DE19525989A1 - Lochformverfahren und Lochvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Lochformverfahren und eine Lochvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Lochformverfahren und eine Vorrichtung, die gewährleisten, daß Löcher durch ein langgestrecktes hohles Werkstück ge­ formt werden, bei dem nicht nur vermieden wird, daß während des Lochens entstehender Abfall an der Innenwand eines Werk­ stückes, wie eines Chassisrahmens oder dgl., anhaftet son­ dern auch, das Rostschutzöl während des Lochens verbrennt bzw. verkokt.

Generell werden viele langgestreckte Hohlträger für Chassis­ rahmen von Fahrzeugen eingesetzt. Dabei wird eine gewünschte Anzahl von Löchern je mit vorbestimmten Durchmessern in eine Seitenwand jedes Profils oder Trägers eingebracht, so daß Komponenten an dem Träger unter Verwendung der vorgeformten Löcher angebracht werden können. Einige Bauarten solcher Chassisrahmen werden nach Fertigstellen von vorgegebenen Arbeitsgängen versandt, um mit anderen Komponenten an ent­ fernten Orten, z. B. im Ausland, montiert zu werden. Um wäh­ rend des Versandes, insbesondere der Verschiffung, Rostbil­ dung an der Oberfläche des Chassisrahmens zu vermeiden, wird die Oberfläche des Chassisrahmens mit einem Rostschutzöl bedeckt. Es besteht jedoch die Schwierigkeit, daß das Rost­ schutzöl aufgrund der beim Lochen entstehenden Wärme ver­ brennt oder durch das Lochen erzeugte Rückstände an der ge­ genüberliegenden Innenwand des Chassisrahmens anhaften, was Rost um die Orte dieser Rückstände erzeugt und zu einem An­ rosten von Teilbereichen des Chassisrahmens einschließlich unerwünschten Rostens der Rückstände führt.

Die vorliegende Erfindung entstand vor dem geschilderten Hintergrund, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Loch­ formverfahren und eine Lochvorrichtung zu schaffen, die ge­ währleisten, daß eine gewünschte Anzahl von Löchern je mit einem vorbestimmten Durchmesser in ein langgestrecktes hoh­ les Werkstück eingeformt werden können, wobei nicht nur Ab­ lagerungen von Rückständen oder Spänen an den inneren Sei­ tenwänden des Werkstückes sondern auch ein Verbrennen bzw. Verkoken von Rostschutzöl vermieden werden, welches die Wandoberflächen des Werkstückes bedeckt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Lochvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.

Es ist bevorzugt, einen Plasmabrenner oder einen Laser als Lochwerkzeug einzusetzen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kühlluft-Blaseinheit einen in Richtung auf das Öffnungsende des Werkstückes vorwärts bzw. rückwärts verlagerbaren Stützblock, einen von dem Stützblock getragenen Kühlkopf und eine am Kühlkopf gehaltene Kühlluft­ düse aufweist.

Es ist ferner bevorzugt, daß der Kühlkopf direkt vor dem Öffnungsende des Werkstückes in einem vorbestimmten Abstand davon angeordnet ist um Umgebungsluft in das Werkstück ein­ strömen zu lassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Lochformen mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgesehen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Lochvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Lochvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Seitenansicht, welche den Aufbau eines Werkstück-Stützständers darstellt;

Fig. 4 eine Teil-Seitenansicht in größerem Maßstab, die einen wesentlichen Teil der Lochvorrichtung darstellt;

Fig. 5 eine Teil-Seitenansicht, welche eine Kühlluft-Speiseeinheit gemäß der Erfindung darstellt;

Fig. 6 eine abgebrochene Seitenansicht, aus der die Lagebeziehung zwischen einer Kühlluft-Speisedü­ se und einem Werkstück hervorgehen;

Fig. 7 eine abgebrochene Seitenansicht eines Kühlkop­ fes und eines Werkstückteiles gemäß einer ande­ ren Ausführung der Erfindung;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, welche schema­ tisch darstellt, wie Umgebungsluft in das Werk­ stückinnere eingeführt wird;

Fig. 9 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Tempera­ turänderung über der Zeit, wobei die Temperatur benachbart einem Loch gemessen ist;

Fig. 10(a) eine erläuternde perspektivische Ansicht, wel­ che veranschaulicht, daß Rückstand an der Sei­ tenfläche des Werkstückes anhaftet und Rost­ schutzöl während einer üblichen Plasma-Lochung lokal abgebrannt ist;

Fig. 10(b) eine erläuternde Darstellung, welche das Werk­ stückinnere nach Vollendung einer Lochung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 11 eine erläuternde Darstellung, welche die geome­ trische Bahn eines Plasmabrenners darstellt, der zum Lochen gemäß der Erfindung eingesetzt ist.

Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet Bezugszahl 1 einen Grundrah­ men. Vier Werkstück-Stützständer 2 stehen vom Grundrahmen 1 aufrecht nach oben. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt jeder Werkstück-Stützständer 2 eine stationäre Säule 3, an deren oberem Ende ein winkeliger Werkstückhalter 4 befestigt ist. An der linken Seite des Werkstückhalters 4 ist ein Klemmteil 5 um eine Achse 6 schwenkbar angeordnet, und das obere Ende einer Kolbenstange 8 eines Antriebszylinders 7 ist mit dem linken Ende des Klemmteiles 5 verstiftet. Mit dieser Kon­ struktion läßt sich ein langgestrecktes hohles Werkstück W fest am Werkstückhalter 4 im wesentlichen horizontal halten, indem das Werkstück W auf dem Werkstückhalter 4 plaziert und mit dem Klemmteil 5 fest dagegen angepreßt wird.

Ferner steht ein Werkstückheber 9 vom Grundrahmen 1 aufrecht nach oben. Der Werkstückheber 9 hat eine vertikale Stange 11 mit einer anderem oberen Ende unterstützten Rolle 10, wobei das untere Ende der vertikalen Stange 11 betriebsmäßig mit einem Arm 12a eines gekröpften Hebels 12 verbunden ist. Der andere Arm 12b des Hebels 12 ist mit einer Betätigungsstange 13 verstiftet, die in horizontaler Richtung beweglich ist. Die Betätigungsstange 13 wird durch Betätigen eines An­ triebszylinders 14 hin- und herbewegt.

Gemäß der Erfindung ist eine Kühlluft-Blaseinheit 15 in der Nähe eines Öffnungsabschnittes des hohlen langgestreckten Werkstückes W an dessen linkem Ende angeordnet. Diese Kühl­ luft-Blaseinheit 15 umfaßt einen Kühlkopf 16, der auf einem Stützblock 17 plaziert ist. Der Stützblock 17 ist in Vor­ wärts-/Rückwärtsrichtung auf einer Konsole 18 mittels eines Antriebszylinders 19 verlagerbar. Der Kühlkopf 16 ist mit einer Kühldüse 20 ausgerüstet, deren eines Ende mit einer zweckentsprechenden Kühlluft-Quelle verbunden ist.

Auf einer Seite des Grundrahmens 1 ist ein Paar von Arbeits­ robotern 21 angeordnet, und ein drehbarer und vertikal ver­ lagerbarer Roboterarm 22 hält ein Lochwerkzeug, z. B. einen Plasmabrenner 23. Anstelle des Plasmabrenners 23 kann auch eine Laserstrahl-Arbeitseinheit eingesetzt sein. Drehen und vertikales Verlagern jedes Arbeitsroboters 21 werden von einer Roboter-Steuereinheit 24 kontrolliert, und eine Plas­ mabrenner-Steuereinheit 25 kontrolliert die Strahlung und Unterbrechung der Strahlung des Plasmabrenners 23. Die Robo­ ter-Steuereinheit 24 ist elektrisch mit einer Lochform-Steu­ ereinheit 26 verbunden.

Der beschriebene Kühlkopf 16 kontaktiert ein Öffnungsende Wa des Werkstückes W. Alternativ kann gemäß den Fig. 6 und 7 der Kühlkopf 16 vom Öffnungsende Wa des Werkstückes W um einen Weg oder Spalt L im Abstand angeordnet sein. In diesem Fall wird Umgebungsluft in das Innere des Werkstückes W durch den sogenannten Venturi-Effekt über das Öffnungsende Wa eingeführt, so daß der Luftstrom im Werkstück W ver­ gleichmäßigt werden, kann.

In diesem Fall kann zum Festlegen des Abstandes oder Spaltes L ein Abstands-Bauteil 27 zwischen den Kühlkopf 16 und das Werkstück W gesetzt werden.

Im folgenden ist der Betrieb der Lochvorrichtung, wie oben beschrieben, erläutert.

Das zu lochende Werkstück ist auf Rollen 10 des Werkstückhe­ bers 9 mit einer im wesentlichen horizontalen Ausrichtung in Ruhestellung unterstützt, wie dies die Fig. 2 und 4 zeigen. Während der vorgenannte Zustand beibehalten wird, wird der Antriebszylinder 14 betätigt, um eine Drehung des gekröpften Hebels 12 im Uhrzeigersinn einzuleiten und dadurch die ver­ tikale Stange 11 abzusenken, wodurch das Werkstück W abge­ senkt wird, bis es durch die Werkstückhalter 4 unterstützt wird. Nachfolgend wird der Antriebszylinder 19 betätigt, um den Stützblock 17 gemäß den Zeichnungen nach rechts zu ver­ lagern, so daß der Kühlkopf 16 in Kontakt mit der linken Endfläche des Werkstücks W gebracht wird. Darauf wird das Werkstück W in Längsrichtung verlagert, um eine Positions­ bestimmung durchzuführen. Wenn das Werkstück W in eine nor­ male Position gebracht ist, wird der Antriebszylinder 7 be­ tätigt, so daß das Werkstück W durch Verlagern des Klemm­ teils 5 in Halterichtung fest gehalten wird. Unter Aufrech­ terhalten des eben beschriebenen Zustandes wird nun der Ro­ boterarm 21 verlagert, so daß der Plasmabrenner 23 in eine Position gefahren wird, in der ein Loch in das Werkstück W einzubringen ist. Gleichzeitig wird Kühlluft in die Innen­ seite des Werkstückes W eingeblasen. Wenn der Plasmabrenner 23 fertig eingestellt ist und Kühlluft in das Innere des Werkstückes W aus der Kühlluftdüse 20 der Kühlluftblasein­ heit 15 geblasen wird, wird ein Signal in die Plasmabrenner-Steuereinheit 25 eingegeben, worauf ein Plasmabogen erzeugt wird. Der Plasmabrenner 23 wird längs einer in der Fig. 11 gezeigten, durch die Orte (1)-(2)-(3)-(4)-(5) defi­ nierten Bahn verfahren, um ein rundes Loch mit vorbestimmtem Durchmesser zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß bei einer Verlagerung des Plasmabrenners 23 längs der dargestellten Bahn einschließlich der geraden Linie in der Mitte der Fig. 11 die durch den Plasmabrenner 23 erzeugte Menge an Abfall­ material vermindert werden kann.

Da die kalte Luft normalerweise durch das im hohlen langge­ streckten Werkstück W erzeugte Loch strömt, während der Plasmabrenner 23 dieses Loch in der Seitenwand des Werk­ stückes W bildet, wird der beim Plasmabearbeiten erzeugte Abfall durch den Kaltluftstrom weggeblasen, ohne an der In­ nenwandoberfläche des Werkstückes W anzuhaften. Da ferner der bearbeitete Abschnitt des Werkstückes W während des Lo­ chens mit dem Plasmabrenner 23 durch die kalte Luft gekühlt wird, kann ein Abbrennen bzw. Verkoken des Rostschutzöles vermieden werden.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, wird dann, wenn der Kühlkopf 16 direkt vor dem offenen Ende des Werkstückes W bei Einhaltung eines Spaltes oder Abstandes L dazu plaziert ist, Umgebungsluft in das Werkstück W durch den Venturi-Ef­ fekt eingeführt, was den Luftstrom in das Werkstück W ver­ gleichmäßigt.

Fig. 8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Gebiet, über welches Umgebungsluft dann eingeführt wird, wenn der Kühlkopf 16 mit einem Spalt L im Abstand von dem Öffnungsende Wa des Werkstückes W von rechteckigem Querschnitt ge­ halten ist. In diesem Fall wird die Gesamtfläche ST durch folgende Gleichung beschrieben:

ST = St1 + St2 + St3 + St4.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der Temperatur eines Werkstückes beim Lochen im Vergleich zum Temperaturverlauf beim Stand der Technik. Wie aus der Zeich­ nung hervorgeht, überschreitet die Aufheiztemperatur des Werkstückes beim Stand der Technik ein Maximum von 800°C, während bei der Erfindung die Temperatur des Werkstückes auf 30°C oder weniger abgesenkt werden kann.

Die beschriebenen Ausführungen der Erfindung dienen nur zur Veranschaulichung von Beispielen, und es sind zahlreiche Änderungen und Modifikationen denkbar, ohne dabei den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

1. Lochvorrichtung umfassend:
einen Grundrahmen (1), mehrere Werkstück-Stützständer (2) am Grundrahmen zum festen Halten eines hohlen, langgestreckten Werkstücks (W),
einen Werkstückheber (9) zum vertikalen Verlagern des Werkstücks (W) zwischen einer Bearbeitungsstellung und einer Ruhestellung,
ein Lochwerkzeug (23) zum Formen eines Loches vorbe­ stimmten Durchmessers durch eine Seitenwand des Werk­ stücks (W) und
eine Kühlluft-Blaseinheit (15), die benachbart eines Öff­ nungsabschnittes an einem Ende des Werkstücks (W) ange­ ordnet ist, um Kühlluft in das Werkstück einzublasen.

2. Lochvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lochwerkzeug (23) ein Plasma­ brenner ist.

3. Lochvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlluft-Blaseinheit (15) einen in Richtung auf das Öffnungsende des Werk­ stückes (W) vorwärts/rückwärts verlagerbaren Stützblock (17), einen von dem Stützblock (17) getragenen Kühlkopf (16) und eine am Kühlkopf gehaltene Kühlluftdüse (20) aufweist.

4. Lochvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kühlkopf (16) direkt vor dem Öffnungsende (Wa) des Werkstückes (W) in einem vorbe­ stimmten Abstand davon angeordnet ist, um Umgebungsluft in das Werkstück einströmen zu lassen.

5. Lochvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vorbestimmte Abstand zwischen dem 0,5- und 1,2fachen des Durchmessers der Düse (20) beträgt.

6. Verfahren zum Lochformen, umfassend die folgenden Schrit­ te:
Halten eines hohlen, langgestreckten Werkstückes (W) an einer Werkstück-Stützstation,
Formen eines Loches an einer vorbestimmten Position durch eine Seitenwand des Werkstückes (W) mittels eines Loch­ werkzeuges (23) und
Blasen von Kühlluft durch einen Öffnungsabschnitt an ei­ nem Ende (Wa) des Werkstückes (W).