DE102019107539A1

DE102019107539A1 - Gestell für eine Bearbeitungsmaschine und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit derselben

Info

Publication number: DE102019107539A1
Application number: DE102019107539.4A
Authority: DE
Inventors: Joachim Geenen
Original assignee: Weber Ultrasonics AG
Current assignee: Weber Ultrasonics AG
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Gestell (2) für eine Bearbeitungsmaschine (1), besonders bevorzugt für eine Ultraschallschweißmaschine, umfassend eine Säule (4), welche einen ersten Teilabschnitt (4.1), einen zweiten Teilabschnitt (4.2) und einen zwischen dem ersten Teilabschnitt (4.1) und dem zweiten Teilabschnitt (4.2) angeordneten, elastisch verformbaren mittleren Teilabschnitt (5) aufweist; und der zweite Teilabschnitt (4.2) abhängig von einer Prozesskraft (K) durch Verformung in dem mittleren Teilabschnitt (5) verkippbar ist, während der erste Teilabschnitt (4.1) starr mit einer Grundplatte (3) verbunden ist. Weiterhin vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (18) mit einer Bearbeitungsmaschine (1), welche an einem Gestell (2) angeordnet ist. Dabei wird das Werkstück (18) in einem Arbeitsbereich angeordnet und das Bearbeitungswerkzeug (15) gegen das Werkstück (18) bewegt, wodurch eine Prozesskraft (K) bewirkt wird, in deren Folge die Säule (4) in dem mittleren Teilabschnitt (5) gezielt verformt wird, wodurch eine Verkippung nur in dem zweiten Teilabschnitt (4.2) der Säule (4) bewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gestell gemäß Anspruch 1 für eine Bearbeitungsmaschine, bevorzugt für eine Ultraschallschweißmaschine.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 10 umfassend ein erfindungsgemäßes Gestell und ein Bearbeitungswerkzeug.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Bearbeitungsmaschine, vorzugsweise einer Ultraschallschweißmaschine, gemäß Anspruch 15.
Beim Ultraschallschweißen werden ein oder mehrere Materialien und/oder Bauteile durch Reibung miteinander verbunden. Diese Reibung wird dabei durch hochfrequente mechanische Schwingungen erzeugt. Gegenüber anderen Schweißverfahren eignet sich das Ultraschallschweißen besonders, wenn schnelle Prozesszeiten bei hoher Prozesssicherheit gefragt sind. Beim Ultraschallschweißen kann durch Fokussieren des Energieeintrags in einen Zielbereich, zum Beispiel einer Schweißnaht, der Energieverlust minimiert werden. Darüber hinaus erfolgt durch Fokussierung des Energieeintrags der Ultraschallschweißprozess sehr schnell. So können in der Verarbeitung typische Prozesszeiten von Zehntelsekunden für Kunststoff bis hin zu etwa drei Sekunden für Metall erreicht werden. Durch den geringen Energieaufwand ist die Ultraschallschweißtechnologie kostengünstig, und der Verschleiß an den Ultraschallschweißwerkzeugen ist vergleichsweise gering. Dadurch sind die Unterhalts- und Wartungskosten niedrig, und ermöglichen den Einsatz von Ultraschallschweißmaschinen im Schichtbetrieb.
Für das Bearbeiten eines Werkstücks, zum Beispiel mittels Ultraschallschwei-ßen, kommt vorzugsweise eine Bearbeitungsmaschine zum Einsatz, welche unter anderem ein Gestell umfasst, an dem eine Werkzeugaufnahme für ein Bearbeitungswerkzeug, wie zum Beispiel einer Sonotrode, angeordnet ist.
In einem Bearbeitungsschritt zum Bearbeiten eines Werkstücks wird das Bearbeitungswerkzeug von einem Antriebsmittel bewegt, auf diese Weise an das Werkstück, welches sich in einem Arbeitsbereich befindet, herangepresst und dadurch mit einer Prozesskraft beaufschlagt. Dabei wird die Prozesskraft bzw. eine entsprechende Gegenkraft auch auf das Gestell der Bearbeitungsmaschine übertragen.
Um eine hohe und konstante Qualität des Bearbeitungsschritts zu gewährleisten, ist es von besonderer Bedeutung, dass zum einen die Prozesskraft und zum anderen die geometrische Ausrichtung des Bearbeitungswerkzeugs relativ zum Werkstück während des Bearbeitungsschritts konstant bleibt.
Es ist ein häufig auftretendes Problem bekannter Gestelle für Bearbeitungsmaschinen, insbesondere für Ultraschallschweißmaschinen, dass es in Folge der Prozesskraft zu einer Verbiegung des Gestells kommt. Die Verbiegung des Gestells kann einer Verformung elastischer oder plastischer Natur entsprechen. Im Falle einer elastischen Verformung kehrt das Gestell nach dem Wegfall der Prozesskraft in seinen ursprünglichen Formzustand zurück. Bei einer plastischen Verformung ist das Gestell, auch nach Wegfall der Prozesskraft, dauerhaft verformt und bedarf möglicherweise vor dem nächsten Bearbeitungsschritt einer Justierung.
Aus der Verbiegung des Gestells resultiert des Weiteren eine Verkippung des daran angeordneten Bearbeitungswerkzeugs, wodurch dieses nicht mehr optimal zum Werkstück ausgerichtet ist. In Folge dieser Fehlausrichtung kann ein deutlicher Qualitätsverlust des Bearbeitungsschritts resultieren.
Aus der EP 2 905 108 B1 ist ein Gestell für eine Ultraschallschweißmaschine bekannt, welches eine gleichbleibende Ausrichtung des Bearbeitungswerkzeugs, hier einer Sonotrode, relativ zu einem Werkstück auch unter dem Einfluss von Prozesskräften gewährleisten soll. Dabei kommt ein Gestell gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Einsatz, bei dem das Antriebsmittel und die Werkzeugaufnahme zusätzlich über jeweils einen eigenen Schlitten verfügen. Die beiden Schlitten sind an/in einer Führung entlang einer C-förmig ausgebildeten Säule angeordnet. Durch Einwirkung der Prozesskraft kommt es zwar zu einer Verformung - oder besser gesagt einer Aufbiegung - des C-förmigen Gestells, jedoch kann durch eine Bewegung des Antriebsmittels eine Verkippung der Sonotrode relativ zum Werkstück verhindert werden.
Nachteilig an dem vorgenannten Stand der Technik ist, dass die vorbekannten Gestelle eine aufwändige Konstruktion mit zwei Schlitten erfordern und eine Mehrzahl an beweglichen Teilen enthalten. Dadurch sind die vorbekannten Gestelle relativ teuer und wartungsintensiv. Darüber hinaus ist durch das C-förmige Gestell der Arbeitsbereich festgelegt und kann nicht an das jeweilige Werkstück angepasst werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Gestell zur Verfügung zu stellen, welches einen geringeren baulichen Aufwand erfordert, was zu einer Vereinfachung beiträgt und folglich Kosten einspart.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsmaschine zu Verfügung zu stellen, welche eine hohe Qualität der bearbeiteten Werkstücke liefert und zugleich durch Verringerung des baulichen Aufwands zu einer Vereinfachung und folglich zu einer Kostenersparnis beiträgt.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Bearbeitungsmaschine zur Verfügung zu stellen, welches eine hohe Qualität der bearbeiteten Werkstücke liefert und zugleich durch Verringerung des baulichen Aufwands zu einer Vereinfachung und folglich zu einer Kostenersparnis beiträgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gestell mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Gestell und bevorzugte Weiterbildungen desselben sind vorzugsweise für die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine und vorteilhaften Weiterbildungen derselben ausgebildet. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine und das erfindungsgemäße Gestell, sowie deren vorteilhafte Weiterbildungen, sind insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist ein Gestell für eine Bearbeitungsmaschine, bevorzugt für eine Schweißmaschine, besonders bevorzugt für eine Ultraschallschweißmaschine, umfassend: eine Grundplatte; zumindest eine Säule, welche von der Grundplatte aufragt; eine Werkzeugaufnahme, die zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeugs, vorzugsweise eines Schweißwerkzeugs, höchst vorzugsweise eines Ultraschallschweißwerkzeugs, ausgebildet ist; eine Führung, welche an der Säule angeordnet ist, zum Führen der Werkzeugaufnahme; ein Antriebsmittel, zum Bewegen der Werkzeugaufnahme nach Maßgabe der Führung und zum Beaufschlagen eines zu bearbeitenden Werkstücks mit einer Prozesskraft; dadurch gekennzeichnet, dass die Säule einen an die Grundplatte angrenzenden ersten Teilabschnitt, einen zweiten Teilabschnitt und einen zwischen dem ersten Teilabschnitt und dem zweiten Teilabschnitt angeordneten, elastisch verformbaren mittleren Teilabschnitt aufweist; die Führung in oder an dem ersten Teilabschnitt der Säule angeordnet ist; und der zweite Teilabschnitt abhängig von der Prozesskraft relativ zur Grundplatte durch Verformung der Säule in dem mittleren Teilabschnitt verkippbar ist, während der erste Teilabschnitt starr mit der Grundplatte verbunden ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Schweißmaschine, vorzugsweise einer Ultraschallschweißmaschine, mit einem erfindungsgemäßen Gestell ist ein Bearbeitungswerkzeug, vorzugsweise ein Schweißwerkzeug, höchst vorzugsweise ein Ultraschallschweißwerkzeug, an oder in der Werkzeugaufnahme angeordnet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Bearbeitungsmaschine, welche Bearbeitungsmaschine ein Gestell umfasst, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Gestell; welches Gestell umfasst eine Grundplatte und zumindest eine Säule, welche von der Grundplatte aufragt; welche Säule zumindest einen an die Grundplatte angrenzenden ersten Teilabschnitt, einen zweiten Teilabschnitt und einen zwischen dem ersten Teilabschnitt und dem zweiten Teilabschnitt angeordneten mittleren Teilabschnitt aufweist; beinhaltet die folgende Schritte: Anordnen des Werkstücks in einem Arbeitsbereich der Bearbeitungsmaschine; Bewegen der Werkzeugaufnahme mit dem Bearbeitungswerkzeug gegen das Werkstück, wodurch eine Prozesskraft bewirkt wird; Bearbeiten des Werkstücks mit dem Bearbeitungswerkzeug; bei dem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Säule in dem mittleren Teilabschnitt durch die Prozesskraft gezielt verformt wird, wodurch eine Verkippung nur des zweiten Teilabschnitts der Säule bewirkt wird.
Das Gestell umfasst eine Grundplatte, bei bestimmungsgemäßer Verwendung vorzugsweise auf dem Boden stehend, in horizontaler Ausrichtung. Die Grundplatte kann jedoch auch in einer dazu senkrechten Ausrichtung angeordnet sein oder eine Neigung aufweisen. Die Grundplatte kann alternativ oder ergänzend flächig geschlossen und/oder teilweise ausgehöhlt und/oder durchbrochen ausgebildet sein.
Die Säule ist vorzugsweise in senkrechter Orientierung zur Grundplatte angeordnet, kann jedoch auch in einem anderen Winkel zur Grundplatte stehen. Die Verbindung von Säule und Grundplatte kann starr oder gelenkig mit einer Arretierungsfunktion erfolgen.
An dem der Grundplatte gegenüberliegenden Ende der Säule kann das Antriebsmittel angeordnet sein. Das Antriebsmittel kann jedoch auch am ersten Teilabschnitt, am zweiten Teilabschnitt, neben der Säule oder auch in der Säule angeordnet sein. Durch das Vorsehen des Antriebmittels in oder an oder neben der Säule lässt sich der Platzbedarf des Gestells, insbesondere die Bauhöhe, in vorteilhafter Weise reduzieren.
Das Antriebsmittel kann dazu ausgebildet sein, eine translatorische Bewegung der damit verbundenen Werkzeugaufnahme zu bewirken und kann bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung als ein Linearantrieb ausgebildet sein. Die Bezeichnung Linearantrieb umfasst hierbei insbesondere einen Kugelgewindeantrieb, einen Rollengewindeantrieb, einen hydraulischen Antrieb, einen pneumatischen Antrieb oder einen elektromechanischen Antrieb. Das Antriebsmittel kann vorzugsweise in oder an einer Antriebsmittelaufnahme angeordnet sein. Antriebsmittel und/oder Antriebsmittelaufnahme können zudem an einer Antriebsführungsschiene angeordnet sein, welche eine Verschiebung des Antriebsmittels und/oder der Antriebsmittelaufnahme ermöglicht. Die Position des Antriebsmittels und/oder der Antriebsmittelaufnahme an der Antriebsführungsschiene kann mit einem optionalen Arretierungsmittel arretiert werden. Das Arretierungsmittel umfasst vorzugsweise und ohne Beschränkung einen Schraubverschluss, einen Federriegel, einen Hakenriegel, einen Hebelverschluss, einen Kompressionsverschluss, ein Schloss, einen magnetischen Verschluss, einen Schnappverschluss, einen Druckverschluss, einen Klemmhebel und weitere dem Fachmann bekannte Arretierungsmittel. Das Arretierungsmittel kann ein manuell oder automatisch betätigbares Arretierungsmittel sein.
Die Antriebsführungsschiene kann im Bereich der Säule angeordnet sein, vorzugsweise im zweiten Teilabschnitts der Säule. In einer bevorzugten Ausführung ist die Antriebsführungsschiene parallel zu einer Längsachse der Säule zwischen dem zweiten Teilabschnitt der Säule und der Antriebsmittelaufnahme angeordnet. Dadurch lässt sich die Antriebsmittelaufnahme mit dem Antriebsmittel in vertikaler Richtung, parallel zur Längsachse der Säule, nach Maßgabe der Antriebsführungsschiene, verschieben.
Die Führung und die Antriebsführungsschiene können beispielsweise und ohne Beschränkung eine Schiene sein, in welche ein Schlitten eingreift. Der Schlitten kann zum Beispiel mit Rädern oder Kugeln ausgebildet sein. Da die Werkzeugaufnahme an dem Schlitten in der Führung und somit am ersten Teilabschnitt der Säule angeordnet ist, kann die Orientierung der Werkzeugaufnahme und des Bearbeitungswerkzeugs zum Werkstück, auch unter Einwirkung der Prozesskraft, also bei Verformung des mittleren Teilabschnitts und Verkippung des zweiten Teilabschnitts der Säule, in vorteilhafter Weise dieselbe bleiben.
Zu diesem Zweck weist das erfindungsgemäße Gestell im Bereich der Säule drei Teilabschnitte auf, wobei der mittlere Teilabschnitt elastisch verformbar ausgebildet ist, um eine Verkippung des ersten Teilabschnitts unter Einwirkung der Prozesskraft zu verhindern. Dies geht einher mit einer Ausgleichsfunktion beim Verkippen der Säule, welche durch den mittleren Teilabschnitt bewerkstelligt wird, sodass nur der obere, zweite Teilabschnitt der Säule unter Einwirkung der Prozesskraft verkippt. Auf diese Weise lässt sich, im Vergleich zu den Gestellen des Standes der Technik, wenigstens ein zusätzliches Bauteil in Form eines Schlittens einsparen, was zu einer baulichen Vereinfachung und entsprechend zu einer Kostenreduktion führt.
Der Terminus Bearbeitungsmaschine umfasst vorzugsweise und ohne Beschränkung Schweißmaschinen, insbesondere Ultraschallscheißmaschinen, aber auch Maschinen aus anderen Bereichen der Technik, insbesondere der Umformtechnik, der Stanztechnik oder der Zerspantechnik, wie beispielsweise Bohrmaschinen, Fräsmaschinen, Schleifmaschinen, aber auch Löt- und Druckformvorrichtungen.
Das Bearbeitungswerkzeug kann demnach ebenfalls sehr unterschiedlich ausgebildet sein und kann unter anderem und ohne Beschränkung ein Ultraschallbearbeitungswerkzeug, wie eine Sonotrode, ein Ultraschallmesser, oder eine Vorrichtung zum Einbringen von Ultraschall in ein Reinigungsmedium sein. Ebenfalls umfasst sind auch Bohrer, Fräser, Schleifer, Lötkolben und Druckformbearbeitungswerkzeuge, Umformwerkzeuge oder Stanzwerkzeuge.
Das Bearbeitungswerkzeug kann zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Prozesskraft beaufschlagt und an das Werkstück herangepresst werden. Die Prozesskraft wird hierbei auch auf das Gestell der Bearbeitungsmaschine übertragen. Die Prozesskraft kann vom Antriebsmittel auf die Werkzeugaufnahme aufgebracht und über das Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück übertragen werden. Der Terminus Prozesskraft umfasst ferner auch jene Kräfte, welche nicht unmittelbar vom Antriebsmittel aufgebracht werden, aber dennoch eine Verformung der Säule bewirken können, wie zum Beispiel Vibrationen, die im Bearbeitungsschritt auftreten können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, das Bearbeitungswerkzeug ohne eine durch die Prozesskraft bedingte Verkippung auf das Werkstück zu richten. Der Begriff Verkippung beschreibt insbesondere eine Auslenkung gegenüber dem unbelasteten Zustand, bei dem keine Prozesskraft wirkt.
Somit wird im Bearbeitungsschritt eine konstante Qualität der bearbeiteten Werkstücke gewährleistet und gleichzeitig durch Reduktion des betrieblichen Aufwands und der Wartung eine Vereinfachung geschaffen, wodurch sich die Betriebs- und die Wartungskosten reduzieren lassen. Außerdem wird eine geringere und auch gleichmäßigere Abnutzung des Bearbeitungswerkzeugs erreicht, wodurch sich dessen Lebensdauer verlängern lässt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für unterschiedliche Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise und ohne Beschränkung für das Schweißen, insbesondere das Ultraschallschweißen, das Bohren, Fräsen, Schleifen, Löten, Druckformen, Umformen und Stanzen.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Prozesskraft so eingestellt, dass durch die Stärke des Anpressens eine Dislokation des Werkstücks, während der Bearbeitung, verhindert wird.
Eine erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gestells sieht vor, dass das Antriebsmittel in oder an der Säule angeordnet ist; insbesondere gelenkig, vorzugsweise in oder an dem ersten Teilabschnitt oder an dem zweiten Teilabschnitt.
Durch das Vorsehen des Antriebsmittels in oder an dem zweiten Teilabschnitt der Säule kann in vorteilhafterweise ein Verkippen des Antriebsmittels und der daran befindlichen Elemente in einem Belastungsfall, beispielsweise unter Einwirkung der Prozesskraft, verhindert werden. Durch die gelenkige Verbindung minimiert sich im Belastungsfall die Materialbelastung des Antriebsmittels und des zweiten Teilabschnitts insofern, als dass die Prozesskraft zumindest anteilig die Verformung des mittleren Teilabschnitts bewirkt, wodurch weniger Spannungen im Material des zweiten Teilabschnitts und des Antriebsmittels sowie in den betreffenden Gelenkmitteln auftreten.
Die gelenkige Verbindung kann durch ein Gelenkmittel (Gelenk) ermöglicht werden, welches Gelenkmittel vorzugsweise wenigstens oder genau einen Freiheitsgrad aufweisen kann und beispielsweise und nicht beschränkt als ein Drehgelenk, Knickgelenk, Scharnier oder Schraubgelenk ausgebildet sein kann. Jedoch kommen auch Gelenke mit zumindest zwei Freiheitsgraden, wie beispielsweise Drehschubgelenke oder Kugelgelenke, in Betracht.
Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gestells sieht vor, dass die Werkzeugaufnahme gelenkig mit dem Antriebsmittel verbunden ist, vorzugsweise über eine Kolbenstange, welche zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Antriebsmittel angeordnet ist, und gelenkig mit dem Antriebsmittel und/oder gelenkig mit der Werkzeugaufnahme verbunden ist, höchst vorzugsweise über ein Gelenkmittel. Dadurch wird wiederum einer zu hohen Materialbelastung der Werkzeugaufnahme und des Antriebsmittels entgegengewirkt, da die Prozesskraft zumindest anteilig die Verformung des mittleren Teilabschnitts bewirkt, wodurch weniger Spannungen im Material der Werkzeugaufnahme und des Antriebsmittels auftreten. Auch hier kommen die zuvor genannten Gelenkmittel beziehungsweise Gelenke in Betracht.
Die genannte Verbindung zwischen Antriebsmittel und Werkzeugaufnahme erfolgt, wie schon zuvor genannt, vorzugsweise durch eine Kolbenstange und/oder eine Kolbenstange mit einem daran angeordneten Umlenkelement.
Die Kolbenstange zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Antriebsmittel kann vorzugsweise zum Kompensieren der Verkippung wenigstens im Bereich der Anbindung an die Werkzeugaufnahme eine gelenkige und/oder flexible Ausgestaltung aufweisen. Dazu kann ein Gelenkmittel, vorzugsweise ein Gelenkmittel der zuvor genannten Art, zwischen der Kolbenstange und der Werkzeugaufnahme angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kolbenstange als flexibles Element (nach Art einer flexiblen Welle oder dergleichen) ausgebildet sein. An der Kolbenstange kann zudem ein Umlenkelement vorgesehen sein, um die Wirkverbindung zwischen Antriebsmittel, Kolbenstange und Werkzeugaufnahme zwischen der Kolbenstange und der Werkzeugaufnahme zu erweitern. Die vorgenannte Anordnung ermöglicht es somit die Prozesskraft zwischen dem Antriebsmittel, der Kolbenstange, dem Umlenkelement und der Werkzeugaufnahme zu übertragen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, bei entsprechender Weiterbildung ein Gestell vorzusehen, bei dem zum Erreichen der angesprochenen Verkippung der mittlere Teilabschnitt der Säule zumindest einen Schlitz, vorzugsweise einen senkrecht oder parallel zu einer Längsachse der Säule verlaufenden Schlitz und/oder eine Ausnehmung oder Verjüngung aufweist.
Diese gezielte Schwächung der Säule durch Vorsehen mindestens eines Schlitzes und/oder eine Ausnehmung oder Verjüngung im mittleren Teilabschnitt führt dazu, dass bei Einwirkung der Prozesskraft der mittlere Teilabschnitt relativ leicht elastisch verformt wird und/oder verformbar ist. Die Ausgestaltung des mittleren Teilabschnitts mit wenigstens einem Schlitz ist zudem eine kostengünstige Möglichkeit, um den mittleren Teilabschnitt - wie erfindungsgemäß vorgesehen - elastisch verformbar auszubilden.
Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gestells weist der mittlere Teilabschnitt der Säule zumindest einen ersten Schlitz und einen zweiten Schlitz auf, welche Schlitze entlang einer Längsachse der Säule nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind. Im Falle von lediglich zwei Schlitzen können diese nur nebeneinander oder übereinander angeordnet sein. Im Falle von zumindest drei Schlitzen können diese nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein.
Durch das Vorsehen von zumindest zwei Schlitzen im mittleren Teilabschnitt kann die Verformung des mittleren Teilabschnitts an mehreren Stellen stattfinden. Dadurch kann die Prozesskraft eine elastische Verformung an mehreren Stellen im mittleren Teilabschnitt der Säule bewirken, wodurch die punktuelle Belastung des Materials im mittleren Teilabschnitt verringert und somit eine längere Lebensdauer des Materials erreicht werden kann.
Der Schlitz oder die Schlitze sind vorzugsweise senkrecht oder parallel zur Längsachse der Säule ausgebildet; können jedoch auch schräg zur Längsachse stehen. Bei mehreren Schlitzen sind diese in vorteilhafter Weise parallel zueinander ausgebildet und orientiert.
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gestells ist der erste Schlitz an einer ersten Seite der Säule angeordnet, und der zweite Schlitz ist an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Säule angeordnet.
Durch diese einander gegenüberliegende Anordnung der beiden Schlitze wird besonders wirksam eine gezielte Schwächung im mittleren Teilabschnitt der Säule erreicht und dabei die rückstellende Kraft, welche aus der elastischen Verformung des mittleren Teilabschnitts unter Einwirkung der Prozesskraft resultiert, verstärkt.
Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gestells ist im mittleren Teilabschnitt wenigstens ein Federmittel angeordnet, welches beispielsweise und ohne Beschränkung eine Biegefeder, Torsionsfeder oder Tellerfeder umfassen kann. Das Federmittel dient als Ergänzung und/oder als Alternative zu der elastischen Ausbildung der Säule durch das Vorsehen von Schlitzen.
Dabei kann der Begriff Biegefedern auch Blattfedern und Drahtfedern umfassen, und der Begriff Torsionsfedern kann auch Stabfedern und Schraubenfedern beinhalten. Das Federmittel kann alternativ als eine Evolutfeder, eine Ringfeder, eine Membranfeder oder eine Dehnschraube ausgebildet sein. Das Federmittel muss nicht zwingend aus metallischen Materialien gebildet sein. Entsprechend kommen auch Gummifedern, Luftfedern oder Gasdruckfedern als Federmittel in Betracht.
Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gestells sieht vor, dass der mittlere Teilabschnitt zumindest teilweise in zumindest einem Elastomer ausgebildet ist.
Elastomere oder Gemische von zumindest zwei Elastomeren weisen ebenfalls elastisch verformbare Eigenschaften auf, und bewirken zudem eine gezielte Schwächung des mittleren Teilabschnitts im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Solche Elastomere umfassen unter anderem und ohne Beschränkung Acrylnitril/Butadien/Acrylat Copolymerisate, Acrylnitril/chloriertes Polyethylen/Styrol Copolymerisate, Acrylnitril/Methylmetacrylat Copolymerisate, Butadien-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Ethylen-Ethylacrylat Copolymerisate, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Polyethylenvinylacetat, Fluorokautschuk, Isopren-Kautschuk, Naturkautschuk, Polyether, Polyisobutylen, Polyhydroxyalkanoate, Polyhydroxybutyrate, Polyurethane, Polyvinylbutyral, Styrol-Butadien-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Polyester-Urethan-Kautschuk und StyrolButadien-Styrol Copolymerisate.
Im mittleren Teilabschnitt kann zudem eine Kombination von zumindest zwei Arten einer gezielten Schwächung der Säule zum Einsatz kommen. So kann das Elastomer beispielsweise den Schlitz oder die Schlitze ausfüllen, und/oder das Federmittel kann zusätzlich in ein Elastomer eingebettet sein. Auch eine Kombination aller dieser Maßnahmen ist möglich.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, ein Gestell vorzusehen, bei dem das Antriebsmittel und die Werkzeugaufnahme an einer gemeinsamen Seite der Säule angeordnet sind, vorzugsweise an der zweiten Seite der Säule.
Durch die Anordnung des Antriebsmittels und der Werkzeugaufnahme an derselben Seite lässt sich die Konstruktion weiter vereinfachen, da die Verbindung von Antriebsmittel und Werkzeugaufnahme nicht von einer Seite auf eine andere Seite übergreifen muss und, in anderen Worten ausgedrückt, keinen Seitenwechsel erfordert. Daraus resultiert sich eine konstruktive Vereinfachung.
Das Gestell kann auf diese Weise eine C-förmige Trägeranordnung bilden, wodurch eine möglichst gute Zugänglichkeit in einem Arbeitsbereich, in welchem die Bearbeitung des Werkstücks mit der Bearbeitungsmaschine stattfindet, gewährleistet wird. Der Arbeitsbereich der Bearbeitungsmaschine umfasst dabei einen Bereich, in dem das Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück einwirken kann, vorzugsweise einen Bereich der Grundplatte.
Eine erste Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine sieht vor, dass an oder in der Werkzeugaufnahme eine Schnellwechseleinheit angeordnet ist, welche Schnellwechseleinheit insbesondere dazu ausgebildet ist, den Einsatz unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge und/oder deren raschen Austausch zu ermöglichen.
Dadurch lassen sich unterschiedliche Bearbeitungswerkzeuge für unterschiedliche Bearbeitungsschritte oder für unterschiedliche Werkstücke einsetzen. Außerdem lässt sich ein defektes Bearbeitungswerkzeug über die Schnellwechseleinheit rasch austauschen, wodurch es zu kürzeren Ausfallzeiten kommt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine umfasst ein Schwingsystem in Wirkverbindung mit dem Bearbeitungswerkzeug, welches Schwingsystem insbesondere dazu ausgebildet ist, elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln und diese an dem Bearbeitungswerkzeug bereitzustellen.
Das Schwingsystem kann beispielsweise und ohne Beschränkung ein longitudinales Schwingsystem sein, welches beispielsweise beim Schweißen von Kunststoffen und Verbundmetallen oder zum Reinigen eingesetzt wird. Das Schwingsystem kann jedoch auch ein torsionales Schwingsystem sein, welches den Vorteil bietet, dass die Schwingungen nur wenig in einen die Schweißnaht umgebenden Bereich eingeleitet werden. Dadurch werden einerseits empfindliche Bauteile und Oberflächen geschont, und andererseits werden im Schweißbereich selbst höhere Energiedichten erzielt. Eine mögliche alternative Form des Schwingsystems stellt ein transversales Schwingsystem dar.
Das Schwingsystem kann einen Konverter umfassen, welcher beispielsweise ein piezoelektrisches Material, vorzugsweise ein Blei-Zirkonat-Titanat oder dergleichen, aufweist. Durch Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Material verändert sich dessen Abmessung. Wird eine hochfrequente Wechselspannung angelegt, so verlängert und verkürzt sich das piezoelektrische Material abhängig von der aktuellen Spannung und gerät in mechanische Schwingung, insbesondere Schwingungen im Ultraschallbereich. Diese mechanischen Schwingungen können zum Bearbeiten des Werkstücks benutzt werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Ultraschallschweißmaschine, ist vorgesehen, dass das Schwingsystem hochfrequente mechanische Schwingungen generiert, vorzugsweise im Ultraschall-Frequenzbereich.
Diese hochfrequenten mechanischen Schwingungen eignen sich insbesondere zum Ultraschallschweißen. Die Schwingungen des piezoelektrischen Materials können über akustisch abgestimmte Komponenten in den Arbeitsbereich oder - im Speziellen - in einen Zielbereich, zum Beispiel und ohne Beschränkung die Schweißfläche eines Werkstücks oder ein Reinigungsmedium, übertragen werden. Damit die Übertragung der Schwingungen effizient erfolgt, kann das Schwingsystem vorzugsweise akustisch so abgestimmt sein, dass seine Komponenten in Resonanz schwingen. Das Schwingsystem kann zudem einen Booster beinhalten, welcher die Schwingungsamplitude erhöhen oder reduzieren kann, sodass die Amplitude optimal zum Bearbeitungsschritt und/oder zum verwendeten Bearbeitungswerkzeug passt.
Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, eine spezielle Bearbeitungsmaschine vorzusehen, bei der das Bearbeitungswerkzeug als eine Sonotrode ausgebildet ist, vorzugsweise zum Ultraschallschweißen.
Eine Sonotrode ist ein Bearbeitungswerkzeug, welches die hochfrequenten mechanischen Schwingungen des Schwingsystems in den Arbeitsbereich oder Zielbereich, zum Beispiel auf das Werkstück, übertragen kann. Eine Sonotrode kann beispielsweise und ohne Beschränkung aus Aluminium, Titan oder Stahl gefertigt sein. Die geometrische Ausgestaltung der Sonotrode kann sich unter anderem nach dem zu bearbeitenden Material und/oder nach dem Bearbeitungsschritt richten. Außerdem spielt die - vom Schwingsystem bereitgestellte - Frequenz der mechanischen Schwingungen eine Rolle. Mögliche Geometrien und/oder Bauformen sind unter anderem und ohne Beschränkung Rechteck-Stufen, katenoide Formen mit oder ohne Nietgeometrie, zylindrische Geometrien, konische Geometrien, toroidale und/oder Rotationssonotroden.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen.

1 zeigt eine Bearbeitungsmaschine mit einem Gestell;
2 zeigt eine Bearbeitungsmaschine mit einem Gestell, welches unter Einfluss einer Prozesskraft im oberen Teilabschnitt verkippt ist;
3 zeigt eine Bearbeitungsmaschine mit einem Gestell in einer alternativen Perspektive;
4 zeigt eine Bearbeitungsmaschine mit einem Gestell mit einer Antriebsführungsschiene; und
5 zeigt eine kompakte Variante der Bearbeitungsmaschine mit einem platzsparenden Gestell.

1 zeigt eine Bearbeitungsmaschine 1 mit einem Gestell 2. Das Gestell 2 umfasst eine Grundplatte 3, welche sich in der hier gezeigten Ausführung horizontal erstreckt (in 1 befindet sich die Grundplatte 3 im unteren Bereich des Gestells 2). An der Grundplatte 3 ist eine Säule 4 angeordnet, welche von der Grundplatte 3 aufragt. Die Säule 4 erstreckt sich dabei rechtwinklig zur Grundplatte 3 und befindet sich an einem Randbereich der Grundplatte 3 (in 1 links außen). Die Säule 4 umfasst mehrere Teilabschnitte: einen ersten Teilabschnitt 4.1, einen zweiten Teilabschnitt 4.2 und einen mittleren Teilabschnitt 5. Der erste Teilabschnitt 4.1 der Säule 4 ist mit der Grundplatte 3 verbunden, wobei der erste Teilabschnitt 4.1 im rechten Winkel von der Grundplatte 3 abragt. Das gegenüberliegende Ende der Säule 4 ist durch den zweiten Teilabschnitt 4.2 gebildet. Zwischen dem zweiten Teilabschnitt 4.2 und dem ersten Teilabschnitt 4.1 befindet sich der mittlere Teilabschnitt 5.
Der mittlere Teilabschnitt 5 umfasst gemäß der Ausgestaltung in 1 zwei Schlitze 6.1, 6.2. Im hier gezeigten Beispiel sind ein erster Schlitz 6.1 und ein zweiter Schlitz 6.2 im mittleren Teilabschnitt 5 angeordnet. Die Schlitze 6.1 und 6.2 erstrecken sich senkrecht zu einer Längsachse L der Säule 4. Der erste Schlitz 6.1 ist dabei an einer ersten Seite 7.1 der Säule 4 (in 1 die linke Seite der Säule 4) angeordnet. Der zweite Schlitz 6.2 ist an einer zweiten Seite 7.2 der Säule 4 angeordnet, wobei die zweite Seite 7.2 der ersten Seite 7.1 gegenüberliegt (in 1 ist die zweite Seite 7.2 die rechte Seite der Säule 4). Wie sich leicht erkennen lässt, sind die Schlitze 6.1, 6.2 entlang der Längsachse L übereinander angeordnet. Am zweiten Teilabschnitt 4.2 befindet sich auf der zweiten Seite 7.2 (hier rechts) eine Antriebsmittelaufnahme 8, welche am äußeren Ende des zweiten Teilabschnitts 4.2 (in 1 oben) angeordnet ist und quer zur Längsachse L der Säule 4 von dieser abragt. Die Antriebsmittelaufnahme 8 ragt dabei etwa parallel zu der Grundplatte 3 von der Säule 4 ab. An der Antriebsmittelaufnahme 8 ist ein Antriebsmittel 9 angeordnet (in 1 an der rechten Seite der Antriebsmittelaufnahme 8). Zwischen Antriebsmittel 9 und Antriebsmittelaufnahme 8 ist eine gelenkige Verbindung ausgebildet (das Gelenk ist in 1 nicht gezeigt und nicht bezeichnet). Das Antriebsmittel 9 ist somit im zweiten Teilabschnitt 4.2 der Säule 4 angeordnet und gelenkig mit diesem bzw. mit dieser verbunden, vorzugsweise um eine quer zur Längsachse L orientierte Achse (in 1 nicht gezeigt) schwenkbar.
Im mittleren Teilabschnitt 5 kann anstelle der Schlitze 6.1, 6.2, oder zusätzlich zu den Schlitzen 6.1, 6.2, ein Federmittel angeordnet sein (in 1 bildet die Säule 4 im Bereich der Schlitze 6.1, 6.2 durch eine gezielte Schwächung eine Art Feder); und/oder der mittlere Teilabschnitt 5 kann zumindest teilweise in einem Elastomer ausgebildet sein (das Elastomer ist in 1 nicht abgebildet, kann aber beispielsweise den Zwischenraum der Schlitze 6.1, 6.2 ausfüllen bzw. diese ersetzen).
Am ersten Teilabschnitt 4.1 ist eine Führung 10 auf der zweiten Seite 7.2 (in 1 rechts) vorgesehen. An oder in der Führung 10 ist eine Werkzeugaufnahme 11 beweglich angeordnet. Die Führung 10 kann beispielsweise eine Schiene sein, in welche ein Schlitten 12 eingreift, welcher Schlitten 12 an der Werkzeugaufnahme 11 angeordnet ist. Der Schlitten 12 kann zum Beispiel mit Rädern oder Kugeln (in Form eines Kugellagers) ausgebildet sein.
In oder an der Werkzeugaufnahme 11 sind gemäß 1 ein Schwingsystem 13, eine Schnellwechseleinheit 14 und ein Bearbeitungswerkzeug 15, im hier gezeigten Beispiel ist das Bearbeitungswerkzeug 15 eine Sonotrode 16, angeordnet. Das Schwingsystem 13 befindet sich im Bereich der Werkzeugaufnahme 11 zwischen der Schnellwechseleinheit 14 und einer Kolbenstange 17. Die Kolbenstange 17 als Teil des Antriebsmittels 9 befindet sich zwischen Werkzeugaufnahme 11 und dem Antriebsmittel 9. Zwischen Kolbenstange 17 und Werkzeugaufnahme 11 ist ein Gelenkmittel 17a angeordnet, um Antriebsmittel 9 bzw. Kolbenstange 17 und Werkzeugaufnahme 11 gelenkig zu verbinden. Die Schnellwechseleinheit 14 ist zwischen der Sonotrode 16 und dem Schwingsystem 13 vorgesehen. Zudem sind die Werkzeugaufnahme 11 und die Führung 10 an dem ersten Teilabschnitt 4.1, welcher an die Grundplatte 3 angrenzt, angeordnet.
Die Kolbenstange 17 zwischen der Werkzeugaufnahme 11 und dem Antriebsmittel 9 befindet sich an einem Ende der Werkzeugaufnahme 11, welches Ende von der Grundplatte 3 entfernt ist (in 1 der Bereich zwischen dem Schwingsystem 13 und dem Antriebsmittel 9).
Auf der Grundplatte 3 ist außerdem ein Werkstück 18 dargestellt (in 1 rechts). Das Werkstück 18 ist zwischen der Grundplatte 3 und der Sonotrode 16 angeordnet.
Bei einem Verfahren zum Bearbeiten des Werkstücks 18 wird das Bearbeitungswerkzeug 15, hier die Sonotrode 16, mit einer Prozesskraft K an das Werkstück 18 angepresst (dieses Anpressen ist in 1 nicht dargestellt und die Prozesskraft K ist folglich nur zum Zwecke der Erläuterung eingezeichnet). Über die Kolbenstange 17 wird die Prozesskraft K von dem Antriebsmittel 9 auf die Werkzeugaufnahme 11 und dadurch über das Bearbeitungswerkzeug 15, hier die Sonotrode 16, auf das Werkstück 18 übertragen.
Um die Sonotrode 16 oder allgemein das Bearbeitungswerkzeug 15 zu dem Werkstück 18 zu führen, wird das Bearbeitungswerkzeug 15 vom Linearantrieb 9 angetrieben. Dabei bewegt sich die Werkzeugaufnahme 11 und das Bearbeitungswerkzeug 15, hier die Sonotrode 16, mit dem Schlitten 12 nach Maßgabe der Führung 10.
Das Schwingsystem, welches elektrische Energie, die beispielsweise vom einem nicht gezeigten Generator bereitgestellt wird, in mechanische Energie wandelt, versetzt die Sonotrode 16 in hochfrequente mechanische Schwingungen (vorzugsweise im Ultraschallbereich) zum Bearbeiten des Werkstücks 18, zum Beispiel durch Ultraschallschweißen.
2 zeigt die Bearbeitungsmaschine 1 mit dem Gestell 2 im Belastungsfall, also bei Einwirkung der Prozesskraft K auf das Werkstück 18. Hierbei bezeichnen die zu 1 gleichen Bezugszeichen gleiche oder zumindest gleichwirkende Elemente. Es sei im Folgenden nur auf gewisse Besonderheiten des Gestells 2 oder der Bearbeitungsmaschine 1 während der Einwirkung der Prozesskraft K anhand von 2 näher eingegangen.
Der zweite Teilabschnitt 4.2 der Säule 4 ist, im Vergleich zum ersten Teilabschnitt 4.1, bezüglich der Längsachse L (nach links beziehungsweise von dem Werkstück 18 weg) verkippt. Die am ersten Teilabschnitt 4.1 der Säule 4 angeordneten Elemente, wie beispielsweise die Führung 10, der Schlitten 12 oder die Werkzeugaufnahme 11 (mitsamt dem Bearbeitungswerkzeug 15), haben ihre relative Ausrichtung zum Werkstück 18 und der Grundplatte 3, im Vergleich zur 1, nicht verändert.
Diejenigen Elemente der Bearbeitungsmaschine 1 und des Gestells 2, welche am zweiten Teilabschnitt 4.2 der Säule 4 angeordnet sind, wie zum Beispiel die Antriebsmittelaufnahme 8 und das Antriebsmittel 9, weisen ebenfalls eine Verkippung relativ zum ersten Teilabschnitt 4.1 auf.
Der mittlere Teilabschnitt 5 weist dabei eine Verformung auf, aus der die Verkippung des zweiten Teilabschnitts 4.2 gegen den ersten Teilabschnitt 4.1 resultiert. Dabei weisen die Schlitze 6.1 und 6.2 eine Änderung ihrer Schlitzgeometrie auf. Der erste Schlitz 6.1, der an der ersten Seite 7.1 angeordnet ist, weist eine, verglichen zur 1, verringerte Schlitzbreite senkrecht zur Längsachse L auf. Der zweite Schlitz 6.2, der an der zweiten Seite 7.2 angeordnet ist, weist eine, im Vergleich zur 1, vergrößerte Schlitzbreite senkrecht zur Längsachse L auf.
Das Antriebsmittel 9 ist, im Vergleich zur 1, gegenüber der Antriebsmittelaufnahme 8 ebenfalls verkippt. Wie zuvor erwähnt, erfolgt die Verbindung von dem Antriebsmittel 9 und dem zweiten Teilabschnitt 4.2 gelenkig über ein Gelenk zwischen Antriebsmittel 9 und Antriebsmittelaufnahme 8, welches Gelenk die Verkippung teilweise kompensiert, wie gezeigt. Die Kolbenstange 17 zwischen der Werkzeugaufnahme 11 und dem Antriebsmittel 9 ist ebenfalls - relativ zum ersten Teilabschnitt 4.1 - verkippt und weist zum Kompensieren der Verkippung das Gelenkmittel 17a auf. Alternativ oder zusätzlich kann die gesamte Verbindung als flexibles Element (nach Art einer flexiblen Welle oder dergleichen) ausgebildet sein.
Die Verkippung des Teilabschnitts 4.2 einschließlich der daran angeordneten Elemente sowie die Verformung des mittleren Teilabschnitts 5 sind das Resultat der Prozesskraft K. Die Prozesskraft K wird vom Antriebsmittel 9, beispielsweise mittels einem pneumatischen Druck aufgebracht und über die Kolbenstange 17 auf die Werkzeugaufnahme 11 und folglich über das daran oder darin befindliche Bearbeitungswerkzeug 15 auf das Werkstück 18 aufgebracht. Da die Prozesskraft eine Gegenkraft bewirkt, wirkt sich die Prozesskraft K durch die mechanische Verbindung der Kolbenstange 17 mit der Werkzeugaufnahme 11, dem Antriebsmittel 9 und der Antriebsmittelaufnahme 8 auf den zweiten Teilabschnitt 4.2 und den mittleren Teilabschnitt 5 der Säule 4 aus.
Der mittlere Teilabschnitt 5 ist - wie beschrieben - elastisch verformbar ausgebildet, wodurch die Prozesskraft K eine elastische Verformung des mittleren Teilabschnitts 5 bewirkt. Durch diese elastische Verformung erfährt der zweite Teilabschnitt 4.2 eine Verkippung, im Vergleich zum unbelasteten Zustand (siehe 1). Die Verkippung des zweiten Teilabschnitts 4.2 wirkt sich - wie ebenfalls schon beschrieben - auf die daran angeordneten Elemente aus.
In 2 erfährt die Antriebsmittelaufnahme 8 keine Verkippung relativ zum zweiten Teilabschnitt 4.2, jedoch relativ zum ersten Teilabschnitt 4.1.
Da das Antriebsmittel 9 gelenkig mit der Antriebsmittelaufnahme 8 und über das Gelenkmittel 17a gelenkig mit der Kolbenstange 17 verbunden ist, bleibt trotz der Verkippung deren Wirkverbindung bestehen, ohne dass es zu Beschädigungen kommt.
Da die Prozesskraft K eine elastische Verformung des mittleren Teilabschnitts 5 bewirkt, erfährt der erste Teilabschnitt 4.1 keine Verkippung relativ zur Längsachse L, zu der Grundplatte 3 oder zu dem Werkstück 18.
Da das Bearbeitungswerkzeug 15 über den Schlitten 12 und die Führung 10 beweglich am ersten Teilabschnitt 4.1 angeordnet ist, wird die Verkippung des zweiten Teilabschnitts 4.2 in einfacher Weise durch einen Linear-Versatz des Bearbeitungswerkzeugs 15 entlang der Führung 10 kompensiert. Dadurch bleibt die Orientierung der Sonotrode 16 zum Werkstück 18 auch unter Einwirkung der Prozesskraft K in vorteilhafter Weise erhalten.
3 zeigt eine Bearbeitungsmaschine 1, analog 1 ohne die Einwirkung der Prozesskraft K, in einer alternativen Perspektive. Hierbei bezeichnen die zu 1 gleichen Bezugszeichen gleiche oder zumindest gleichwirkende Elemente. Es sei im Folgenden nur auf gewisse Besonderheiten des Gestells 2 oder der Bearbeitungsmaschine 1 eingegangen, welche aus der Perspektive in 1 noch nicht ersichtlich waren.
In 3 ist die Säule 4 mittig-randständig an einer Seite der Grundplatte 3 angeordnet; folglich überragt die Fläche der Grundplatte 3 eine Grundfläche der Säule 4 in der dargestellten Weise.
Die Antriebsmittelaufnahme 8 umfasst das Antriebsmittel 9 an zwei gegenüberliegenden Seiten mittels zweier Haltearme 8.1, 8.2, zwischen denen das das Antriebsmittel 9 schwenkbar gelenkig gehalten ist.
Die Sonotrode 16 ist als Rechteck-Stufe ausgebildet und mit ihrer unteren Bearbeitungsspitze quer zur Längsachse L orientiert.
Die Schlitze 6.1 und 6.2 sind flächige Einschnitte in die Säule 4. Dies wird insbesondere anhand des zweiten Schlitzes 6.2 ersichtlich, da der zweite Schlitz 6.2 nicht nur die zweite Seite 7.2, sondern auch noch die beiden angrenzenden Seiten einschneidet und somit die Säule 4 flächig einschneidet und bis auf einen schmalen Steg links auf der ersten Seite 7.1, die Säule 4 fast vollständig durchtrennt. Die durch die Schlitze 6.1, 6.2 gebildeten Einschnittsflächen stehen senkrecht zur Längsachse L.
Das Werkstück 18 und die Prozesskraft K sind in 3 nicht abgebildet. Der Schlitten 12 ist nicht sichtbar, da er von der Werkzeugaufnahme 11 verdeckt wird, und die erste Seite 7.1 ist in der Perspektive von 3 ebenfalls nicht sichtbar.
4 zeigt eine Bearbeitungsmaschine 1 mit einem Gestell 2, welches im Bereich des ersten Teilabschnitts 4.1 der Säule eine Antriebsführungsschiene 19 aufweist. Die Antriebsführungsschiene 19 ist an der zweiten Seite 7.2 zwischen dem ersten Teilabschnitt 4.1 der Säule 4 und der Antriebsmittelaufnahme 8 angeordnet. Im Bereich der Antriebsführungsschiene 19 ist zudem wenigstens ein Arretierungsmittel 20 angeordnet. Im hier gezeigten Beispiel ist das Arretierungsmittel 20 exemplarisch zwischen der Antriebsführungsschiene 19 und der Antriebsmittelaufnahme 8 angebracht. Es kann sich bei dem Arretierungsmittel 20 um ein manuell oder automatisch betätigtes Arretierungsmittel 20 handelt, z.B. einen manuell betätigten Klemmhebel.
Die Antriebsmittelaufnahme 8 mit dem darin angeordneten Antriebsmittel 9 ist entlang der Antriebsführungsschiene 19 in vertikaler Richtung, parallel zu Längsachse L, verschiebbar und wird vor Aufbringen der Prozesskraft mittels des Arretierungsmittels 20 arretiert.
5 zeigt eine kompakte Variante der Bearbeitungsmaschine 1 mit einem platzsparenden Gestell 2 in einem Längsschnitt durch die Bearbeitungsmaschine 1 parallel zur Zeichenebene. Innerhalb der hohl ausgebildeten Säule 2 befindet sich das Antriebsmittel 9. Im hier gezeigten Beispiel ist das Antriebsmittel 9 im zweiten Teilabschnitt 4.2 der Säule 2 angeordnet und im Bereich der zweiten Seite 7.2 mit der inneren Wandung der Säule 2 verbunden. Die Kolbenstange 17 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 5 zwischen dem Antriebsmittel 9 und einem Umlenkelement 21 angeordnet. Das Umlenkelement 21 ist dementsprechend zwischen der Kolbenstange 17 und der Werkzeugaufnahme 11 angeordnet.
Die Prozesskraft K (hier nicht gezeigt, siehe 1) wird demnach von dem Antriebsmittel 9 auf die Kolbenstange 17 und von dieser weiter über das Umlenkelement 21 auf die Werkzeugaufnahme 11 sowie das darin angeordnete Bearbeitungswerkzeugs 15 übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungsmaschine
2: Gestell
3: Grundplatte
4: Säule
4.1: erster Teilabschnitt
4.2: zweiter Teilabschnitt
5: mittlerer Teilabschnitt
6.1: erster Schlitz
6.2: zweiter Schlitz
7.1: erste Seite
7.2: zweite Seite
8: Antriebsmittelaufnahme
9: Antriebsmittel
10: Führung
11: Werkzeugaufnahme
12: Schlitten
13: Schwingsystem
14: Schnellwechseleinheit
15: Bearbeitungswerkzeug
16: Sonotrode
17: Kolbenstange
17a: Gelenkmittel
18: Werkstück
19: Antriebsführungsschiene
20: Arretierungsmittel
21: Umlenkelement
K: Prozesskraft
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2905108 B1 [0010]

Claims

Gestell (2) für eine Bearbeitungsmaschine (1), bevorzugt für eine Schweißmaschine, besonders bevorzugt für eine Ultraschallschweißmaschine, umfassend: eine Grundplatte (3); zumindest eine Säule (4), welche von der Grundplatte (3) aufragt; eine Werkzeugaufnahme (11), die zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeugs (15), vorzugsweise eines Schweißwerkzeugs, höchst vorzugsweise eines Ultraschallschweißwerkzeugs, ausgebildet ist; eine Führung (10), welche an der Säule (4) angeordnet ist, zum Führen der Werkzeugaufnahme (11); ein Antriebsmittel (9), zum Bewegen der Werkzeugaufnahme (11) nach Maßgabe der Führung (10) und zum Beaufschlagen eines zu bearbeitenden Werkstücks (18) mit einer Prozesskraft (K), dadurch gekennzeichnet, dass die Säule (4) einen an die Grundplatte (3) angrenzenden ersten Teilabschnitt (4.1), einen zweiten Teilabschnitt (4.2) und einen zwischen dem ersten Teilabschnitt (4.1) und dem zweiten Teilabschnitt (4.2) angeordneten, elastisch verformbaren mittleren Teilabschnitt (5) aufweist; die Führung (10) in oder an dem ersten Teilabschnitt (4.1) der Säule (4) angeordnet ist; und der zweite Teilabschnitt (4.2) abhängig von der Prozesskraft (K) relativ zur Grundplatte (3), durch Verformung der Säule (4) in dem mittleren Teilabschnitt, (5) verkippbar ist, während der erste Teilabschnitt (4.1) starr mit der Grundplatte (3) verbunden ist.
Gestell (2) nach Anspruch 1, bei dem das Antriebsmittel (9) in oder an der Säule (4) angeordnet ist, insbesondere gelenkig, vorzugsweise in oder an dem ersten Teilabschnitt (4.1) oder an dem zweiten Teilabschnitt (4.2).
Gestell (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Werkzeugaufnahme (11) gelenkig mit dem Antriebsmittel (9) verbunden ist, vorzugsweise über eine Kolbenstange (17), welche zwischen der Werkzeugaufnahme (11) und dem Antriebsmittel (9) angeordnet ist, und gelenkig mit dem Antriebsmittel (9) und/oder gelenkig mit der Werkzeugaufnahme (11) verbunden ist, höchst vorzugsweise über ein Gelenkmittel (17a).
Gestell (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, bei dem der mittlere Teilabschnitt (5) der Säule (4) zumindest einen Schlitz (6.1, 6.2) aufweist, vorzugsweise einen senkrecht oder parallel zu einer Längsachse (L) der Säule (4) verlaufenden Schlitz.
Gestell (2) nach dem vorherigen Anspruch 4, bei dem der mittlere Teilabschnitt (5) der Säule (4) zumindest einen ersten Schlitz (6.1) und einen zweiten Schlitz (6.2), welche Schlitze (6.1, 6.2) entlang der Längsachse (L) übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind, aufweist.
Gestell (2) nach dem vorherigen Anspruch 5, bei dem der erste Schlitz (6.1) an einer ersten Seite (7.1) der Säule (4) angeordnet ist und der zweite Schlitz (6.2) an einer der ersten Seite (7.1) gegenüberliegenden zweiten Seite (7.2) der Säule (4) angeordnet ist.
Gestell (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, bei dem in dem mittleren Teilabschnitt (5) wenigstens ein Federmittel angeordnet ist, welches vorzugsweise mindestens eine Feder gewählt aus der Gruppe der Biegefedern, Torsionsfedern oder Tellerfedern, aufweist.
Gestell (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, bei dem der mittlere Teilabschnitt (5) zumindest teilweise in zumindest einem Elastomer ausgebildet ist.
Gestell (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Antriebsmittel (9) und die Werkzeugaufnahme (11) an einer gemeinsamen Seite der Säule (4) angeordnet sind, vorzugsweise an der zweiten Seite (7.2) gemäß Anspruch 6.
Bearbeitungsmaschine (1), insbesondere Schweißmaschine, vorzugsweise Ultraschallschweißmaschine, mit einem Gestell (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, weiterhin aufweisend: ein Bearbeitungswerkzeug (15), vorzugsweise Schweißwerkzeug, höchst vorzugsweise Ultraschallschweißwerkzeug, welches an oder in der Werkzeugaufnahme (11) angeordnet ist.
Bearbeitungsmaschine (1), nach dem vorherigen Anspruch 10, umfassend: eine Schnellwechseleinheit (14), angeordnet an oder in Werkzeugaufnahme (11), welche Schnellwechseleinheit (14) insbesondere dazu ausgebildet ist, den Einsatz unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge (15) zu ermöglichen.
Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 10 oder 11, ferner umfassend: ein Schwingsystem (13) in Wirkverbindung mit dem Bearbeitungswerkzeug (15), welches Schwingsystem (13) insbesondere dazu ausgebildet ist, elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln und diese an dem Bearbeitungswerkzeug (15) bereitzustellen.
Bearbeitungsmaschine (1) nach dem vorherigen Anspruch 12, insbesondere eine Ultraschallschweißmaschine, wobei das Schwingsystem (13) hochfrequente mechanische Schwingungen generiert, vorzugsweise im Ultraschall-Frequenzbereich.
Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen 10 bis 13, bei der das Bearbeitungswerkzeug (15) als eine Sonotrode (16) ausgebildet ist, vorzugsweise zum Ultraschallschweißen.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (18) mit einer Bearbeitungsmaschine (1), vorzugsweise gemäß einem der vorherigen Ansprüche 10 bis 14; wobei die Bearbeitungsmaschine (1) ein Gestell (2) umfasst, vorzugsweise ein Gestell (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9; welches Gestell (2) umfasst eine Grundplatte (3) und zumindest eine Säule (4), welche von der Grundplatte (3) aufragt; welche Säule (4) zumindest einen an die Grundplatte (3) angrenzenden ersten Teilabschnitt (4.1), einen zweiten Teilabschnitt (4.2) und einen zwischen dem ersten Teilabschnitt (4.1) und dem zweiten Teilabschnitt (4.2) angeordneten mittleren Teilabschnitt (5), aufweist; welches Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Anordnen des Werkstücks (18) in einem Arbeitsbereich der Bearbeitungsmaschine (1); (b) Bewegen der Werkzeugaufnahme (11) mit dem Bearbeitungswerkzeug (15) gegen das Werkstück (18), wodurch eine Prozesskraft (K) bewirkt wird; (c) Bearbeiten des Werkstücks (18) mit dem Bearbeitungswerkzeug (15); dadurch gekennzeichnet, dass die Säule (4) in dem mittleren Teilabschnitt (5) durch die Prozesskraft (K) gezielt verformt wird, wodurch eine Verkippung nur des zweiten Teilabschnitts (4.2) der Säule (4) bewirkt wird.