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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Befestigung einer mobilen Werkzeugmaschine an einem Werkstück und findet insbesondere für zu bearbeitende Werkstücken Anwendung, die nicht zu stationären Maschinen transportiert werden können.
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Werkstücke, die aus Gründen von Abmessungen oder Gewicht nicht transportfähig sind, werden mittels einer mobilen Werkzeugmaschine bearbeitet. Die Anbindung mobiler Werkzeugmaschinen am Werkstück erfolgt in der Regel kraftschlüssig, formschlüssig, stoffschlüssig oder aus einer Kombination.
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In einer ersten Methode erfolgt die Verbindung kraftschlüssig durch Klemmen, wobei durch Klemmen nur vergleichsweise geringe Kräfte übertragen werden können. Diese sind abhängig von der Reibpaarung der Materialien der Aufspannstelle der Werkzeugmaschine und dem zu bearbeitenden Werkstück. Die Klemmverbindung führt zu einer elastischen Deformation des Werkstückes an der Klemmstelle, die sich nach Lösen der Klemmung wieder in den Ausgangszustand zurückbewegt. Dadurch ist das Werkstück bei der Bearbeitung in einem anderen geometrischen Zustand als nach dem lösen der Werkzeugmaschine wodurch es zu einem nachträglichen Verzug der eigentlichen Bearbeitungsstelle kommen kann. Des Weiteren ist die Ausrichtung der Werkzeugmaschine kompliziert und schlecht reproduzierbar.
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Eine zweite Methode ist eine kraft- und formschlüssige Verbindung durch Schrauben. Durch Schrauben können hohe Kräfte übertragen werden. Diese Art der Anbindung ist über die Anzahl der Schrauben skalierbar und bildet eine feste Verbindung zwischen der Maschine und dem Werkstück. Bei einer Anbindung durch Schrauben ist eine Vorbearbeitung des Bauteils vor der eigentlichen Bearbeitung notwendig, wobei an den Aufstellpunkten der mobilen Maschine Gewindebohrungen vorgesehen werden müssen. Die Bohrungen verbleiben nach der Bearbeitung im Werkstück. Durch die Gewindebohrungen oder Durchgangslöcher erfolgt eine Schwächung des Werkstücks. Des Weiteren sind die Möglichkeiten bei der Einrichtung der Maschine sehr begrenzt.
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Eine stoffschlüssige Verbindung ist das Schweißen. Das Schweißen erlaubt ebenfalls die Übertragung hoher Kräfte und kann ohne Vorbearbeitung des Bauteils eingesetzt werden.
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Die Anbindungsstelle muss exakt bekannt sein, da die Verbindung, wenn sie einmal hergestellt ist, nur mit sehr hohem Aufwand wieder gelöst werden kann. Durch den Schweißprozess kommt es zu einem Wärmeeintrag in das Bauteil, der das Material in der Einflusszone verändert und verformt. Nach der Bearbeitung muss die stoffschlüssige Verbindung wieder getrennt werden. Dies kann zum Beispiel durch ein spanendes Verfahren wie Sägen oder durch ein thermisches Verfahren wie das Brennschneiden erfolgen. Die Aufspannstelle ist nach Entfernen der Werkzeugmaschine zu überarbeiten, da die Oberfläche des Bauteils bei dieser Variante beschädigt wird. Die Montage einer Werkzeugmaschine mittels Schweißens ist schlecht reproduzierbar.
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Eine weitere kraftschlüssige Verbindung stellt die magnetische Verbindung dar. Magnetische Verbindungen sind nur für die Abstützung geringer Prozesskräfte geeignet. Diese Methode erfordert keine Vorbehandlung des Bauteils, die übertragbaren Kräfte sind aber vom Material des Bauteils abhängig. Zudem ist eine ausreichend große, ebene Fläche erforderlich. Auch dieser Verbindungstyp ist schlecht reproduzierbar.
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Keine der genannten Methoden ist für eine schnelle und zerstörungsfreie Verbindung von Werkzeugmaschine und Werkstück geeignet. Jede der genannten Verbindungsarten bringt Nachteile mit sich, die entweder eine Vor- beziehungsweise Nachbearbeitung des Werkstückes erfordern beziehungsweise dieses negativ beeinträchtigen oder die Produktivität negativ beeinflusst. Auch ist beim Klemmen oder Schweißen nicht sichergestellt, dass die bearbeiteten Flächen am Werkstück nach dem Trennen der Verbindung zwischen Maschine und Werkstück noch die geforderte Genauigkeit haben. Da Großbauteile selten verworfen, sondern so lange bearbeitet werden bis sie einsatzbereit sind, sind in diesen Fällen Nacharbeiten oder erneute Überarbeitungen notwendig. Die Reproduzierbarkeit der Anbindung, wesentliche Grundlage für Aufgaben der Instandhaltung und Reparatur, ist zudem nur mit der Methode Schrauben gegeben.
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen und präzisen Positionieren von Grafiken auf einer Oberfläche ist aus der Druckschrift
EP 2 108 515 B1 bekannt. Es wird ein Positioniersystem genannt, das flexible Schienen aufweist, die über Befestigungselemente an einer gekrümmten Oberfläche befestigbar sind. Die Befestigungselemente sind in Form von Saugnäpfen ausgestaltet, was die Reproduzierbarkeit der Positionierung bei der Montage der Schienen erschwert.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 016 818 A1 beschreibt einen mobilen Reibschweißkopf und mobiles Reibschweißverfahren. Der Reibschweißkopf wird an der Oberfläche eines Werkstückes mittels mehrerer Saugnäpfe befestigt. Der Reibschweißkopf kann beliebig im Raum positioniert und manuell oder automatisch auf dem Werkstück fixiert werden. Eine reproduzierbare Positionierung ist auch bei dieser Druckschrift nicht vorgesehen.
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Aus der Druckschrift
EP 2 538 297 A2 ist ein Herstellungssteuerungssystem bekannt, wobei ein Schienensystem zur Befestigung von Maschinen an einem Flugzeug offenbart wird. Das Schienensystem ist nicht für die dauerhafte Befestigung der Maschine an dem Flugzeug vorgesehen.
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Die europäische Druckschrift
EP 2 328 716 B1 beschreibt ein Bohrsystem mit zugehörigem Verfahren. Das Bohrsystem weist eine Tragstruktur für die Montage auf einer zu durchbohrenden Oberfläche auf, einen Balken auf der Tragstruktur und einen, auf dem Balken angeordneten Werkzeugträger. Die Montage des Bohrsystems erfolgt über, an der Tragstruktur angeordnete Saugnäpfe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Befestigung einer mobilen Werkzeugmaschine zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, hohe Bearbeitungskräfte übertragen kann und eine gute Reproduzierbarkeit am Werkstück ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Vorrichtung sieht eine Adapterplatte für die Befestigung am Bauteil beziehungsweise am Werkstück, Justageelemente für die Lagebestimmung des Maschinenfußes und Befestigungselemente für die Definition der Endlage und die Übertragung der Prozesskräfte vor.
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Die Vorrichtung für die Befestigung einer mobilen Werkzeugmaschine an einem Werkstück weist Mittel zur Aufnahme eines Maschinenfußes der Werkzeugmaschine auf, wobei die Vorrichtung eine, an dem Werkstück ausgebildete oder mit dem Werkstück verbindbare, Adapterplatte aufweist und wobei an der Adapterplatte ein zumindest teilweise den Maschinenfuß umschließendes Rahmenelement zur Aufnahme des Maschinenfußes angeordnet ist. Das Rahmenelement weist ein Justageelement zur Positionsänderung des Maschinenfußes aufweist derart, dass der Maschinenfuß mit dem Justageelement positionierbar ist, wobei das Justageelement ein keilförmiges verschiebbares Auflageelement aufweist derart, dass mit Verschieben des Auflageelements eine Positionsänderung des Maschinenfuß umsetzbar ist.
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Das Justageelement ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung in Form eines vertikalen Justageelements zur Höheneinstellung des Maschinenfußes ausgebildet derart, dass der Maschinenfuß auf dem Justageelement höhenveränderlich positionierbar ist, wobei das Justageelement eine keilförmige Grundplatte und eine zu der keilförmigen Grundplatte korrespondierende Auflageplatte aufweist derart, dass die Grundplatte mit der Auflageplatte eine höhenverstellbare Aufnahmefläche für den Maschinenfuß bildet.
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Die Adapterplatte weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung Gewindebohrungen auf, wobei das Rahmenelement mit der Adapterplatte mittels Montageschrauben in den Gewindebohrungen verschraubbar ist. Die Adapterplatte wird am Bauteil beispielsweise angeschweißt und verbleibt auch nach erfolgter Bearbeitung dort. Da die Adapterplatte nach Abschluss der Arbeiten nicht wieder vom Bauteil entfernt wird, kommt es nicht zu einer Veränderung der Bauteilgeometrie durch lokale Entspannung des Grundmaterials des Großbauteils. Einmal angebracht steht die Grundplatte für sich anschließende Inspektions- oder Wartungsaufgaben am Bauteil jederzeit zur Verfügung und gewährleistet eine definierte Position für die Anbringung der Werkzeugmaschine.
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In einer ersten Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Rahmenelement auf einer horizontal angeordneten Adapterplatte montiert, wobei das Rahmenelement den Maschinenfuß umfangsseitig beabstandet umschließt. Mit einem derartigen Rahmenelement können vertikale Maschinenfüße aufgenommen werden.
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In einer zweiten Ausgestaltung ist das Rahmenelement in Form eines Rahmenwinkels auf einer vertikal angeordneten Adapterplatte montiert, wobei eine seitliche Aussparung für einen seitlich wegweisenden Maschinenfuß vorgesehen ist.
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Vorteilhafter Weise weist das Rahmenelement ein horizontales Justageelement auf, wobei das horizontale Justageelemente senkrecht zu dem vertikalen Justageelement ausgebildet ist sind.
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Das horizontale Justageelement ist bevorzugt in Form eines, entlang einer Linearführung verschiebbaren Keilelements ausgebildet ist. Jedoch sind auch Schrauben, welche an dem Maschinenfuß anliegen und mittels Einschraubens diesen verschieben denkbar.
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Für eine exakte Einstellbarkeit der Justageelemente sind die Auflageplatte und/oder das verschiebbare Keilelement entlang einer zugehörigen Spindel verfahrbar. Zusätzlich kann die Spindel mittels weiterer Schrauben in ihrer Position gesichert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in dem Rahmenelement zumindest bereichsweise in Seitenflächen Fixierschrauben angeordnet, wobei mittels der Fixierschrauben der Maschinenfuß unter Vorspannung bringbar und fixierbar ist.
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Für eine optimale Positionierung der Vorrichtung an dem Werkstück weist die die Adapterplatte bevorzugt eine Passfläche für die Aufnahme des Rahmenelements auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung für Montage einer Werkzeugmaschine auf einer ebenen Fläche eines Werkstücks,
- 2 eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung gemäß 1,
- 3 eine beispielhafte Anordnung einer mobilen Werkzeugmaschine an einem Werkstück,
- 4 eine Vorrichtung für die Montage einer Werkzeugmaschine in einem zylindrischen Werkstück,
- 5 eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung gemäß 4,
- 6 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß 4,
- 7 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß 4,
- 8 eine Darstellung einer Werkzeugmaschine für zylindrische Werkstücke,
- 9 eine Werkzeugmaschine gemäß 8 in einem zylindrischen Werkstück.
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In der 1 ist eine Vorrichtung für die Montage einer Werkzeugmaschine mittels eines Maschinenfußes M auf einem Werkstück dargestellt. Eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung nach 1 ist in der 2 erkennbar. Die Vorrichtung weist eine Adapterplatte 1 auf, die an dem Werkstück ausgebildet oder mit dem Werkstück verbindbar ist. Die Verbindung der Adapterplatte 1 mit dem nicht dargestellten Werkstück erfolgt bevorzugt mittels Kleben, Schweißen oder Schrauben. Die Adapterplatte 1 kann in ihrer geometrischen Gestalt an die Erfordernisse des Bauteils oder Werkstücks angepasst werden und sorgt so für eine definierte Auflagefläche für den Maschinenfuß M. Die Adapterplatte 1 weist eine Passfläche 1.1 an der Adapterplatte 1 auf, an der ein Rahmenelement 2 befestigt ist.
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Der Maschinenfuß M ist mittels Schrauben S mit der Adapterplatte 1 verbunden, wobei zwischen dem Maschinenfuß M und der Adapterplatte 1 das Rahmenelement 2 mit einem Justageelement, aufweisend eine keilförmige Grundplatte 3 sowie eine korrespondierende Auflageplatte 4, angeordnet ist. Die Grundplatte 3 ist mit dem Rahmenelement 2 einteilig ausgebildet oder daran verschweißt. Die Auflageplatte 4 ist über eine Spindel 5 entlang der Spindelachse verschiebbar, wobei durch die keilförmige Geometrie eine Anhebung der Auflageplatte 4 und damit des darauf angeordneten Maschinenfußes M erfolgt.
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Durch die Verschiebbarkeit der Auflageplatte 4 mittels der Spindel 5 werden die Schrauben S des Maschinenfußes M durch Langlöcher 6 in der Auflageplatte 4 geführt. Die Schrauben S sind in die Grundplatte 3 und/oder in die Adapterplatte 1 in dazu korrespondierenden Bohrungen mit Gewinde einschraubbar. Des Weiteren ist das Rahmenelemente 2 mit der Adapterplatte 1 mittels Montageschrauben 1 verbunden.
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In dem umfangsseitig geschlossenen Rahmenelement 2 sind je Seite zwei Fixierschrauben 7 in zugehörigen Bohrungen 7.1 in Höhe des Maschinenfußes angeordnet. Die Fixierschrauben 7 sind in das Rahmenelement 2 einschraubbar, wobei mittels der Fixierschrauben 7 der Maschinenfuß unter Vorspannung bringbar und fixierbar ist. Eine weitere Fixierschraube 8 ist für die Fixierung der Auflageplatte 4 vorgesehen. Diese Fixierschraube 8 ist der Spindel 5 gegenüberliegend angeordnet. Des Weiteren sind Montageschrauben 9 für die Verschraubung der Grundplatte 3 des Rahmenelements 2 mit dafür vorgesehenen Bohrungen 9.1 in dem Adapterelement 1 angeordnet.
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3 zeigt eine Werkzeugmaschine WM, die mittels einer ersten und zweiten Vorrichtung V und je einem, in der Vorrichtung V positioniertem Maschinenfuß M auf einem Werkstück WS verschraubt ist. Des Weiteren kann die Werkzeugmaschine mittels einer nicht dargestellten dritten und bei Bedarf vierten Vorrichtung V montiert werden. Die Vorrichtungen des dritten und vierten Maschinenfußes sind hinter der ersten und zweiten Vorrichtung V in einer zweiten Reihe angeordnet. Durch die Justageelemente unter jedem Maschinenfuß kann die Lage des Maschinenfußes definiert und über die Befestigungselemente am Bauteil fixiert werden.
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Neben der Anbindung der Werkzeugmaschine an ebene Werkstücke ist in einer alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung eine Anbindung an rotatorische Werkstücke (Zylindermantelinnenfläche) möglich. Eine diesbezügliche Vorrichtung ist in den 4 bis 7 mit einer zugehörigen beispielhaften Werkzeugmaschine in den 8 und 9 dargestellt. Für die Montage an einem Rundzylinder sind mindestens drei Vorrichtungen mit Adapterplatten vorzusehen, die innerhalb des Rundzylinders angeordnet sind.
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Die Vorrichtung gemäß den 5 bis 9 weist eine vertikal montierte Adapterplatte 1 auf, wobei der Aufbau der Adapterplatte 1 identisch zu den 1 bis 3 ist.
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An der Vorrichtung V ist das Rahmenelement 2 in Form eines Rahmenwinkels ausgebildet, wobei an dem Rahmenelement 2 ein radiales Justageelement ausgebildet ist, welches senkrecht zu dem axialen Justageelement angeordnet ist. Das Rahmenelement 2 wird aus mehreren Teilen mittels Schweißens hergestellt. Das axiale Justageelement wird aus der Grundplatte 3 und der Auflageplatte 4 gebildet, wobei die Auflageplatte 4 mittels der Spindel 5 und zugehöriger Fixierschraube 8 verstellbar ist. Das radiale Justageelement ist Form eines, entlang einer Linearführung 10 verschiebbaren Keilelements 11 ausgebildet.
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Das verschiebbare Keilelement 11 ist ebenfalls entlang einer Spindel 12 verfahrbar und kann bedarfsweise mittels einer Fixierschraube 13 fixiert werden. Die Spindel 12 liegt parallel zu der Linearführung 10. Das Keilelement 11 bildet eine Anlagefläche für einen horizontalen Maschinenfuß, beispielsweise einen Träger T einer Werkzeugmaschine WM gemäß den 8 und 9.
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8 zeigt eine Anordnung aus einer Werkzeugmaschine WM, die mittels dreier Träger T auf je einer Vorrichtung V angeordnet ist. Die Werkzeugmaschine WM ist mittels der Vorrichtungen axial und radial in ihrer Position einstellbar. Ein Anwendungsfall dieser Ausgestaltung ist in der 9 dargestellt, wobei die Werkzeugmaschine WM im Inneren eines Werkstücks WS in Form eines Rundzylinders auf drei Vorrichtungen angeordnet ist.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Werkstücke von großer Bauart, beispielsweise Ausleger von Kränen für den Containerumschlag zu bearbeiten. Weitere Werkstücke zur Bearbeitung sind Türme für Windenergieanlagen, Kraftwerksbauteile sowie allgemein Bauteile mit einer Größe über 3 Meter.
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Die Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung der Werkstücke werden bevorzugt in einzelnen Bauteilen angeliefert und vor Ort zusammengesetzt. Alternativ kann die Werkzeugmaschine an dem Werkstück vormontiert angeliefert werden. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Containers. Nachfolgend wird die Werkzeugmaschine mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Werkstück verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Adapterplatte
- 1.1
- Passfläche
- 2
- Rahmenelement
- 3
- Grundplatte
- 4
- Auflageplatte
- 5
- Spindel
- 6
- Langlöcher
- 7
- Fixierschraube
- 7.1
- Bohrung
- 8
- Fixierschraube
- 9
- Montageschraube
- 9.1
- Bohrung
- 10
- Linearführung
- 11
- Keilelement
- 12
- Spindel
- M
- Maschinenfuß
- S
- Schraube
- T
- Träger
- V
- Vorrichtung
- WS
- Werkstück
- WM
- Werkzeugmaschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2108515 B1 [0009]
- DE 102008016818 A1 [0010]
- EP 2538297 A2 [0011]
- EP 2328716 B1 [0012]
