DE10222993B3 - Vorrichtung zum Wechseln von beheizbaren Werkzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es erlaubt, beheizbare Werkzeuge zur Vergütung von gefrästen Profilflächen an Werkstücken aus Holz und Holzwerkstoffen automatisch in eine dafür geeignete Vorrichtung einzuwechseln. Dabei wird die Aufgabe gelöst, in zeitlich kurzer Abfolge beheizbare Werkzeuge mit unterschiedlicher Profilgestalt einzusetzen und daraus folgend eine nachhaltige Steigerung der Produktivität der bekannten Verfahren zur Oberflächenvergütung zu erreichen. Hierzu besteht die Vorrichtung aus einer maschinenfesten Aufnahme (1) und einem Adapter (13), der das beheizbare Werkzeug (7) von der Aufnahme (1) thermisch isoliert. Dabei ist der Adapter (13) in einer kegeligen Schnittstelle (2) der Aufnahme (1) fixiert und arretiert; zudem sind hier lösbare Verbindungen (10) zur Energieübertragung für das Heizmedium, z. B. eine Heizpatrone (9), vorhanden. Damit ist es möglich, vor und nach dem Vergütungsprozeß die erhitzten Werkzeuge aus der Bearbeitungsstation in einer Vorrichtung zu magazinieren und neue (bereits) erhitzte Werkzeuge (7) mit anderen Profilformen in die Bearbeitungsstation einzuwechseln.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die geeignet ist, die durch ein externes Medium (z. B. elektrische Energie) beheizbaren Werkzeuge zur Vergütung von gefrästen Profilflächen an Werkstücken aus Holz und Holzwerkstoffen automatisch in eine dafür geeignete Vorrichtung einzuwechseln.
• Bei den Verfahren zur thermo-mechanischen Oberflächenvergütung von Werkstücken aus Holz und Holzwerkstoffen werden unmittelbar nach der spanenden Bearbeitung schneidenlose rotationssymmetrische Werkzeuge eingesetzt. Um den bekannten Vergütungseffekt zu erhalten, werden die Werkzeuge mit grundsätzlich bekannten Wirkmechanismen (Friktion, Vibration, elektrische Energie, Warmluft) erhitzt.
• So ist seit längerem die Nutzung drehender schneidenloser Werkzeuge zur Erwärmung bekannt ( DD 292 412 A5 ). Für die Kontrolle des Prozesses wurde ein mitfahrender berührungsloser Temperatursensor eingesetzt, der die Temperatur des drehenden Werkzeuges erfaßt und visualisiert (Brückner, R.: Untersuchungen zum Einflußverhalten der Bearbeitungsparameter auf die Qualität reibgeglätteter MDF-Oberflächen. Abschlußarbeit. Ingenieurschule für Holztechnik Dresden, 1993). Das drehende Werkzeug folgt vorschlagsgemäß exakt dem Bahnverlauf des zuvor eingesetzten Fräswerkzeuges unter Berücksichtigung geringfügiger Bahnkorrekturen, die für den Druckaufbau im Kontaktbereich des drehenden Werkzeuges mit der Profiloberfläche erforderlich sind.
• Um den Prozeß bezüglich der erreichbaren Oberflächenqualität zu beeinflussen, ist es üblich, unter Verwendung eines berührungslosen Temperatursensors eine Regelung, die die Drehzahl, die Vorschubgeschwindigkeit und den Anpreßdruck des drehenden Werkzeuges gezielt verändert, zu verwenden (Urban, F.: Entwicklung einer Regelung zur Stabilisierung der Werkzeugtemperatur beim Reibglätten.
• Diplomarbeit. Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden, 1994) Wegen der Komplexität der Einflußgrößen Anfangstemperatur, Temperaturanstieg und Wärmeverlust des drehenden Werkzeuges bei Berührung mit dem zu vergütenden Profil wurde ein Fuzzy-Regler eingesetzt, der die Stell- und Regelgrößen unter Verwendung linguistischer Variablen beschreibt ( DE 195 18 365 C2 ). Die drehenden Werkzeuge werden hierbei in einem Hydrodehnspannfutter gehalten und können systemimmanent erst im abgekühlten Zustand von Hand gewechselt werden. Weitaus komplizierter gestaltet sich der in DE 199 45 346 C1 beschriebene Prozeß, der über zusätzliche Erwärmung mittels Heizgebläse und gleichzeitiger Kühlung durch eine Düse des drehenden Werkzeuges die Oberflächenvergütung anstrebt. Diese Regelung ist thermodynamisch ungünstig. Da das drehende Werkzeug verfahrensbedingt nur unter geringem Druck arbeitet, ist zudem die Qualität der zu bearbeitenden Profilflächen für anschließende Bearbeitungsvorgänge, z. B. die Beschichtung mit Lack, unzureichend.
• Zur Vereinfachung des Vergütungsprozesses bei gleichzeitiger Sicherung einer guten Qualität der Profilflächen sind fortführende Verbesserungen unter anderem aus DE 197 18 735 A1 und DE 198 10 148 C2 bekannt.
• Kernproblem einer industriellen Anwendung der bekannten Entwicklungen ist es, vor und nach dem Vergütungsprozeß die erhitzten Werkzeuge aus der Bearbeitungsstation in einer Vorrichtung zu magazinieren und neue (bereits) erhitzte Werkzeuge mit anderen Profilformen in die Bearbeitungsstation einzuwechseln. Aufgrund der hohen Temperatur der erhitzten Werkzeuge können bislang die Funktionssicherheit beim Spannen der erhitzten Werkzeuge in der Vorrichtung sowie die notwendige Paßgenauigkeit der Spannelemente nur bedingt gewährleistet werden; obgleich seit langem das Fixieren und Arretieren von Werkzeugen, Adaptern u. ä. grundsätzlich gelöst ist und sich hierfür namentlich kegelige Schnittstellen durchgesetzt haben (vgl. z. B. Katalog der Firma Schunk GmbH & Co. KG, Lauffen/Neckar, Mechanische Präzisionsspannfutter, 9/97, Seiten 1 bis 7).
• Der Vorschlag, den Wärmeübergang vom beheizten Werkzeug auf die Haltevorrichtung zumindest teilweise durch eine Isolierhülse einzuschränken und mittels eines Kühlmediums zu begrenzen, ist aufgrund der Vielzahl filigraner Einzelteile technisch kompliziert und damit anfällig gegenüber Verschmutzungen im industriellen Umfeld. Außerdem ist die Kühlung der Werkzeughalterung mit einem Kühlmedium bei gleichzeitiger Erhitzung des Profilwerkzeuges in hohem Maße unökonomisch; letztlich fehlen technisch nachvollziehbare Lösungen, die eine Unterbrechung des Heizmediums und einen praktikablen Austausch der heißen Profilwerkzeuge ermöglichen (vgl. DE 198 10 148 C2 ).
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Vorrichtung zum Wechseln von beheizbaren Werkzeugen angegeben werden, die es ermöglicht, in zeitlich kurzer Abfolge beheizbare Werkzeuge mit unterschiedlicher Profilgestalt einzusetzen und daraus folgend eine nachhaltige Steigerung der Produktivität der Verfahren zur Oberflächenvergütung von Werkstücken aus Holz oder Holzwerkstoffen zu erreichen.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 – 7.
• Nach Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die aus einer maschinenfesten Aufnahme und Adaptern, die das beheizbare Werkzeug von der Aufnahme thermisch isolieren, besteht. Dabei sind die Adapter in einer kegeligen Schnittstelle der Aufnahme fixiert und arretiert; zudem sind hier lösbare Verbindungen zur Energieübertragung für das Heizmedium vorhanden.
• Im einzelnen ist der Wärmeübergang an der kegeligen Schnittstelle durch die Verwendung schlecht wärmeleitender Materialien für den Schaft der Adapters wesentlich minimiert, wobei bevorzugt noch vorgesehen ist, die Schnittstelle durch eine wärmeisolierende Schicht vom beheizbaren Profilwerkzeug funktional zu trennen. Als wärmeisolierende Materialien für den Schaft kommen insbesondere hochlegierter Stahl und technische Keramik zum Einsatz; als Trennmaterial wird bevorzugt Hartgewebe verwendet. So wird erreicht, daß die Temperatur an der Oberfläche des Profilwerkzeuges vergleichsweise hoch sein kann, wogegen an der maschinenfesten Aufnahme wesentlich geringere Temperaturen herrschen und infolge dessen nur minimale Wärmedehnungen auftreten. Damit ist der paßgerechte Sitz des Adapters und daraus folgend die sichere industrielle Anwendung bekannter Glättverfahren gewährleistet. Im Gegensatz zu den oben angeführten Entwicklungen kann auf zusätzliche Kühlmedien verzichtet werden.
• In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind des weiteren lösbare Steckverbindungen vorgesehen, die ein Unterbrechen der Zufuhr des Heizmediums während eines automatisierten Werkzeugwechsels erlauben.
• Während der Einsatzpausen der beheizbaren Werkzeuge besteht die Möglichkeit, diese in einem speziell dafür vorgesehen Magazin über die am Adapter befindlichen Steckverbindungen mit dem Heizmedium weiterhin zu beheizen. Auf diese Weise steht das beheizbare Werkzeug mit annähernder Solltemperatur für weitere Arbeitsansätze kurzfristig zur Verfügung, ohne daß ein erneutes Aufheizen erforderlich wäre. Ein weitere Möglichkeit besteht darin, die Werkzeuge über die am Adapter vorhandenen Steckverbindungen während der Einsatzpausen nicht oder nur geringfügig zu beheizen und vor Beginn des Einsatzes in einer separaten Station einem Schnellheizvorgang auszusetzen, wobei dieser Schnellheizvorgang sowohl vor dem Einwechseln der Vorrichtung in die Aufnahme der Bearbeitungsmaschine, also im Magazin, als auch nach dem Einwechseln in die Aufnahme, wenn die Bearbeitungsmaschine die maschinenfeste Aufnahme zusammen mit dem am Adapter montierten beheizbaren Werkzeug auf einen speziellen Platz zum Schnellheizvorgang positioniert, erfolgen kann.
• Unter Verwendung eines im Inneren des beheizbaren Werkzeuges integrierten Fühlers ist der Verzicht auf einen externen berührungslosen Temperatursensor möglich. Über die Steckverbindungen können in diesem Fall die Signalleitungen mit der verfahrensimmanenten Regel- und Auswerteeinheit verbunden werden, so daß der Wechselvorgang nicht beeinträchtigt wird.
• Die vorgeschlagene Vorrichtung löst die Aufgabe der Erfindung durch die nahezu vollständige thermische Trennung des beheizbaren Profilwerkzeuges von der Spannvorrichtung des Werkzeuges. Außerdem bietet die Vorrichtung eine einfache und sichere Möglichkeit, die Energiezufuhr für das Heizmedium während des Wechselvorganges automatisch zu trennen und zu verbinden. Dies wird durch das Entkoppeln des Heizmediums von der kegeligen Schnittstelle erreicht. Gegenüber dem derzeitigen technischen Stand ergibt sich insgesamt, daß die seit langem stehenden Anforderungen hinsichtlich hoher Variabilität und Sicherheit beim industriellen Einsatz der beheizbaren Werkzeuge erfüllt werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Darstellung näher erläutert.
• 1 zeigt hierzu die maschinenfeste Aufnahme 1 und den Adapter 13, der in dieser über die kegelige Schnittstelle 2 geometrisch reproduzierbar eingespannt ist. Die Zentrierung des Adapters 13 (und damit des beheizbaren schneidenlosen Profilwerkzeuges 7) erfolgt durch den Einzugskegel der Schnittstelle 2, dessen Paßfläche eine Neigung von 90° aufweist; ansonsten bewegt sich erfindungsgemäß der Neigungswinkel im Bereich von 50° ... 110°.
• Das Profilwerkzeug 7 ist mittels einer Überwurfmutter 8 am Schaft 6 des Adapters 13 befestigt. Die Beheizung des Profilwerkzeuges 7 erfolgt durch eine Heizpatrone 9, der die elektrische Energie über die Steckverbindungen 10 zugeführt wird. Der Wärmeübergang vom Werkzeug 7 zur Aufnahme 1 ist innerhalb des Adapters 13 durch die wärmeisolierende scheibenförmige Schicht 5 aus Hartgewebe und durch die Verwendung schlecht wärmeleitenden Materials, nämlich hochlegiertem Stahl, für den Schaft 6 nachhaltig minimiert.
• Der Adapter 13 für das beheizbare Werkzeug 7 wird also mittels der kegeligen Schnittstelle 2 in die Aufnahme 1 eingezogen und durch einen Spannschieber mit konischer Spannfläche und einem Anzugsbolzen 12 arretiert. Das Lösen des Werkzeuges 7 wird durch eine Ausstoßvorrichtung mit Stößel 4 unterstützt. An der Aufnahme 1 ist ein berührungsloser Temperatursensor 11 bestimmungsgemäß befestigt.

1.

Aufnahme (maschinenfest)

2.

kegelige Schnittstelle

3.

Spannschieber

4.

Ausstoßeinrichtung mit Stößel

5.

wärmeisolierende Schicht

6.

Schaft

7.

beheizbares Profilwerkzeug

8.

Überwurfmutter

9.

Heizpatrone

10.

Steckverbindung für Heizmedium

11.

berührungsloser Temperatursensor

12.

Anzugsbolzen

13.

Adapter

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Wechseln beheizbarer Werkzeuge (7) mit Aufnahmen 11) für die Werkzeuge (7) in einem Werkzeugmagazin zum Lagern und Aufheizen der Werkzeuge sowie an einer Bearbeitungsstation, wobei die jeweiligen Werkzeuge an Adaptern (13) lösbar befestigt sind, welche in einer kegeligen Schnittstelle (2) in der Aufnahme (1) fixiert und arretiert sowie von er Aufnahme (1) thermisch isoliert sind und wobei lösbare Verbindungen (10) zur Energieübertragung für das Heizmedium vorhanden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang an der kegeligen Schnittstelle (2) durch die Verwendung schlecht wärmeleitender Materialien, z. B. hochlegierter Stahl oder technische Keramik, für den Schaft (6) des Adapter (13) und/oder mindestens einer wärmeisolierenden Schicht (5), z. B. aus Hartgewebe, innerhalb des Adapters (13) nachhaltig gehemmt ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein schneidenloses Profilwerkzeug (7) ist, welches durch einen Einzugskegel, dessen Paßfläche eine Neigung von 50° bis 110° aufweist, zentriert wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (13) über einen Anzugsbolzen (12) eingezogen und arretiert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (1) einen Spannschieber mit konischer Spannfläche (3) trägt, mit dem der Anzugsbolzen (12) arretiert wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet daß deren lösbare Verbindungen (10) in einer separaten Station die Schnellheizung der Werkzeuge (7) realisieren.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein berührungsloser Temperatursensor (11) zur Bestimmung der Werkzeugtemperatur vorhanden ist.