DE10356387B4

DE10356387B4 - Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen

Info

Publication number: DE10356387B4
Application number: DE10356387A
Authority: DE
Inventors: Christoph Raatz; Klaus Dr. Rehm
Original assignee: INNOTECH HOLZTECHNOLOGIEN GmbH; IHD Institut fuer Holztechnologie Dresden gGmbH
Current assignee: Innotech Holztechnologien 12589 Berlin De GmbH; INSTITUT FUER HOLZTECHNOLOGIE DRESDEN GGMBH, 01217
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: DE20310596U1; DE10356387A1

Abstract

Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen mit einem beheizten Glättwerkzeug, das eine Werkzeugheizung umfaßt, wobei
die Vorrichtung eine erste Einrichtung (9) zur Aufnahme des Werkzeuges (10), in der sich das Werkzeug (10) in Arbeitsposition befindet, und eine zweite Einrichtung (3) zur Aufnahme des Werkzeuges (10), in der sich das Werkzeug (10) in Ruheposition befindet, umfaßt;
die erste Einrichtung (9) ein Steckelement (2.1) aufweist, das mit einem Steckelement (2.2) des Werkzeuges (10) eine vertikale Steckverbindung (2) ausbilden kann;
die zweite Einrichtung (3) ein Steckelement (1.1) aufweist, das mit einem Steckelement (1.2) des Werkzeuges (10) eine horizontale Steckverbindung (1) ausbilden kann;
die vertikale Steckverbindung (2) ausgebildet ist und die horizontale Steckverbindung (1) gelöst ist, wenn sich das Werkzeug (10) in der Arbeitsposition befindet, wobei die Werkzeugheizung des Werkzeuges (10) über die vertikale Steckverbindung (2) mit Heizenergie versorgt wird; und
die horizontale Steckverbindung...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren unter Verwendung dieser Vorrichtung.

Profile aus Holz und Holzwerkstoffen, insbesondere solche aus mitteldichten Faserplatten (MDF), können durch Glätten bearbeitet werden, um die Qualität der Oberfläche zu verbessern. Verfahren zum Glätten von Profilen werden in DD 292 412 A5 , DE 197 18 735 C2 , DE 198 10 148 C2 und DE 102 22 993 B3 beschrieben. Zum Glätten werden in der Regel erhitzte Glättwerkzeuge eingesetzt, die Bestandteil von Holzbearbeitungsmaschinen sind. Bei derartigen Holzbearbeitungsmaschinen handelt es sich weiter überwiegend um CNC-Bearbeitungsmaschinen.

Bei den bekannten Verfahren sind diese Glättwerkzeuge entweder an permanenten Glättstationen der Holzbearbeitungsmaschinen vorgesehen oder werden durch Einwechseln in Arbeitsposition gebracht, wobei in diesem Fall in der Regel ein anderes Werkzeug der Holzbearbeitungsmaschine ausgetauscht wird.

Grundsätzlich sollte eine derartige Holzbearbeitungsmaschine folgende Anforderungen erfüllen:

(1) Es müssen verschiedene Werkzeuge verwendet werden können, wobei diese in einem Werkzeugmagazin bereitzuhalten und gegebenenfalls vorzuheizen sind.
(2) Nach dem Einwechseln der Werkzeuge müssen diese in sehr kurzer Zeit eine Betriebstemperatur von 200 bis 450°C erreichen.
(3) Die Werkzeuge müssen während der Bearbeitungsvorganges abhängig von Form und Masse des Werkzeuges beheizt werden.
(4) Die Temperatur der auf das Werkstück einwirkenden Oberfläche der Werkzeuge ist konstant zu halten, außerdem ist die Heizung der Werkzeuge gegen örtliche Überhitzung zu schützen.
(5) Die Werkzeuge sind aus Gründen des Arbeitsschutzes und Brandschutzes im Werkzeugmagazin gegen Staubbelastung abzudecken.

Das Vorheizen des Glättwerkzeuges erfolgt nach dem Stand der Technik durch eine zusätzliche induktive Heizung ( DE 20211618 U1 ) oder durch eine elektrische Widerstandsheizung während einer Wartezeit nach dem Einwechseln. Die Energiezuführung der elektrischen Widerstandsheizung wird über eine Steckkupplung realisiert, die beim Einwechseln des Glättwerkzeuges gefügt wird. Die Steuerung der Heizenergie erfolgt über die Steuerung der Holzbearbeitungsmaschine, die dazu ausgelegt und programmiert sein muß. Ein Nachrüsten vorhandener Holzbearbeitungsmaschinen mit diesen Glättwerkzeugen ist entweder nicht möglich oder mit erheblichem Aufwand verbunden. In jedem Fall ist ein Eingriff in die Maschinensteuerung erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen angegeben werden, die die vorstehenden Anforderungen erfüllt und das Einwechseln von Glättwerkzeugen vereinfacht. Darüber hinaus soll ein Verfahren angegeben werden, daß diese Vorrichtung verwendet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 sowie 6 und 7.

Nach Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen mit einem beheizten Glättwerkzeug, das eine Werkzeugheizung umfaßt, vorgesehen, wobei

– die Vorrichtung eine erste Einrichtung zur Aufnahme des Werkzeuges, in der sich das Werkzeug in Arbeitsposition befindet, und eine zweite Einrichtung zur Aufnahme des Werkzeuges, in der sich das Werkzeug in Ruheposition befindet, umfaßt;
– die erste Einrichtung ein Steckelement aufweist, das mit einem Steckelement des Werkzeuges einen Steckkontakt ausbilden kann;
– die zweite Einrichtung ein Steckelement aufweist, das mit einem Steckelement des Werkzeuges einen Steckkontakt ausbilden kann;
– der Steckkontakt ausgebildet ist und der Steckkontakt gelöst ist, wenn sich das Werkzeug in der Arbeitsposition befindet, wobei die Werkzeugheizung des Werkzeuges über Steckkontakt mit Heizenergie versorgt wird; und
– der Steckkontakt ausgebildet ist und der Steckkontakt gelöst ist, wenn sich das Werkzeug in der Ruheposition befindet; wobei Werkzeugheizung des Werkzeuges über Steckkontakt mit Heizenergie versorgt wird.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann Thermoglätten von Holz oder Holzwerkstoffen an einer Bearbeitungsmaschine mit verschiedenen Werkzeugen durchgeführt werden, ohne daß ein Eingriff in die Maschinensteuerung des Thermoglättprozesses bei einem Wechsel der Werkzeuge erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt somit erstmals ein wechselbares Glättwerkzeug zum Bearbeiten von Holz und Holzwerkstoffen auf CNC-Bearbeitungsmaschinen mit einer zusätzlichen, weitgehend maschinensteuerungs-unabhängigen Heizung und Steuer-/Regeleinrichtung zur Verfügung, wobei die Steuerung der Werkzeugheizung über mindestens doppelt angeordnete kontaktierende Steckkontakte zur Versorgung des Glättwerkzeuges mit Energie in einer Werkzeugaufnahme zur Bearbeitung einerseits und im Werkzeugmagazin andererseits realisiert wird.

Unter Arbeitsposition wird die Position des Werkzeuges verstanden, in der das Werkzeug so in der Bearbeitungsmaschine eingekoppelt ist, daß es zur Bearbeitung des Holzes oder Holzwerkstoffes (ohne weitere Kopplungsschritte) verwendet werden kann. Unter Ruheposition wird eine Position des Werkzeuges verstanden, in der eine Einkoppelung in der Bearbeitungsmaschine erforderlich ist, um das Werkzeug dann zur Bearbeitung des Holzes oder Holzwerkstoffes verwendet zu können.

Dazu ist erfindungsgemäß das Werkzeug mit einer Energieschnittstelle ausgerüstet, die über mehrfache Steckkontakte ("Steckverbinder") lastfrei fügbar ist. Auf diese Weise läßt das Werkzeug die Realisierung eines Heizzyklus mit unterschiedlichen Lastphasen zu, so daß in der zweiten Einrichtung ("Werkzeugmagazin") nach dem Wechselvorgang und während der Bearbeitung werkzeugabhängig eine geregelte Heizleistungseinkopplung erfolgen kann.

Die Steckkontakte können sowohl in Achsrichtung des Werkzeuges als auch gegebenenfalls in Richtung senkrecht zu der Werkzeugachse Energie übertragen. Es können mehr als zwei Steckkontakte vorgesehen sein.

Die Steckverbindungen werden während des Werkzeugwechselvorgangs zeitlich und räumlich versetzt geschlossen oder geöffnet, wobei durch Schalter die Stromkreise der Steckkontakte zeitversetzt geschaltet werden können.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die oben genannten Forderungen (1) bis (5) realisiert.

Das Werkzeug weist vorzugsweise einen ersten Temperatursensor auf, der an der Oberfläche des Werkzeuges angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist das Werkzeug ferner einen zweiten Temperatursensor auf, der im Inneren des Werkzeuges angeordnet ist. Die Temperatursensoren dienen zur Überwachung der Heizleistung und zur Temperaturregelung während des Glättens, wobei über die beiden Temperatursensoren die Temperatur an der Werkzeugoberfläche und in der Werkzeugheizung mit getrennt erfaßt werden kann. Vorzugsweise nutzt die Temperaturregelung der Werkzeugheizung einerseits die Temperatur der Werkzeugoberfläche zur Steuerung der Heizleistung und andererseits die Temperatur der Werkzeugheizung selbst, womit im letztgenannten Fall eine Überhitzung der Werkzeugheizung und des Werkzeuginneren verhindert werden soll. Nutzt die Temperaturregelung beide Temperatursensoren so sollte die Regelentscheidung zweckmäßigerweise mit einer UND-Entscheidung verknüpft werden oder die Regelentscheidungen in einem digitalen Regler entsprechend verknüpft werden.

Das Werkzeug kann eine Kodierung für die Heizleistung des Werkzeuges aufweisen, mit der die von dem jeweiligen Werkzeug benötigte Heizleistung beeinflußt werden kann. Die Kodierung kann eine elektrische (analoge oder digitale) Kodierung des Werkzeuges sein.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Wechseln eines Werkzeuges in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die Schritte

(a) Heizen des Werkzeuges in der zweiten Einrichtung über Steckverbindung auf eine erste Temperatur;
(b) Entnahme des Werkzeuges aus der zweiten Einrichtung unter Lösen der Steckverbindung;
(c) Einsetzen des Werkzeuges in die erste Einrichtung unter Herstellen der Steckverbindung; und
(d) Heizen des Werkzeuges in der ersten Einrichtung über Steckverbindung auf eine zweite Temperatur, die über der ersten Temperatur liegt.

Bevorzugt ist die Heizleistung, mit der das Werkzeug in Schritt (a) beheizt wird, geringer als die Heizleistung ist, mit der das Werkzeug in Schritt (d) beheizt wird.

Die Heizleistung, mit der das Werkzeug im Anschluß an Schritt (d), versorgt wird, wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Kodierung und zumindest einem der Temperatursensoren geregelt werden.

Besonders bevorzugt regelt die Steuereinrichtung die Werkzeugheizung des Werkzeuges beim Einwechseln des Werkzeuges aus der zweiten Einrichtung in die erste Einrichtung wie folgt:
Phase 1: permanentes Vorheizen des Werkzeuges in der zweiten Einrichtung mit verringerter Heizleistung;
Phase 2: kurzzeitige erhöhte Heizleistung nach dem Einwechseln in die erste Einrichtung; und
Phase 3: Steuerung/Regelung der Heizleistung entsprechend der Werkzeugkodierung und/oder der Meßergebnisse eines oder aller Temperatursensor(en).

Die erste Einrichtung wird im folgenden als Werkzeugaufnahme bezeichnet; die zweite Einrichtung wird im folgenden als Werkzeugmagazin bezeichnet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen wird. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß 1 wird das Glättwerkzeug 10, daß im folgenden als "Werkzeug" bezeichnet wird, mittels einer üblichen Schnittstelle 7 in eine Werkzeugaufnahme 9 oder eine Werkzeugspindel eingewechselt. Dieser Fügevorgang erfolgt in Achsrichtung des Werkzeuges 10.
Das Entnehmen bzw. das Ablegen der Werkzeuge aus dem bzw. in das Magazin 3 erfolgt mit einer Bewegung senkrecht zu der Werkzeugachse bzw. durch Ablegen der Werkzeuge auf der der Werkzeugspannung abgewandten Seite. In dem Magazin 3 können sich weitere Werkzeug 10 befinden.
Um die Heizung des Glättelementes 8 des Werkzeuges 10 zu realisieren, ist die Kopplung der Werkzeugschnittstelle mit einer Energiezuführung notwendig.
Ferner ist eine Steckverbindung 1, 2 vorgesehen, die wegversetzte und damit beim Fügen der Steckverbindung 1, 2 zeitversetzte Steckkontakte beinhaltet. Auf diese Weise wird die Schaltung der Energiezufuhr unabhängig von der Maschinensteuerung realisiert und ein Fügen des Werkzeuges 10 unter elektrischer Belastung der Schnittstelle vermieden. Durch diesen Zeitversatz wird sichergestellt, daß die Energie des Heizkreises nach dem Fügen der Steckverbindung 1, 2 unabhängig von der Maschinensteuerung zugeschaltet werden kann. Die Steckverbindung 1, 2 ist erfindungsgemäß doppelt angeordnet, einmal in Richtung der Werkzeugachse 2 und ein zweites Mal in Richtung der Entnahmebewegung am Werkzeugmagazin 3, wodurch eine Heizleistung im Werkzeugmagazin unabhängig von der Werkzeugaufnahme bei der Bearbeitung zugeführt werden kann. Dazu ist jeder Platz im Werkzeugmagazin 3 ebenfalls mit einem derartigen Steckkontaktsystem ausgerüstet. Die zeitversetzte Schaltung der Stromkreise der einzelnen Steckkontakte kann dabei auch durch berührende oder berührungslose Schalter erfolgen, die durch den Steckvorgang selbst ausgelöst werden.
Um die Heizleistung der Vorrichtung an die verschiedenen Werkzeuge 10 anpassen zu können, werden die Werkzeuge 10 mit einer elektrischen Kennung 4 versehen. Dies kann sowohl eine digitale Kodierung als auch eine analoge Kodierung (z. B. ein einstellbarer ohmscher Widerstand) der Heizleistung sein, die über gegebenenfalls zusätzliche Kontakte der Steckverbindung an die Steuereinrichtung 5 der Glättwerkzeuge 10 übertragen wird. Bei der Fertigung der Werkzeuge 10 wird die notwendige Information zur Heizleistung direkt im Werkzeug 10 kodiert.
Zur Realisierung der Temperaturregelung während des Glättvorganges kann ein Temperatursensor 6 in das Werkzeug 10 integriert werden, dessen Meßsignal über die Steckverbindung 2 an des Steuergerät 5 der Werkzeuge 10 übertragen wird.
Um die Oberflächentemperatur zu regeln und die Heizung vor Überhitzung zu schützen, können zwei getrennte Temperatursensoren 6 in dem Werkzeug 10 vorgesehen sein, von denen einer direkt in der Nähe des Glättelementes 8 und ein anderer direkt in der Nähe der Heizung positioniert ist. Der erste Temperatursensor 6 dient der Regelung der Heizung, d. h der Führung der Arbeitstemperatur des Glättelementes 8, wofür ein PID- oder Fuzzy-Regler genutzt wird.
Der zweite Temperatursensor 6 dient als Signalgeber für eine zweite Regelung, die die Überhitzung der Werkzeugheizung verhindert.
Zur Kombination werden beide Regelausgänge mit einer UND-Verknüpfung wirksam oder die Regelentscheidungen in einem digitalen Regler entsprechend verknüpft.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine vergleichsweise schnelle und einfache Auswechslung des Werkzeuges.
Um die Einsatzbereitschaft des eingewechselten Werkzeuges 10 möglichst schnell herzustellen, die Werkzeugtemperatur im Werkzeugmagazin 3 möglichst gering zu halten und einen gleichmäßigen Temperaturverlauf beim Glätten zu erreichen, kann folgendes Verfahren angewendet werden. Dieses Verfahren sieht eine zeitliche Steuerung der Heizleistung vor.
Phase 1
Das Werkzeug 10 wird im Werkzeugmagazin 3 mit einer verringerten Heizleistung auf eine Grundtemperatur, die unterhalb der Arbeitstemperatur liegt, vorgeheizt.
Phase 2
Nach der Entnahme des Werkzeuges 10 aus dem Werkzeugmagazin und dessen Einwechslung in die Werkzeugaufnahme 9 wird das Werkzeug 10 mit erhöhter Heizleistung auf die Arbeitstemperatur aufgeheizt, um die Arbeitstemperatur schnell zu erreichen.
3. Phase
Während der Verwendung des Werkzeuges 10 zur Bearbeitung der Werkstoffoberfläche wird mit geregelter oder gestellter Heizleistung geheizt, wobei die Heizleistung einerseits von der Werkzeugkodierung, andererseits aber auch von den Meßergebnissen der Temperatursensoren 6 abhängen kann.
Diese drei Phasen können mit dem Steuergerät 5 geregelt werden. Zur Ausführung des vorstehenden Verfahrens weist das Steuergerät folgende Funktionen auf: (1) eine Zeitverzögerung für das Einsetzen der Heizleistung entsprechend der Steckverbindungskonfiguration; (2) eine Steuerung der Zeit der erhöhten Heizleistung nach dem Einwechseln des Werkzeuges 10 in die Werkzeugaufnahme 9; und (3) eine Steuerung (oder auch Regelung) der Heizleistung in Abhängigkeit von der Werkzeugkodierung und gegebenenfalls den Meßwerten der Temperatursensoren 6.

1: horizontale Steckverbindung
1.1; 1.2: Steckelemente der Steckverbindung 1
2: vertikale Steckverbindung
2.1; 2.2: Steckelemente der Steckverbindung 2
3: zweite Einrichtung, Werkzeughalter im Werkzeugwechsler ("Werk
: zeugmagazin")
4: Kodierung der Heizleistung des Werkzeuges
5: Heizleistungsregler ("Steuergerät")
6: Temperatursensoren
7: Werkzeugschnittstelle
8: Glättelement (des Werkzeuges)
9: erste Einrichtung zur Aufnahme des Werkzeuges (nicht rotierend)
10: Werkzeug

Claims

Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen mit einem beheizten Glättwerkzeug, das eine Werkzeugheizung umfaßt, wobei die Vorrichtung eine erste Einrichtung (9) zur Aufnahme des Werkzeuges (10), in der sich das Werkzeug (10) in Arbeitsposition befindet, und eine zweite Einrichtung (3) zur Aufnahme des Werkzeuges (10), in der sich das Werkzeug (10) in Ruheposition befindet, umfaßt; die erste Einrichtung (9) ein Steckelement (2.1) aufweist, das mit einem Steckelement (2.2) des Werkzeuges (10) eine vertikale Steckverbindung (2) ausbilden kann; die zweite Einrichtung (3) ein Steckelement (1.1) aufweist, das mit einem Steckelement (1.2) des Werkzeuges (10) eine horizontale Steckverbindung (1) ausbilden kann; die vertikale Steckverbindung (2) ausgebildet ist und die horizontale Steckverbindung (1) gelöst ist, wenn sich das Werkzeug (10) in der Arbeitsposition befindet, wobei die Werkzeugheizung des Werkzeuges (10) über die vertikale Steckverbindung (2) mit Heizenergie versorgt wird; und die horizontale Steckverbindung (1) ausgebildet ist und die vertikale Steckverbindung (2) gelöst ist, wenn sich das Werkzeug (10) in der Ruheposition befindet; wobei die Werkzeugheizung des Werkzeuges (10) über die hori zontale Steckverbindung (1) mit Heizenergie versorgt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (10) ferner einen erste Temperatursensor (6) aufweist, der an der Oberfläche des Werkzeuges (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (10) ferner einen zweiten Temperatursensor (6) aufweist, der im Inneren des Werkzeuges (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (10) ferner eine Kodierung (4) für die Heizleistung des Werkzeuges (10) aufweist.
Verfahren zum Wechseln eines Werkzeuges in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Schritte (a) Heizen des Werkzeuges (10) in der zweiten Einrichtung (3) über Steckverbindung (2) auf eine erste Temperatur; (b) Entnahme des Werkzeuges (10) aus der zweiten Einrichtung (3) unter Lösen der Steckverbindung (2); (c) Einsetzen des Werkzeuges (10) in die erste Einrichtung (9) unter Herstellen der Steckverbindung (1); und (d) Heizen des Werkzeuges (10) in der ersten Einrichtung (9) über Steckverbindung (2) auf eine zweite Temperatur, die über der ersten Temperatur liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung, mit der das Werkzeug (10) in Schritt (a) beheizt wird, geringer als die Heizleistung ist, mit der das Werkzeug (10) in Schritt (d) beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung, mit der das Werkzeug im Anschluß an Schritt (d), versorgt wird, in Abhängigkeit von der Kodierung (4) und zumindest einem der Temperatursensoren (6) geregelt wird.