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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen, Besäumen
und/oder Profilieren von Profilteilen, insbesondere Rotorblättern,
mit einem Fräs- oder Trennwerkzeug.
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In
der Regel wird bei der Herstellung von Profilteilen, insbesondere
Rotorblättern für Windkraftanlagen, Flugzeugen
oder Drehflüglern auf eine manuelle Nachbearbeitung zum
Erreichen des gewünschten Profils gesetzt. Diese Endbearbeitung zielt
insbesondere darauf ab, Überstände von Harz oder
Glasfasern von den Rotorblättern abzuschneiden, bzw. die
Rotorblätter zu besäumen. Da es sich bei diesen
Profilen um sehr große Bauteile handelt, existieren bisher
keine automatischen Vorrichtungen, um den Rotorblättern
die finale Form zu geben. Üblicherweise werden diese Bauteile
manuell mit Schleifhexe, Stichsäge, Winkelschleifer oder
sonstigem Schleif- bzw. Schneidgerät besäumt und
bearbeitet. Zum Einen ist der Aufwand dieser Arbeiten aufgrund des
Personaleinsatzes sehr hoch, zum Anderen entstehen bei diesen Tätigkeiten
Feinstaubemissionen, deren Erfassung, Absaugung und Abscheidung
aus fertigungstechnischen, produktspezifischen oder arbeits- bzw.
umweltrechtlichen Gründen zwingend notwendig ist. Der Umgang
mit derartigen Staubpartikeln bewirkt darüber hinaus auch
ein gesundheitliches Risiko, da sie gesundheitsschädlich
oder toxisch wirken können.
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Auch
mit Hinblick auf die Qualität des Endproduktes stellt die
Bearbeitung der Rotorblätter eine technische Herausforderung
dar, da Rotorblätter nicht plan bzw. eben sind, sondern
neben einer konvexen Form auch über ihre gesamte Länge
hinweg gebogen sein können. Erschwerend kommt hinzu, dass
eine manuelle Bearbeitung keine gleichmäßige Entgratung
bzw. Besäumung des Rotor flügels gewährleisten
kann, was sich im späteren Betrieb negativ auf die Effizienz
des Windflügels auswirken kann.
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Zur
Besäumung von Profilen wird beispielsweise in der
DE 37 37 868 A1 eine
Vorrichtung zum Trennen und Besäumen von Leiterplatten
vorgeschlagen. Hierbei erfolgt eine Profilierung der Kanten durch
zwei in einer Ebene einander gegenüberliegend angeordnete
Kreissägeblätter, deren Sägezähne
in die Leiterplatte einschneiden. Eine solche Vorrichtung eignet
sich jedoch nur für im Wesentlichen plane Profile und ist
darüber hinaus auch nicht in der Lage, derartig große
Profile wie ein Rotorblatt aufzunehmen und zu bearbeiten.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum
Trennen, Besäumen und/oder Profilieren von Profilteilen
vorzuschlagen, welche auch in der Lage ist, große Profilteile,
die eine konturierte bzw. nicht plane Form aufweisen, effizient und
gleichmäßig bearbeiten zu können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Vorrichtung eine mobile Vorrichtung ist, die einen Wagen
aufweist, an welchem ein Führungssystem vorgesehen ist,
das ein Fräs- oder Trennwerkzeug verschiebbar auf dem Wagen lagert,
so dass dieses an der Schneidkante entlanggeführt werden
kann. Während der Wagen an dem Profilteil entlang fährt,
trennt das Fräs- oder Trennwerkzeug den Überstand
des Harzes oder der Glasfasern vom Profilteil ab. Das abgetrennte
Reststück fällt dabei auf den Boden und kann,
nachdem die Vorrichtung den Arbeitsbereich verlassen hat, problemlos
entfernt werden.
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Der
Besäumungsvorgang geschieht somit mittels eines geführten
Vorschubs, wodurch ein besseres Besäumungsergebnis erzielt
wird. Idealerweise wird für den Bearbeitungsvorgang das
Rotorblatt stabil auf Stützen gelagert und ist von allen
Seiten für die Vorrichtung zugänglich. Dadurch
dass die Vorrichtung mobil ist, ist für die Bearbeitung
eines großen Rotorblattes lediglich eine verhältnismäßig
kleine Besäumungsanlage notwendig.
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Da
das Abfahren von insbesondere geschwungene Profilformen, wie den
Abrisskanten von Rotorblättern mit sich ändernden
Bearbeitungshöhen einhergeht, ist das über das
Führungssystem bewegliche Fräs- oder Trennwerkzeug
hinsichtlich der notwendigen Bearbeitungshöhe anpassbar.
Ein weiterer Vorteil der Aufhängung besteht hinsichtlich
der Unterbodens. Wenn die mobile Vorrichtung entlang des Rotorblattes
bewegt wird, können Unebenheiten im Boden, dazu führen,
dass sich die Höhe des Fräs- oder Trennwerkzeuges ändert,
so dass das Fräs- oder Trennwerkzeug seine optimale Schneidlinie
auf dem Rotorblatt verlässt. Durch das Führungssystem können
derartige Unebenheiten kompensiert werden, ohne dass die optimale
Schneidlinie auf dem Profilteil verlassen wird.
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Grundsätzlich
ist es möglich, dass das Fräs- oder Trennwerkzeug
schwenkbar an dem Führungssystem anbracht ist, Es ergeben
sich somit mehr Freiheitsgrade hinsichtlich der zu bearbeitenden Oberfläche,
wobei auch komplexe Formen bearbeitet werden können. Während
die mobile Besäumungsvorrichtung sich entlang des Profilteils
bewegt, kann die Ausrichtung des Fräs- oder Trennwerkzeuges
an unterschiedliche Profilformen, insbesondere Krümmungen,
etc. angepasst werden.
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Idealerweise
ist das Fräs- oder Trennwerkzeug nicht nur schwenkbar,
sondern kardanisch aufgehängt, wodurch es auch möglich
ist, komplexe Strukturteile zu besäumen. Hierbei ergibt
sich insbesondere die Möglichkeit, komplexe Profillinien
oder Freiformen abzufahren, wodurch dem Einsatz der mobilen Besäumungsvorrichtung
auch für die Produktion ein hohes Maß an Flexibilität
zugerechnet werden kann, da eine Adaptierung an sich ändernde Profilformen schnell
durchzuführen ist. Die Vorrichtung ist somit auch multifunktional
bei verschiedenen Einsatzfällen einsetzbar.
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Grundsätzlich
ist vorgesehen, den Wagen entlang des Profilteils zu bewegen. Der
Einsatz der Vorrichtung sieht jedoch auch vor, den Wagen über Führungsschienen
entlang des Profilteils zu bewegen, wobei diese Führungsschienen
in erster Linie der Grobführung der Vorrichtung entlang
des Flügels dienen. Die Feinbearbeitung, d. h. die präzise
Besäumung des Profils wird durch das Fräs- oder
Trennwerkzeug und seine Freiheitsgrade realisiert.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst,
dass zwei einander gegenüberliegende und an dem Profilteil
beidseitig anliegende Fräs- oder Trennwerkzeuge vorgesehen sind.
In diesem Falle arbeitet ein Fräs- oder Trennwerkzeug,
beispielsweise ein Sägeblatt, von unten durch das Profilteil
und eins von oben durch das Profilteil. Dabei wird jeweils ungefähr
die Hälfte des Überstandes abgetrennt. Diese Form
der Bearbeitung gewährt eine schwingungsfreie Bearbeitung, was
einen sauberen Abschnitt des Überstandes gewährleistet.
Als Antrieb der Sägeblätter eignen sich geregelte
Servo-Motoren.
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Wenn
das Führungssystem wenigstens eine Linearschiene aufweist,
kann das Fräs- oder Trennwerkzeug während des
Vorschubs der mobilen Vorrichtung in der Bearbeitungshöhe
besonders leichtgängig und sicher geführt und
verändert werden. In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens,
kann das Führungssystem auch mit drei Linearschienen ausgebildet
sein, wodurch Ausgleichsbewegungen in drei Raumdimensionen, d. h.
in x, y und z Richtung möglich sind. Ebenso ermöglicht
ein solches System die dreidimensionale Bearbeitung von Überhangflächen.
Alternativ oder zusätzlich zu Linearschienen kann das Fräs-
oder Trennwerkzeug auch ähnlich einem Roboterarm um mehrere
Achsen schwenkbar gelagert sein.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass dem
Führungssystem Mittel zur Höhenverstellung des
Fräs- oder Trennwerkzeugs zugeordnet sind. Dies können
insbesondere eine Gasdruckfeder und/oder ein pneumatisches Stellglied sein.
Während das Fräs- oder Trennwerkzeug das Profilteil
beschneidet, und das Führungssystem beispielsweise eine
Ausgleichsbewegung vornimmt, kann das Führungssystem gleichzeitig
mit der Gasdruckfeder und/oder dem Stellglied dahingehend reagieren,
dass es dem Fräs- oder Trennwerkzeug die Möglichkeit
gibt, durch aktive Unterstützung seine relative Position
zur mobilen Vorrichtung zu ändern. Darüber hinaus
bieten die Gasdruckfeder und/oder das Stellglied die Möglichkeit,
das Fräs- oder Trennwerkzeug im wesentlichen kräftefrei
zu halten. Die Gasdruckfeder fungiert dann als Gegengewicht. Das bedeutet,
dass das Trennwerkzeug während der Bearbeitung nicht auf
das Profilteil drückt, wodurch ein durchgehend sauberer
Schnitt erzielt wird.
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Bevorzugt
weist die Vorrichtung eine Rollenführung zur Steuerung
der Höhenverstellung des Fräs- oder Trennwerkzeuges
auf. Derartige Führungsrollen, vorzugsweise aus Vulkollan,
können beidseitig auf dem Profilteil anliegen, so zum Beispiel mit
zwei Führungsrollen auf der Oberseite und zwei Führungsrollen
auf der Unterseite des Rotorblattes, wodurch bei sich verändernder
Bearbeitungshöhe das Fräs- oder Trennwerkzeug
durch die Führungsrollen entlang der Schneidkante geführt
wird. Gleichzeitig sorgen die Führungsrollen für
eine optimale Positionierung des Fräs- oder Trennwerkzeugs.
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Die
Steuerung, bzw. die Anpassung der Höhenverstellung an sich
verändernde Bearbeitungsbedingungen kann dadurch optimiert
werden, dass der Vorrichtung eine Messeinrichtung, wie zum Beispiel ein
optisches oder elektrisches Abtastsystem zur Vermessung des Profilteils
zugeordnet ist. Diese Messeinrichtung ist idealerweise so ausgestaltet, dass
sie mit einer Steuereinheit zur Höhenverstellung zusammenwirken
kann. In diesem Sinne ist es möglich, dass zum Beispiel Laserlichtschranken
das Bearbeitungsprofil, bzw. die Bearbeitungskontur des Profilteils
aufnimmt und als Regelsignal für eine Steuereinheit, die
beispielsweise mit der Gasdruckfeder interagiert, zusammenwirkt.
Auf diese Weise kann die mobile Vorrichtung effizient verschiedene
Höhenprofile abfahren, wobei sich das System an verschiedene
Konturen anpasst, während der Wagen die gesamte Länge
des Profilteils bzw. des Rotorblattes abfährt. Idealerweise
ist auch das schwenkbare Führungssystem in einen solchen
Regel- und Steuerungskreis integriert. Das heißt, dass
nicht nur die Höhe, sondern auch der Bearbeitungswinkel
automatisch optimal eingestellt werden können. Auf diese Weise
ist auch ein relativ schneller Vorschub möglich, weil eine
antizipative Abtastung eine effiziente Anpassung ermöglicht.
Damit wird ein besonders flexibles Besäumungs- und Profilierungssystem
zur Verfügung gestellt.
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Da
der Bearbeitungsvorgang Staub- und Spanpartikel mit sich bringt,
sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung ein Absaugsystem
zur Absaugung der Span- oder Staubpartikel vor. Idealerweise befindet
sich dieses Absaugsystem mit der Absaugöffnung in dem Bereich,
in dem das Fräs- oder Trennwerkzeug durch das Profilteil
schneidet. Durch ein solches System können keine Span-
oder Staubpartikel in die Umgebung gelangen, was den Einsatz der
mobilen Vorrichtung in Produktionshallen möglich macht,
ohne dass ein Transport des Profilteils in separate Räume
mit kostspieligen Filtereinrichtungen und Absaugsystemen notwendig
wäre. Damit können auch Einsparungen hinsichtlich
der Anzahl der Produktionsschritte erzielt werden.
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Eine
platzsparende Ausführungsform dieses Absaugsystems sieht
darüber hinaus vor, dass das Absaugsystem derart ausgestaltet
ist, dass die Span- und Staubpartikel im Inneren der mobilen Vorrichtung,
bspw. in einem geschlossenen Gehäuse, gesammelt werden.
Sie können dann entweder separat abgesaugt oder durch Behälterentnahme, ähnlich wie
bei einem Staubsaugerbeutel, entsorgt werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Wagen ein
eigenes Antriebssystem besitzt, das den Wagen entlang des Profilteils
bewegen kann. Das trägt zu einer Entlastung des Bedieners
bei. Darüber hinaus ermöglicht ein derartiges Antriebssystem
einen konstanten Vorschub und trägt positiv zur Besäumungseffizienz
bei.
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Der
Vorschub des Antriebssystems ist vorzugsweise derart ausgestaltet,
dass die Vorrichtung mit einem Vorschub von 6,5 m/min. bis 11,5
m/min. bewegbar ist. Ein ideales Besäumungsergebnis wird in
Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens insbesondere dann erreicht,
wenn das Fräs- oder Trennwerkzeug mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit
von ca. 12.000 U/min. rotieren kann.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung sieht weiterhin vor,
dass die Vorrichtung mit einem Rollensystem verbunden ist, das die
Vorrichtung mit Strom oder auch mit Luft versorgen kann. Ebenso kann
dieses Rollensystem mit der Absaugvorrichtung der mobilen Vorrichtung
verbunden sein und die Span- und Staubpartikel absaugen. Auf diese
Weise ist die mobile Vorrichtung nicht auf eine Speichervorrichtung
angewiesen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und anhand der Zeichnungen. Dabei gehören alle beschriebenen
und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich zum Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
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Es
zeigen schematisch:
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1 in
Seitenansicht die Besäumungsvorrichtung bei der Bearbeitung
eines Rotorblattes nach einer ersten Ausführungsform der
Erfindung,
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2 in
Seitenansicht die Besäumungsvorrichtung nach 1 bei
der Bearbeitung eines Strukturteils, und
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3 in
Seitenansicht die Besäumungsvorrichtung nach einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung.
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Die
in der 1 dargestellte Besäumungsvorrichtung 1 weist
einen Wagen 2 auf, an dessen Unterseite Rollen 3,
vorzugsweise aus Vulkollan zum Ausgleich von Bodenunebenheiten,
angebracht sind. Diese Rollen 3 können sowohl
als Lenk- als auch als Bockrollen ausgebildet sein. Im oberen Bereich
des Wagens 2 ist das eigentliche Besäumungs- bzw. Trennsystem
angeordnet. An einem Führungssystem 4, hier bestehend
aus einer doppelten Linearführung, ist eine Trennvorrichtung 5 befestigt.
Die Trennvorrichtung 5 umfasst ein Fräs- oder
Trennwerkzeug 6 sowie eine Schwenkungsaufhängung 7,
mittels derer das Fräs- oder Trennwerkzeug 6 über
die Trennvorrichtung 5 an das Führungssystem 4 gekoppelt
ist.
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In
der 1 ist die Bearbeitung des Überstandes
eines Rotorblattes 8 dargestellt. Das im Wesentlichen aus
GFK hergestellte Rotorblatt 8 verjüngt sich in
Richtung der Besäumungsvorrichtung 1, wobei die
Abrisskante 9 des Rotorblattes 8 durch die Besäumungsvorrichtung 1 von
dem Überhang zu befreien ist. Die Trennvorrichtung 5 ist
hierzu dahingehend ausgerichtet, dass das Fräs- oder Trennwerkzeug 6 im
Wesentlichen nach unten gerichtet ist und an der Abrisskante 9 des
Rotorblattes 8 anliegt, so dass der Überhang abgeschnitten
werden kann. Der Bearbeitungsvorgang ist dahingehend aufgebaut, dass
die Besäumungsvorrichtung 1 mittels des Wagens 2 die
gesamte Länge des Rotorblattes abfährt, wobei
das Fräs- oder Trennwerkzeug 6 die Abrisskante 9 besäumt.
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Während
des Vorschubs, ändert sich aufgrund der Profilierung des
Rotorblattes 8 auch die Bearbeitungshöhe 10 des
Fräs- oder Trennwerkzeugs 6. Das Fräs-
oder Trennwerkzeug 6 kann jedoch aufgrund des Führungssystems 4 mit
der Linearführung seine Bearbeitungshöhe anpassen.
Als Unterstützung für diesen Vorgang, insbesondere
um Aufliegekräfte auf das Rotorblatt zu vermeiden und um
eine Art Gegengewicht anzubieten, sind in dem Führungssystem 4 auch
Mittel zur Höhenverstellung 11 in Form einer Gasdruckfeder
vorgesehen.
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Zur
Effizienzverbesserung hinsichtlich der Konturadaption arbeitet das
Mittel zur Höhenverstellung 11 mit einem Abtastsystem 12,
hier einem Laser-Abstandssensor, im Rahmen einer Steuerungs-, bzw.
Regeleinheit zusammen. Das System kann so auf Profiländerungen
schnell reagieren. Im weiteren Verlauf der Flügelbearbeitung,
ist es möglich, dass sich der Bearbeitungswinkel 13 des
Fräs- oder Trennwerkzeugs 6 ändern muss.
Das ist insbesondere dann der Fall, wenn sich der Stellwinkel der
Abrisskante 9 ändert, also die Abrisskante beispielsweise weiter
nach unten geneigt ist. Hierbei wird mittels der Schwenkungsaufhängung 7 der
Bearbeitungswinkel 13 des Fräs- oder Trennwerkzeugs 6 an
die Profilform des Rotorblattes 8 angepasst.
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Weiterhin
ist in der 1 ein Absaugsystem 14 vorgesehen,
das die bei der Besäumung entstehenden Staub- oder Spanpartikelemissionen
aufsaugt. Das Absaugsystem 14 ist dabei in unmittelbarer
Nähe des Fräs- oder Trennwerkzeugs 6 angeordnet,
um keine Staubpartikel in die Umgebungsluft gelangen zu lassen.
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Die 2 zeigt
die mobile Besäumungsvorrichtung 1 bei einem Profilierungsvorgang
an einem Strukturteil 15 mit komplexer Bearbeitungsstruktur. Der
von dem Fräs- oder Trennwerkzeug 6 zu bearbeitende
Bearbeitungswinkel 13 ist dabei sehr groß. Die
Schwenkungsaufhängung 7 ist dahingehend ausgerichtet,
dass das Fräs- oder Trennwerkzeug 6 fast parallel
zum Boden geneigt ist. Ein Abtastsystem 12 überwacht
die Bearbeitung der Bearbeitungskontur und interagiert mit dem Führungssystem 4,
so dass sich die Höhe, jeweils der Profilstruktur des Strukturteils 15 anpasst.
Ebenso kann sich die Schwenkungsaufhängung 7 auf
Basis der Rückkopplung von dem Abtastsystem 12 eine
Anpassung des Bearbeitungswinkels an unterschiedlichste Strukturteilprofile
vornehmen.
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Die
in der 3 dargestellte Ausführungsform der Besäumvorrichtung 1 besitzt
ein Fräs- oder Trennwerkzeug 6, das aus zwei einander
gegenüberliegenden Sägeblättern gebildet
wird. Die zwei Sägeblätter bearbeiten die Abrisskante 9 jeweils
von einer Seite, wobei ein Sägeblatt von oben in das Profilteil 8 einschneidet
und das dem ersten Sägeblatt gegenüberliegende
zweite Sägeblatt von unten den Überstand des Profilteils 8 abschneidet.
Vorzugsweise besäumt jeweils ein Sägeblatt die
Hälfte des Überstandes. Das erhöht die
Genauigkeit des Sägeschnittes und minimiert Schwingungen
im Schnittbereich. Idealerweise finden Diamantsägen Verwendung.
Als Fräs- oder Trennwerkzeug 6 sind jedoch durchaus auch
andere Trenninstrumente wie Fräser, Bohrer oder dgl. vorgesehen.
Als Antrieb des Fräs- oder Trennwerkzeuges besitzt die
in 3 dargestellte Vorrichtung 1 zwei vorzugsweise
geregelte Servo-Motoren 16, wobei auch andere Antriebssysteme, wie
hydraulische oder elektrische Antriebe möglich sind. Analog
zu der Ausführungsform der 1, kann
die Bearbeitungshöhe 10 mittels des höhenausgleichenden
Führungssystems 4 adaptiert werden.
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- 1
- Besäumungsvorrichtung
- 2
- Wagen
- 3
- Rollen
- 4
- Führungssystem
- 5
- Trennvorrichtung
- 6
- Fräs-/Trennwerkzeug
- 7
- Schwenkungsaufhängung
- 8
- Rotorblatt
- 9
- Abrisskante
- 10
- Bearbeitungshöhe
- 11
- Höhenverstellung
- 12
- Abtastsystem
- 13
- Bearbeitungswinkel
- 14
- Absaugsystem
- 15
- Strukturteil
- 16
- Servo-Motoren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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