-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von
Werkstücken
aus Holz oder Holzwerkstoffen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren
unter Verwendung dieser Vorrichtung.
-
Profile
aus Holz und Holzwerkstoffen, insbesondere solche aus mitteldichten
Faserplatten (MDF), können
durch Glätten
bearbeitet werden, um die Qualität
der Oberfläche
zu verbessern. Verfahren zum Glätten
von Profilen werden in
DD
292 412 A5 ,
DE
197 18 735 C2 ,
DE
198 10 148 C2 und
DE
102 22 993 A1 beschrieben. Zum Glätten werden in der Regel erhitzte
Glättwerkzeuge
eingesetzt, die Bestandteil von Holzbearbeitungsmaschinen sind.
Bei derartigen Holzbearbeitungsmaschinen handelt es sich weiter überwiegend
um CNC-Bearbeitungsmaschinen.
-
Bei
den bekannten Verfahren sind diese Glättwerkzeuge entweder an permanenten
Glättstationen
der Holzbearbeitungsmaschinen vorgesehen oder werden durch Einwechseln
in Arbeitsposition gebracht, wobei in diesem Fall in der Regel ein
anderes Werkzeug der Holzbearbeitungsmaschine ausgetauscht wird.
-
Grundsätzlich sollte
eine derartige Holzbearbeitungsmaschine folgende Anforderungen erfüllen:
- (1) Es müssen
verschiedene Werkzeuge verwendet werden können, wobei diese in einem
Werkzeugmagazin bereitzuhalten und gegebenenfalls vorzuheizen sind.
- (2) Nach dem Einwechseln der Werkzeuge müssen diese in sehr kurzer Zeit
eine Betriebstemperatur von 200 bis 450 °C erreichen.
- (3) Die Werkzeuge müssen
während
der Bearbeitungsvorganges abhängig
von Form und Masse des Werkzeuges beheizt werden.
- (4) Die Temperatur der auf das Werkstück einwirkenden Oberfläche der
Werkzeuge ist konstant zu halten, außerdem ist die Heizung der
Werkzeuge gegen örtliche Überhitzung
zu schützen.
- (5) Die Werkzeuge sind aus Gründen des Arbeitsschutzes und
Brandschutzes im Werkzeugmagazin gegen Staubbelastung abzudecken.
-
Das
Vorheizen des Glättwerkzeuges
erfolgt nach dem Stand der Technik durch eine zusätzliche induktive
Heizung (
DE 20211618
U1 ) oder durch eine elektrische Widerstandsheizung während einer
Wartezeit nach dem Einwechseln. Die Energiezuführung der elektrischen Widerstandsheizung
wird über
eine Steckkupplung realisiert, die beim Einwechseln des Glättwerkzeuges
gefügt
wird. Die Steuerung der Heizenergie erfolgt über die Steuerung der Holzbearbeitungsmaschine,
die dazu ausgelegt und programmiert sein muß. Ein Nachrüsten vorhandener
Holzbearbeitungsmaschinen mit diesen Glättwerkzeugen ist entweder nicht
möglich
oder mit erheblichem Aufwand verbunden. In jedem Fall ist ein Eingriff
in die Maschinensteuerung erforderlich.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.
Es soll insbesondere eine Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von
Werkstücken
aus Holz oder Holzwerkstoffen angegeben werden, die die vorstehenden
Anforderungen erfüllt
und das Einwechseln von Glättwerkzeugen
vereinfacht. Darüber
hinaus soll ein Verfahren angegeben werden, daß diese Vorrichtung verwendet.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 sowie 6 und 7.
-
Nach
Maßgabe
der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Glätten von Oberflächen von
Werkstücken
aus Holz oder Holzwerkstoffen mit einem beheizten Glättwerkzeug,
das eine Werkzeugheizung umfaßt,
vorgesehen, wobei
- – die Vorrichtung eine erste
Einrichtung zur Aufnahme des Werkzeuges, in der sich das Werkzeug
in Arbeitsposition befindet, und eine zweite Einrichtung zur Aufnahme
des Werkzeuges, in der sich das Werkzeug in Ruheposition befindet, umfaßt;
- – die
erste Einrichtung ein Steckelement aufweist, das mit einem Steckelement
des Werkzeuges einen Steckkontakt ausbilden kann;
- – die
zweite Einrichtung ein Steckelement aufweist, das mit einem Steckelement
des Werkzeuges einen Steckkontakt ausbilden kann;
- – der
Steckkontakt ausgebildet ist und der Steckkontakt gelöst ist,
wenn sich das Werkzeug in der Arbeitsposition befindet, wobei die
Werkzeugheizung des Werkzeuges über
Steckkontakt mit Heizenergie versorgt wird; und
- – der
Steckkontakt ausgebildet ist und der Steckkontakt gelöst ist,
wenn sich das Werkzeug in der Aufnahmeposition befindet; wobei Werkzeugheizung
des Werkzeuges über
Steckkontakt mit Heizenergie versorgt wird.
-
Mittels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
Thermoglätten
von Holz oder Holzwerkstoffen an einer Bearbeitungsmaschine mit
verschiedenen Werkzeugen durchgeführt werden, ohne daß ein Eingriff
in die Maschinensteuerung des Thermoglättprozesses bei einem Wechsel
der Werkzeuge erforderlich ist.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
stellt somit erstmals ein wechselbares Glättwerkzeug zum Bearbeiten von
Holz und Holzwerkstoffen auf CNC-Bearbeitungsmaschinen
mit einer zusätzlichen, weitgehend
maschinensteuerungs-unabhängigen Heizung
und Steuer-/Regeleinrichtung zur Verfügung, wobei die Steuerung der
Werkzeugheizung über
mindestens doppelt angeordnete kontaktierende Steckkontakte zur
Versorgung des Glättwerkzeuges
mit Energie in einer Werkzeugaufnahme zur Bearbeitung einerseits
und im Werkzeugmagazin andererseits realisiert wird.
-
Unter
Arbeitsposition wird die Position des Werkzeuges verstanden, in
der das Werkzeug so in der Bearbeitungsmaschine eingekoppelt ist,
daß es zur
Bearbeitung des Holzes oder Holzwerkstoffes (ohne weitere Kopplungsschritte)
verwendet werden kann. Unter Ruheposition wird eine Position des Werkzeuges
verstanden, in der eine Einkoppelung in der Bearbeitungsmaschine
erforderlich ist, um das Werkzeug dann zur Bearbeitung des Holzes
oder Holzwerkstoffes verwendet zu können.
-
Dazu
ist erfindungsgemäß das Werkzeug
mit einer Energieschnittstelle ausgerüstet, die über mehrfache Steckkontakte
("Steckverbinder") lastfrei fügbar ist.
Auf diese Weise läßt das Werkzeug
die Realisierung eines Heizzyklus mit unterschiedlichen Lastphasen
zu, so daß in
der zweiten Einrichtung ("Werkzeugmagazin") nach dem Wechselvorgang und
während
der Bearbeitung werkzeugabhängig eine
geregelte Heizleistungseinkopplung erfolgen kann.
-
Die
Steckkontakte können
sowohl in Achsrichtung des Werkzeuges als auch gegebenenfalls in Richtung
senkrecht zu der Werkzeugachse Energie übertragen. Es können mehr
als zwei Steckkontakte vorgesehen sein.
-
Die
Steckkontakte werden des Werkzeugwechselvorgang zeitlich und räumlich versetzt
geschlossen oder geöffnet,
wobei durch Schalter die Stromkreise Steckkontakte zeitversetzt
geschaltet werden können.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird den obengenannten Forderungen (1) bis (5) realisiert.
-
Das
Werkzeug weist vorzugsweise einen ersten Temperatursensor auf, der
an der Oberfläche des
Werkzeuges angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist das Werkzeug
ferner einen zweiten Temperatursensor auf, der im Inneren des Werkzeuges angeordnet
ist. Die Temperatursensoren dienen zur Überwachung der Heizleistung
und zur Temperaturregelung während
des Glättens,
wobei über
die beiden Temperatursensoren die Temperatur an der Werkzeugoberfläche und
in der Werkzeugheizung mit getrennt erfaßt werden kann. Vorzugsweise
nutzt die Temperaturregelung der Werkzeugheizung einerseits die
Temperatur der Werkzeugoberfläche
zur Steuerung der Heizleistung und andererseits die Temperatur der
Werkzeugheizung selbst, womit im letztgenannten Fall eine Überhitzung
der Werkzeugheizung und des Werkzeuginneren verhindert werden soll.
Nutzt die Temperaturregelung beide Temperatursensoren so sollte
die Regelentscheidung zweckmäßigerweise
mit einer UND-Entscheidung verknüpft
werden oder die Regelentscheidungen in einem digitalen Regler entsprechend
verknüpft
werden.
-
Das
Werkzeug kann eine Kodierung für
die Heizleistung des Werkzeuges aufweisen, mit der die von dem jeweiligen
Werkzeug benötigte
Heizleistung beeinflußt
werden kann. Die Kodierung kann eine elektrische (analoge oder digitale)
Kodierung des Werkzeuges sein.
-
Ein
bevorzugtes Verfahren zum Wechseln eines Werkzeuges in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfaßt
die Schritte
- (a) Heizen des Werkzeuges in der
zweiten Einrichtung über
Steckkontakt auf eine erste Temperatur;
- (b) Entnahme des Werkzeuges aus der zweiten Einrichtung unter
Lösen der
Steckverbindung;
- (c) Einsetzen des Werkzeuges in die erste Einrichtung unter
Herstellen der Steckverbindung; und
- (d) Heizen des Werkzeuges in der ersten Einrichtung über Steckkontakt
auf eine zweite Temperatur, die über
der ersten Temperatur liegt.
-
Bevorzugt
ist die Heizleistung, mit der das Werkzeug in Schritt (a) beheizt
wird, geringer als die Heizleistung ist, mit der das Werkzeug in
Schritt (d) beheizt wird.
-
Die
Heizleistung, mit der das Werkzeug im Anschluß an Schritt (d), versorgt
wird, wird vorzugsweise in Abhängigkeit
von der Kodierung und zumindest einem der Temperatursensoren geregelt
werden.
-
Besonders
bevorzugt regelt die Steuereinrichtung die Werkzeugheizung des Werkzeuges
beim Einwechseln des Werkzeuges aus der zweiten Einrichtung in die
erste Einrichtung wie folgt:
Phase 1: permanentes Vorheizen
des Werkzeuges in der zweiten Einrichtung mit verringerter Heizleistung;
Phase
2: kurzzeitige erhöhte
Heizleistung nach dem Einwechseln in die erste Einrichtung; und
Phase
3: Steuerung/Regelung der Heizleistung entsprechend der Werkzeugkodierung
und/oder der Meßergebnisse
eines oder aller Temperatursensor(en).
-
Die
erste Einrichtung wird im folgenden als Werkzeugaufnahme bezeichnet;
die zweite Einrichtung wird im folgenden als Werkzeugmagazin bezeichnet.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die
beigefügte
Zeichnung genommen wird. Dabei zeigt
-
1 eine schematische Darstellung
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Gemäß 1 wird das Glättwerkzeug 10, daß im folgenden
als "Werkzeug" bezeichnet wird, mittels
einer üblichen
Schnittstelle 7 in eine Werkzeugaufnahme 9 oder
eine Werkzeugspindel eingewechselt. Dieser Fügevorgang erfolgt in Achsrichtung
des Werkzeuges 10.
-
Das
Entnehmen bzw. das Ablegen der Werkzeuge aus dem bzw. in das Magazin 3 erfolgt
mit einer Bewegung senkrecht zu der Werkzeugachse bzw. durch Ablegen
der Werkzeuge auf der der Werkzeugspannung abgewandten Seite. In
dem Magazin 3 können
sich weitere Werkzeug 10 befinden.
-
Um
die Heizung der Wirkflächen 8 des
Werkzeuges 10 zu realisieren, ist die Kopplung der Werkzeugschnittstelle
mit einer Energiezuführung
notwendig.
-
Ferner
ist eine Steckverbindung 1, 2 vorgesehen, die
wegversetzte und damit beim Fügen
der Steckverbindung 1, 2 zeitversetzte Steckkontakte
beinhaltet. Auf diese Weise wird die Schaltung der Energiezufuhr
unabhängig
von der Maschinensteuerung realisiert und ein Fügen des Werkzeuges 10 unter
elektrischer Belastung der Schnittstelle vermieden. Durch diesen
Zeitversatz wird sichergestellt, daß die Energie des Heizkreises
nach dem Fügen der
Steckverbindung 1, 2 unabhängig von der Maschinensteuerung
zugeschaltet werden kann. Die Steckverbindung 1, 2 ist
erfindungsgemäß doppelt angeordnet,
einmal in Richtung der Werkzeugachse 2 und ein zweites
Mal in Richtung der Entnahmebewegung am Werkzeugmagazin 3,
wodurch eine Heizleistung im Werkzeugmagazin unabhängig von
der Werkzeugaufnahme bei der Bearbeitung zugeführt werden kann. Dazu ist jeder
Platz im Werkzeugmagazin 3 ebenfalls mit einem derartigen
Steckkontaktsystem ausgerüstet.
Die zeitversetzte Schaltung der Stromkreise der einzelnen Steckkontakte
kann dabei auch durch berührende
oder berührungslose
Schalter erfolgen, die durch den Steckvorgang selbst ausgelöst werden.
-
Um
die Heizleistung der Vorrichtung an die verschiedenen Werkzeuge 10 anpassen
zu können, werden
die Werkzeuge 10 mit einer elektrischen Kennung 4 versehen.
Dies kann sowohl eine digitale Kodierung als auch eine analoge Kodierung
(z. B. ein einstellbarer ohmscher Widerstand) der Heizleistung sein,
die über
gegebenenfalls zusätzliche
Kontakte der Steckverbindung an die Steuereinrichtung 5 der Glättwerkzeuge übertragen
wird. Bei der Fertigung der Werkzeuge 10 wird die notwendige
Information zur Heizleistung direkt im Werkzeug 10 kodiert.
-
Zur
Realisierung der Temperaturregelung während des Glättvorganges
kann ein Temperatursensor 6.1 in das Werkzeug 10 integriert
werden, dessen Meßsignal über die
Steckverbindung 2 an des Steuergerät 5 der Werkzeuge 10 übertragen wird.
-
Um
die Oberflächentemperatur
zu regeln und die Heizung vor Überhitzung
zu schützen,
können
zwei getrennte Temperatursensoren 6.1, 6.2 in dem
Werkzeug 10 vorgesehen sein, von denen einer (Temperatursensor 6.1)
direkt in der Nähe
der wirkenden Oberfläche 8 und
einer (Temperatursensor 6.2) direkt in der Nähe der Heizung
positioniert ist. Der Temperatursensor 6.1 dient der Regelung
der Heizung, d. h der Führung
der Arbeitstemperatur der Werkzeugoberfläche 8, wofür ein PID-
oder Fuzzy-Regler genutzt wird.
-
Temperatursensor 6.2 dient
als Signalgeber für
eine zweite Regelung, die die Überhitzung
der Werkzeugheizung verhindert.
-
Zur
Kombination werden beide Regelausgänge mit einer UND-Verknüpfung wirksam
oder die Regelentscheidungen in einem digitalen Regler entsprechend
verknüpft.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt eine vergleichsweise schnelle und einfache Auswechslung
des Werkzeuges.
-
Um
die Einsatzbereitschaft des eingewechselten Werkzeuges 10 möglichst
schnell herzustellen, die Werkzeugtemperatur im Werkzeugmagazin 3 möglichst
gering zu halten und einen gleichmäßigen Temperaturverlauf beim
Glätten
zu erreichen, kann folgendes Verfahren angewendet werden. Dieses Verfahren
sieht eine zeitliche Steuerung der Heizleistung vor.
-
Phase 1
-
Das
Werkzeug 10 wird im Werkzeugmagazin 3 mit einer
verringerten Heizleistung auf eine Grundtemperatur, die unterhalb
der Arbeitstemperatur liegt, vorgeheizt.
-
Phase 2
-
Nach
der Entnahme des Werkzeuges aus dem Werkzeugmagazin 10 und
dessen Einwechslung in die Werkzeugaufnahme 9 wird das
Werkzeug mit erhöhter
Heizleistung auf die Arbeitstemperatur aufgeheizt, um die Arbeitstemperatur
schnell zu erreichen.
-
3. Phase
-
Während der
Verwendung des Werkzeuges 10 zur Bearbeitung der Werkstoffoberfläche wird
mit geregelter oder gestellter Heizleistung geheizt, wobei die Heizleistung
einerseits von der Werkzeugkodierung, andererseits aber auch von
den Meßergebnissen
der Temperatursensoren 6.1, 6.2 anhängen kann.
-
Diese
drei Phasen können
mit dem Steuergerät 5 geregelt
werden. Zur Ausführung
des vorstehenden Verfahrens weist das Steuergerät folgende Funktionen auf:
(1) eine Zeitverzögerung
für das
Einsetzen der Heizleistung entsprechend der Steckverbindungskonfiguration;
(2) eine Steuerung der Zeit der erhöhten Heizleistung nach dem
Einwechseln des Werkzeuges 10 in die Werkzeugaufnahme 9; und
(3) eine Steuerung (oder auch Regelung) der Heizleistung in Abhängigkeit
von der Werkzeugkodierung und gegebenenfalls den Meßwerten
der Temperatursensoren 6.1 und 6.2.
-
Liste der
verwendeten Bezugszeichen
-
- 1
- horizontaler
Steckkontakt
- 1.1;
1.2
- Steckelemente
des Steckkontaktes 1
- 2
- vertikaler
Steckkontakt
- 2.1;
2.2
- Steckelemente
des Steckkontaktes 2
- 3
- Werkzeughalter
im Werkzeugwechsler ("Werkzeugmagazin")
- 4
- Kodierung
der Heizleistung des Werkzeuges
- 5
- Heizleistungsregler
("Steuergerät")
- 6.1,
6.2
- Temperatursensoren
- 7
- Werkzeugschnittstelle
- 8
- Glättelement
des Werkzeuges
- 9
- Werkzeugaufnahme
(nicht rotierend)
- 10
- Werkzeug