrichtung des Materials ist in diesem Fall ohnehin nicht durch die strukturell bedingten Beschränkungen des bewegten Materials begrenzt.
Darüber hinaus kann das eigentliche Schneid- und Bearbeitungssystem, mit einem solchen meist als ”hybrid” bezeichneten Aufbau, praktisch unverändert auch in Fertigungssystemen für die Produktion genutzt werden, in der die Zuführung von plattenförmigem Material von einer Rolle oder aus sonstigen Gründen in linear durchlaufender Weise erfolgt, was den Aufbau von modularen Bearbeitungskomponenten für umfangreichere Systeme erleichtert.
Es gibt jedoch auch Nachteile: Wenn der Arbeitsbereich der Zusatzachse, ob nun aus Gründen der erzielbaren Bewegungsdynamik als auch der flexiblen Bearbeitung (z. B. zum flexiblen Freischneiden) immer verfügbar sein soll, dann reicht hierzu weder ein schmaler Schneidspalt, wie von vielen derartigen ”hybriden” Maschinenkonfigurationen schon ohne Zusatzachsen bekannt, oder ein eher kleinräumiger Ausschnitt für eine entsprechend kleinräumige Bewegung eines Strahlwerkzeugs mit besagten Zusatzachsen, sondern es liegt ein sehr langer Spalt, entsprechend der Breite des Bearbeitungsbereiches, vor, der seinerseits mindestens die Breite des Arbeitsbereiches, der zur verbliebenen Materialbewegungsrichtung redundant bewegbaren Zusatzachse aufweisen muss, wenn diese sinnvoll nutzbar sein soll. Zur klareren funktionalen Differenzierung wird ein aus den genannten Gründen verbreiterter ”Schneidspalt” im folgenden ”Schneidgraben” genannt.
Solch ein Schneidgraben führt wiederum zu einer Reihe von Problemen, die mit entsprechenden technischen Mitteln auf ein tolerierbares Maß begrenzt werden müssen, um die Vorteile des bewegten Werkstücks oder Werkmaterials auch mittels einer solchen hybriden Werkzeugmaschinenkonfiguration mit ihrem weitaus geringeren Flächenbedarf und auch besser in einen linearen Materialfluss integrierbaren Aufbau, auch praktisch möglichst weitgehend nutzbar zu machen. Einige wesentliche Probleme sind nachfolgend aufgeführt.
Durch den breiteren Spalt entsteht, besonders bei dünnem oder schon durch Ausschnitte geschwächtem Material, die Problematik, dass sich das Material darin biegt, was ohnehin schon eine präzise Bearbeitung nahezu ausschließt aber auch durch eingeklemmtes Material wegen herunterhängenden Kanten, zu Schäden an Werkstück und Maschine führt. Besonders kritisch hierbei wäre es beispielsweise einen länglichen Ausschnitt parallel zur Richtung des besagten Schneidgrabens ausführen zu wollen, was selbst bei relativ starkem Plattenmaterial zu Problemen führen und bei dünnerem Material völlig undenkbar wäre.
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, das plattenförmige Material über dem Schneidgraben mit den gleichen oder ähnlichen Auflageelementen abzustützen, wie sie auch auf den Auflagetischen verwendet werden, nur dass diese hierfür nun längs des Schneidgrabens beweglich sind, sei es als einzelne oder beispielsweise in einem Faltenbalg verbundene verschiebbare Stege mit entsprechenden Auflageelementen oder in Form eines oder mehrerer großflächigerer Träger für solche Auflageelemente, für die insgesamt vorzugsweise gilt, dass sie so verfahren werden, dass zwischen zwei dieser bewegbaren Auflageelementträger oder innerhalb eines solchen Auflageelementträgers permanent eine Öffnung passend zum Schneidwerkzeug verbleibt, durch die das Schneidmittel wirken kann, ohne dass ein Maschinenteil beschädigt wird oder den Schneidprozess beeinflusst.
Solche verfahrbaren Elemente, insbesondere auch mit einer gegen das unkontrollierte Austreten von Schneidgasen wirksamen Abdeckung und Strömungsführung für Luft und Schneidgase im besagten Schneidgraben, helfen auch dieses und weitere Probleme einer solchen Maschinenkonfiguration zu lösen. Dabei ist meist keine unbedingte Dichtigkeit erforderlich, sondern es reicht üblicherweise für die meisten Anwendungen aus, dass der Querschnitt für in den Schneidgraben einströmende Luft durch die besagten Abdeckungen soweit vermindert wird, dass mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand eine ausreichendes Druckgefälle zustande kommt, um ein Austreten relevanter Schadstoffmengen aus dem Schneidgraben zu verhindern.
Selbstverständlich sollte auch berücksichtigt sein, dass neben dem Absaugen von Schneidgasen und ggf. dem Auffangen der Restenergie von Schneidstrahlen auch ein möglichst prozesssicheres separierbares Abführen von Gut- und Restteilen aus dem Schneidgraben möglich sein sollte, wenn dies von der Größe der Teile her möglich ist.
Hierfür können unterhalb des möglichen Bewegungsbereichs des Strahlwerkzeugs bewegbar und für entsprechende Funktionalitäten ausgerüstete, bekannte Einrichtungen aus dem Bereich der Maschinen mit zweidimensional bewegten Material, vorgesehen sein vorzugsweise, da notwendigerweise bewegbar, möglichst leichtgewichtig ausgeführt.
All diese grundlegenden Fakten und Erfordernisse sind, soweit bis hierher beschrieben, aus dem Stand der Technik bekannt. Als beispielhaft können hier die derzeit aktuellen deutschen Patentanmeldungen DE 10 2013 226 816 A1 , DE 10 2013 226 818 A1 , und DE 10 2013 226 821 A1 gelten, die hier aufgeführten Punkte auf mindestens eine Weise, oft auch in mehreren beschriebenen Varianten, berücksichtigen.
Wenn jedoch alle dort aufgeführten Punkte gemäß dem hierdurch mutmaßlich definiertem aktuellen Stand der Technik behandelt werden, dann bleiben dennoch wesentliche Forderungen, die an eine besonders effiziente Lösung der geschilderten Konzeption zu stellen sind, bisher noch unzureichend berücksichtigt.
So wird in jeder dieser Patentanmeldungen ein nicht unerheblicher instrumenteller Aufwand getrieben, um ein Verbiegen oder Verkippen, insbesondere, von mittleren und kleinen Werkstücken, vorm und beim Freischneiden, also dem Durchtrennen des letzten Halts zum plattenförmigen Restwerkstück, zu vermeiden.
Dazu werden überwiegend große Maschinenteile – in fast allen Beispielen wesentlich größer, als Werkstücke, die dort selbst als ”mittelgroß” bezeichnet werden – nach teils komplizierten Regeln in fast jeder denkbaren Achsrichtung verfahren, um eine günstige Position zwischen den dort verwendeten Unterstützungsmitteln und den zu unterstützenden Werkstücken zu erzielen. Nach eingehender Analyse aller dort dargestellten Methoden konnte bisher aber keine gefunden werden, die gerade bei dem Grossteil der kritischen freizuschneidenden kleinen und ”mittleren” Werkstücke ein durchgehendes Schneiden der Konturen, ohne Absetzen und zusätzlichen Verfahrwege von Unterstützungselementen, mit den dadurch bedingten Verzögerungen und Fehlerquellen, ermöglicht. Auch die als am meisten geeignet erscheinenden Varianten aus dem Stand der Technik führen in einen Konflikt zwischen engmaschiger Unterstützung des Werkstücks oder Materials und zügiger kontinuierlicher Bewegung des Strahlwerkzeugs, weil eine eng an der Schneidposition befindliche Unterstützung, beispielsweise beim Freischneiden, meist angestrebt wird, andererseits aber diese Position auch während des Schneidens zügig erreicht werden muss. Kurz vorm Freischeiden muss also das unterstützende Element in die notwendige Position gebracht werden, kann dort aber nur durch ein Verfahren entlang des zu unterstützenden Teils hingelangen, was entweder zu einer potentiell schädlichen Wirkung auf das zu unterstützende Teil führt, weil das Anfahren der Unterstützungsposition erst spät stattfindet, wenn das Teil schon labil ist, und damit in Gefahr durch diese Verfahrbewegung verformt zu werden, oder die besagte Verfahrbewegung findet schon relativ früh statt, was aber bedeutet, dass der offene, nicht unterstützte, Bereich relativ großflächig sein muss, damit das Schneidwerkzeug bezüglich seiner Bewegungsgeschwindigkeit entlang einer Schneidkontur, nicht von der Fahrgeschwindigkeit eines unterstützendes Elements abhängt.
Selbst die gezeigten Beispiele sind zu einem Teil in sich widersprüchlich und der Aufwand erscheint in allen gezeigten Konfigurationen nicht unerheblich, durch zahlreiche teils lineare und teils rotierende Bewegungsachsen, mit all den vielen verschiedenen Teilen eines jeweils kompletten Systems, aus Führungen, Antrieben und Messmitteln, die für eine ausreichend flexibel nutzbare Minimalkonfiguration aus Unterstützungsmitteln und zur Abführung von Werkstücken oder Restteilen benötigt würden. Selbst zwingend notwendige Einrichtungen werden aber leider in den Zeichnungen häufig nicht einmal symbolisch repräsentiert, und ihre Anordnung kaum irgendwo beispielhaft beschrieben, so dass oft unklar bleibt, wie alle die genannten, teils sogar aufeinander aufbauenden, Führungen und Antriebe für alle ausdrücklich aufgezählten Teilfunktionen praktisch zusammen wirken können, ohne dass der mechanische Aufwand, neben den entstehenden Abmessungen und Kosten, auch zu hohen bewegten Massen führt, die eine sehr dynamische Schneidbearbeitung als dann kaum erreichbar erscheinen lassen.
Für die Effizienz der Planung von Bearbeitungen mittels solcher Maschinen und der Bearbeitung selbst, scheint es auch nachteilhaft, dass die Prozessschritte Konturschneiden und Freischneiden in einer Vielzahl denkbarer Situationen, wenn nicht gar in der Mehrzahl aller Anwendungsfälle, oft unterbrochen werden müssen, durch Verfahrbewegungen der teils recht komplexen Umpositionierungen für die dort gezeigten Unterstützungselemente. Eine kontinuierliche dynamische Bewegung des Schneidwerkzeugs, die sowohl vorteilhaft bezüglich der Bearbeitungsgeschwindigkeit, als auch der Bearbeitungsqualität wäre, scheint nach diesem Stand der Technik selten möglich, wenn zugleich eine flexible Unterstützung für freizuschneidende Werkteile oder Ausschnitte erzielt werden soll, was wiederum für die Prozesssicherheit und somit auch für die regelmäßig erzielbare Qualität und letztlich somit auch die Wirtschaftlichkeit der Arbeitsergebnisse, von erheblicher Bedeutung ist.
Auf Basis des Standes der Technik ist sicherlich irgend eine oder andere Art von Betrieb möglich, mit dem auch einige Vorteile aus den beschriebenen Vorrichtungen entstehen. Aber es scheint aufgrund des etwas unsystematisch wirkenden Ansatzes unwahrscheinlich, dass das Potential derartiger Auflagesysteme damit bezüglich Leistung oder Funktionalität annähernd ausgeschöpft wird.
Einzig sehr allgemeine Hinweise werden gegeben, beispielsweise, dass die Unterstützungsschlitten zur Unterstützung von kippgefährdeten, typischer Weise kleinen bzw. nicht biegesteifen Werkstückteilen in der Nähe der Bearbeitungsposition angeordnet werden können und bei der Bearbeitung von nicht kippgefährdeten, größeren und biegesteifen Werkstückteilen die Unterstützungsschlitten weiter beabstandet zur Bearbeitungsposition, beispielsweise an einer Parkposition, angeordnet werden, was natürlich nichts darüber offenbart, wie eine möglichst effektive Unterstützung durch die Auflageelemente (dort oft Unterstützungsschlitten genannt) in einer laufenden Bearbeitung stattfindet, wo die Position der Auflageelemente den Schneidvorgang so wenig wie möglich behindern und in seiner Dynamik beschränken soll und andererseits eine sichere Unterstützung gewährleisten, wo notwendig. Bei sehr biegesteifen Teilen wäre eine Unterstützung in der Tat höchstens zum Freischneiden selbst erforderlich, soweit das betreffende Werkteil sich dabei zu einem wesentlichen Teil über dem Schneidgraben befindet, also nach oder beim Freischneiden verkippen oder verbiegen könnte.
Weiter wird gelehrt die Auflageelemente ”hochdynamisch” parallel zur Bearbeitungsstelle mitzubewegen, so dass immer nur ein relativ kleiner ”minimaler” Spalt von (beispielsweise 5 mm) zum Schneiden verbleibt. Ähnliche Ziele werden auch in anderen Dokumenten verfolgt. Aber wie dies mit vertretbaren Aufwand geschehen soll, bleibt im Dunkeln.
Ein allgemeiner Ansatz zur Systematik kann darin bestehen, die primäre Aufgabe der hier behandelten Auflagevorrichtungen darin zu erkennen ein passendes Unterstützungsmuster parallel zum Bearbeitungsfortschritt zu erzeugen. In diesem Ziel gleichen sich die Konzepte zwangsläufig und so ist zunächst die Frage zu klären, ob mit der Konzeptfamilie, basierend auf den zuvor genannten Dokumenten, dies überhaupt einigermaßen allgemein verwendbar möglich ist, oder ob nicht die jeweils recht großen Unterstützungselemente, die vor allem in Form von ”Schlitten” und Klappen genutzt werden, nicht schon zu Restriktion führen, die Überlegungen, solche Konzepte in eine möglichst allgemein nutzbare Systematik einzubeziehen, weitgehend verhindern.
Um den Hintergrund einer denkbaren Systematik klarer zu machen: Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat kürzlich (2015) eine neuartige adaptive Auflagevorrichtung völlig anderer Art zum Patent angemeldet. Die Lehre dort erlaubt in einem etwa jeweils gleichen Maße sowohl eine zeitlich vorgreifende, relativ statische als auch eine zum Bearbeitungsfortschritt parallele dynamische Mustererzeugung aus Auflageelementen, während die genannten Dokumente aus 2013 durchgängig zu Auflagevorrichtungen führen, deren Mustererzeugung (soweit abstrakt davon die Rede sein kann) überwiegend, gewöhnlich immer, direkt an den Verarbeitungsfortschritt gekoppelt ist. Es wird mit sehr vielen verschiedenen Mitteln versucht eine sich mit dem Bearbeitungsfortschritt bewegende Schneidöffnung zu erzeugen, teils als schmaler Spalt geformt, oder bei den in mehreren Dimensionen bewegbaren Varianten sogar als geschlossene Form beim Freischneiden angestrebt, meist rechteckig oder quadratisch. Ein Vorteil dieser Konzeptfamilie kann darin gesehen werden, dass es zumindest in den aufwendigen mehrdimensionalen Varianten, möglich ist, Kleinteile völlig unabhängig von ihrer Struktur, beim Freischneiden in allen Richtungen gleichmäßig zu unterstützen.
Dies ist mit dem genannten neueren Konzept des Anmelders nicht ohne weiteres gleichartig möglich, weil mindestens in Richtung des bewegten Materials, bei hybriden Maschinenkonzepten, keine feinere Anpassung an die Struktur besagter Kleinteile möglich wäre, als durch das Raster vorgegeben, in dem die Unterstützungselemente angeordnet sind.
Zunächst war aber zu klären, ob die zum Stand der Technik beschriebenen vollständig von Auflageelementen umschlossenen Schneidöffnungen, überhaupt etwas ermöglichen, was nicht auch mit Schneidspalten veränderbarer Breite erreichbar wäre, wenn diese nur in ihrer Richtung, mindestens annähernd, entlang dem jeweilig letzten Trennschnitt beim Freischneiden, ausgerichtet werden können.
Bei näherer Betrachtung erkennt man, dass geschlossene Schneidöffnungen nur bei extremen Teileformen, wie beispielsweise extrem schmalen länglichen Strukturen, die nur an ihrer Längsseite freizuschneiden wären, einen Vorteil bieten könnten, die man aber wohl selten oder nie auf den hier in Frage stehenden Werkzeugmaschinen anfertigen dürfte.
Somit kann zunächst einmal das Ziel solche geschlossenen Schneidöffnungen zu bilden, als fehlleitend und zwangsläufig bloß den Aufwand erheblich steigernd angesehen werden.
Wenn man sich erst einmal von dieser Zielvorstellung befreit hat, wird klar, dass die bewegbaren Auflagelemente, neben ihrer primären – namensgebenden Funktion – vor allem dazu genutzt werden, einen wenigsten in 90°, besser 45° oder noch feineren Schritten, drehbaren, ausreichend langen Schneidspalt, in passender Breite zu erzeugen, entlang dem dann ein Freischnitt erfolgen kann, ohne dass die Auflagestabilität des zu schneidenden Teils hierbei vermindert wird oder dass dies zu Unterbrechungen in der laufenden Bearbeitung führt, abgesehen von unvermeidlichen Unterbrechungen bei Konturwechseln.
Das bedeutet, dass innerhalb möglichst gleichmäßig unterhalb eines Werkteiles verteilter Auflageelemente, diese sich überall dort weit genug für die jeweilige Bearbeitungsmethode öffnen, wo sich gerade das Werkzeug befindet, wobei eine (mindestens leicht) reibende Bewegung der Auflageelemente entlang dem Werkteil, zwar nicht erwünscht aber in den meisten Anwendungsfällen akzeptabel ist, bis die Stabilität durch die schmaler werdende Restverbindung einer Teilekontur, beispielsweise zum Plattenmaterial, so gering wird, dass besagte reibende Bewegung eine Verformung verursachen könnte. Zu diesem Zeitpunkt sollten idealer Weise unterhalb (und in einem von der Bearbeitungsmethode abhängigen Abstand um diese Restkontur herum) keine Auflageelemente mehr vorhanden sein, sondern ein entsprechender Schneidspalt zur Verfügung stehen, so dass ein Freischnitt erfolgen kann, ohne weitere Bewegungen der Auflage, weil dies zu Fehlern führen würde. Idealisiert vorgestellt, sollte sich also mit dem Schneidwerkzeug ständig eine passende Öffnung bewegen, die sich kurz vorm Freischneiden zu einem Spalt in der passenden Richtung und Länge erweitert.
Dies bietet ja durchaus schon, angenähert, besagtes neuartiges Konzept aus 2015, mit dem weiteren Vorteil, dass die Auflageelemente sich nicht ohne Bewegung des Werkteils an diesem reibend entlang bewegen, allerdings nur mit einer durch die Abmessungen der einzelnen Auflageelemente eingeschränkten Rasterung, so dass dies für kleine Werkteile, besonderes solche, die in beiden Dimensionen weniger als drei Auflageelemente überspannen, keine ohne weiteres prozesssichere Auflage bietet.
Dies kann zwar verbessert werden, indem ein oder mehrere Träger für die Auflageelemente oder Träger von Gruppen von Auflageelementen, entlang des Schneidgrabens verfahrbar sind, und vorzugsweise mittels einem jeweiligen weiteren Antrieb auch quer dazu, um insgesamt eine Elementrasterbreite, also z. B. eine halbe Breite in jede Richtung, zumal das Verfahren besagter Träger bei diesem Konzept auch schon früh vorm Freischneiden stattfinden kann, womit eine gut passende Ausrichtung der vorm Freischnitt unterstützenden Auflageelemente auch an kleinere Werkteile möglich ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass zwischen den einzelnen Auflageelementen, wenn sie in ihrem Raster angeordnet sind, noch ein Abstand verbleibt, der als Schneidspalt ausreicht, um Beschädigungen der Auflageelemente, die auch entsprechend an den Rändern geschützt sein können, zu vermeiden, und auch die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass möglichst oft Nachbarelemente zur Auflage mit verwendbar sind. Damit wäre mit höherer Wahrscheinlichkeit und deutlich höherer Geschwindigkeit eine auf verschiedene Kleinteile anpassbare Auflage erzeugbar, als mit den schon erwähnten alternativen Konzepten von 2013.
Aber dies ist, wie schon erwähnt durchaus auch mit einem gewissen Aufwand, sei es durch eine hohe Anzahl von Auflageelementen oder die Antriebseinrichtungen besagter Träger, verbunden und zudem ist die Ausrichtung der Freischnitte, gerade bei kleinen Teilen, zumindest bevorzugt nur in einem 90°Grad Raster möglich während in anderen Winkeln besagte Freischnitte, eher in einen nicht unterstützten Bereich hineinragen, in dem nicht zugleich geschnitten werden und ein Auflageelement anwesend sein kann, wodurch somit beispielsweise für Schneidgase die Angriffsfläche und die Hebelkraft erhöht wird, so dass es leichter zum Kippen von kleinen Werkteilen beim Freischneiden kommen kann.
Letztere Problematik liegt aber auch beim Großteil der dazu alternativen Konzepte vor, weil auch dort überwiegend Freischnitte in und senkrecht zur Richtung des Schneidgrabens, durch die Form von festen Ausnehmungen oder durch Verfahren von Auflageelementen bevorzugt werden, was auch dort mindestens einem gewissen Aufwand in der Arbeitsvorbereitung erfordert, um davon abweichende Winkel beim Freischneiden möglichst zu vermeiden, was wiederum Schachtelungsstrategien zur Materialeinsparung erschwert.
So liegen zwei sehr unterschiedliche Basiskonzepte vor, mit spezifischen Stärken und Schwächen, die beide entweder aufwendig zu realisieren sind, das ältere Konzept aus 2013 zudem mit vielen hochdynamischen Antrieben, an bis zu 4 Elementen in je 2 Achsen, um die Dynamik der Bearbeitung nicht zu sehr einzuschränken, die besonders eingeschränkt bei Varianten mit eher geringem instrumentellen Aufwand, aber auch sonst keine problemlos systematisch einsetzbare und leistungsfähige Methode zur Auflage von beliebig ausgerichteten freizuschneidenden Kleinteilen, insbesondere aus plattenförmigem Material, bieten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Unterstützung des Materials in einem besagten Schneidgraben oder auch einer anderen flächenmäßig, im Bereich von vorzugsweise bis etwa einem Quadratmeter und vorzugsweise einem eher länglichen Form vorliegenden, Schneidbearbeitungsbereich anzubieten, welche die schon zum Stand der Technik geschilderten Anforderung, das zu schneidende Material kleinräumig und zugleich eine dynamische Bearbeitung nicht beeinträchtigend, zu unterstützen, mit weniger Aufwand bei besseren Bearbeitungsmöglichkeiten ermöglicht, als aus besagtem Stand der Technik bekannt.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung der beschriebenen Problematik werden erfindungsgemäß, dem Hauptanspruch der vorliegenden Erfindung entsprechende Auflagevorrichtungen vorgeschlagen, die entsprechend den in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen oder Verfahren modifiziert und an verschiedene Anforderungen angepasst werden können.
Der Kerngedanke der Erfindung ergibt sich aus dem Ziel einerseits eine möglichst vollständige Unterstützung der zu scheidenden Kontur für maximale Stabilität des Werkteils zu erhalten, und sich die Bearbeitungsstelle dennoch umgeben von das Werkteil unterstützenden Auflageelementen mit einem minimalen nicht unterstützten Bearbeitungsradius darin voranbewegen kann. Dies kann in weitgehend idealer Weise nur durch entsprechende Mitbewegung der Auflageelemente selbst erreicht werden, was jedoch zu Reibung zwischen Auflageelement und Werkteil führt, die wiederum zum Freischneiden schädlich wäre, so dass die Bewegung der Auflageelemente dann stoppen muss, und für den Restweg der Kontur ein entsprechender Schneidspalt zur Verfügung stehen sollte. Es wäre möglich einen drehbaren Scheidspalt, dessen Breite und Länge ggf. an unterschiedliche Erfordernisse anpassbar ist, ständig während der Bewegung des Werkzeugs als Schneidöffnung mitzuführen und zum Freischneiden in eine passende Position und Richtung zu bringen. Jedoch ist das mit sehr aufwendigen Antrieben zur Ausrichtung und Positionierung des besagten Schneidspalts verbunden und einer ganzen Reihe von zusätzlichen Problemen. Nur beispielsweise: Sollte ein besagter Schneidspalt an jedem Punkt der Bearbeitungsfläche in jede beliebige Richtung zeigen können bedingt dies, dass der Schneidspalt etwa zur Hälfte auch außerhalb der Bearbeitungsfläche positionierbar sein sollte, entlang des gesamten Schneidgrabens.
Dabei hilft es weniger als vielleicht zunächst anzunehmen, wenn der Schneispalt relativ kurz gehalten wird, was ja funktional möglich wäre, weil andererseits aber ein Schneidspalt mit einem geringen Schwenkradius umso weiter verschiebbar sein muss, um an jede Position zu gelangen, also eine Bewegungseinheit letztlich entsprechend quer zum Schneidgraben mehr Raum benötigt oder dies durch komplizierte (und entsprechend träge) Mechanik vermeiden müsste, wobei wiederum auch keine Vervielfachung hilft, weil dem die Forderung an eine unterbrechungsfreie Positionierbarkeit entgegensteht. Der Aufwand wäre enorm und der Nutzen würde in jedem Fall äußerst fraglich bleiben. Aber dennoch wird hier dieser Ausgangsgedanke noch einmal in eine andere Richtung weiter geführt, um die vorliegende Erfindung besonders gut verständlich erklären zu können. Um den Antrieb für die Drehung des besagten Schneidspalts einzusparen wäre es möglich, einfach in einem gewissen Winkelraster die wichtigsten Richtungen sternförmig von einem mittleren Schneidpunkt aus als Schneidspalte auszubilden, so dass auch etwas schräg dazu angeordnete Freischnitte noch ausführbar wären, ohne dass der Schneidspalt für die Forderung der Auflagestabilität zu breit wird. Je feiner man allerdings besagtes Winkelraster auslegt, umso größer wird ein freier Bereich im Mittelpunkt, der dann wieder die Forderung nach einer möglichst durchgehenden Auflagefläche nicht erfüllt. Dieses Problem entsteht naturgemäß nicht, wenn ein Schneidspalt als Ring angelegt wird, wobei die Schwierigkeiten die Unterstützung des Mittelteils zu berücksichtigen, hier zunächst nichts zur Sache tut. Solch ein Ring hat bei einen nicht zu kleinen passenden Radius, für jede vorstellbare Schneidrichtung zwei gegenüberliegende Abschnitte, die in einem passenden Winkel stehen und zum Freischneiden dienen könnten. Dazu müsste also der Ring nicht einmal mehr Raum im Seitenbereich des Schneidgrabens beanspruchen, als besagter drehbarer Schneidspalt, was auch für die vorstehende sternförmige Struktur gilt. Jedoch ist das Problem der Positionierung, abgesehen davon, dass die Mechanik zur Ausrichtung des Schneidspalts eingespart wird, grundsätzlich ähnlich aufwendig zu lösen. Aber dies ändert sich grundlegend wenn statt ganzen Ringen, von denen bekanntlich (wie auch bei den Sternen, was hier aber nicht passt) nur jeweils die Hälfte gebraucht wird, um alle vorkommenden Winkel einmal abzubilden, jeweils nur deren eine Hälfte genutzt wird und diese Halbkreise (bevorzugt immer die gleiche Seite des Kreises!) nun in einer Linie aneinander gereiht werden und in der Mitte mit einem zentralen Schneidspalt quer über den Schneidgraben verbunden. Dies wirkt dann in etwa wie ein Fischgrätenmuster, das quer zum Schneidgraben liegt und zwischen dem sich Auflageelemente befinden, so dass eine recht homogene Auflagefläche mit jeweils nur sehr schmalen Unterbrechungen entsteht. Während des gewöhnlichen Konturschneidens bewegt sich der Schneidkopf (mittels besagter Zusatzachse) entlang des ”Rückrats”, also dem sämtliche Abzweige verbindenden Hauptschneidspalt.
Im Gegensatz beispielsweise zum erwähnten Sternmuster, entsteht beim Grätenmuster somit kein ausgeprägter Bereich ohne Auflageelemente und es ist praktisch völlig egal, wo sich das Werkzeug vorm Freischnitt gerade befindet – es kann mittels gleichzeitiger Bewegung des Grätenmusters (letztlich also des Trägers der Auflageelemente) in beiden Hauptachsrichtungen sehr schnell in die nächstmögliche Position gebracht werden, vorzugsweise parallel zum gewöhnlichen Schneiden in der Kontur, in der dann ein Freischneiden im benötigten Winkel erfolgen kann, ohne eine weitere Bewegung der Auflageelemente, die auf dem besagten Träger, und somit eng um das besagte Gräten(spalt)muster herum angeordnet sind.
Nach dem Freischneiden und Abschalten des Werkzeugs spielt es, zumindest bei einem Strahlwerkzeug, keine Rolle, wie alle Achsen zueinander stehen. Dann kann einfach direkt die nächste Kontur angefahren werden, mit dem Schneidkopf im zentralen Schneidspalt als Anfangs- und gewöhnliche Schneidposition für besagten Träger der Auflageelemente.
Der gewählte Radius der den ”Gräten” (oder Abzweigungen) zugrundeliegenden Bögen, bestimmt gemeinsam mit der Breite des Schneidspalts in den Bögen letztlich auch die maximal mögliche Länge eines geraden Freischnitts.
Besagtes Grätenmuster kann erfindungsgemäß auch aus anderen Formen, als Halb- bzw. Viertelkreisen gebildet sein, was beispielsweise sinnvoll sein kann, wenn nur bestimmte Winkel für Freischnitte vorkommen. Dann kann es, ähnlich wie bei dem zuvor erwähnten Sternmuster, sein, dass nur senkrechte Abzweigungen und davon im Winkel von 45° abzweigende Abschnitte vorkommen, oder erst im Winkel von 45° vom Zentralspalt abzweigende und dann in senkrechte Abschnitte übergehend, weil beispielsweise Freischnitte in 45° Winkeln in einer Anwendung dominieren und auf diese Weise eine direktere und schnellere Erreichbarkeit für die häufigeren Anwendungsfälle ermöglicht wird. Oder es können abwechselnd 90° und 45° Abzweigungen verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann das Muster von abzweigenden Nebenschneidspalten, beispielsweise aus ähnlichen Gründen, wie zuvor beschrieben, auch asymmetrisch oder sogar einseitig entlang dem Hauptschneidspalt angeordnet sein.
Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass es mindestens einen Hauptschneidspalt gibt, in dem gewöhnlich auch die Schneidbearbeitung stattfindet, in dem eine im wesentlichen umwegfreie Positionierung eines Schneidwerkzeugs über die zur Bearbeitung genutzte Schneidgrabenbreite hinweg möglich ist, während zum Freischneiden eine Mehrzahl, vorzugsweise mindestens 5, von besagten Hauptschneidspalt abzweigende Schneidspaltabschnitte, hier auch Nebenschneidspalte genannt, vorgesehen sind, um eine passende Bewegung des besagten Schneidwerkzeugs zum Freischneiden ohne Bewegung des Auflageträgers zu ermöglichen.
Vom Spektrum der Winkel, Längen und sogar Formen der notwendigen Freischnitte, hängt letztlich die Auswahl, Anzahl und Ausführung der besagten Nebenschneidspalte ab, wobei das anfangs beschriebene Muster aus Viertelkreisen, oder ähnliche Formen, die wohl universellste Anwendbarkeit, d. h. die geringste Abhängigkeit von bevorzugten Freischneidwinkeln bietet, zumindest bei im wesentlichen gerade ausgeführten Freischnitten.
Auch kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass besagter Hauptschneidspalt nicht gerade, sondern (auch mehrfach) gebogen verläuft, weil dies beispielsweise berücksichtigt, dass in einem bestimmten Bereich eine bestimmte Auswahl von Abzweigungen vorteilhaft wäre, die jedoch so verteilt sind, dass an bestimmten Stellen eine Verdichtung von Abzweigungen auftritt, wozu durch Bögen (vorzugsweise um weniger als 30°) im Verbindungsspalt eine Verlängerung der Anschlusskontur erreicht werden kann, ohne dass die für eine stabile Auflage notwendige Dichte der Auflageelemente in diesem Bereich unterschritten wird, so wie dies beispielsweise anhand der Sternstruktur gezeigt wurde.
Ein erfindungsgemäßes Schneidspaltmuster, kann also tatsächlich auch sehr ”bionisch” anmutende Formen annehmen, je nach Anwendung aber auch recht ”minimalistisch” ausgeführt sein, also beispielsweise als ein gerader Hauptschneidspalt, mit dem lediglich auf einer Seite 5 kurze gerade Abzweigungen verbunden sind, weil mehr in einer bestimmten Anwendung nicht benötigt werden.
Anwendungsspezifische erfindungsgemäße Schneidspaltmuster zu entwickeln und anzufertigen wird auch dadurch gefördert, dass es sehr einfach möglich ist, erfindungsgemäße Auflagevorrichtungen mit simplen Halteplatten für darauf aufsteckbare Auflageelemente auszustatten, die auch als preiswerte austauschbare Verschleißteile genutzt werden können, die auf besagten Auflageträgern zu befestigen sind. Derartige Halteplatten können durchaus mittels erfindungsgemäß ausgestatteten oder beliebigen anderen geeigneten Schneid- oder sonstigen Bearbeitungssystemen für jede Anwendung spezifisch optimiert und dennoch kostengünstig selbst angefertigt werden.
Trotz des verblüffend einfachen Aufbaus – oder letztlich gerade auch deshalb – ist höchste Dynamik einer erfindungsgemäßen Bearbeitung möglich, weil derartige Vorrichtungen sehr einfach aufgebaut sind und aus wenigen und potentiell sehr leichten Teilen bestehen, so dass sie mit wenig Aufwand hoch beschleunigt bewegbar sind und somit selbst hoch beschleunigte Zusatzachsen, durchdacht umgesetzt, nicht in ihrer Dynamik einschränken.
Der Erfindungsgedanke ist realisiert, durch die Verbindung eines über und entlang eines Schneidgrabens bewegbaren Trägers von Auflagelementen zum Unterstützen von Werkteilen in einer schneidenden Bearbeitung, mit einem zum besagtem Schneidgraben im wesentlichen quer verlaufenden Hauptschneidspalt, der als Hauptarbeitsbereich des Schneidwerkzeugs dient und von dem eine Mehrzahl von in ihrer Längskontur beliebig geformte weitere Nebenschneidspalte abzweigen, deren Hauptzweck in der Möglichkeit besteht, trotz Stillstands des besagten bewegbaren Auflageträgers, gegenüber besagten Werkteilen, ein Freischneiden besagter Werkteile in durch besagte Nebenschneidspalte ermöglichten Ausrichtungen (Winkel gegenüber Hauptschneidspalt) durchzuführen.
Es werden nicht länger bis zu 4 koordinierte, einzeln angetriebene Auflageschlitten benötigt, wie in der DE 2013 226 821 A1 in/zu 4. dargestellt, sondern es reicht erfindungsgemäß einen besagten Träger für Auflageelemente mit dem Aufwand eines der besagten Auflageschlitten anzutreiben, um nahezu jede Bearbeitungssituation zu berücksichtigen. Selbst wenn entsprechend beispielsweise der DE 2013 226 818 A1 eine Öffnung des Bearbeitungsbereiches zwischen zwei Auflageschlitten für einige Bearbeitungsarten bevorzugt wäre, kann dies erfindungsgemäß verbessert werden, indem beispielsweise der Hauptschneidspalt durch die einander gegenüberstehenden Seiten der besagten Auflageschlitten gebildet wird und erfindungsgemäße Nebenschneidspalte jeweils von besagten Seiten ausgehen. Vorzugsweise wäre auf jedem der besagten Schlitten, genau wie bei einer Ausführung auf Basis eines einzelnen Auflageschlittens oder schon im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschrieben, dann ein Antrieb für einen verschiebbaren Auflageträger vorzusehen, mit dem besagter Auflageträger um vorzugsweise wenigstens einen Rasterschritt im erfindungsgemäßen Muster der Nebenschneidspalte weit, quer zu besagtem Schneidgraben, vorzugsweise hoch beschleunigbar, kontinuierlich bewegbar ist.
Hierbei tritt, genau wie bei allen strukturell ähnlichen Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, das Problem auf, dass, einer ununterbrochenen Auflagefläche zwischen den am Schneidgraben angrenzenden Auflageflächen und den bewegbaren Auflageelementen der notwendige Bewegungsspielraum einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entgegensteht.
Es gibt verschiedene Ansätze aus dem Stand der Technik, dieses Problem zu vermindern oder zu umgehen, die aber entweder kompromissbehaftet sind – beispielsweise die Flexibilität von Bürsten als Auflagefläche zu nutzen, um sie unter eine harte Auflage zu schieben, wie in der DE 2013 226 821 A1 zu 2a, 2b in [84] beschrieben – oder eher aufwendig – beispielsweise indem zumindest die den besagten festen Auflageflächen zugewandten Randbereiche einer bewegbaren Auflagefläche bandförmig ausgeführt sind, so dass sie beispielsweise über eine Rollenführung nach unten ausweichen können. In jedem Fall ist aber der Aufwand für das zu lösende Problem umso geringer, und meist dann auch auf vielfältigere Weise möglich, je kleiner die zur Funktion notwendige Bewegung besagter bewegbarer Auflagefläche ist. Auch hier bietet die Erfindung erhebliche Vorteile, da durch eine gerasterte Wiederholung der Strukturen, deren Ausmaße die maximal notwendige Bewegung des besagen Trägers von Auflageelementen bestimmen, eben nur ein Bewegungsspielraum innerhalb dieses Rastermaßes notwendig ist und die gesamte restliche Breite eines erfindungsgemäßen Auflagenträgers quer über den Schneidgraben für eine Schneidbearbeitung zugänglich ist.
Für die Effizienz der Planung von Bearbeitungen und die Effizienz einer Bearbeitung selbst, mittels besagter Werkzeigmaschinen mit einer trennenden Bearbeitung, ist es vorteilhaft, wenn die Prozessschritte Konturschneiden und Freischneiden nicht durch langwegige Verfahrbewegungen und komplexe Umpositionierungen unterbrochen werden müssen. Durch die gegenüber dem Stand der Technik in den meisten Fällen wesentlich kürzeren, hochdynamisch ausführbaren Umpositionierungen, die somit völlig transparent für die Bearbeitung, parallel zu ihr möglich sind, wird durch die Erfindung eine kontinuierliche dynamische Bewegung des Schneidwerkzeugs, die sowohl vorteilhaft bezüglich der Bearbeitungsgeschwindigkeit, als auch der Bearbeitungsqualität ist, in weitaus mehr Fällen, bei meist sogar wesentlich vermindertem Aufwand, gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht.
Der vorstehende Abschnitt enthält die Beschreibung einer ganze Anzahl möglicher Ausführungsformen der Patentansprüche. Den Patentansprüchen sind durch den Fachmann aber noch weitaus mehr, teils extrem unterschiedliche, einfachere und komplexere Ausführungsvarianten der Erfindung zu entnehmen, so dass die vorstehende Beschreibung und das nachfolgende Beispiel keine Beschränkung der Anwendungsbereiches der Erfindung bedeuten soll, die sich somit vor allem aus der problemlösungsbezogenen Interpretation der Patentansprüche durch einen Fachmann im Bau und/oder der Konstruktion der insgesamt erwähnten Arten und Klassen von Werkzeugmaschinen ergibt, ggf. auch unter Zuhilfenahme der vorliegenden Beschreibung.
Abschließend soll eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen, beispielhaft erläutert werden.
Es wird dazu von einem Schneidgraben einer Laserschneidanlage ausgegangen, so wie sie u. a. aus dem schon genannten Stand der Technik hinreichend bekannt ist, womit sich die Darstellung einer speziellen Maschine erübrigt. Der Schneidgraben als Bearbeitungsbereich der Beispielmaschine soll rechteckig, 21 cm breit und mit 210 cm Länge angenommen sein, wobei letzteres für die Darstellung ebenfalls unwesentlich ist, weil der dargestellte relativ kurze Abschnitt des Schneidgrabens, ausreicht um das zum Verständnis der Erfindung wesentliche zu zeigen.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Schneidgrabens in Aufsicht mit einer darüber befindlichen erfindungsgemäßen Auflagevorrichtung sowie zwei Werkteilen und einer Schneidkopfdüse.
2 bis 5 zeigen wesentliche Stationen eines hypothetischen Bearbeitungsvorgangs.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Schneidgrabens (1) in Aufsicht, entlang dem sich eine erfindungsgemäße Auflagevorrichtung (2) bewegt. Die Konturen von zwei auszuschneidenden Werkteilen (11 und 12) sind oberhalb der erfindungsgemäßen Auflagevorrichtung (2) dargestellt, genau wie die Vorrichtung (2) oberhalb des Schneidgrabens (1) um die Schichtung der verschiedenen dargestellten Elemente besser zu verdeutlichen und die Darstellung übersichtlich zu halten. Selbstverständlich wäre das Plattenmaterial aus dem die Werkteile (11 und 12) ausgeschnitten werden sollen, zum dargestellten Zeitpunkt in jedem Fall noch vorhanden und würde sich in der gleichen Ebene wie die Werkteile befinden. Weil dies aber zum Verständnis nicht dargestellt werden muss, und die Darstellung eher unübersichtlich machen würde, wurde dieses Material in der Darstellung ignoriert. Oberhalb aller anderen dargestellten Elemente befindet sich die symbolisch dargestellte Düse eines Laserschneidkopfes (3), deren aktuelle exakte Schneidposition durch das ”Fadenkreuz” dargestellt ist. Die Pfeile (20–22) neben den Werkteilen (11 und 12) symbolisieren den Bearbeitungsablauf, wobei (20) für die Arbeitsrichtung am Anfang beider Teilbearbeitungen steht und (21) das Freischneiden des unteren Werkteils (11) sowie (22) das Freischneiden des oberen Werkteils (12) symbolisiert. Die aktuell in 1 dargestellte Bearbeitungssituation zeigt, dass die mit (20) symbolisierte Situation, also der Anfang der Bearbeitung von Werkteil (11) schon ausgeführt wurde und sich die Schneiddüse (3), bezüglich der Achse entlang des Schneidgrabens (1) parallel zur Vorrichtung (2) zum linken Scheitelpunkt des Werkteiles (11) bewegt hat.
Da nun alle Teile, auch der folgenden Figuren, bekannt sind, reicht es bezüglich der 2 bis 5 diese verkleinert und ohne numerische Angaben darzustellen und den weiteren Ablauf dieser Beispielbearbeitung im Text entsprechend zu erläutern.
2 zeigt den Zeitpunkt, an dem sich die strikt parallele Bewegung von Schneiddüse (3) und Vorrichtung (2) beginnt zu entkoppeln, um das bevorstehende Freischeiden einzuleiten. Nun überlagert sich die Bewegung derart, dass an der weiter voranschreitenden Bewegung der Schneiddüse orientiert, der zum Freischneiden passende Nebenschneidspalt, hier der obere verdeckt unter dem Werkteil (11) angefahren wird, d. h. die Vorrichtung (2) so bewegt wird, dass sich die Schneiddüse (3) schließlich im passenden Nebenschneidspalt befindet.
3 zeigt den Zeitpunkt, an dem das Freischneiden (21) beginnt. Die Bewegung der Vorrichtung (2) konnte inzwischen gestoppt werden, so dass keine störende Reibung mehr zwischen dem Werkteil (11) und den (nicht dargestellten) Auflageelementen der Vorrichtung (2) stattfindet und das Werkteil (11) sicher durch die Auflageelemente unter dem Großteil seiner Fläche, ohne große Lücken, gestützt ist. Nun kann das Freischneiden ungestört abgeschlossen werden und man könnte einige weitere Bilder zeigen, wie sich die Positionen von Schneiddüse (3) und Vorrichtung (2) entlang dem Schneidgraben wieder angleichen und sich zum Anfang von Werkteil (12) bewegen, wo der Schnitt wieder parallel zu Richtung (20) beginnt.
4 zeigt analog zu 2 einen Zeitpunkt, zu dem wieder eine Entkopplung der Bewegung zwischen Vorrichtung (2) und Schneiddüse (3) eingeleitet wird, und entsprechend überlagert sich die Bewegung derart, dass an der weiter voranschreitenden Bewegung der Schneiddüse orientiert, der zum Freischneiden passende Nebenschneidspalt, hier der dritte von oben rechts angefahren wird, d. h. die Vorrichtung (2) so bewegt wird, dass sich die Schneiddüse (3) schließlich im passenden Nebenschneidspalt befindet.
5 zeigt wiederum den Zeitpunkt, an dem das Freischneiden (22) beginnt. Die Bewegung der Vorrichtung (2) konnte inzwischen gestoppt werden, so dass keine störende Reibung mehr zwischen dem Werkteil (12) und den (nicht dargestellten) Auflageelementen der Vorrichtung (2) stattfindet. Wiederum kann somit das Freischneiden ungestört abgeschlossen werden.
Zur vorstehenden Darstellung eines beispielhaften Bearbeitungsablaufes ist folgendes ergänzend anzumerken: Als erfindungsgemäße Auflagevorrichtung wird, leicht ersichtlich, eine Variante des besonders flexiblen ”Fischgrätenmusters” verwendet, in diesem Fall ausgelegt für eine Schneidgrabenbreite von 21 cm und einer Rasterhöhe von 3 cm, wobei die ”Gräten”, als Nebenschneidspalte bogenförmig mit einem Radius von 4 cm ausgelegt sind. Durch einen angenommenen Minimalabstand des Laserstrahls von den Rändern der Auflageelemente von 3 mm und einem ”Toleranzschlauch” von etwa 2 mm entlang der Mitte jedes Nebenschneidspaltes, ergibt sich eine Breite der Nebenschneidspalte, die hier auch für den Hauptschneidspalt gilt, von 8 mm, was wiederum in Verbindung mit dem Radius zu einer im Bogen nutzbaren geraden Freischneidlänge von etwa 2 cm führt, die, wie ausführlich in der Beschreibung dargelegt, somit in jeder denkbaren Ausrichtung nutzbar ist. Das vorstehende Bearbeitungsbeispiel wurde bewusst mit für diese Konfiguration schwierig zu bewältigenden Parametern gewählt, die in der Praxis kaum jemals gewählt werden würden. Jedoch ist ein Freischneiden in ”normalen” Situationen mit einer erfindungsgemäßen Auflagevorrichtung derart offensichtlich problemlos möglich, dass dies eigentlich sinnlos wäre darzustellen – beispielsweise das Freischneiden senkrecht zum Hauptschneidspalt. Besonders das Freischneiden am Werkteil (11) ist sehr ungünstig für das gewählte Nebenschneidspaltmuster – ein ”worst case” der, falls man tatsächlich bis in die letzte Ecke des Freischneidens noch mit voller Dynamik schneiden will, von den Antrieben und der Koordinationsqualität der Auflagevorrichtung wahre Höchstleistungen verlangt, die allerdings durchaus zu erbringen sind, da die Genauigkeitsanforderungen an eine Auflagevorrichtung längst nicht so hoch sind, wie an die Bewegung eines Schneidkopfes (siehe auch die Bemerkung zum ”Toleranzschlauch” oben) und, wie schon zuvor einmal betont, eine erfindungsgemäße Auflagevorrichtung sehr leicht gebaut sein kann. Falls tatsächlich derartig ungewöhnliche Freischnitte gehäuft vorkommen, könnte man auch daran denken, zwei gegenteilig ausgerichtete Haupt- und Nebenschneidspaltkombinationen auf einer Auflagevorrichtung zu kombinieren, so dass man vor dem Beginn eines Konturschnitts feststellt, in welche Richtung ein Freischneiden erfolgt, und dann im Hauptschneidspalt des jeweils passenderen (beispielsweise) ”Grätenmusters” mit dem Schneiden beginnt. Aber dies sind wirklich Überlegungen sehr spezieller Art, die in fast keiner realen Anwendung notwendig sein werden, weil schon die vorhandene Flexibilität einer ”normalen” erfindungsgemäßen Auflagevorrichtung, weit über das bisher aus dem Stand der Technik gewohnte hinausgeht und vieles was vorher nur umständlich zu erreichen war, als Kleinigkeit erscheinen lässt. Das vorstehende Beispiel demonstriert somit vor allem, dass selbst sehr ungünstige Konstellationen nicht zu einem weitgehenden Zusammenbruch der Bearbeitungsleistung führen würden, wie bei vielen konkurrierenden Konzepten schon bei weitaus weniger anspruchsvollen Konstellationen festzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013226816 A1 [0022]
DE 102013226818 A1 [0022]
DE 102013226821 A1 [0022]
DE 2013226821 A1 [0060, 0062]
DE 2013226818 A1 [0060]

Claims

Flexible Auflagevorrichtung für Werkzeugmaschinen mit trennender Bearbeitung wobei besagte Werkzeugmaschinen eine oder typischerweise zwei Auflageflächen für plattenartiges oder zumindest auf der Auflageseite flaches Material, und mindestens einen vorzugsweise vergleichsweise schmalen Bearbeitungsbereich (1) neben oder zwischen besagten Auflageflächen aufweisen, wobei besagtes Material zur zweidimensionalen Bearbeitung in einer ersten Hauptachsrichtung durch beliebige hierzu bekannte Antriebsmittel über besagte Auflageflächen und Bearbeitungsbereiche bewegt wird, beispielsweise mittels Klemmpratzen zum Halten eines Blechs, welche durch Linearmotoren oder Kugelgewindespindeltriebe angetrieben werden, wobei besagte Auflageflächen vorzugsweise ausgestattet sind mit einer Fluidlagerung oder anderen reibungsmindernden Einrichtungen, wie Rollen, Kugeln oder Bürsten für das darauf bewegte, besagte Material und ein als Schneidkopf ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug, mit hierzu geeigneten bekannten Bewegungsvorrichtungen, beispielsweise a) einem ausreichend gelenkigen Roboterarm oder b) einer anderen Bewegungsvorrichtung an einem Portal, einer Traverse oder einem Kragarm entlang, auf der quer dazu eine Bewegungsvorrichtung für den Schneidkopf bewegbar ist, oberhalb des besagten Bearbeitungsbereiches mindestens zweidimensional bewegt wird, wobei hierdurch zugleich a) die zweite Hauptachse, quer zur besagten ersten Hauptachse, längst der Ausdehnung des besagten Bearbeitungsbereiches, ausgeführt ist, und eine besagte zweidimensionale Bewegung oberhalb des besagten Bearbeitungsbereiches, neben besagter zweiter Hauptachse, und unabhängig von ihrer physischen Konfiguration, mindestens logisch, b) als parallele bzw. redundante Bewegungsmöglichkeit zu besagter ersten Hauptachse ausgeführt ist, als sogenannte Zusatzachse, die vorzugsweise höher beschleunigbar ist als besagte erste Hauptachse wobei besagter Schneidkopf (3), z. B. ein Laserschneidkopf, ein Plasmaschneidkopf, oder ein mittels kinetischer Energie schneidender Wasser- oder Abrasivstrahlschneidkopf, das besagte Material entlang einer Trennkontur (11, 12), vorzugsweise senkrecht zur Auflageebene, je nach Anwendung und Achskonfiguration auch in anderen Winkeln möglich, in einem Schneidspalt auftrennt, und über besagtem Bearbeitungsbereich (1), auch als Schneidgraben (1) bezeichnet, besagtes Material, mindestens in einem Teilbereich von besagter flexibler Auflagevorrichtung (2) in Form eines Trägers von Auflageelementen (2) unterstützt wird, wobei über und entlang besagtem Schneidgraben (1) besagter Träger von Auflageelementen (2) zum Unterstützen von besagtem Material und Werkteilen (11, 12) bewegbar ist, mindestens im wesentlichen parallel zur besagten zweiten Hauptachse, und vorzugsweise, aber je nach Ausführung nicht zwingend, zusätzlich parallel zu besagter Zusatzachse, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Träger (2), vorzugsweise eine recheckige oder quadratische Befestigungsfläche für besagte Auflageelemente bildet, vorzugsweise besagten Schneidgraben in Längsrichtung nur zu einem kleinen Teil und quer dazu vorzugsweise vollständig überspannt und zur Ermöglichung besagter schneidender Bearbeitung, einen zu besagtem Schneidgraben (1) im wesentlichen quer oder im wesentlichen parallel zu besagter Zusatzachse verlaufenden Hauptschneidspalt bildet, der auch frei von besagten Auflageelementen ist und als Hauptarbeitsbereich des besagten Schneidkopfes (3) dient und gewöhnlich mittels besagtem Träger parallel zur Position des besagten Scheidkopfes entlang besagter zweiter Hauptachse bewegt wird und von dem eine Mehrzahl von in ihrer Längskontur beliebig geformter weiterer Nebenschneidspalte abzweigen.
Vorrichtung entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite besagter Schneidspalte nicht wesentlich höher ist, als für eine beschädigungsfreie oder mindestens verschleißarme Führung des jeweiligen Schneidstrahls minimal notwendig.
Vorrichtung entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Mehrzahl von abzweigenden Nebenschneidspalten ein sich entlang besagtem Hauptschneidspalt vorzugsweise beidseitig gespiegelt, vorzugsweise regelmäßig in einem Raster wiederholendes, Muster bilden.
Vorrichtung entsprechend Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass besagte sich wiederholende Muster in ihrer Längskontur aus Viertelkreisen, oder einer zumindest ähnlichen Form, beispielsweise dem Viertel einer Ellipse, eines Ovals oder einer grafisch dargestellten Sinusschwingung, bestehen, wobei jeweils ein vorzugsweise senkrecht zum Hauptschneidspalt ausgerichtetes Teilstück besagter Nebenschneidspalte in Form von Viertelkreisen oder ähnlicher Formen, als Abzweigung vom bzw. Übergang zum Hauptschneidspalt dient und die blinden Enden besagter Viertelkreise oder ähnlicher Formen vorzugsweise im wesentlichen in die gleiche Richtung weisen.
Vorrichtung entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte vorzugsweise recheckige oder quadratische Befestigungsfläche für besagte Auflageelemente durch eine austauschbare Haltevorrichtung gebildet wird, vorzugsweise als Halteplatte, vorzugsweise mit Öffnungen versehen zur Aufnahme von rastend steckbaren Auflageelementen, vorzugsweise in Form von Bürsten,
Vorrichtung entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei besagte Träger von Auflageelementen (2) innerhalb eines besagten Schneidgrabens (1) vorgesehen sind, und die einander zugewandten Seiten von mindestens zwei der besagten Träger, insgesamt einen besagten Hauptschneidspalt bilden, entweder indem a) eine entsprechende längliche Ausnehmung an jeder der besagten Seiten oder mindestens einer Seite angebracht ist, so dass bei direktem Kontakt der besagten Träger besagter Hauptschneidspalt entsteht, oder indem b) durch entsprechend beabstandete parallele Bewegung besagter Träger zwischen diesen ein entsprechender Hauptschneidspalt entsteht, und auf mindestens einem der jeweils beteiligten besagten Träger, vorzugsweise auf beiden, vorgesehen ist, dass weitere Nebenschneidspalte von besagten Seiten aus abzweigen, wobei besagte mindestens zwei Träger vorzugsweise wahlweise in Kontakt oder parallel wie ein einzelner besagter Träger (2) betrieben oder getrennt und unabhängig voneinander in besagtem Schneidgraben (1) bewegbar sind, vorzugsweise um den Bereich des Schneidgrabens (1) zwischen besagten Trägern für weitere Funktionen und Vorrichtungen zu öffnen.
Verfahren betreffend eine Vorrichtung entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freischneiden besagter Werkteile in besagten Nebenschneidspalten, oder nach Möglichkeit bevorzugt im Hauptschneidspalt, bei Stillstand des besagten bewegbaren Trägers (2) gegenüber besagten Werkteilen stattfindet, nach einer passenden Positionierung, vorzugsweise in beiden Achsen die Bewegungsmöglichkeit des besagten Trägers (2), oder je nach besagter Ausführung (s. o.) abweichend in Richtung besagter erster Hauptachse, durch Bewegung des besagten Materials.
Verfahren entsprechend Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass besagte passende Positionierung zeitlich parallel zu besagter Bearbeitung stattfindet und besagtes Freischneiden vorzugsweise als kontinuierliche Fortsetzung des Trennens entlang der laufenden Trennkontur, weitgehend ohne einen durch besagte passende Positionierung bedingten Geschwindigkeitseinbruch stattfindet.
Verfahren betreffend eine Vorrichtung entsprechend Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Haltevorrichtungen, vorzugsweise besagte Halteplatten, mittels einer hierzu eingerichteten Software, die vollständig oder teilweise auf der mit einer oder mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen ausgestatteten Werkzeugmaschine ausgeführt wird, entsprechend den jeweiligen Anforderungen gestaltet werden können und mittels besagter Werkzeugmaschine je nach Bedarf herstellbar sind.