-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Metallplatten-Schneidmaschine,
die insbesondere aber nicht ausschließlich zum Schneiden von Metallplatten
mittels Laser-, Plasma-, Wasser- und/oder Brennschneiden (oxygen
cutting) tauglich ist.
-
Übliche Metallplatten-Schneidmaschinen werden
zur Zeit vorteilhaft verwendet, die Werkzeuge gebrauchen, deren
Strukturen, im Unterschied zu üblichen
Maschinen, nicht "fest" sondern durch Materie in
bestimmten Zuständen
gebildet wird, die zum Schneiden fester Objekte geeignet sind; beispielsweise
wird im Fall des Lasers das Werkzeug durch einen kohärenten Strahl
von monochromatischen Photonen gebildet.
-
Ungeachtet
der verwendeten Technologie werden diese Maschinen jedoch zum Schneiden auch
von großen
Metallplatten (beispielsweise in der Größenordnung von mehreren Metern
Länge und
bis zu 5–6
m Breite) verwendet und sie weisen üblicherweise an einer Lagerplattform
zumindest zwei Schienen zum longitudinalen Gleiten einer portalartigen Struktur
zum Lagern und Bewegen zumindest eines Schneidkopfes auf, der mit
einer Steuereinheit verbunden ist.
-
Der
Schneidkopf wird auf Befehl der Steuereinheit und von zugeordneten
Bewegungseinrichtungen geführt,
um sich entlang der gesamten Länge
der portalartigen Struktur zu bewegen.
-
Insbesondere
ist die portalartige Struktur anschließend unter der Betätigung von
zugeordneten Bewegungseinrichtungen entlang zweier Schienen zum
Gleiten geeignet, die auf zwei gegenseitig gegenüberliegende Seiten der Plattform
angeordnet sind.
-
Auf
diese Weise ist der Schneidkopf in der Lage, sich selbst an jedem
Punkt innerhalb der Plattform durch das kombinierte Gleiten entlang
der transversen Achse (durch das Portal gebildet und üblicherweise
als Y-Achse bezeichnet) und entlang der longitudinalen Achse (durch
die zwei Schienen gebildet, die seitlich der Plattform angeordnet
sind, und üblicherweise
X-Achse genannt) zu positionieren.
-
Bei
all diesen Maschinen, die zum Schneiden von Metallplatten aufgebaut
sind, ist der Schneidkopf tatsächlich
an einer vertikalen Achse befestigt (nachfolgend als Z-Achse benannt), entlang der
er in Bezug auf die Plattform hoch und runter gleiten kann.
-
Auf
diese Weise kann die Bewegung des Schneidkopfes entlang dreier zueinander
senkrechten Achsen (entsprechend mit X-Y-Z bezeichnet, wie vorstehend
beschrieben) auftreten, und dies ermöglicht es, jeden Punkt in dem
Raum oberhalb der Plattform zu erreichen.
-
Der
Schneidkopf muss durch die Steuereinheit geeignet betätigt, beispielsweise
durch eine numerische Steuerung, in der Tat fähig sein, einen vorgegebenen
Weg auf der Metallplatte zu folgen, um den Schnitt gemäß der Instruktionen
durchzuführen, die
von dem Bediener gesetzt werden.
-
Der
von dem Schneidkopf verfolgte Weg wird durch die räumlichen
Koordinaten X-Y-Z
der Positionen bestimmt, die durch den Schneidkopf entlang der X-Achse,
der Y-Achse bzw.
der Z-Achse erreicht werden.
-
In
Bezug auf die vertikale Bewegung, die Z-Achse, muss während der
Schneidvorgänge
der Kopf stets in dem gleichem Abstand von der Metallplatte verbleiben;
auf Grund der thermischen Deformation oder Spannung, der diese ausgesetzt
wird, oder auf Grund eines Fehlens einer perfekten Flachheit bzw.
Ebenheit kann der Kopf stattdessen durch leichte Verschiebungen
und/oder lokale Wölbungen/Biegungen
beeinflusst werden.
-
Deshalb
gleitet der Kopf während
der Schneidvorgänge
in Bezug auf die Z-Achse, um stets in dem gleichen Abstand von der
Metallplatte zu bleiben.
-
Eines
der signifikantesten Probleme bei der Produktion von geläufigen großen Maschinen
ist die Ausrichtung (Parallelität
und Koplanarität)
der Fahrschienen entlang der X-Achse, auf denen die portalartige
Struktur oder der Maschinenkörper
gleitet, da die Geradlinigkeit des Schnittes und die dauerhafte Beständigkeit
der Gleitführungen
davon abhängig sind.
-
US-Patent
5,854,460 offenbart eine Laserschneidmaschine, die mit einem Laserschneidkopf versehen
ist, der innerhalb der Schneidzone überall hin beweglich ist. Zu
diesem Zweck ist der Laserkopf an einer Gerüstanordnung befestigt, die
longitudinal zu der Laserschneidmaschine in die Richtungen der X-Achse
verfahrbar ist. Zusätzlich
ist der Laserschneidkopf entlang der Gerüstanordnung quer zur Laserschneidmaschine
in die Richtungen der Y-Achse verfahrbar und vertikal in die Richtungen
der Z-Achse durch geeignete Vorrichtungen verschiebbar, um dem Laserschneidkopf
zu ermöglichen,
geeignet in Bezug auf ein Werkstück
angeordnet zu werden, das entweder an einer oberen Palette oder einer
unteren Palette befestigt ist.
-
US-Patent
3,564,971 offenbart eine Portalmahlmaschine mit einem Querbalken,
der sich über die
Befestigungs- oder Aufspannplatte erstreckt, die in einer Senke
angeordnet ist, während
die Enden des übrigen
Balkens mit Lagerschlitten verbunden sind. Wenn der Querbalken in
longitudinaler Richtung verschoben wird, kann er beispielsweise
aus seiner Position exakt senkrecht in Bezug auf die Führungslinie
der Lagerschlitten gekippt werden.
-
Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschine zum Schneiden und
Bearbeiten von Metallplatten bereitzustellen, die wirksam die vorstehend
beschriebenen Nachteile bei üblichen
Maschinen überwindet,
insbesondere in Bezug auf die Ausrichtung (Parallelität und Koplanarität) der Fahrschienen
entlang der X-Achse, auf denen die portalartige Struktur oder der
Maschinenkörper
gleitet, um die Geradlinigkeit des Schnittes und die dauerhafte
Beständigkeit
der Gleitschienen zu gewährleisten.
-
Innerhalb
des Umfangs dieses Zieles ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Maschine bereitzustellen, deren Ausrichtung in Bezug auf den
Schneidkopf unabhängig
von der Koplanarität
und Parallelität
der Fahrschienen ist, und folglich einen hohen Grad an Präzision während der
Arbeit aufrechterhält.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschine
bereitzustellen, die im Aufbau einfach und gleichzeitig stabil ist.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschine
zum Schneiden von Metallplatten bereitzustellen, die für den Bediener
einfach zu verwenden ist.
-
Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschine
zum Schneiden von Metallplatten mittels Plasma-, Laser-, Wasser- und/oder
Brennschneiden bereitzustellen, die mit üblicher Ausrüstung und
Aufbauten hergestellt werden kann.
-
Diese
und andere Aufgaben, die nachfolgend besser verständlich werden,
werden durch eine Maschine zum Schneiden von Metallplatten mittels Laser-,
Plasma-, Wasser- und/oder Brennschneiden gelöst, die an einer Lagerplattform
zumindest zwei Schienen zum longitudinalen translatorischen Gleiten
einer portalartigen Struktur zum gleitenden Lagern zumindest eines
Schneidkopfes aufweist, der mit einer Steuereinheit verbunden ist,
wobei die portalartige Struktur an einer Lageranordnung befestigt ist,
deren Position entlang zumindest zweier Achsen eingestellt werden
kann, und die Maschine dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lageranordnung
vier Lager mit einem Kugelgelenk aufweist, von denen zumindest eins
geeignet ist, um ein vertikal einstellbares Lager für die Struktur
mit verlängerbaren
Einrichtungen zu bilden, die zur Bedienereinstellung bereitstehen,
und dass Bewegungseinrichtungen zum Betätigen der Struktur und des
entsprechenden zumindest einen Schneidkopfes vorgesehen sind.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
derselben verständlicher,
die lediglich als nicht einschränkendes
Beispiel in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist, in denen:
-
1 – eine perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemäßen Metallplatten-Schneidmaschine ist;
-
2 – eine Draufsicht
auf die Maschine ist;
-
3 – eine Vorderansicht
der Maschine ist;
-
4 – eine Seitenansicht
der Maschine von links ist;
-
5 – eine Seitenansicht
der Maschine von rechts ist;
-
6 – eine Detailansicht
eines Kugellagers der Maschine ist;
-
7 – eine Gesamtansicht
des Teleskoplagers ist;
-
8 – eine Gesamtansicht
des Bewegungssystems der Maschine ist.
-
Unter
Bezug auf die Figuren wird eine erfindungsgemäße Metallplatten-Schneidmaschine allgemein
mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
-
In
der nachfolgend beschriebenen Konfiguration ist die Maschine 10 insbesondere
zum Laserschneiden voreingestellt, die vorgestellten Konzepte können jedoch
in einfacher Weise an andere mögliche
Schneidverfahren angepasst werden, beispielsweise Plasma-, Wasser-
und/oder Brennschneiden.
-
Die
Maschine 10 weist an einer Lagerplattform 11 zwei
Schienen 12 zum longitudinalen Gleiten einer portalartigen Struktur
auf, allgemein mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet, die
gleitend eine an sich bekannte Art einer Schneideinheit trägt, beispielsweise
einen Laserschneidkopf 14, der mit einer Steuereinheit
(üblicherweise
der Art mit numerischer Steuerung, die normal im Handel erhältlich ist)
verbunden ist, die nicht in den Figuren gezeigt wird.
-
Die
portalartige Struktur ist an einer Lageranordnung 15 befestigt,
deren Position entlang zumindest zweier Achsen eingestellt werden
kann und die vier Lager 16 aufweist, die ein Kugelelement
haben, und ein Lager mit verlängerbaren
Einrichtungen 17 verbunden ist, die zur Einstellung durch
den Bediener bereitstehen, um ein vertikal einstellbares Lager für die Struktur
zu bilden.
-
Die
Maschine 10 weist ebenfalls Einrichtungen 18 für die Betriebsbewegung
der Struktur 13 und des entsprechenden Schneidkopfes 14 auf.
-
Jedes
der vier Lager 16 ist durch zwei gegenseitig gegenüberliegende,
geflanschte Kuppeln 19 gebildet, von denen jede eine Vertiefung 20 aufweist,
die ausgebildet ist, um zusammen mit der gegenüberliegenden ein Auflager für eine Kugel 21 zu bilden;
die obere Kuppel 19 ist an der Struktur 13 befestigt,
während
die untere mit einem entsprechenden Gleitelement 22 zum
Gleiten auf einer entsprechenden Schiene 12 befestigt ist.
-
In
diesem Fall sind die verlängerbaren
Einrichtungen 17 durch eine Teleskopvorrichtung 23 gebildet,
die ein erstes äußeres Rohrelement 24 mit
geflanschten Enden aufweist; eines der Enden, bezeichnet mit den
Bezugszeichen 25, ist an der Struktur 13 befestigt,
während
das andere, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 26, zu dem
geflanschten Ende 27 eines zweiten longitudinal verlängerten
Elementes 28 ausgerichtet ist und mittels elastischer Elemente,
die nachfolgend im Detail beschrieben werden, auf diesem lagert,
das gleitend in dem ersten Element 24 eingefügt und verbunden
ist, um zusammen mit dem ersten Element die Einstellbarkeit der Verlängerung
der Anordnung bereitzustellen.
-
Das
geflanschte Ende 27 des zweiten Elementes 28 ist
an der entsprechenden oberen Kuppel 19 eines entsprechenden
Lagers 16 befestigt.
-
In
dieser Ausführungsform
sind die zwischen den entsprechenden geflanschten Enden 26 und 27 des
ersten und des zweiten Elements, mit dem Bezugszeichen 24 bzw. 28 bezeichnet,
angeordneten elastischen Elemente durch eine entsprechende Anzahl
von Schraubfedern 29 gebildet.
-
Die
Teleskopeinrichtung 23 weist auch einen Höheneinstellring 30 auf,
der für
die Betätigung
durch den Bediener bereitsteht.
-
Die
portalartige Struktur 13 ist in diesem Fall durch zwei
aufrechte Seiten 31 und durch einen oberen Balken 32 für das Gleiten
des Schneidkopfes 14 gebildet.
-
Der
Balken 32 ist an einem Ende an einer entsprechenden Seite 31 befestigt
und lagert dafür an
der anderen Seite mittels linearer Führungen 33 gleitbar,
deren longi tudinale Ausdehnung quer zu den Schienen 12 liegt,
um jegliche entsprechende Verformung (Fehlen der Parallelität) derselben
oder jegliche Fehler während
der Positionierung und/oder des Aufbaus aufzunehmen.
-
Die
Bewegungseinrichtungen 18 sind in Bezug auf die Bewegung
der portalartigen Struktur 13 durch zwei Getriebemotoren 34 gebildet,
die mit der Steuereinheit verbunden sind; jeder Getriebemotor ist
an einem entsprechenden Gleitelement 22 befestigt und mit
einem Antriebsritzel 35 versehen, das mit einer entsprechenden
Zahnstange 36 ineinander greift, die an der entsprechenden
Schiene 12 befestigt ist.
-
Jede
Schiene 12 weist eine lineare Führung 30 auf, die
einen viereckigen Querschnitt hat und gleitend mit komplementär geformten
Gleitblöcken 38 der
entsprechenden Gleitelemente 22 gekoppelt ist.
-
In
der Praxis wurde beobachtet, dass die vorliegende Erfindung das
gewünschte
Ziel und die Aufgaben erreicht hat.
-
Insbesondere
ermöglichen
die Form der Kuppel und das Kugelgelenk für jedes Lager, wenn die Schienen
Drehungen auf Grund von Aufbaufehlern oder Verschlechterungen des
Bodens während der
Maschinenlebensdauer ausgesetzt sind, dass das Übertragen jeglicher Spannung
und Verformung der Maschine vermieden wird, so dass die korrekte Betriebsposition
der Maschine jederzeit gewährleistet
ist.
-
Damit
weiter gewährleistet
ist, dass die gesamte Maschine stets an den vier Lagerpunkten lagert
und dass äquivalente
Lasten auf alle Lager (Kugeln) verteilt werden, kompensieren die
verlängerbaren
Einrichtungen dank ihrer vertikal einstellbaren Verlängerung
und der Reaktion der Federn jede Unebenheit und jeden Spannungseintrag,
so dass eine perfekte gegenseitige Koplanarität der Schienen wieder hergestellt
wird, auch wenn dies nicht tatsächlich auftritt.
-
Eine
Konsequenz des vorstehenden ist, dass es für die erfindungsgemäße Maschine
erforderlich ist, nur eine der beiden Schienen gerade zu liefern,
während
die andere, innerhalb bestimmter Grenzen, ohne Beeinträchtigung
der Funktionalität der
Maschine nicht geradlinig sein braucht.
-
Ein
anderer Vorteil der Maschine gemäß der Erfindung
ist, dass es im Ganzen ein einfacher Aufbau ist.
-
Ein
anderer Vorteil ist, dass die Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung
einen einfachen Betrieb aufweist, der durch einen Bediener ohne
besondere Steigerung oder Ergänzen
seiner technischen Fähigkeiten
bedient werden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung ist empfänglich
für zahlreiche
Modifikationen und Variationen, die alle innerhalb des Umfangs des
gleichen erfinderischen Konzeptes liegen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist.
-
Die
verwendeten Materialien, solange sie kompatibel mit der eventuellen
Anwendung sind, sowie die Dimensionen bzw. Abmessungen sind frei
gemäß den Anforderungen.
-
Alle
die Details können
durch andere technisch äquivalente
Elemente ersetzt werden.
-
Wenn
technische Merkmale in einem Anspruch von einem Bezugszeichen gefolgt
werden, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum Zweck der gesteigerten
Lesbarkeit der Ansprüche
eingefügt
und folglich haben diese Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung
für die
Interpretation jedes Elementes, das beispielhaft durch die Bezugszeichen
identifiziert ist.