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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung eines Fräswerkzeugs
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung einer
derartigen Vorrichtung.
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Eine
derartige Werkzeugführung ist beispielsweise aus der
DE 43 20 750 A1 bekannt.
In dieser Veröffentlichung wird zur Reparatur eines Bauteils
aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) vorgeschlagen,
mittels der Werkzeugführung einen Fräser derart über
eine gekrümmte Bauteiloberfläche zu führen,
dass eine so genannte Schäftung des Schadensbereiches um
das Schadenszentrum (z. B. Loch) entsteht. Durch anschließendes Ausschleifen
wird eine konische Schäftungsfläche ausgebildet,
auf welche sodann ein Reparaturflicken geklebt wird.
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Die
bekannte Werkzeugführung ist vergleichsweise kompliziert
und sperrig aufgebaut. Der an der Bauteiloberfläche arretierbare
Rahmen der Werkzeugführung besteht aus mehreren jeweils zweischenkligen
Gelenkarmen (z. B. "Dreibein"), deren Positionen und Gelenkstellungen
zunächst sorgfältig einzustellen und zu fixieren
sind, damit ein im Zentrum der Vorrichtung an inneren Gelenkschenkeln
des Rahmens angelenktes Lagergehäuse ordnungsgemäß orientiert
und positioniert wird. Der eigentliche Werkzeughalter für
das Fräswerkzeug ist über eine einstellbare Schwenkhebelanordnung
mit dem Lagergehäuse verbunden. Nach einer einmal vorgenommenen
Einstellung der Werkzeugführung kann der Werkzeughalter
mit dem Fräswerkzeug nur entlang einer Kreisbahn um das
zentral angeordnete Lagergehäuse herum geführt
werden.
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Das
Ergebnis der bekannten Reparatur ist nicht in allen Anwendungsfällen
zufriedenstellend. Außerdem erfordert die Bedienung der
Werkzeugführung eine gewis se Erfahrung, um ein möglichst
gut definiertes Schäftungsverhältnis (Verhältnis
zwischen Radius der Konusfläche und Tiefe der Konusfläche
bzw. Bauteildicke) zu erzielen. Ungenauigkeiten der Schäftungsform
hätten zur Folge, dass ein "anpassungsfähiges"
Reparaturmaterial erforderlich ist, beispielsweise ein nach der
Einbringung in die Schäftung noch in einem separaten Arbeitsschritt
formanzupassender und auszuhärtender Reparaturflicken.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach und kompakt
aufgebaute Werkzeugführung der eingangs genannten Art bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Führung eines Fräswerkzeugs
nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Für
die Erfindung ist wesentlich, dass eine in einer ersten Richtung
langgestreckte erste Führungsschienenanordnung zur Bewegbarkeit
des Werkzeughalters in der ersten Richtung vorgesehen ist, dass
der Rahmen eine in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten
Richtung langgestreckte zweite Führungsschienenanordnung
zur Bewegbarkeit der ersten Führungsschienenanordnung in
der zweiten Richtung umfasst, und dass die erste Führungsschienenanordnung
und/oder die zweite Führungsschienenanordnung einen an
die Krümmung der zu bearbeitenden Oberfläche angepasst gekrümmten
Führungsbahnverlauf besitzt.
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Anders
als bei der oben beschriebenen bekannten Werkzeugführung
können mit der erfindungsgemäßen Werkzeugführung
in einfacher Weise praktisch beliebige Bewegungsbahnen für
den Werkzeughalter samt Fräswerkzeug realisiert werden.
Wesentlich ist hierfür eine "funktionale Verkopplung bzw.
Hintereinanderschaltung" zweier quer zueinander orientierter Führungsschienenanordnungen.
Für die Erfindung ist darüber hinaus wesentlich, dass – anders
als bei einer herkömmli chen "x-y-Führung" – wenigstens
eine der beiden Führungsschienenanordnungen einen an die
Krümmung der zu bearbeitenden Oberfläche angepasst
gekrümmten Führungsbahnverlauf besitzt.
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Die
konkrete Gestaltung des verwendeten Fräswerkzeugs ist im
Rahmen der Erfindung von nachrangiger Bedeutung. Es kann vorteilhaft
auf an sich bekannte, zur spanabhebenden Bearbeitung geeignete Werkzeuge,
insbesondere rotierend spanabhebende Werkzeuge zurückgegriffen
werden.
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Wenn
die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks
nur in einer Richtung gekrümmt ist (z. B. Zylinderflächenabschnitt),
so genügt es, wenn entweder die erste oder die zweite Führungsschienenanordnung
mit dem angepasst gekrümmten Führungsbahnverlauf
vorgesehen ist. Bei Oberflächen, die in zwei Richtungen
gekrümmt sind (z. B. Kugelflächenabschnitt) besitzen
dementsprechend beide Führungsschienenanordnungen einen
angepasst gekrümmten Führungsbahnverlauf. Wenn
die Oberfläche nur in einer Richtung gekrümmt
ist oder bei einer Krümmung in zwei Richtungen keine Rotationssymmetrie
der Oberfläche bezüglich einer Normalen vorliegt,
so ist für eine Anpassung der (gekrümmten) "Fräsebene"
an die (gekrümmte) Werkstückoberfläche
die gesamte Werkzeugführung entsprechend im Azimutwinkel
zu orientieren.
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Hinsichtlich
einer möglichst universellen Verwendbarkeit der Werkzeugführung
ist eine Ausführungsform besonders vorteilhaft, bei welcher
wenigstens eine der beiden Führungsschienenanordnungen einfach
(z. B. nach Lösen einer Verschraubung) austauschbar ist.
Beispielsweise kann ein Sortiment von Führungseinrichtungen
unterschiedlicher Länge und/oder Krümmung vorgesehen
sein, aus welchem eine für die betreffende Werkstückoberfläche
geeignete Einrichtung ausgewählt und als erste oder zweite
Führungsschienenanordnung der Werkzeugführung
verwendet wird.
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Hinsichtlich
der Arretierung des Rahmens an der Werkstückoberfläche
kann die Vorrichtung beispielsweise eine Saugfußanordnung
umfassen, insbesondere mehrere über den Umfang des Rahmens verteilt
angeordnete und bevorzugt gelenkig mit dem Rahmen verbundene Saugfüße.
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In
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Führungsschienenanordnung
ein Paar von parallel zueinander verlaufenden Führungsschienen
umfasst. Der Begriff "parallel zueinander" ist hierbei so zu verstehen,
dass darunter auch ein identisch gekrümmter Verlauf der
beiden Führungsschienen fällt.
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Mit
einer Krümmung des Führungsschienenpaars lässt
sich in einfacher Weise eine entsprechende Krümmung des
damit bewerkstelligten Führungsbahnverlaufs realisieren.
Es ist jedoch anzumerken, dass ein gekrümmter Führungsbahnverlauf
keineswegs zwingend eine entsprechende Krümmung der betreffenden
Führungsschienen erfordert. Beispielsweise kann bei einer
geraden Führungsschiene eine bis zu einem gewissen Ausmaß gekrümmte
Führungsbahn durch einen entsprechend gekrümmten Führungsvorsprung
oder eine entsprechend gekrümmte Führungsnut (z.
B. Langloch) realisiert sein.
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Falls
eine Führungsschienenanordnung aus einem Paar von parallel
zueinander verlaufenden Führungsschienen ausgebildet ist
und auswechselbar sein soll, so kann vorgesehen sein, dass die beiden
Führungsschienen des Paars fest miteinander verbunden sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
der Rahmen aus vier paralielogrammartig, insbesondere rechteckartig,
miteinander verbundenen Rahmenteilen gebildet ist, von welchen zwei
einander gegebüberliegende Rahmenteile die zweite Führungsschienenanordnung
tragen oder ausbilden. In diesem Fall werden die ersten und zweiten
Richtungen der ersten und zweiten Führungsschienenanordnungen
durch die beiden "Parallelogrammrichtungen" definiert.
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Hinsichtlich
einer einfachen Verschraubbarkeit und Auswechselbarkeit von Rahmenteilen,
welche z. B. eine Führungsschienenanordnung ausbilden oder
als "Distanzstücke" zwischen zwei Führungsschienen
eines Führungsschienenpaars dienen, ist es besonders vorteilhaft,
wenn der Rahmen eine insgesamt rechteckige Form besitzt.
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Bei
einem parallelogrammartigen, insbesondere rechteckigen Rahmen ist
gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass im
Verlauf wenigstens eines der vier Rahmenteile an einer oder mehreren
Stellen im Längsverlauf eine Einrichtung bzw. Markierung vorgesehen
ist, welche als "Positionierhilfe" für die Positionierung
des Werkzeughalters samt Werkzeug bezüglich des Rahmens
und/oder zur Positionierung der gesamten Vorrichtung bezüglich
der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche nützlich
ist.
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In
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Führungsbahnverlauf
der zweiten Führungsschienenanordnung durch Langlöcher
in einander gegenüberliegenden Rahmenteilen des Rahmens
vorgegeben ist. Der Verlauf der Langlöcher bestimmt dann,
ob und gegebenenfalls in welchem Ausmaß die betreffende
Führungsbahn gekrümmt ist.
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In
einer für viele Anwendungsfälle besonders vorteilhaften
Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein mit dem Werkzeughalter
verbundenes Gestänge zur Steuerung der Bewegung des Werkzeughalters relativ
zum Rahmen vorgesehen ist. In dieser Hinsicht ist zu bedenken, dass
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die
Verkopplung von zwei Führungsschienenanordnungen in quer
zueinander verlaufenden Richtungen eine Beweglichkeit des Werkzeughalters
entlang einer Fläche geschaffen wird. Möchte man
den Werkzeughalter jedoch innerhalb dieser erreichbaren Fläche
entlang einer vorgegebenen, in dieser Fläche liegenden
Werkzeugführungsbahn bewegen, so kann der entsprechende
Antrieb und/oder eine entsprechende Zwangsführung des Werkzeughalters
mit einem solchen Gestänge in einfacher Weise realisiert
werden.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung dieser Gestängesteuerung
der Werkzeughalterbewegung ist vorgesehen, dass der Werkzeughalter
fest mit einem Ende wenigstens einer Steuerstange verbunden ist,
deren anderes Ende aus dem vom Rahmen umgrenzten Bereich herausreicht
und dort während des Fräsvorganges angetrieben
und/oder zwangsgeführt wird.
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Das
Gestänge zur Bewegungssteuerung kann beispielsweise einen
Teil einer mechanischen Kopiereinheit zur Definition einer Werkzeugführungsbahn
auf Basis einer Schablone bilden. Was die Ausbildung des Gestänges
bzw. der Schablone anbelangt, so kann vorteilhaft auf entsprechenden
Stand der Technik aus dem Bereich so genannter Kopierfräsen
zurückgegriffen werden. Die Kopiereinheit kann im einfachsten
Fall vorsehen, dass eine durch die verwendete Schablone definierte
Bewegungsbahn 1:1 auf die Werkzeugführungsbahn abgebildet
wird. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass die Kopiereinheit
nach Art eines so genannten Pantographen ein Abbildungsverhältnis
ungleich 1:1 vorsieht.
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Bei
einer Definition der Werkzeugführungsbahn auf Basis einer
Schablone kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Abschnitt des
Rahmens auf seiner Außenseite Befestigungsmittel zur lösbaren
Befestigung der zu verwendenden Schablone aufweist.
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Durch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können vorteilhaft prinzipiell beliebige Fräsarbeiten
an Werkstückoberflächen, insbesondere gekrümmten
Werkstückoberflächen in einfacher Weise vorgenommen
werden.
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Eine
bevorzugte Verwendung ist beispielsweise das Schäften des
Werkstücks.
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Ganz
allgemein bezeichnet der Begriff "Schäftung" eine an einem
Werkstück ausgebildete Ausnehmung (bzw. den entsprechenden
Vorgang), deren Tiefe zum Zentrum der Ausnehmung hin konusartig
zunimmt. Zu diesem Zweck kann die Schäftung z. B. durch
Ausfräsen von schrittweise im Durchmesser vergrößerten
konzentrischen Kreisringen erstellt werden. Im Sinne einer "Hand-Fräseinheit" kann
hierbei ein Bediener den Werkzeughalter manuell auf der jeweiligen
Kreisbahn um das Schäftungszentrum herum bewegen, wobei
diese Kreisbahn z. B. mittels einer Kopiereinheit der oben erläuterten
Art von einer Schablone definiert (erzwungen) wird.
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Um
hierbei eine möglichst exakte Konusform der gefrästen
Schäftungsfläche zu erzielen, ist es denkbar,
für die schrittweise im Durchmesser vergrößerten
(jedoch in der Frästiefe verringerten) Fräsgänge
ein Fräswerkzeug zu benutzen, welches bei jedem Fräsgang
bereits die Konusform des betreffenden Kreisringbereichs entsprechend
des gewünschten Schäftungsverhältnisses
ausarbeitet. Alternativ kann eine durch Ausfräsen von schrittweise
im Durchmesser vergrößerten konzentrischen Kreisringbereichen
erstellte "gestufte Schäftung" zur Erzielung einer Konusform
entsprechend nachbearbeitet (z. B. durch Ausschleifen) werden.
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Der
Begriff "gestufte Schäftung" soll zum Ausdruck bringen,
dass die Ausnehmungstiefe zwar zu einem Zentrum der Ausnehmung hin
zunimmt, die Ausnehmungsfläche jedoch nicht konusförmig
sondern wenigstens eine Stufe aufweist. Im Rahmen einer unten noch
beschriebenen speziellen Anwendung der erfindungs gemäßen
Vorrichtung bzw. des damit bewerkstelligten Schäftungsverfahrens
ist eine solche gestufte Schäftung von besonderem Vorteil.
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Sowohl
für die Ausbildung einer konischen Schäftung als
auch die Ausbildung einer gestuften Schäftung kann auch
vorgesehen sein, dass die Schäftung durch Ausfräsen
von schrittweise im Durchmesser reduzierten konzentrischen Kreisbereichen
erstellt wird, wie dies bereits in der oben erwähnten
DE 43 20 750 A1 vorgeschlagen
wird. Auch in diesem Fall kann die Werkzeughalterbewegung mittels
einer Kopiereinheit zwangsweise auf den gewünschten Kreisbereich
begrenzt werden.
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Eine
bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht in der Reparatur eines Bauteils, insbesondere z. B. eines
Faserverbundbauteils, umfassend die Schritte:
- – Schäftung
des Bauteils im Bereich einer Schadensstelle, und
- – Einbringung von Reparaturmaterial in die Schäftung.
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Diese
Art und Weise einer Reparatur ist als solche aus der oben erwähnten
DE 43 20 750 A1 bekannt,
ist jedoch mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besonders bequem durchzuführen.
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Gemäß einer
Weiterbildung dieses Reparaturverfahrens ist vorgesehen, dass die
Schäftung mit einer Stufenfläche ausgebildet wird
und als das Reparaturmaterial ein mit einer korrespondierenden Stufenfläche
vorgefertigtes Reparaturstück in die Schäftung
eingebracht wird.
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Die
Ausbildung einer Schäftung mit einer vorbestimmten Stufenfläche
ist in der Praxis oftmals einfacher und präziser möglich
als die Ausbildung einer entsprechenden Konusfläche. Die
Einbringung eines vorgefertigten Reparaturstücks mit einer
korrespondierenden Stufenfläche erfordert daher, wenn überhaupt,
allenfalls geringfügige Formanpassungen. Bei hinreichend
präziser Ausbildung der gestuften Schäftung sowie
des vorgefertigten Reparaturstücks ist vorteilhaft eine
"bündige" Reparatur des Schadens möglich, insbesondere
auch ohne einen separaten Arbeitsschritt zur Nachbearbeitung der Schäftung
oder zur Formanpassung des Reparaturstücks. Außerdem
ist die gemäß der Erfindung reparierte Bauteilstelle
tendenziell widerstandsfähiger gegenüber später
auftretenden mechanischen Belastungen.
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Eine
bevorzugte Anwendung der Erfindung besteht für die Reparatur
von Strukturbauteilen in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Es können
sowohl ebene als auch gekrümmte Bauteile bzw. Bauteiloberflächen
repariert werden, insbesondere z. B. platten- oder schalenförmige
Bauteile. Bei dem zu reparierenden Bauteil kann es sich z. B. um
eine in einer oder zwei Richtungen gekrümmte Flugzeugrumpfschale
handeln.
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In
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bauteil
ein Faserverbundbauteil (z. B. aus CFK) oder ein Leichtmetallbauteil
ist.
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Die
Stufenfläche kann abgerundete und/oder abgefarste Stufenkanten
aufweisen, beispielsweise um dadurch Kerbwirkungen und mechanische
Spannungsspitzen an der fertigen Reparaturstelle zu vermindern.
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Die
Stufenfläche kann z. B. mindestens zwei Stufen aufweisen.
Bevorzugt weist die Stufenfläche mindestens drei Stufen
auf.
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Jede
Stufe kann aus einer ringförmig, insbesondere kreisringförmig,
um das Schadenszentrum herum und im Wesentlichen parallel zur Bauteiloberfläche
verlaufenden Ausnehmungsfläche bestehen, welche über
eine ringförmig geschlossen und im Wesentlichen orthogonal
zur Bauteiloberfläche verlaufende Kantenfläche
mit einer höher oder tiefer liegenden, wieder im Wesentlichen
parallel zur Bauteiloberfläche verlaufenden Ausnehmungsfläche
verbunden ist.
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In
einer Ausführungsform des Reparaturverfahrens ist vorgesehen,
dass als Reparaturstück ein hartes bzw. ausgehärtetes
Teil, beispielsweise aus dem gleichen Material wie das Bauteil selbst,
verwendet wird. Ein solches "fertiges" Reparaturstück, kann
insbesondere z. B. durch Kleben in der Schäftung am Bauteil
befestigt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben.
Es stellen dar:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugführung zum
Fräsen einer Werkstückoberfläche,
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2 ist
eine perspektivische Draufsicht des zu bearbeitenden Werkstücks,
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3 ist
eine der 2 entsprechende Ansicht nach
einer Arretierung der Werkzeugführung von 1 auf
der Oberfläche des Werkstücks von 2,
und
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4 ist
eine der 1 entsprechende Ansicht einer
Werkzeugführung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt
eine nachfolgend als Werkzeugführung 10 bezeichnete
Vorrichtung zur Führung eines Fräswerkzeugs (nicht
dargestellt).
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2 zeigt
das in diesem Beispiel zu bearbeitende Werkstück, nämlich
eine im Wesentlichen nur in einer Richtung gekrümmte Flugzeugrumpfschale 90.
Die Rumpfschale 90 weist an ihrer gekrümmten,
hier äußeren Oberfläche 92 eine
schadhafte Stelle 94 auf, welche durch ein an sich bekanntes
Reparaturverfahren beseitigt werden soll, bei welchem die Rumpfschale 90 zunächst
im Bereich der Schadensstelle 94 geschäftet wird
und sodann Reparaturmaterial in die Schäftung eingebracht
und beispielsweise verklebt oder in anderer Weise verankert wird.
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Diese
Reparatur wird unter Verwendung der in 1 dargestellten
Werkzeugführung 10 durchgeführt.
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3 zeigt
die Rumpfschale 90 nach einem Aufsetzen und Befestigen
der Werkzeugführung 10 an der Oberfläche 92 im
Bereich der Schadensstelle 94.
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Zurückkommend
auf 1 umfasst die Werkzeugführung 10 zur
Führung des Fräswerkzeugs zum Bearbeiten der Rumpfschale 90 einen
an der Oberfläche 92 der Rumpfschale 90 arretierbaren Rahmen 12 bestehend
aus zu einem Rechteck zusammengesetzten, jeweils langgestreckten
Rahmenteilen 12-1, 12-2, 12-3 und 12-4.
Die Arretierung des Rahmens an der Werkstückoberfläche
erfolgt durch Saugfüße 14, von denen
jeweils einer im Bereich jeder Ecke des insgesamt rechteckigen Rahmens 12 angeordnet
ist.
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Mit
dem Rahmen 12 verbunden und innerhalb desselben angeordnet
ist ein Werkzeughalter 16 zum Halten und Positionieren
des (nicht dargestellten) Fräswerkzeugs in einer Hochrichtung
z während der Bearbeitung der Werkstückoberfläche.
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In
den Figuren sind ferner orthogonal zur Hochrichtung z und orthogonal
zueinander orientierte Lateralrichtungen x und y eingezeichnet,
welche den Erstreckungsrichtungen der Rahmenteile 12-3 und 12-4 (x-Richtung)
bzw. 12-1 und 12-2 (y-Richtung) entsprechen.
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Die
Werkzeugführung 10 umfasst ferner ein Paar von
in x-Richtung geradlinig verlaufend langgestreckten Führungsstangen 18-1 und 18-2,
auf denen jeweils ein an der Unterseite des Werkzeughalters 16 angebrachter
Gleiter 20 reitet. Durch diese "x-Führung" ist
der Werkzeughalter 16 in einem Bereich zwischen den Rahmenteilen 12-1 und 12-2 relativ
zum Rahmen 12 in x-Richtung beweglich.
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Die
Enden der Führungsstangen 18-1 und 18-2 laufen
jeweils paarweise in Langlöchern 22-1 und 22-2 an
der Innenseite des Rahmenteils 12-1 bzw. 12-2.
Knapp vor den Enden der Führungsstangen 18-1 und 18-2 von
diesen durchsetzte Verbindungsstreben 24-1 und 24-2 gewährleisten
hierbei einen parallelen Verlauf der beiden Führungsstangen 18-1 und 18-2.
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Die
in y-Richtung sich erstreckenden Rahmenteile 12-1 und 12-2 bilden
mit ihren jeweiligen Langlöchern 22-1 bzw. 22-2 eine
zweite Führungsschienenanordnung zur y-Bewegbarkeit der
von den Führungsstangen 18-1 und 18-2 gebildeten
ersten Führungsschienenanordnung, welche den Werkzeughalter 16 in
x-Richtung bewegbar lagert.
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Anders
als bei einer herkömmlichen "x-y-Führung" besteht
im dargestellten Beispiel jedoch die Besonderheit, dass die in y-Richtung
sich erstreckenden Langlöcher 22-1 und 22-2 einen
geringfügig gekrümmten Führungsbahnverlauf
für die y-Bewegung definieren.
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Durch
die funktionale Hintereinanderschaltung der x-Führung und
der geringfügig gekrümmten y-Führung
ergibt sich eine Beweglichkeit des Werkzeughalters 16 innerhalb
des von dem Rahmen 12 umgrenzten Bereiches entlang einer
entsprechend gekrümmten Fläche. Die Form dieser
für die Werkzeughalterbewegung vorgesehenen Fläche
ist an die Oberflächenform des zu bearbeitenden Werkstücks, hier
der Oberfläche 92 der Rumpfschale 90,
angepasst. Für das hier bezweckte Ausfräsen einer
Schäftung im Bereich der Schadensstelle 94 ist
es zumeist zweckmäßig, die für die Werkzeughalterbewegung zugängliche
Fläche mehr oder weniger exakt wie die Form der Werkstückoberfläche 92 im
zu bearbeitenden Bereich vorzusehen.
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Im
beschriebenen Anwendungsbeispiel der annähernd zylindrischen
Form der Oberfläche 92 gibt also der gekrümmte
Verlauf der Langlöcher 22-1 und 22-2 den
entsprechenden Oberflächenverlauf an der Schadensstelle 94 in
y-Richtung wieder.
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Die
an der Schadensstelle 94 auszubildende Schäftung
kann beispielsweise durch Ausfräsen von schrittweise im
Durchmesser veränderten konzentrischen Kreisbereichen oder
Kreisringbereichen erstellt werden. Der zum Überstreichen
der zu fräsenden Bereiche erforderliche Lateralantrieb
des Werkzeughalters samt eingesetztem Fräswerkzeug erfolgt im
dargestellten Ausführungsbeispiel manuell durch einen Bediener,
wobei der auszufräsende Kreisbereich oder Kreisringbereich
vorteilhaft durch eine mechanische Kopiereinrichtung der Werkzeugführung 10 definiert
wird.
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Die
im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete Kopiereinrichtung
besteht aus einer fest mit dem Werkzeughalter 16 verbundenen
und in einer Lateralrichtung (hier: x-Richtung) sich aus dem Rahmen 12 heraus
erstreckenden Steuerstange, an welcher ein davon in z-Richtung nach
unten abstehender Abtastzapfen 28 angeordnet ist, sowie
einer an einem Rahmenteil (hier: Rahmenteil 12-2) angeordneten
Schablonenhalterung 30 zum Fixieren einer Schablone 32 an
der Werkzeugführung 10.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Schablone 32 eine
in der x-y-Ebene orientierte Platte mit einer die gewünschte
Werkzeughalterbewegungsbahn bzw. den gewünschten Werkzeughalterbewegungsflächenbreich
definierenden Ausnehmung verwendet.
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Bei
der in 1 dargestellten Schablone 32 ist z. B.
eine kreisförmige Ausnehmung vorgesehen. Damit kann der
Bediener der Werkzeugführung 10 in einfacher Weise,
nämlich durch Abtastung des Ausnehmungsrands oder alternativ
der ganzen Ausnehmungsfläche mit dem Abtastzapfen, im Verhältnis
1:1 eine entsprechende Bewegungsbahn bzw. Bewegungsfläche
für den Werkzeughalter 16 einhalten.
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Nach
Ersatz der Schablone 32 durch eine andere Schablone mit
einer größeren oder kleineren Ausnehmung kann
dementsprechend in einem weiteren Arbeitsgang eine weitere konzentrische
Kreisbahn bzw. ein weiterer konzentrischer Kreisflächenbereich
ausgearbeitet werden. Vor jedem weiteren Fräsgang kann
am verwendeten Fräswerkzeug bzw. dem Werkzeughalter 16 eine
veränderte Frästiefe (in z-Richtung) eingestellt
werden.
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Zusammenfassend
stellt die beschriebene Werkzeugführung 10 eine
"Geometrieadaptive Hand-Fräseinheit" dar, mittels welcher
eine exakte und reproduzierbare maschinelle Bearbeitung auf gekrümmten
Strukturen durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung eignet
sich insbesondere zur Bearbeitung von Faserverbundbauteilen (z.
B. CFK) oder Leichtmetallen, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik.
Bestimmte, vordefinierte Bereiche auf ebenen oder gekrümmten
Struktu ren können maschinell bearbeitet bzw. entfernt werden.
Insbesondere kann für den Anwendungsfall der Reparatur
des betreffenden Bauteils mittels fräsender Bearbeitung sowohl
ein bestimmter Ausschnitt entfernt als auch eine gestufte Schäftung
ausgebildet werden. Eine Antriebseinheit inklusive Fräswerkzeug
kommerziell erhältlicher Art kann an dem Werkzeughalter 16 montiert
werden, an welchem auch die Höhenzustellung (z-Richtung)
realisiert ist. Die Rahmenteile 12-1 und 12-2 bzw.
deren Führungsnuten oder Langlöcher 22-1 und 22-2 sind
der Form (Geometrie), d. h. der Krümmung bzw. dem Krümmungsradius
der zu bearbeitenden Struktur angepasst. Um genaue und reproduzierbare
Bearbeitungen durchführen zu können, ist eine
Kopiereinheit in die Konstruktion integriert. Damit ist die Möglichkeit
gegeben, mittels vorgegebener Formplatten bzw. Schablonen und der Kopierstange 26 definierte
Bahnen abzufahren. Nach dem Aufsetzen der Werkzeugführung 10 auf
den zu reparierenden Bereich kann deren Ausrichtung durch Positioniermittel
vereinfacht werden (Position und Azimutwinkelstellung).
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich z. B. jeweils
auf halbem Weg der Rahmenteile 12-1 und 12-4 solche
Zentrierhilfen 34-1 bzw. 34-2. Die Arretierung
der Werkzeugführung 10 auf dem zu reparierenden
Rumpfschalensegment erfolgt in einfacher Weise über die
Saugfüße 14, die sich ebenfalls optimal
der Krümmung bzw. der Form der zu bearbeitenden Oberfläche 92 anpassen.
Die Vorrichtung kann mit geringen Abmaßen und geringem Gewicht
als mobile Fräseinheit und somit z. B. direkt an dem Ort
eingesetzt werden, an dem ein zu reparierender Schaden auftritt.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels
werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen
verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben
"a" zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird
im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bereits be schriebenen
Ausführungsbeispiel eingegangen und im Übrigen
hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung des vorangegangenen
Ausführungsbeispiels verwiesen.
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4 zeigt
eine geringfügig modifizierte Werkzeugführung 10a,
die in Aufbau und Funktion im Wesentlichen der oben mit Bezug auf 1 beschriebenen
Werkzeugführung entspricht.
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Eine
Besonderheit der Werkzeugführung 10a besteht jedoch
darin, dass nicht nur die durch Rahmenteile 12a-1 und 12a-2 realisierte
y-Führungsschienenanordnung einen gekrümmten Führungsbahnverlauf
besitzt, sondern auch die durch ein Paar von Führungsstangen 18a-1 und 18a-2 realisierte x-Führungsschienenanordnung.
Dies ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch bewerkstelligt, dass
die Führungsstangen 18a-1 und 18a-2 zwar
parallel zueinander, jedoch jeweils geringfügig gekrümmt
in x-Richtung verlaufen.
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Auf
Grund dieses gekrümmten Stangenverlaufs sind außerdem
auf der Unterseite des Werkzeughalters 16a vorgesehene
Gleiter für jede der beiden Führungsstangen 18a-1 und 18a-2 doppelt
ausgeführt. In 4 sind die beiden Gleiter 20a-1 und 20a-2 zur
Lagerung des Werkzeughalters 16a auf der Führungsstange 18a-2 zu
erkennen.
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Die
in 4 dargestellte Werkzeugführung 10a ist
somit insbesondere zur angepassten Bearbeitung einer in zwei Richtungen
gekrümmten Werkstückoberfläche geeignet.
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Die
beschriebenen Werkzeugführungen 10 (1)
und 10a (4) können jeweils aus
einem modularen "Baukastenset" bereitgestellt sein, welches verschiedene
Paare von Rahmenteilen und Führungsstangen enthält,
aus denen im Be darfsfall die aktuell benötigte Geometrie
(Größe des Rahmens und Krümmungen in
x- und y-Richtung) erstellt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4320750
A1 [0002, 0029, 0031]