DE2105824A1

DE2105824A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung von Knotenstucken fur Raum fachwerke oder dergl

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Publication number: DE2105824A1
Application number: DE19712105824
Authority: DE
Inventors: der Anmelder P B23c 5 20 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1971-02-08
Publication date: 1972-10-05
Also published as: CH556715A; IL38709A; DE2105824B2; AT316084B; CA950179A; IL38709A0; IT947219B; GB1346736A; SE379952B; DE2105824C3; US3826584A; FR2126749A5

Description

Dr. Ing. Max Mengeringhausen, 87 Würzburg, Steinachstr.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Knotenstücken für Raumfachwerke oder dergl.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Knotenstücken für Raumfachwerke oder dergl., insbesondere von polyederförmigen Knotenstücken, bei dem ein Knotenrohling in einer Einspannvorrichtung gehalten und mit Gewindebohrungen versehen wird, deren Achsen sich im Mittelpunkt des Knotenstückes schneiden.

Bei diesen Knotenstücken handelt es sich um kugelartige oder polyederförmige Körper aus hochfestem Werkstoff, die mit einer Reihe konzentrischer Gewindebohrungen von höchster Genauigkeit zum Schraubanschluß von Stäben und anderen Bauelementen für die Herstellung von Raumfachwerken versehen werden. Raumfachwerke mit unterschiedlichen Raumformen und statischen Verhältnissen erfordern wiederum Knotenstücke verschiedenster Art. Man unterscheidet daher sog. "Norm-Knotenstücke" mit einer bestimmten Anzahl gleich großer Anschluß-Gewindebohrungen, die regelmäßige Winkel einschließen, sowie "Sonder-Knotenstücke", bei denen sowohl die Winkel zwischen den einzelnen Anschluß-Gewindebohrungen verschieden sind, als auch die Anschluß- ™ Gewindebohrungen im Durchmesser untereinander variieren können, und zwar von einer Gewindebohrung zur anderen. In jedem Fall erfordern die extrem hohen Belastungen, denen solche Knotenstücke in Raumfachwerken ausgesetzt sein können, daß die Anschluß-Gewindebohrungen mit höchster Präzision ausgeführt werden, zumal bereits kleinste Maßabweichungen bei entsprechend umfangreichen Raumfachwerk-Konstruktionen zu einem Kummulationseffekt mit äußerst nachteiligen Polgen verschiedenster Art führen können.

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Das bisher übliche Fertigungsverfahren besteht darin, für jede Art von Knotenstüeken mehrere Arbeitsgänge hintereinander zu schalten und zwischen den Arbeitsgängen nicht nur die span abhebenden Werkzeuge, sondern auch die Einspann-Vorrichtungen für die Knotenrohlinge zu wechseln, d.h. für einzelne Teilarbeiten den Knotenrohling auch jeweils neu einzuspannen. Auf diese Weise stellt man beispielsweise "Norm-Knotenstücke" mit 18 Anschluß-Gewindebohrungen derart her, daß an einem kugelförmigen Knotenrohling in einem ersten Arbeitsgang die notwendigen Flächen maßhaltig angefräst, in einem zweiten Arbeitsgang die erforderliehen Bohrungen ausgeführt und in einem dritten Arbeitsgang die Gewinde eingeschnitten werden. Zur Herstellung der Bohrungen für die Anschlußgewinde ist es bekannt, die Knotenstücke in Bohrlehren einzuspannen, die den Knotenrohling strahlenartig umgeben, wodurch eine noch umständlichere Arbeitsweise z.B. durch Anreißen, Ankörnern und Anbohren der einzelnen Polyederflächen des Knotenrohlings vermieden wird. Dieses Arbeitsverfahren ist jedoch in mehrfacher Hinsicht unwirtschaftlich, denn es erfordert nicht nur ein wiederholtes Einspannen des Knotenrohlings an getrennten Arbeitsplätzen, sondern auch den jeweiligen Arbeitsplätzen getrennt zugeordnete Werkzeugsätze, die von verschiedenen Arbeitskräften zu bedienen sind, wenn überhaupt eine gewisse kontinuierliche Fertigung erzielt werden soll. Jede Art von Knotenstüeken mit anderen Winkeln und Dimensionen der Anschluß-Gewindebohrungen erfordert ferner eine eigene Bohrlehre und einen entsprechenden Werkzeugsatz. Als weitere nachteilige Folge dieses bekannten Arbeitsverfahrens ergibt sich, daß es den Einsatz neuzeitlicher numerischer Steuerungstechniken für den Arbeitsablauf praktisch nicht ermöglicht, was in der Hauptsache auf die völlig getrennten Arbeitsgänge an verschiedenen Arbeitsplätzen, das wiederholte Neueinspannen und die Art der bisher verwendeten Einspann-Vbrrichtungen und Bohrlehren für die Knotenrohlinge zurückzuführen ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Knotenstücken verschiedenster Art für die eingangs bezeichneten Zwecke wirtschaftlicher zu gestalten und einen kontinuierlichen, zeitsparenden Ablauf der zahlreichen Arbeitsgänge ohne zeitraubende Mehrfach-Einspannung an einer einzigen Vorrichtung bei optimaler Koordination der Arbeitsgänge zu ermöglichen, so daß auch numerische Steuerschaltungen für die Lenkung des Arbeitsablaufs eingesetzt werden können.

Gernäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) Ausbildung einer wenigstens durch den angenäherten Mittelpunkt des Knotenrohlings verlaufenden Durchgangsbohrung, vorzugsweise Gewindebohrung und Abflachen oder Ansenken des Knotenrohlings an den Bohrungsöffnungen senkrecht zur Achse der Durchgangsbohrung, um deren Länge genau zu begrenzen,

b) Einspannen des Knotenrohlings in diese Durchgangsbohrungsachse mittels einer um zwei Achsen drehbaren Einspann-Vorrichtung, derart, daß die zwei Achsen sich mit einer weiteren Achse eines Werkzeugs im Mittelpunkt des Knotenrohlings unter veränderlichem Winkelverhältnis schneiden, _

c) Einstellung des Knotenrohlings in verschiedene Raumlagen durch Drehung um die zwei Achsen und Bearbeiten desselben in fixierten Raumlagen entlang der weiteren Achse eines Werkzeugs und

d) zur Bearbeitung des Knotenrohlings durch verschiedene Werkzeuge entlang der weiteren Achse unter Beibehaltung seiner ursprünglichen Einspannung in der Durchgangsbohrungsachse, Durchführung einer Relativbewegung zwischen der Einspannvorrichtung und den Werkzeugen um eiric den Werkzeugen und der Einspannvorrichtung gemeinsamen vierten Achse.

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Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß bei einmaliger Einspannung des Khotenrohlings in seiner Durchgangsbohrungsachse sämtliche erforderlichen Arbeitsgänge zur Herstellung von Knotenstücken verschiedenster Art kontinuierlich an ein und derselben Vorrichtung von einer einzigen Arbeitskraft ausgeführt werden können. Da kein Wechsel der Einspannung des Knotenrohlings zwischen den einzelnen Bearbeitungsgängen erfolgt und der Knotenrohling in beliebige Raumlagen gebracht und in diesen zur Bearbeitung fixiert werden kann, ist in vorteilhafter Weise auch eine automatische, z.B. numerische Steuerung der Arbeitsgänge möglich. Die Bearbeitung des Knotenrohlings ist durch das erfindungsgemäße Verfahren so vereinfacht, daß die erforderlichen Arbeitsgänge selbst bei Knotenstücken mit bis zu 26 Anschluß-Gewindebohrungen in relativ kurzer Zeit ausgeführt werden können. Bei einer Automatisierung des Fertigungsvorganges kann eine einzige Arbeitskraft gleichzeitig mehrere Arbeitsplätze oder Vorrichtungen überwachen und bedienen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß unter Vermeidung besonderer Spezialbohrlehren Knotenstücke gefertigt werden können, deren Anschluß-Gewindebohrungen sehr verschiedenartige Winkel und Durchmesser untereinander aufweisen. Dies kann für Raumfachwerkprojekte wirtschaftlich entscheidend sein, bei denen zahlreiche verschiedenartige Knotenstücke benötigt werden, die jedoch nur eine kleine Stückzahl je Fertigungsserie bilden. Dies trifft insbesondere für Raumfachwerk-Kuppeln und ähnliche Konstruktionen zu. Gerade bei diesen Kuppel-Konstruktionen war es bisher notwendig, die Knotenstücke einzeln zu fertigen und hierfür einen verhältnismäßig hohen Aufwand an Arbeitsstunden hochqualifizierter Kräfte einzusetzen* Der Verfahrensschrit't a kann mit herkömmlichen Mitteln ausgeführt werden. Der Verfahrensschritt b gewährleistet einerseits, daß sich die Achsen aller Anschluß-Gewindebohrungen im Mittelpunkt des Knotenstückes schneiden und

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ermöglicht andererseits in Verbindung mit dem Verfahrensschritt c die Ausbildung unterschiedlichster Winkel zwischen den einzelnen Anschluß-Gewindebohrungen. Mit anderen Worten, die Knotenstücke werden unter Beibehaltung einer einmaligen Einspannung zur Ausführung der Anschluß-Gewindebohrungen in die verschiedensten Raumlagen gebracht. Dadurch ist die wirtschaftliche Herstellung nicht nur der sog» "Norra-Knotenstücke", sondern auch der "Sonder-Knotenstücke" gewährleistet. Der Verfahrensschritt d ermöglicht schließlich u.a. z.B. die wirtschaftliche Herstellung unterschiedlicher Anschlüß-Gewindebohrungen an ein und demselben Arbeitsplatz in kontinuierlicher Arbeitsfolge. Ferner ist es möglich, anstelle jeweils einer Anschluß-Gewindebohrung in einer fixierten Raumlage des Knotenrohlings gleichzeitig mehrere untereinander parallele Anschluß-Gewindebohrungen herzustellen.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mehrere Knotenrohlinge seitlich im Abstand voneinander in ihren Durchgangsbohrungsachsen in einer Einspannvorrichtung derart eingespannt werden, daß ihre Achsen die Drehachse der Einspannvorrichtung schneiden und daß die Einstellung der Knotenrohlinge in die verschiedenen Raumlagen abwechselnd durch gemeinsame Drehung der Knotenrohlinge um ihre Durchgangsbohrungsachsen und um die den Knotenrohlingen gemeinsam zugeordnete Drehachse der Einspannvorrichtung erfolgt und die Knotenrohlinge in den fixierten Raumlagen entlang den Achsen mehrerer Werkzeuge gleichzeitig bearbeitet werden. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß mehrere Knotenrohlinge gemeinsam in unterschiedlichen fixierten Raumlagen gleichzeitig durch mehrere Werkzeuge bearbeitet werden können, was die Wirtschaftlichkeit der Knotenferü.gung weiter erhöht. Gleichzeitig wird der Vorteil erhalten, daß sowohl die Winkel zwischen den einzelnen Anschluß-Gewindebohrungen individuell und verschieden sein können, als auch die Ge-

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windedurohmesser am gleichen Knotenstüek von einer Gewindebohrung zur anderen wechseln können. Ferner ermöglicht diese Verfahrensführung den Einsatz von Mehr-Spindel-Bearbeitungseinheiten für die gleichzeitige Ausführung zahlreicher Anschlußgewindebohrungen an den verschiedenen Knotenrolilingen,

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorteilhaft die Längenbegrenzung der einzelnen Gewindebohrungen durch Abflachen oder Ansenken des Knotenrohlings von der Längenbegrenzung der Durchgangsbohrung abgeleitet werden. Diese Ableitung der Längenbegrenzung kann auf mechanischem, elektrischem oder optisch-elektrischem Viege erfolgen, wobei der Vorschub der Werkzeuge entlang den Werkzeugachsen selbstätig so begrenzt wird, daß sHnitliche Anschluß-Gewindebohrungen des fertigen Knotenstückes die gleiche Länge aufweisen.

Die Vorrichtung zur Ausführung des Herstellungsverfahrens für Knotenstücke ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Lagerbock, an dem ein Support mit einer Drehscheibe um eine Achse drehbar gelaererr ist., welcher zwei an der Drehscheibe diametral angeordnete und senkrecht oder nahezu senkrecht von dieser abstehende Arme aufweist, in denen die um ihre Achse drehbare Einspannvorrichtung für den Knotenrohling derart gelagert ist, daß sich die zwei Drehachsen der Einspannvorrichtung in einem Punkt mit der weiteren Achse eines Werkzeugs schneiden, die vorzugsweise senkrecht auf der einen Drehachse der Einspannvorrichtung steht. Diese Vorrichtung ist baulich einfach und ermöglicht bei einmaliger Einspannung des Knotenrohlings in seiner Durchgangsbohrungsachse die erforderliche Einstellung des Knotenrohlings in die verschiedenen Raumlagen zur Ausführung der erforderlichen Bearbeitungsgänge.

Eine weitere Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

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ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die um -''Ύ

ihre Drehachse einstellbare Einspannvorrichtung für den - p^<<f$. Knotenrohling mit ihrer Drehachse auf einem Durchmesser eines Ringes angeordnet ist, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser eines Khotenrohlings ist, und der um eine weitere Drehachse drehbeweglich aufgehängt ist, die sich mit der einen Drehachse der Einspannvorrichtung und der weiteren Achse eines Werkzeugs in '^^S einem Punkt schneidet, wobei die Werkzeugachse Vorzugs- j^-$j weise senkrecht auf der einen Drehachse der Einspann- . tf**^ vorrichtung steht. Auch diese Vorrichtung zeichnet sich "'' Sf durch bauliche Einfachheit und universelle Einsatzmöglich- T^j^ keit zur Herstellung von Knotenstücken verschiedenster Art '*®|L (sog. "Norm-Knptenstücke" und "Sonder-Knotenstücke") aus. 'T^

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein der " "· ~ | Einspannvorrichtung zugeordnetes System von Werkzeugen ' '****' **; mit einer Drehachse vorgesehen, um die die Werkzeuge ; ;''?*

so einstellbar sind, daß deren Achsen abwechselnd die "\ *':

Drehachsen der Einspannvorrichtung in einem Punkt schnei- ⁴

den, wobei die Achsen der Werkzeuge parallel zur Drehachse des Werkzeugsystems angeordnet sind. Dadurch wird *- · der zeitsparende Einsatz der erforderlichen Werkzeuge zur Herstellung jeder Abflachung oder Ansenkung und Anschluß-Gewindebohrung in den verschiedenen fixierten Raumlagen ' des Knotenrohlings gewährleistet.

Die Einspannvorrichtung kann auch um ein System von ortsfesten Werkzeugen drehbeweglich angeordnet sein, die auf einer Kreisbahn angeordnet sind, deren Mittelpunkt mit der Drehachse der Einspannvorrichtung zusammenfällt.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung können mehrere Einspannvorrichtungen im Abstand voneinander ringförmig auf einem um eine Achse intermittierend rotierenden Schalttisch befestigt sein, und im Abstand der Einspannvorrich-

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tungen kann eine Mehrzahl von Bearbeitungseinheiten ringförmig am Umfang des Schalttisches ortsfest angeordnet sein, deren Werkzeugachsen die Drehachse des Schalttisches schneiden. Dadurch läßt sich eine besonders wirtschaftliche Serienfertigung von Knotenstücken erzielen, wobei die Anlage numerisch gesteuert und die gesamte Bearbeitungszeit z.B. eines sog. "Norm-Knotenstückes" auf einige Minuten reduziert werden kann. Die starke Verkürzung der Bearbeitungszeit je Knotenstück beruht darauf, daß die Bearbeitungseinheiten rund um den Schalttisch, bei dessen Stillstand gleichzeitig zum Einsatz kommen. Ihre Zahl hängt im wesentlichen von den erforderlichen Präsund Bohrarbeiten bzw. von der Anzahl unterschiedlicher großer Anschluß-Gewindebohrungen ab. Mit Hilfe der numerischen Steuerung können der Schalttisch, die Bearbeitungseinheiten und die einzelnen Einspannvorrichtungen aufeinander abgestimmt betätigt werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Achsen der Werkzeuge einen rechten Winkel mit der Drehachse des Schalttisches einschließen. Dies gestattet eine radiale Anordnung der Bearbeitungseinheiten am Umfang des Schalttisches.

Es ist aber auch möglich, die Bearbeitungseinheiten mit den Werkzeugen kreisförmig über der Bewegungsbahn der Einspannvorrichtungen ortsfest anzuordnen, so daß ihre Achsen parallel oder etwa parallel zur Drehachse des Schalttisches verlaufen. Diese Anordnung wird bevorzugt, wenn der Durchmesser der Gesamtanlage möglichst klein gehalten werden soll.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können mehrere Einspannvorrichtungen für Knotenrohlinge seitlich mit Abstand nebeneinander um ihre Achsen drehbar an einer um eine weitere Achse drehbaren Tragvorrichtung gelagert sein, wobei die Achsen der Einspannvorrichtungen

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die Drehachse der Tragvorrichtung unter einem rechten Winkel schneiden, und den Einspannvorrichtungen kann ein gemeinsamer Antrieb zugeordnet sein, und im Abstand der Einspannvorrichtungen kann eine Bearbeitungseinheit vorgesehen sein, deren Werkzeugachsen jeweils die Achse einer Einspannvorrichtung und die Drehachse der Tragvorrichtung in einem Punkt schneiden. Der dadurch erzielte Vorteil besteht darin, daß gleichzeitig mehrere Knotenrohlinge in verschiedenen Raumlagen eingestellt werden können, in denen sie gleichzeitig durch eine Bearbeitungseinheit zeitsparend bearbeitet werden.

Eine besonders zeitsparende Serienfertigung kann dadurch erreicht werden, daß gemäß einem weiteren Merkmal der Er- * findung zahlreiche Sätze aus mehreren Einspannvorrichtungen auf einem Schalttisch befestigt werden, in dessen Randbereich ein System von Bearbeitungseinheiten ortsfest angeordnet ist, deren Werkzeugachsen die Drehachsen der Sätze von Einspannvorrichtungen in einzelnen Punkten schneiden, die den Einspannvorrichtungen zugeordnet sind. Dadurch ist es möglich, hochleistungsfähige Bearbeitungseinheiten mit mehreren Werkzeugspindeln gleichzeitig zum Einsatz zu bringen.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: ä

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines polyederförmigen Knotenrohlings für 26 Anschluß-Gewindebohrungen j

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines polyederförmigen (Norm-)Knotenstückes mit l8 Anschluß-Gewindebohrungen j

Figur j5 eine perspektivische Ansicht eines (Sonder-) Knotenstückes mit'nur 8 Anschluß-Gewindebohrungen;

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Figur k eine der Figur 5 ähnliche Ansteht eines Knotenstückes, das an den entsprechenden Anschlußflächen je vier Anschluß-Gewindebohrungen aufweist;

Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren (Sonder-)Knotenstüekes mit mehreren Anschluß-Gewindebohrungen, deren Achsen unterschiedliche Winkel einschließen;

Figur 5a die auf die Figur 5 bezogene Achsanordnung der Anschluß-Gewindebohrungen der besseren Übersichtlichkeit wegen in einer Ebene;

Figur 6 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer kombinierten Einspannvorrichtung und Bearbeitungseinheit für Knotenstückej

Figur 7 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer kombinierten Einspannvorrichtung und Bearbeitungseinheit für Knotenstücke;

Figur 8 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung mit einem Schalttisch, der mehrere Einspannvorrichtungen für Knotenrohlinge trägt, die mit ortsfesten Bearbeitungseinheiten am Umfang des Schalttisches zusammenwirken;

Figur 9 eine schematische perspektivische Ansicht einer Mehrfach-Einspannvorrichtung für Knotenrohlinge, von der zur Verbesserung der Übersichtlichkeit einige Teile weggelassen sind, in Verbindung mit einer schematisch angedeuteten Bearbeitungseinheit;

Figur 10 drei schematische Seitenansichten der in Figur 9 gezeigten Vorrichtung in ihren zahlreichen unterschiedlichen Einstellpositionen, teilweise im Schnitt und in verkleinertem Maßstab;

Figur 11 eine schematisehe Draufsicht eines Schalttisches, der mehrere Sätze von Mehrfach-Einspannvorrich- '

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tungen gemäß Figur 9 trägt, die mit entsprechenden ortsfesten Bearbeitungseinheiten am Umfang des Schalttisches zusammenwirken.

In den Figuren 1 bis 5 sind, teilweise schematisch, mehrere unterschiedliche Khotenstücke gezeigt, die alle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit höchster Präzision in ein und derselben Vorrichtung vollautomatisch hergestellt werden können. Es sei bemerkt, daß die Erfindung jedoch nicht auf diese dargestellten Khotenstücke beschränkt ist.

Figur 1 zeigt schematisch einen polyederförmigen Knotenrohling mit 26 Flächen und Symmetrieachsen mit der in f der Kristallkunde üblichen Bezeichnung der Achsen, geeignet als fertiges Knotenstück für Raumfachwerke sowohl nach dem System des raumzentrierten Cubus, als auch nach dem System des flächenzentrierten Cubus.

Figur 2 veranschaulicht ein Knotensttick mit l8 Anschluß-Gewindebohrungen gleichen Durchmessers für praktisch vielfach angewandte Raumfachwerke allein im System des flächenzentrierten Cubus.

Das in Figur 3 gezeigte Knotenstück ist dagegen ausschließlich für Raumfachwerke aus halben Oktaedern und λ Tetraedern bestimmt und besitzt daher außer der Durchgangsbohrung mit der Achse Z, in der die Einspannung erfolgt, nur 8 Anschlußgewindebohrungen in regelmäßigen Winkelabständen.

In Figur 4 ist grundsätzlich die gleiche Bauform eines Knotenstückes wie in Figur 3 gezeigt, jedoch befinden sich in jeder Anschlußfläche des polyederförmigen Knotenstückes vier Anschluß-Gewindebohrungen für Stabanschlüsse mit Mehrfachversehraubung (nicht gezeigt).

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Knotenstücke nach Figur 5 für die Anwendung bei einlagigen Raumfachwerkkuppeln besitzen mehrere, im Ausführungsbeispiel vier Anschluß-Gewindebohrungen, deren Achsen A 1 bis A 4 unterschiedliche Winker/* 1 bis f4 gegenüber der Durchgangsbohrungsachse 2 (Achse der Aufnahmebohrung) und unterschiedliche Winkel (Xl bis CX 4 (vergl. Figur 5a) untereinander einschließen.

In Figur 6 ist eine relativ einfache kombinierte Bear be itungs einheit 1 und Einspannvorrichtung 2 mit einem polyederförmigen Knotenstück 3 gezeigt, das l8 Anschluß-Gewindebohrungen 4 aufweist und dem in Figur 2 gezeigten entspricht. Die Einspannvorrichtung 2 enthält einen Lagerbock 5, an dem ein Support mit einer Drehscheibe 6 um eine Achse II drehbar gelagert ist. An der Drehscheibe 6 sind diametral und etwa senkrecht abstehende Arme 7> 7' angebracht, in denen wiederum die Aufnahmeelemente 8,8' für den Knotenrohling in der Achse I drehbeweglich und axial einstellbar gelagert sind. Der Knotenrohling wird zunächst mit einer wenigstens durch seinen angenäherten Mittelpunkt verlaufenden Durchgangsgewindebohrung, und Abflachungen an den Bohrungsöffnungen senkrecht zur Bohrungsachse I versehen, in der er mit Hilfe der Aufnahmeelemente 8,8' so eingespannt bzw. zentriert wird, daß sein Mittelpunkt mit dem Schnittpunkt der Achsen I, II und einer Werkzeugachse III zusammenfällt, die noch erläutert wird. Die Abflachungen dienen auch zur Längenbegrenzung der Durchgangsgewindebohrung und werden in gleichem Abstand zum Mittelpunkt des Knotenrohlings ausgeführt. Zur Einstellung des Knotenrohlings in die verschiedenen Raumlagen zwecks Herstellung der weiteren l6 Anschluß-Gewindebohrungen 4 werden die Aufnahmeelemente 8,8' und die Drehscheibe 6 entsprechend um ihre Achsen I bzw. II gedreht und in den jeweiligen Bearbeitungspositionen fixiert. Hierfür können die Aufnahmeelemente 8,8' und die Drehscheibe 6 durch bekannte Antriebsmittel, z.B.. auf elektrischem, mechanischem,

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hydraulischem oder pneumatischem Wege betätigt werden. Die Drehachsen I und II schließen im Ausführungsbeispiel nach Figur 6 einen rechten Winkel ein, und die Werkzeugachse HT steht senkrecht auf der Drehachse

Die Bearbeitung des in den Aufnahmeelementen 8,8^! eingespannten Knotenrohlings erfolgt in dessen fixierten Raumlagen in nachstehender Reihenfolge:

1. Herstellung des auf den Knotenmittelpunkt ausgerichteten Bohrloches,

2. Anfrasen einer zu der Werkzeugachse III senkrecht stehenden Anlagefläche mit genauem Abstand zum Mittelpunkt des Knotenrohlings und f

j5. Einschneiden des Gewindes.

(Bei Bohrungen mit größerem Durchmesser kann es erforderlich sein, mit kleinerem Durchmesser vorzubohren.)

Zur Ausführung dieser Arbeitsgänge weist die Bearbeitungseinheit 1 einen um eine Drehachse IV drehbaren dreiarmigen Träger 9 auf, an dem ein Zapfen-Stirnfräser 10, ein Spiralbohrer 11 und ein Gewindebohrer 12 mit jeweils eigenem elektromotorischem Antrieb M gelagert sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Drehachse IV parallel zur Werkzeugachse III verläuft und die verschiedenen Werkzeuge 10,11 und 12 in der erforderlichen Folge " so einstellbar sind, daß ihre Achsen sich abwechselnd entlang der gezeigten Achse III mit den Drehachsen I und II in einem Punkte schneiden. Die Drehung des Trägers 9 zwecks Positionierung der entsprechenden Werkzeuge kann z.B.. durch einen elektrischen Stellmotor (nicht gezeigt) erfolgen, der numerisch gesteuert werden kann, ebenso wie der Antrieb und Vorschub der einzelnen Werkzeuge, und zwar in Übereinstimmung mit den Bewegungen der Einspannvorrichtung 2. Der Vorschub des Zapfen-Stirnfräsers 10 kann ferner z.B. auf elektrischem Wege von der Längenbegrenzung der Durch-

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gangsbohrung des Knotenrohlings entlang der Achse I abgeleitet werden.

In Abweichung von dem In Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel können die Bearbeitungseinheit 1 ortsfest und die Einspannvorrichtung 2 um die Achse IV drehbeweglich angeordnet sein. Ferner ist es möglich, anstelle einer relativen Drehbewegung zwischen Bearbeitungseinheit 1 und Einspannvorrichtung 2 eine Relativbewegung entlang einer geradlinigen Bahn durchzuführen.

Bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Aufnahmeelemente 8,8* in einem Ring 13 drehbeweglich und w axial verstellbar so gelagert, daß ihre Drehachse I auf einem Durchmesser des Ringes liegt. Die Drehung der Aufnahmeelemente 8,8' und damit des eingespannten Knotenrohlings um die Achse I erfolgt hier durch einen am Ring 13 angeflanschten elektrischen Stellmotor l4. Der Ring 13 ist seinerseits um eine Drehachse II drehbeweglich an Lagerböcken 15*l6 aufgehängt. Die Drehung des Ringes 13 um die Achse II bewirkt ein am Lagerbock l6 angeflanschter elektrischer Stellmotor 17. Die Anordnung der Achsen 1,11, III und IV entspricht der in Figur 6 gezeigten.

Um sowohl sog. "Norm-Knotenstücke" (wie in den Figuren 2, a 6 und 7 gezeigt) mit einer Anzahl gleich großer Anschluß-Gewindebohrungen und regelmäßigen Winkeln zwischen den Bohrungen, als auch sog. "Sonder-Knotenstticke", d.h. Knotenstücke, bei denen die Winkel zwischen den einzelnen Gewindebohrungen und auch die Gewindedurchmesser am gleichen Knotenstück von einer Gewindebohrung zur anderen variieren können, kontinuierlich automatisch herstellen zu können, sind gemäß Figur 8 zwölf schematisch angedeutete Einspannvorrichtungen 20 z.B. von der in Figur 6 oder Figur 7 gezeigten Ausführung im Abstand voneinander ringförmig auf einem um eine Achse IV drehbaren Schalttisch 21 befestigt. Im Abstand der Einspannvorrichtungen 20 sind

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am Umfang des Schalttisches 21 im Ausführungsbeispiel zehn Bearbeitungseinheiten M 1 bis M 10 ortsfest angeordnet, deren Werkzeugachsen III die Drehachse IV des Schalttisches unter einem rechten Winkel schneiden. An einer Stetion 22 werden die bei E zugeführten Knotenrohlinge 24 in einer Einspannvorrichtung 20 eingespannt und zentriert, während an der Station 23 die fertigen Knotenstücke 25 aus den einzelnen Einspannvorrichtungen gelöst und bei A abgeführt werden. Der Schalttisch 21 wird intermittierend gedreht, so daß die Bearbeitungseinheiten M 1 bis M 10 gleichzeitig bei stillstehendem Schalttisch wahlweise eingesetzt werden können. Die Bearbeitungseinheiten werden vorzugsweise für die größte vorkommende Anschluß-Gewindebohrung ausgelegt. Es ist auch möglich, "

nahezu alle oder nur einige der Bearbeitungseinheiten als Mehrspindel-Bohrköpfe zum gleichzeitigen Bohren und Gewindeschneiden auszuführen. Im Regelfall sind die einzelnen Bearbeitungseinheiten M 1 bis M 10 jeweils mit einem speziellen Werkzeug ausgerüstet. Stets können jedoch die Bearbeitungseinheiten gleichzeitig während des Stillstandes des Schalttisches an den verschiedenen Knotenrohlingen zum Einsatz gebracht werden. Die Knotenrohlinge sind in ihren Einspannvorrichtungen 20 während des Stillstandes des Schalttisches an den jeweiligen Arbeitsstationen einfach oder mehrfach im Räume einstellbar.

Die Arbeitsfolge umfaßt im allgemeinen auch hier - abge- g

sehen von der Eingabe und Ausgabe der Knotenrohlinge bzw. Knotenstücke-das Zentrieren, Bohren, Fräsen der Anlageflächen und Gewindeschneiden. Bei großen Anschluß-Gewindebohrungen kann es nötig sein, den Bohrvorgang zu unterteilen, so daß erst mit kleinerem Durchmesser vorgebohrt und dann mit größerem Durchmesser ausgebohrt wird. Die Unterteilung des Bohrvorganges hat den zusätzlichen Vorteil, daß für diese Teilarbeitsfolgen zwei verschiedene Bearbeitungseinheiten eingesetzt werden können und damit die Ausnutzung der gesamten Vorrichtung verbessert wird. Die Zahl der Bearbeitungseinheiten bzw. Arbeitsstationen hängt im übrigen von der Anzahl der verschieden großen

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Anschluß-Gewindebohrungen und zusätzlichen Teilarbeiten wie z.B. Zentrieren, Eräsen der Anlageflächen und Vorbohren ab.

Zweckmäßig wird die Vorrichtung nach Figur 8 numerisch gesteuert, und zwar derart, daß sowohl die Schaltschritte des Schalttisches von einer Bearbeitungseinheit bzw. -Station zur anderen, als auch die Inbetriebsetzung und Stillsetzung der einzelnen Bearbeitungseinheiten und schließlich auch die Einstellbewegungen der Einspannvorrichtungen 20 für die Knotenrohlinge in der richtigen Weise koordiniert sind.

Mit einer solchen Vorrichtung ist es ferner möglich, verschiedene Programme für die Knotenstück-Pertigung durchzuführen, ohne daß für die verschiedenen Winkel und Gewindedurchmesser besondere Bearbeitungseinheiten extra eingebaut und eingestellt werden müssen. Bei dem Übergang von einem Programm zum anderen braucht man nur die vorhandenen einzelnen Bearbeitungseinheiten mit den erforderlichen Werkzeugen zu bestücken und die numerische Steuerung entsprechend zu programmieren. Die Bearbeitungseinheiten M 1 bis M 10 können jedoch nicht nur mit Mehrspindel-Bohrköpfen, sondern auch mit Revolverköpfen ausgerüstet werden. In einem solchen Fall kann beispielsweise ein Revolverkopf einer Bearbeitungseinheit mit Werkzeugen zum Zentrieren, Bohren, Fräsen und Gewindeschneiden versehen werden. Dies bedeutet, daß beim Ausführungsbeispiel mit zehn Bearbeitungseinheiten ein Knotenstück mit zehn Anschluß-Gewindebohrungen gefertigt werden kann, bei dem die Gewindedurchmesser und Winkel von Bohrung zu Bohrung variieren. Die Gesamtfertigungszeit für solche Sonder-Knotenstücke wird dadurch auf ein absolutes Minimum gesenkt. Die Vorrichtung nach Figur 8 eignet sich somit für eine wirtschaftliche Serienfertigung von Knotenstücken unterschiedlichster Art. Dabei kann eine Arbeitskraft vor-

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teilhaft mehrere solcher Vorrichtungen gleichzeitig bedienen, beaufsichtigen und zentral steuern.

In Abweichung von dem in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel können die Bearbeitungseinheiten auch kreisförmig über der Bewegungsbahn der Einspannvorrichtung ortsfest angeordnet sein, so daß ihre Achsen III parallel oder etwa parallel zur Drehachse IV des Schalttisches 21 verlaufen.

In Figur 9 ist eine Ausführungsform einer Mehrfacheinspannvorrichtung JO gezeigt, die drei Knotenrohlinge 3 zur gleichzeitigen Bearbeitung in unterschiedlichen fixier- A ten Raumlagen aufnehmen kann. Die Vorrichtung weist zu diesem Zweck eine in einem Lagerbock 31 gelagerte Lagerscheibe 32 sowie eine Zahnscheibe 33 auf, an der ein Wellenstummel 3h befestigt ist, der in einem schematisch angedeuteten Lagerbock 35 gelagert ist,der mit dem Lagerbock 31 verbunden sein kann. Die beiden Scheiben 32,33 sind durch ein als Tragvorrichtung dienendes Winkelstück 36 verbunden und über einen elektrischen Stellmotor 37 und ein Ritzel 38 um die Achse II drehbar. Durch eine solche Drehung kann die Mehrfacheinspannvorrichtung beispielsweise in die in Figur 10 gezeigten unterschiedlichen Einstellpositionen gebracht werden, in der die Knotenrohlinge entsprechend individuelle Raumlagen einnehmen. f

Die Aufnahmeelemente für die Knotenrohlinge 3 (in Figur ist nur einer gezeigt) bestehen hier aus einem unteren Aufnahmedorn 39 und einem oberen Aufnahmedorn 40, zwischen denen ein Knotenrohling in seiner Durchgangsbohrungsachee I einspannbar ist. Zum Knotenwechsel sind die oberen Dorne 40 an Arme 4l befestigt, die im Winkelstück 36 schwenkbar gelagert sind und z.B. durch nicht gezeigte Druckluftoder Hydraulik-Einrichtungen betätigt werden können. Die unteren Aufnahmedorne 39 sind auf Achsstummel 42 drehbe-

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weglich gelagert, die mit Achsen I/l, 1/2 und 1/3 fluchten. Die unteren Aufnahmedorne weisen ferner eine Schneckenradverzahnung 43 auf, die mit einer in den Scheiben 32,33 drehbeweglich gelagerten Schneckenwelle 44 in Eingriff steht, die ihrerseits durch einen an der Lagerscheibe 32 angeflanschten elektrischen Stellmotor 45 drehbar ist. Durch den Stellmotor 45 können demzufolge über die Schneckenwelle 44 und die Schneckenräder 43 alle drei Knotenrohlinge 3 gleichzeitig um ihre Achsen I gedreht und positioniert werden. Die Achsen I/l, 1/2 und 1/3 schneiden die Drehachse II jeweils unter einem rechten Winkel, wobei die Schnittpunkte mit den Mittelpunkten der Knotenrohlinge zusammenfallen.

Der Mehrfacheinspannvorrichtung 30 ist eine Bearbeitungseinheit 46 zugeordnet, deren Werkzeugachsen III/1, HI/2 und III/3 jeweils die einzelnen Achsen I/l, 1/2 und 1/3 und die Drehachse II in den einzelnen, oben erwähnten Punkten schneiden. Die Bearbeitungseinheit 46 kann ähnlich den Bearbeitungseinheiten 1 bzw. I¹ der Figur 6 und 7 drehbar ausgeführt sein und einen Satz Spiralbohrer, Zapfen-Stirnfräser und Gewindebohrer enthalten. Die Steuerung der Mehrfacheinspannvorrichtung 30, ihrer verschiedenen Antriebsquellen und der Bearbeitungseinheit 46 kann ebenfalls als numerische Steuerung ausgeführt sein.

Die Figur 11 zeigt eine der Figur 8 ähnliche Vorrichtung mit einem um eine Achse IV drehbaren Schalttisch 21^f, auf dem zwölf Mehrfacheinspannvorrichtungen 30* gemäß Figur 9 kreisförmig und in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind. Am Umfang des Schalttisches 21^f sind zehn Bearbeitungseinheiten M i^! bis M 10* ortsfest so angeordnet, daß ihre Werkzeugachsen III/1," HI/2 und HI/3 die Drehachsen I und II der einzelnen Einspannvorrichtungen 39*40 in individuellen Punkten schneiden, wie dies in Figur 9 angedeutet ist. Der Arbeitsablauf in dieser

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Vorrichtung entspricht demjenigen, der im Zusammenhang mit Figur 8 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß im Stillstand des Schalttisches 21* an jeder Bearbeitungseinheit M I¹ bis M 10' gleichzeitig drei Knotenrohlinge in ihren verschiedenen fixierten Raumlagen bearbeitet werden können. Dadurch wird eine besonders rationelle Massenfertigung von Norm-Knotenstücken und Sohder-Knotenstücken ermöglicht. Der Schalttisch 2l', die Mehrfacheinspannvorrichtungen 30^! und die Bearbeitungseinheiten M 1* bis M 10¹ werden ebenfalls vorzugsweise numerisch gesteuert.

In Abweichung von den in den Figuren 8 und 11 gezeigten " Ausführungsbeispielen können die Einspannvorrichtungen auch ortsfest und die Bearbeitungseinheiten auf einem ringförmigen Träger um die Achse IV drehbeweglich angeordnet sein. Mit anderen Worten, grundsätzlich sind die oben beschriebenen Relativbewegungen umkehrbar, was auch für alle Bewegungen um die verschiedenen Achsen gilt. Außer den Bewegungen um die Achsen I - IV sind erfindungsgemäß Zusatzbewegungen um weitere Achsen möglich. So können bei den Ausführungsformen nach Figur 8 und 11 die Bearbeitungseinheiten um die Achse IV gedreht und zusätzlich um weitere Achsen geschwenkt werden, die beliebig im Raum angeordnet sein können. |

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Knotenstücken für Raumfachwerke oder dergl., insbesondere von polyederförmigen Knotenstücken, bei dem ein Knotenrohling in einer Einspannvorrichtung gehalten und mit Gewindebohrungen versehen wird, deren Achsen sich im Mittelpunkt des Knotenstückes schneiden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Ausbildung einer wenigstens durch den angenäherten Mittelpunkt des Knotenrohlings verlaufenden Durchgangsbohrung, vorzugsweise Gewindebohrung und Abflachen oder Ansenken des Knotenrohlings an den Bohrungsöffnungen senkrecht zur Achse (I) der Durchgangsbohrung, um deren Länge genau zu begrenzen,

b) Einspannen des Knotenrohlings in diese Durchgangsbohrungsachse (I) mittels einer um zwei Achsen (I und II) drehbaren Einspannvorrichtung, derart, daß die zwei Achsen (I und II) sich mit einer weiteren Achse (III) eines Werkzeugs im Mittelpunkt des Knotenrohlings unter veränderlichem Winkelverhältnis schneiden,

c) Einstellung des Knotenrohlings in verschiedene Raumlagen durch Drehung um die zwei Achsen (I und II) und Bearbeiten desselben in fixierten Raumlagen entlang der weiteren Achse (III) eines Werkzeugs, und

d) zur Bearbeitung des Knotenrohlings durch verschiedene Werkzeuge entlang der weiteren Achse (III)

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.unter Beibehaltung seiner ursprünglichen Einspannung in der Durchgangsbohrungsachse (I), Durchführung einer Relativ-Bewegung zwischen der Einspannvorrichtung und den Werkzeugen um eine den Werkzeugen und der Einspannvorrichtung gemeinsamen vierten Achse (IV).

2. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Knotenrohlinge seitlich im Abstand voneinander in ihren Durchgangsbohrungsachsen (I) in einer Einspannvorrichtung derart einge- * spannt werden, daß ihre Achsen (I) die Drehachse (II) der Einspannvorrichtung schneiden und daß die Einstellung der Knotenrohlinge in die verschiedenen Raumlagen abwechselnd durch gemeinsame Drehung der Knotenrohlinge um ihre Durchgangsbohrungsachsen (I) und um die den Knotenrohlingen gemeinsam zugeordnete Drehachse (II) der Einspannvorrichtung erfolgt und die Knotenrohüige in den fixierten Raumlagen entlang den Achsen (III) mehrerer Werkzeuge gleichzeitig bearbeitet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenbegrenzung der einzelnen Ge- i windebohrungen durch Abflachen oder Ansenken des Knotenrohlings von der Längenbegrenzung der Durchgangsbohrung (Achse I) abgeleitet wird.

/4.^Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach An- ^—^spruch 1, gekennzeichnet durch einen Lagerbock (5), an dem ein Support mit einer Drehscheibe (6) um eine Achse (II) drehbar gelagert ist, welcher zwei an der Drehscheibe (6) diametral angeordnete und senkrecht oder nahozu senkrecht von dieser abstehende Arme (J, ?') aufweist, in denen die um ihre Achse (I)

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I)

drehbare Einspannvorrichtung (2,8,8') für den Knotenrohling (3) derart gelagert ist, daß sich die zwei Drehachsen (I und II) der Einspannvorrichtung in einem Punkt mit der weiteren Achse (III) eines Werkzeugs (lö, 11, 12) schneiden, die vorzugsweise senkrecht auf der einen Drehachse (II) der Einspannvorrichtung steht.

Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die um ihre Drechachse (I) einstellbare Einspannvorrichtung (2',8,8^!) für den Knotenrohling (3) mit ihrer Drehachse (I) auf einem Durchmesser eines Ringes (13) angeordnet ist, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser eines Knotenrohlings (3) ist und der um eine weitere Drehachse (II) drehbeweglich aufgehängt ist, die sich mit der einen Drehachse (I) der Einspannvorrichtung und der weiteren Achse (III) eines Werkzeugs (10,11,12) in einem Punkt schneidet, wobei die Werkzeugachse (III) vorzugsweise senkrecht auf der einen Drehachse (II) der Einspannvorrichtung steht.

Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein der Einspannvorrichtung ( 2 bzw. 2^!) zugeordnetes System von Werkzeugen (10-12) mit einer Drehachse (IV), um die die Werkzeuge 30 einstellbar sind, daß deren Achsen (III) abwechselnd die Drehachsen (I und TI) der Einspannvorri ahtun<·; in eLneir. Punkt schneiden, wobei die Achsen ClII) der '. -rkzeuge (lO-IP) parallel zur Dreha ;hr;e ('IV) des Werk^u:¹:- Systems angeordnet sind.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannvorrichtung um ein System von ortsfesten Werkzeugen drehbeweglich angeordnet ist, die auf einer Kreisbahn angeordnet sind, deren Mittelpunkt mit der Drehachse (IV) der Einspannvorrichtung zusammenfällt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einspannvorrichtungen (20) im Abstand voneinander ringförmig auf einem um eine Achse (IV) intermittierend rotierenden Schalttisch (2l) befestigt und im Abstand der Einspannvorrichtungen (20) eine Mehrzahl von Bearbeitungs-Einheiten (M 1 - MlO) ringförmig am Umfang des Schalttisches (2l) ortsfest angeordnet ist, deren Werkzeug-Achsen (III) die Drehachse (IV) des Schalttisches schneiden.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (III) der Werkzeuge einen rechten Winkel mit der Drehachse (IV) des Schalttisches (21) einschließen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Bearbeitungs-Einheiten mit den Werkzeugen "

kreisförmig über die Bewegungsbahn der Einspann-Vorrichtungen ortsfest angeordnet sind und ihre Achsen (III) parallel oder etwa parallel zur Drehachse (IV) des Schalttisches verlaufen.

11.Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einspannvorrichtungen (39»^0) für Knotenrohlinge (3) seitlich mit Abstand nebeneinander um ihre Achsen (I) drehbar an einer um eine weitere Achse (II) drehbaren Tragvorrichtung (36) gelagert sind und die

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Achsen (I) der Einspannvorrichtungen die Drehachse (II) der Tragvorrichtung unter einem rechten Winkel schneiden und daß den Einspannvorrichtungen (39j40) ein gemeinsamer Antrieb (44,45) zugeordnet und im Abstand der Einspannvorrichtungen eine Bearbeitungs-Einheit (46) vorgesehen ist, deren Werkzeugachsen (III) jeweils die Achse (I) einer Einspannvorrichtung und die Drehachse (II) der Tragvorrichtung in einem Punkt schneiden.

12. Vorrichtungen nach Anspruch ll, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Sätze (30) aus mehreren Einspannvorrichtungen (39»4o) auf einem Schalttisch (21') befestigt sind, in dessen Randbereich ein System von Bearbeitungs-Einheiten (M l' bis M 10') ortsfest angeordnet ist, deren Werkzeug-Achsen (III) die Drehachsen (I und II) der Sätze (30) von Einspannvorrichtungen (39*40) in einzelnen Punkten schneiden, die den Einspannvorrichtungen zugeordnet sind.

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