WO2002042026A1

WO2002042026A1 - Vorrichtung zum erzeugen von unter regelmässigem abstand aufeinander folgenden ausnehmungen in einem langgestreckten werkstück

Info

Publication number: WO2002042026A1
Application number: PCT/EP2001/010801
Authority: WO
Inventors: Otmar Fahrion
Original assignee: Otmar Fahrion
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2002-05-30
Also published as: US20040037660A1; DE10058820A1; AU2001287742A1

Abstract

In Stator-Tragschienen (56) eines Schienensegmentes (10) für eine Magnetschwebebahn werden dadurch in regelmässigen Abständen Nuten (68-72) erzeugt, an denen jeweils ein Stator-Lamellenpaket eingehängt werden kann, daß man auf dem Schienensegment (10) eine Bearbeitungseinheit (10) verfährt, die mit Fräswerken (98) und Bohrköpfen (106) ausgestattet ist. Ferner weist die fahrbare Bearbeitungseinheit Positioniermittel auf, welche sich an schon erzeugten Nuten orientieren und so ein schrittweises präzises Weiterbewegen der Bearbeitungseinheit (36) auf dem Schienensegment (10) um jeweils genau eine Teilung ermöglichen.

Description

Vorrichtung zum Erzeugen von unter regelmäßigem Abstand aufeinander folgenden Ausnehmungen in einem langgestreckten

Werkstück

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von unter regelmäßigem Abstand aufeinander folgenden Ausnehmungen in einem langgestreckten Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Bearbeitungsvorrichtungen sind wegen der langen benötigten Führungsflächen für die bewegte Bearbeitungs- einheit (oder das bewegte Werkstück) zu aufwendig und teuer. Für sehr lange Werkstück, wie dies z. B. die etwa 60 m langen Schienensegmente für eine Magnetschwebebahn sind, werden die Kosten für die Bearbeitungsvorrichtung extrem teuer. Darüber hinaus sind die Schienensegmente abgesehen von denjenigen, die in geraden Schienen- strängen verwendet werden, individuell nach der jeweiligen Geometrie der Trassenführung gebogen und darüber hinaus in Kurven auch um ihre Längsachse tordiert . Im Hinblick auf die Kosten der Fertigungsanlagen müßte man sich daher auf eine kleinere Anzahl von Standard-Schienenseg- menten beschränken, was Zugeständnisse hinsichtlich der Trassierung bedingen würde.

Durch die vorliegende Vorrichtung soll eine Bearbeitungs- vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß mit ihr auch extrem lange Werkstücke, wie die Schienensegmente der Trasse für eine Magnetschwebebahn wirtschaftlich bearbeitet werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Werkstück selbst als Führung für eine Bearbeitungseinheit verwendet - Diese wird auf dem Werkstück schrittweise fortbewegt, um die jeweils an einer Stelle auszuführenden Arbeiten abzuwickeln. Das Weiterbewegen der Bearbeitungseinheit erfolgt so, daß man die schon im Werkstück erzeugten bearbeiteten Stellen zugleich als Referenzpunkte für die Weiterbewegung der Bearbeitungseinheit verwendet.

In den Ansprüchen und der vorliegenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Bearbeitungsstellen Ausnehmungen sind, die im Werkstück erzeugt werden. Es versteht sich, daß gleichermaßen andere Bearbeitungsergebnisse verwendet werden können, z. B. erhabene Abschnitte auf dem Werkstück, die durch Anschweißen oder sonstiges Befestigen von Material entstehen oder auch Arbeitsergebnisse wie lokales Polieren oder dergleichen, die sich nur in erkennbaren unterschiedlichen optischen

Eigenschaften manifestieren.

Die Bearbeitungseinheit arbeitet sich somit in genau vorgegebenen Schritten auf dem Werkstück selbst vor.

Dieses Bearbeiten erfolgt vorzugsweise vom Ende her, um bei einem Hintereinandersetzen von verschiedenen bearbeiteten Werkstücken ebenfalls einen in der vorgegebenen Teilung korrekten Übergang zu gewährleisten. Im Prinzip könnte man die Bearbeitung der Werkstücke aber auch von einem beliebigen mittleren Punkt des Werkstückes ausgehend vornehmen und das Werkstück dann eben nach beiden Seiten zu den beiden Enden hin bearbeiten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter- ansprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist dann vorteilhaft, wenn das von den Bearbeitungseinheiten erzeugte Arbeitsergebnis nur zu einer geringen Profiländerung des Werkstückes führt .

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die Bearbeitungseinheit zu größeren Konturänderungen am Werkstück führt, die als Ansatzpunkt für ein taktil arbeitendes Positionierteil geeignet sind.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird eine SelbstZentrierung des Positionierteiles auf die von der Bearbeitungseinheit erzeugten Oberflächenkonturen des Werkstückes gewährleistet .

Gemäß Anspruch 5 erfolgt das Ausfluchten von Positionier- teil und Ausnehmung durch die Kraft eines Stellmotors.

Dessen Betätigung kann gemäß Anspruch 6 vorzugsweise gesteuert durch das Ausgangssignal eines Ausnehmungsdetek- tors erfolgen, der auf schon im Werkstück angebrachte Ausnehmungen anspricht.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird erreicht, daß sich das Fahrwerk automatisch in zur Werkstück-Längsrichtung transversaler Richtung zent- riert.

Gemäß Anspruch 8 kann man eine sehr gute Positionierung bei geringen Federwegen auch für die üblicherweise großes Gewicht aufweisende Bearbeitungseinheit erhalten (eine Bearbeitungseinheit, wie sie in der Praxis zur Bearbei- tung von Magnetschwebebahn-Schienensegmenten verwendet wird, kann z. B. sechs Fräswerke und sechs Bohrwerke aufweisen) .

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 gestattet es, die SelbstZentrierung des Fahrwerkes auf die beiden Seitenflächen des Schienensegmentes auch in solchen Abschnitten korrekt vorzunehmen, in denen die Hauptfläche des Werkstückes zur Horizontalen geneigt ist und zusätzlich Gewichtskräfte ins Spiel kommen.

Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 kann die Gewichtskompensation für in der einen oder der anderen Roll-Richtung geneigte Abschnitte eines Schienensegmentes bewerkstelligen.

Gemäß Anspruch 11 kann man die Kompensierung des Einflusses des Gewichtes der Bearbeitungseinheit auf die Zentrierung automatisch vornehmen.

Das diese Kompensierung vorgebende Steuersignal kann gemäß Anspruch 12 einfach vom Ausgangssignal eines Neigungssensors abgeleitet werden.

Alternativ kann man gemäß Anspruch 13 das Kompensations- Steuersignal vom Ausgangssignal eines vom Fahrwerk getragenen Wegmessers ableiten, z. B. dadurch, daß man mit diesem Signal einen Festwertspeicher adressiert, in welchem die aus Konstruktionsdaten des Werkstückes bekannten Schrägstellungen der Hauptflächenabschnitte in Abhän- gigkeit von deren Abstand vom Werkstückende abgelegt sind.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 wird erreicht, daß die Bearbeitungseinheit die zum Steuern der Bearbeitungsvorgänge notwendigen Daten zur Verfügung hat, ohne daß die Bearbeitungseinheit über ein langes Kabel mit einer Arbeitssteuerung verbunden werden müßte.

Eine Bearbeitungsvorrichtung, wie sie im Anspruch 15 angegeben ist, eignet sich besonders gut zur Erzeugung von präzisen und ein vorgegebenes Profil aufweisenden transversalen Nuten in dem Werkstück. Derartige transversale Nuten in einer Tragschiene eines Schienensegmentes für eine Magnetschwebebahn werden dazu verwendet, Stator- Lamellenpakete aufzuhängen, in welche die Feldspulen eingelegt werden, die das das Schwebefahrzeug tragende Magnetfeld erzeugen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16 erlaubt es, beim transversalen Bewegen des Fräswerkzeuges auch die Tiefe der durch es erzeugten Nut zu variieren.

Bei einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 17 kann man auch Ausnehmungen erzeugen, die in Längsrichtung des Werkstückes gesehen größere Abmessung aufweisen als das verwendete Fräswerkzeug.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 18 gestattet es, im Werkstück in regelmäßigem Muster Bohrungen zu erzeugen, die z. B. zum Anbringen von Befestigungsmitteln dienen. Derartige Befestigungsmittel dienen bei Schienensegmenten für eine Magnetschwebebahn dazu, die in die Ausnehmungen eingeschobenen Lamellenpakete in ihrer Lage zu sichern.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 19 ist im Hinblick auf eine insgesamt kurze Bearbeitungszeit des Werkstückes von Vorteil .

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 20 ermög- licht es, die verschiedenen Fräswerke und Bohrwerke zu unterschiedlichen Zwecken einzusetzen. So können die in Werkzeuglängsrichtung aufeinander folgenden Fräs- werke einmal mit identischen Werkzeugen versehen werden, und dann wird die Bearbeitungseinheit nach jedem Arbeitszyklus um die Länge der Gesamtgruppe weiterbewegt, oder die Fräswerke können mit unterschiedlichen Werkzeugen bestückt werden, z. B. zum Vorfräsen, Mittelfräsen und Feinfräsen, wobei dann das Weiterbewegen der Bearbeitungs- einheit jeweils nur um den Abstand einer eizigen Ausnehmung erfolgt .

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 21 ermöglicht die Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung auch an solchen Werkstücken, die stärker gekrümmt und/oder tordiert sind.

Verwendet man nicht nur ein einziges Positioniermittel, sondern aus Sicherheitsgründen und Genauigkeitsgründen eine Mehrzahl in Werkstücklängsrichtung aufeinander folgender Positioniermittel, so kann man diese gemße Anspruch 22 ebenfalls auf einen gesonderten Unterfahrwerk vorsehen, um stärker gebogene und/oder tordierte Werkstücke bearbeiten zu können.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 23 wird erreicht, daß durch die gelenkige Verbindung zwischen den einzelnen Unterfahrwerken keine von der Biegung und/oder Tordierung herrührende Bearbeitungsungenauigkeiten entstehen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 24 ist im Hinblick auf eine besonders rasche Bearbeitung eines Werkstückes von Vorteil. Im Prinzip könnte man in einer Fabrik, in der solche lange Werkstücke wie Schienensegmente für die Trasse einer Magnetschwebebahn hergestellt werden, mehrere unabhängige Produktionslinien aufstellen. Diese benötigen aber viel Platz und sind kostspielig. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 24 hält man eine raschere Bearbeitung eines Werkstückes bei gleichem Platzbedarf für die Bearbeitungsvorrichtung. Außerdem werden noch Kosten für die aufwendige Lagerung des Werkstückes eingespart .

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 25 gestattet es, die Werkstücke bis hin zu ihren Enden vollständig zu bearbeiten. Außerdem ist es möglich, die schwere Bearbeitungseinheit in unmittelbarer Nähe des eigentlichen Arbeitsfeldes und ohne Zuhilfenahme von Hebemitteln zu parken, wenn ein fertiges Werkstück gegen ein neues ausgetauscht wird.

Bei einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 26 läuft die Bearbeitungseinheit unter exakt gleichen Bedin- gungen über das Ende des Werkstückes hinweg. Dies ist für die Genauigkeit der Bearbeitung der endständigen Ausnehmungen von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 27 gestattet es, die Parkteile stoßfrei und glatt an die Enden des Werkstückes anzuschließen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 28 ist im Hinblick auf geringe Kosten der Basiseinheiten für die Parkteile von Vorteil, da diese nicht extra konstruiert werden müssen und im wesentlichen unverändert aus dem Vorrat an Basiseinheiten entnommen werden können, diei sowieso zur Abstützung des Werkstückes benötigt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1: Eine seitliche Ansicht einer Vorrichtung zum spanenden Bearbeiten der Stator-Tragschiene eines Schienensegmentes für eine Magnetschwebebahn;

Fig. 2: eine seitliche Ansicht eines Abschnittes der Stator-Tragschiene des Schienensegmentes nach Fig. 1 mit einigen eingehängten Stator-Segmenten;

Fig. 3: einen Ausschnitt aus einem Abschnitt der Stator- Tragschiene nach Fig. 2, wobei zusätzlich eine Positioniereinheit wiedergegeben ist;

Fig. 4: einen transversalen Schnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Bearbeitungsvorrichtung längs der dortigen Schnittlinie IV-IV;

Fig. 5: eine seitliche Ansicht einer Lagerung für ein

Werkstückende sowie einer Lagerung für ein das Schienensegment fortsetzendes Parkteil;

Fig. 6: eine seitliche Ansicht einer Lagerung für die Mitte des Schienensegmentes, wie sie in der

Bearbeitungsvorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 7: eine seitliche Ansicht einer weiteren Basisein- heit, wie sie an Zwischenstellen des Schienensegmentes zur Abstützung und Schwingungsdämpfung verwendet wird;

Fig. 8: einen Blick auf die Basiseinheit nach Fig. 7 in Längsrichtung des Werkstückes gesehen; und

Fig. 9: eine schematisch seitliche Ansicht einer abgewandelten Bearbeitungseinheit zur Verwendung in der Bearbeitungsvsorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 insgesamt ein Schienensegment bezeichnet, welches zur Realisierung des Fahrweges einer Magnetschwebebahn verwendet wird. Die in Fig. 1 mit L bezeichnete Gesamtlänge des Schienensegmentes beträgt typischerweise 60 m.

Das Schienensegment 10 umfaßt ein geschlossenes Kastenprofil 12 , auf welches in Abständen von etwa 3 m Verstär- kungsplatten 14 aufgeschweißt sind.

Über zwei endständige Basiseinheiten 16, 18 sowie eine mittlere Basiseinheit 20 ist das Schienensegment 10 auf dem mit 22 bezeichneten Boden einer Fabrikhalle abgestützt. Weitere Zwischen-Basiseinheiten 24 unterstützen das Schienensegment 10 an jeweils vier zwischen benachbarten Basiseinheiten liegenden Zwischenstellen.

Die Basiseinheiten 16 - 20 entsprechen Stützstellen für das Schienensegment, wie sie auch in der fertigen Trasse vorgesehen sind, die Zwischen-Basiseinheiten 24 dienen dazu, das Schienensegment 10 für eine spanende Bearbeitung zusätzlich abzustützen und bei der Bearbeitung entstehende Schwingungen und Vibrationen zu dämpfen.

An den Enden des Schienensegmentes 10 ist jeweils ein Parksegment 26 bzw. 28 vorgesehen, welches jeweils von zwei Basiseinheiten 30 getragen ist, die in ihrem Aufbau im wesentlichen den Zwischen-Basiseinheiten 24 entspre- chen, jedoch eine Fixierung des zugeordneten Parksegmentes 26, 28 ermöglichen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Basiseinheiten 30 der Parksegmente 26, 28 jeweils um ein Raster von den Segmentenden nach innen versetzt, so daß man symmetrisch frei überstehende Endabschnitte der Parksegmente 26, 28 erhält, die stoßfrei und glatt mit den Enden des Schienensegmentes 10 verbindbar sind. Die Parksegmente 26, 28 haben exakt gleichen Querschnitt und gleichen Aufbau wie ein Schienensegment 10, sind jedoch nur kürzer. Durch die bezüglich einer Quermittelebene symmetrische Ausbildung der Parksegmente 26, 28 ist gewährleistet, daß die ihnen zugeordneten Basiseinheiten 30 bei unbelastetem Parksegment keine Kippmomente aufnehmen müssen.

Das Schienensegment 10, dessen Aufbau nachstehend noch genauer beschrieben wird, hat eine obere horizontale Hauptwand 32 sowie von deren seitlichen Rändern herabhängende vertikale Seitenwände 34.

Auf dem Schienensegment 10 laufend ist eine insgesamt mit 36 bezeichnete Bearbeitungseinheit gezeigt, die aus drei Untereinheiten zusammengesetzt ist, nämlich einer Fräseinheit 38, einer Positioniereinheit 40 sowie einer Bohreinheit 42. Der Aufbau der Bearbeitungseinheit 36 wird später genauer beschrieben.

Falls gewünscht, kann man mehrere Bearbeitungseinheiten 36 gelenkig zu einem Zug bzw. einer größeren Bearbeitungs- einheit zusammenstellen, wie bei 44 gestrichelt angedeutet Die Länge der Parksegmente 26, 28 ist so bemessen, daß der gesamt Zug 44 auf ihnen Platz findet, so daß ein Zug 44 nach Fertigstellung der Bearbeitung eines Schienensegmentes 10 im wesentlichen ohne Höhenänderung und ohne Zuhilfenahme von Hebewerkzeugen oder dergleichen geparkt werden kann, um das fertige Schienensegment 10 zu entfernen und ein neu zu bearbeitendes Schienensegment einzusetzen. Die Parksegmente 26, 28 ermöglichen darüber hinaus eine Bearbeitung des Schienensegmentes 10 bis unmittelbar an dessen Stirnflächen heran, wie noch genauer beschrieben werden wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Basiseinheiten 16, 18, 24 durch zwischen ihnen liegende Kupplungsstangen 46 vorzugsweise gelenkig verbunden.

Die Basiseinheiten 30 sind untereinander, nicht jedoch mit der benachbarten Basiseinheit 16 bzw. 18 durch eine Kupplungsstange 48 verbunden.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist das Kastenprofil 12 aus mehreren Stahlplatten zusammengeschweißt . Von den unteren Abschnitten der Seitenwände 34 gehen transversale Platten 50 aus. Die Platten 50 sind über vertikale Zwi- schenplatten 54 mit den seitlichen Bereichen der Hauptwand

32 verschweißt.

Mit den Platten 50 und den Zwischenplatten 54 sind Stator- Tragschienen 56 verschweißt. Bei diesen handelt es sich um ein endloses Walzprofil aus Stahl.

Die inneren Enden der Tragschienen 56 sind über gebogene Bleche 52 dicht mit den Seitenwänden des Kastenprofiles 12 verbunden.

Um an den Stator-Tragschienen 56 Stator-Lamellenpakete einzuhängen, werden die Tragschienen 56 mit Nuten versehen, wie sie in Fig. 2 genauer dargestellt sind.

Dort sind Stator-Pakete 58 wiedergegeben, die aus einer Mehrzahl von Stator-Lamellen bestehen, die in zur Zeichen ebene von Fig. 2 senkrechter Richtung hintereinander gestapelt sind. In den Unterseiten der Stator-Pakete 58 sind transversale Aufnahmenuten 60 vorgesehen, die später die Leiter der Feldwicklung des Linearmagneten aufnehmen, der das Schwebefahrzeug trägt.

Auf der Oberseite weist jedes Stator-Paket zwei endständige Tragabschnitte 62, 64 auf, die im wesentlichen T-förmigen Querschnitt haben. Ein mittlerer Positionierabschnitt 66 hat rechteckigen Querschnitt .

Entsprechend sind in der Unterseite der Tragschiene 56 für jedes Stator-Paket eine Positioniernut 68 und zwei zu deren Seiten angeordnete Tragnuten 70, 72 vorgesehen. Die Positioniernut 68 paßt exakt zum Positionierabschnitt 66 der Stator-Pakete 58, um letztere in Längsrichtung der Tragschiene 56 exakt zu positionieren. Die Tragnuten 60, 62 passen im Querschnitt zu dem Quer- schnitt der Tragabschnitte 62, 64, jedoch in kleinerem Gleitspiel, so daß die Stator-Pakete 58 in seitlicher, d. h. in Fig. 2 senkrecht zur Zeichenebene verlaufender Richtung in die Tragschiene 56 eingeschoben werden können.

Um die verschiedenen Nuten 68, 70, 72 in den Tragschienen 56 erzeugen zu können, und ferner in der Tragschiene Durchgangsbohrungen 74 erzeugen zu können, an denen die Stator-Pakete 58 nach dem Aufschieben durch Schrauben 76 gesichert werden können, wird die fahrbare Bearbeitungs- einheit 36 schrittweise längs des Schienensegmentes

10 bewegt. Wie nachstehend nun genauer beschrieben wird, ist die Bearbeitungseinheit 36 so ausgebildet, daß sie in jedem Bearbeitungsschritt einen Satz Nuten 68, 70, 72 und einen Satz von Durchgangsbohrungen 74 erzeugt. Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, hat die fahrbare Bearbeitungseinheit 36 einen Rahmen 78, welcher den oberen Abschnitt des Schienensegmentes 10 U-förmig übergreift. In dem Basisabschnitt des Rahmens 78 sind vier Tragrollen 80 um Achsen drehbar, die parallel zur Hauptwand 32 und transversal zur Längsrichtung des Schienensegmentes 10 (diese ist senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 4) zu verlaufen.

Mit den Seitenwänden 34 arbeiten vier Führungsrollen 82 zusammen, die um Achsen umlaufen, die senkrecht auf der Ebene der Hauptwand 32 stehen.

Die im einzelnen nicht dargestellten Lagerblöcke für die Rückführungsrollen 82 sind durch schematisch angedeutete Tellerfederstapel 84 in Richtung auf die benachbarte Seitenwand 34 zu vorgespannt. Zusätzlich stehen diese Lagerblöcke unter einer einstellbaren Kraft, welche durch Druckluftzylinder 86 erzeugt werden.

Während die Tellerfelderstapel 84 alle identisch ausgebildet sind, kann durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung der Druckluftzylinder 86 die Gewichtskomponente der Bearbeitungseinheit 36 ausgeglichen werden, die dann erhalten wird, wenn die Hauptwand 32 zur Horizontalen geneigt ist, wie in Fig. 4 dargestellt. Hierzu sind die Arbeitsräume der Gasfedern darstellenden Druckluftzylinder 86 jeweils über einen steuerbaren Druckregler 88 mit einer Druckluftleitung 90 verbindbar.

Der Druckregler 88 hat einen einstellbaren Regeldruck, was man z. B. dadurch realisieren kann, daß man seinen Regelkörper mit einer variablen Zusatzkraft beaufschlagt, die von einem Magneten 92 bereitgestellt wird, der mit variablem Strom gespeist wird, wie durch einen einstell- baren Widerstand 94 angedeutet . Der Widerstand 94 kann ein programmierbarer Widerstand sein, der elektrisch steuerbar ist, oder ein Schiebewiderstand oder dergleichen, welcher durch einen Servomotor verstellt werden kann. Auf jeden Fall kann man durch Anlegen eines elekrischen

Signales so den Druck der Luft einstellen, die den DruckluftZylindern 86 zugeführt wird.

Die Steuersignale für die steuerbaren Druckregler 88 können entweder Produktionsdaten des Schienensegmentes 10 entnommen werden, die für jede Stelle des Schienensegmentes (z. B. bezogen auf ein Segmentende) die Neigung der Hauptwand 32 angeben. Alternativ kann man die Neigung der Bearbeitungseinheit 36 durch einen Neigungsfühler 96 messen, der auf der Bearbeitungseinheit 36 angeordnet ist, und ein entsprechendes Ausgangssignal bereitstellt.

Die Fräseinheit 32 umfaßt zu beiden Seiten des Schienensegmentes 10 jeweils drei unter gleichem Längsabstand angeordnete Fräsköpfe 98, die in transversaler Richtung durch einen nicht näher dargestellten Servoantrieb vers- stellbar sind, wie durch einen Pfeil 100 angedeutet. Ferner können die Fräsköpfe 98 in axialer Richtung verstellt werden, wie durch einen Pfeil 102 angedeutet.

Falls gewünscht, können die Fräsköpfe 98 zusätzlich noch in zur Zeichenebene von Fig. 4 senkrechter Richtung (Werkstücklängsrichtung) verstellt werden, falls nicht mit Formfräsern gearbeitet werden soll.

In die Fräsköpfe 98 eingspannte Fräser 104 haben eine Silhouette, die der Silhouette der jeweils gewünschten Nutart (Tragnut oder Positioniernut) entspricht.

Die Bohreinheit 42 hat zu beiden Seiten des Schienen- Segmentes jeweils einen Mehrfachbohrkopf 106 mit sechs Spindeln, die jeweils einen Bohrer 108 tragen, mit dem eine Durchgangsbohrung 74 erzeugt werden kann. Der Aufbau der Mehrfachbohrkδpfe 106 ist gemäß dem Bohrloch-Teilungs- muster der Stator-Tragschiene 56 gewählt. Die Mehrfachbohrköpfe 106 können in zur Hauptwand 32 senkrechter Richtung durch einen nicht näher dargestellten Servoantrieb verstellt werden, wie durch einen Pfeil 110 angedeutet.

Die Positioniereinheit 40 umfaßt einen Nutdetektor 112, der z . B . durch eine Fernsehkamera und nachgeschaltete Bildauswerteelektronik gebildet sein kann. Der Nutdetektor 112 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn er über einer zuvor erzeugten Nut steht .

Wird dieses Ausgangssignal erhalten, so werden durch Druckluftzylinder 114 Positionierteile 116 in über ihnen liegende Nuten bewegt. Dabei findet eine Restpositionierung der Bearbeitungseinheit 36 statt. Auf diese Weise kann die Bearbeitungseinheit 30 unter Orientierung an gerade erzeugten Nuten um Inkremente weiterbewegt werden, die genau einer Teilung der Tragschiene 54 entsprechen (also der Länge eines Stator-Paketes 58) .

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Positioniereinheit 40 gezeigt, bei welcher zwei Positionierteile 116 vorgesehen sind, die jeweils mit einer der Tragnuten 60, 72 zusammenarbeiten. Ordnet man den Nutdetektor 112 so an, daß er mit der rechten oder der linken Stirnfläche der Tragschiene 56 zusammenarbeitet, kann man auch für die Positioniernut 66 eines Nutensatzes ein Positionierteil 116 und einen zugeordneten Druckluftzylinder 114 vorsehen.

Hat man mehr als ein Positionierteil 116, so wird eines ^• Ti ti -μ ß

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Man erkennt, daß auf diese Weise das Ende eines Schienensegmentes in Höhe und Neigung beliebig einstellbar ist, um ein gekrümmtes und möglicherweise tordiertes Schienen- segment 10 aufnehmen zu können.

Während bei den Basiseinheiten 16 und 18 die Endplatten 130 nur zwischen den entsprechend gestellten Klauen 128 transversal positioniert sind, werden die Klauen 128 der mittleren Basiseinheit fest gegen eine der Endplatte 130 entsprechende mittlere Befestigungsplatte des Schienensegmentes 10 gedrückt, so daß dieses an dieser Stelle absolut festgelegt ist.

Wie aus den Figuren 7 und 8 ersichtlich, haben die Basiseinheiten 24 ein ebenfalls auf den Schienen 122 laufendes Fahrwerk 140 und letzteres trägt verschwenkbar Hydraulikzylinder 142. Die Kolbenstangen 144 der letzteren tragen angelenkte Auflageplatten 146, die mit der Unterseite einer Stator-Tragschiene 56 zusammenarbeiten.

Die Hydraulikzylinder 142 sind am Fahrwerk 140 um eine zur Werkstücklängsachse parallele Achse verschwenkbar und in ihrer Neigung durch weitere Hydraulikzylinder 148 einstellbar. Auf diese Weise läßt sich die Lage der Auflageplatten 146 an die Soll-Stellung und Soll- Neigung der zugeordneten Tragschiene 56 anpassen, wie in Fig. 8 durch gestrichelte Linien angedeutet.

Eine seitliche Einstellbarkeit der Auflageplatten 146 kann zusätzlich durch Verfahren eines Basisblockes 150 auf dem Fahrwerk 140 in seitlicher Richtung erhalten werden.

Die Basiseinheiten 30 für die Parksegmente 26 und 28 sind sehr ähnlich aufgebaut wie die Basiseinheiten 24 (alternativ auch 20) , nur sind dort Befestigungsmittel vorgesehen, um die Auflageplatten 146 fest mit den Tragschienen 56 zu verbinden.

Die oben beschriebene Bearbeitungsvorrichtung arbeitet folgendermaßen :

Zunächst wird die Bearbeitungseinheit 36 auf einem der Parksegmente 26, 28 abgestellt, z.B. auf dem Parksegment 26. Dann wird ein Schienensegment 10 auf die Basiseinheiten 16, 18 und 20 gesetzt, wobei deren Klauen 136 in Höhe und Neigung sowie in ihrer Winkelstellung um die Hochachse so eingestellt werden, wie dies nach den Ferti- gungsdaten des jeweiligen Schienensegmentes 10 für die entsprechenden Stellen des Schienensegmentes vorgeschrieben ist.

Dann werden die verschiedenen Basiseinheiten 24 nachein- ander ebenfalls so eingestellt, daß die gemäß Fertigungsdaten vorgeschriebenen Lagen an den entsprechenden Stellen des Schienensegmentes 10 erreicht werden. Sind diese Justierarbeiten abgeschlossen, werden die Klauen 136 der Basiseinheit 20 fest gegen die bei der Mitte des Schie- nensegmentes liegende Befestigungsplatte gedrückt, die in ihrer Geometrie einer Endplatte 138 entspricht.

Nunmehr werden die beiden Parksegmente 26 und 28 durch entsprechende Druckmittelbeaufschlagung der verschiedenen Hydraulikzylinder 142 und 148 so verstellt, daß jedes

Parksegment mit seiner Oberseite und seinen Seitenflächen eine stetige und glatte Fortsetzung des benachbarten Endes des Schienensegmentes 10 darstellt. Diese Verstellung der Hydraulikzylinder kann von einem Steuerrechner ausgehend von den Fertigungsdaten für das jeweils zu bearbeitende Schienensegment automatisch durchgeführt werden.

Da die Parksegmente 26 und 28 in ihrem Aufbau vollständig dem Aufbau eines kurzen Innensegmentes entsprechen, haben ihre Tragschienen 56 ebenfalls Positioniernuten 68 und Tragnuten 70, 72. Diese dienen zu Beginn der Bearbeitung als Referenzmarken für den Nutdetektor 112 und die Positionierteile 116.

Zunächst wird die Bearbeitungseinheit um eine Teilung (also den Abstand zwischen einer Positioniernut 68 und der nächsten Positioniernut bzw. dem Abstand zwischen aufeinander folgenden Nutgruppen) auf das Schienensegment 10 bewegt, in Fig. 1 also beim angenommenen Ausgangszustand nach rechts.

Nun werden die Fräskδpfe 102 in Gang gesetzt und in transversaler Richtung bewegt. Hierdurch wird in beiden Tragschienen 56 jeweils ein Satz von Nuten 68, 70, 72 erzeugt .

Nun werden die Fräsköpfe 102 seitlich neben die Tragschienen 56 gesetzt, und die Bearbeitungseinheit 36 wird um eine Teilung weiter auf das Schienensegment 10 bewegt. Die Positioniereinheit 40 der Bearbeitungseinheit 36 steht nun über den gerade erzeugten Nuten 68 bis 72 und kann diese zur exakten Neupositionierung der Bearbeitungseinheit 36 verwenden, wie obenstehend unter Bezugnahme auf das Parksegment 26 beschrieben. Nunmehr wird ein zweiter Satz von Nuten 68 bis 72 in den Tragschienen 56 erzeugt. Nach deren Fertigstellung wird die Bearbeitungseinheit 36 wieder um eine Teilung nach rechts bewegt, wodurch die Positioniereinheit 40 wieder über die gerade neu erzeugten Nuten zu stehen kommt. ti Φ o 1 4-> 1 A ti ti 1 T)

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net, wird die Bearbeitungseinheit 36 verhältnismäßig lang. Es kann dann zu Schwierigkeiten von Schienensegmenten kommen, die stärker gekrümmt und/oder tordiert sind.

Man kann dann die Bearbeitungseinheit in mehrere Untereinheiten unterteilen, z.B. drei Untereinheiten, die der Fräseinheit 38, der Positioniereinheit 40 und der Bohreiheit 42 entsprechen. Derartige Einheiten sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 jeweils durch eine Kupplung 152 verbunden, die ein Kugelpfannengelenk enthält . Damit können sich die einzelnen Untereinheiten beliebig im Raum gegeneinander verdrehen.

Es versteht sich, daß jede der Untereinheiten dann einen eigenen Rahmen und getrennte Sätze von Tragrollen 80 und Führungsrollen 82 aufweist, wie obenstehend für die Trageinheit 36 als ganze beschrieben.

Die Lage der Kupplungen 152 ist so gewählt, daß der Gelenkpunkt mit der neutralen Faser derjenigen Ebene fluchtet, welche durch die Mitten der Nuten 68, 70, 72 gegeben ist. Auf diese Weise führen die Schwenkbewegung der einzelnen Untereinheiten nur zu sehr geringen Änderungen im Arbeiten der Fräser und Bohrer.

In Fig. 9 ist zusätzlich eine Rechen- und Steuereinheit 154 gezeigt, welche das Bild des optischen Nutdetektors 112 auswertet und die Druckmittelbeaufschlagung eines DruckluftZylinders 114 besorgt.

Zusätzlich ist in der Positioniereinheit 140 eine Recheneinheit 156 vorgesehen, die mit einem Massenspeicher 158 zusammenarbeitet, in welchem die Produktionsdaten für das gerade bearbeitete Schienensegment abgelegt sind, insbe- sondere die Neigung der Hauptwand 32 in beiden Raumrichtungen (transversale und longitudinale Neigung) . Diese Daten sind mit einer Auflösung im Massenspeicher 158 abgelegt, die mindestens so gut ist wie die Teilung der Tragschienen 56.

Die Recheneinheit 156 ist von der Rechen- und Steuereinheit 154 mit Impulsen beaufschlagt, die jedesmal dann von dieser Einheit erzeugt werden, wenn der Nutdetek- tor 112 nach dem Weitersetzen der Bearbeitungseinheit

36 um eine Teilung eine zur Ausfluchtung der Bearbeitungeinheit 36 verwendete Nut entdeckt. Auf diese Weise weiß die Recheneinheit 156 genau, an welcher Stelle sich die Bearbeitungseinheit 36 gerade befindet.

Ferner ist die Recheneinheit 156 verbunden mit dem Neigungsfühler 96 dargestellt. Auf diese Weise kann sie sowohl aus dem Ausgangssignal des Neigungsfühlers 96 als auch aus der Stellung der Bearbeitungseinheit 36 und den im Massenspeicher 158 abgelegten Produktions- daten die zusätzliche pneumatische Kompensationskraft berechnen, die an einem der Druckluftzylinder 86 benötigt wird, um die gewichtskraftbedingte Unsymmetrie der Selbst- Zentrierung der Bearbeitungseinheit 36 auf das Schienen- segment 10 zu kompensieren. Die Rechen- und Steuereinheit gibt ein hierzu geeignetes elektrisches Signal ab, gemäß dem die Magnete 92 beströmt werden.

In Abwandlung der obigen Ausführingsbeipiele kann man das Arretieren der Bearbeitungseineit 36 an den verschiedenen Teilungspunkten des Schienensegmentes auch so bewerkstelligen, daß man durch den Ausnehmungsdetektor 112 solche Druckluftzylinder 114' steuert, die Klemmteile 116' tragen, die im Reibschluß mit einer der Flächen des Schienenseg- mentes 10 zusammenarbeiten, z.B. mit der unteren Endfläche der Seitenwände 34, wie in Figur 4 mit dargestellt.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen von unter regelmäßigem Abstand aufeinander folgenden Ausnehmungen in einem langgestreckten Werkstück, insbesondere einem Schienensegment (10) für eine Magnetschwebebahn, mit einem Be- arbeitungskopf (98; 106), der mindestens ein Werkzeug

(104; 108) zur abtragenden Materialbearbeitung aufweist und mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Bearbeitungskopf (98; 106) und Werkstück (10) , dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf (98; 106) auf einem Fahrwerk (78-82) angeordnet ist, welches zwei Sätze von Führungsmitteln (80; 82) aufweist, die mit unterschiedlich angestellten Begrenzungsflächen (32, 34) des Werkstücks (10) zusammenarbeiten, und daß das Fahrwerk (78-82) zusätzlich mindestens ein Positio- niermittel (16; 112) aufweist, welches mit im Werkstück

(10) vorhandenen Ausnehmungen (68-72) zusammenareiten kann, insbesondere zwischen einer vom Werkstück (10) abgehobenen Ruhestellung und einer kraftschlüssig mit dem Werkstück (10) zusammenarbeitenden Arbeitsstellung verlagerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermittel (40) einen berührungslos arbeitenden, insbesondere optisch arbeitenden Detektor (112) für eine Ausnehmung sowie eine Klemmeinrichtung

1(114, 116; 114', 116') aufweisen, die vom Fahrwerk (78- 82) getragen ist und mit dem Werkstück (10) zusammenarbeitet und die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Ausnehmungsdetektors (112) zwischen einer Freigabestellung und einer Klemmstellung umsteuerbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Positioniermitteln ein Positionierteil (116) ist, welches spielfrei und zumindest teilweise formschlüssig in eine Ausnehmung (68-72) bewegbar ist .

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionierteil (116) eine Einlaufschräge (118) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Stellmotor (114) zum bewegen des Positionierteiles (116) zwischen einer aus dem Werkstück (10) herausgefahrenen Ruhestellung und einer in eine Ausnehmung (68-72) eingreifenden Positionierstellung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (78-82) einen berührungslos arbei- tenden, vorzugsweise optisch auf eine Ausnehmung (68-72) ansprechenden Ausnehmungsdetektor (112) aufweist, durch dessen Ausgangssignal der Stellmotor (112) in seine der Positionierstellung des Positionierteiles (116) entsprechende Arbeitsstellung bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6 zur Verwendung mit einem Werkstück (10) , welches eine Hauptwand

(32) mit im wesentlichen horizontaler Erstreckungskompo e nente und zwei Seitenwände (34) mit im wesentlichen vertikaler Erstreckungskomponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Seitenwänden (34) zugewandten Führungsmittel (82) in zur Hauptwand (32) paralleler transversaler Richtung verstellbar sind und jeweils durch identisch aufgebaute Vorspanneinrichtungen (84, 86) in Richtung auf die benachbarte Seitenwand (34) vorgespannt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtungen Federn, insbesondere Tellerfederstapel (82) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtungen Druckluftzylinder (86) aufweisen, die über mindestens einen Druck- regier (88) mit Druckluft beaufschlagt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die den beiden Seitenwänden (34) zugeordneten Druckluftzylinder (86) jeweils ein Druckregler (88) vorgesehen ist .

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregler (88) in ihrem Regeldruck steuerbar sind und ihre Steuereingänge mit einem Signal beauf- schlagt werden, welches der Neigung der Hauptwand (32) zur Horizontalen zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregel-Steuersignale von einem vom Fahr- werk (78-82) getragenen Neigungssensor (96) abgeleitet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregel-Steuersignale von einem vom Fahr- zeug getragenen Wegmesser (112, 160) abgeleitet sind, welcher ein dem momentanen Abstand der Bearbeitungseinheit (36) vom Ende des Werkstückes (10) entsprechendes Signal bereitstellt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (78-82) eine Arbeitssteuerung (160) trägt, welche das Arbeiten der Arbeitsköpfe (98; 106) und der Positioniermittel (40) in Abhängigkeit von einem mit der Arbeitssteuerung (160) zusammenarbeitenden Massenspeicher (162) abgelegten

Kenndaten des Werkstücks (10) steuert, oder ein Modemteil trägt, über welches eine Verbindung zu einer raumfesten solchen Arbeitssteuerung besteht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Arbeitsköpfen mindestens ein Fräswerk (98) ist, welches in zur Längsachse des Werkstückes (10) transversaler Richtung verfahrbar (100) ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerk (98) oder das Fräswerkzeug (104) zusätzlich in axialer Richtung verstellbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerk (98) zusätzlich in Längsrichtung des Werkstückes (10) verstellbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Arbeitsköpfen mindestens ein Bohrwerk (106) ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-18, dadurcc gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (78-82) eine Mehr- zahl in Längsrichtung des Werkstückes (10) unter gleichem Abstand aufeinanderfolgend angeordneter Fräswerke (98) und/oder Bohrwerke (106) trägt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräswerke (98) und die Bohrwerke (106) zu Gruppen zusammengefaßt sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Fräswerke (98) und die Gruppe der Bohrwerke (106) von unabhängigen Fahrwerken getragen sind, welche durch Gelenke, vorzugsweise über karda- nische Gelenke oder Kugelgelenke (152) , miteinander verbunden sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermittel (40) vo n einem gesonderten Fahrwerk getragen sind, welches gelenkig mit einem anderen Unterfahrwerk verbunden (152) ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehpunkte der Gelenke (152) auf Höhe der neutralen Faser der zu bearbeitenden Abschnitte des Werkstückes liegt .

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von unabhängig bewegbaren Fahrwerken (78-82) vorgesehen ist, die jeweils mindestens einen Arbeiteskopf (98, 106) tragen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-24, gekennzeichnet durch bei den Enden des Werkstückes (10) stehende Parkteile (26, 28) , welche Begrenzungsflächen aufweisen, die zumindest in den Flächenbereichen, die mit den Führungsmitteln (82, 84) zusammenarbeiten, eine stetige glatte Fortsetzung der Begrenzungsflächen des Werkstückes (10) darstellen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Parkteile (26, 28) gleiche Querschnitte und gleichen Aufbau aufweisen wie Abschnitte des Werk- Stückes ( 10 ) .

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Parkteile (26, 28) von Basis- einheiten (30) getragen sind, welche in Höhe und/oder Neigung einstellbare Befestigungsteile (146) aufweisen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiseinheiten (30) für die Parkteile (26, 28) im wesentlichen gleichen Aufbau aufweisen wie die Basiseinheiten (24) , die zum Abstützen des Werkstückes (10) dienen.