DE102010046231A1

DE102010046231A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zusammenfügen von stabförmigen losen Ausgangsprodukten zu mehrlagigen Holztafelelementen

Info

Publication number: DE102010046231A1
Application number: DE102010046231A
Authority: DE
Inventors: Josef Egle
Original assignee: Michael Weinig AG
Current assignee: Michael Weinig AG
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-03-29
Also published as: WO2012048793A1; EP2618972B1; EP2618972A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von mehrlagigen flächigen Tafelelementen (1) aus stabförmigen Ausgangsprodukten (1a, 1b), dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Ausgangsprodukte (1a, 1b) innerhalb einer Lage unterschiedliche Längen aufweisen können und auf die vorherige Lage des Tafelelements lose aufgelegt werden, wobei eine abschließende Positionierung jedes Ausgangsteils an beliebiger Stelle innerhalb des Tafelelements mit Hilfe von mechanischen Schiebe- und Anschlagsvorrichtungen in mindestens 2 Achsen erfolgen kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zusammenfügen von stabförmigen losen Ausgangsprodukten zu mehrlagigen Tafelelementen und auf ein Verfahren zur Herstellung von Tafelelementen mit Hilfe dieser Vorrichtung.
Flächige Tafelelemente, vorzugsweise aus Brettern, Bohlen oder Kanthölzern für Wände, Decken und Dächer gewinnen im Bauwesen stark an Bedeutung. Besonders vorteilhaft sind hohe Wertschöpfung bei vergleichsweise kostengünstigem Ausgangsmaterial, hoher Vorfertigungsgrad, hohe Festigkeitswerte bei geringem Eigengewicht und günstige Ökobilanz. Um Arbeitszeiten auf der Baustelle soweit als möglich zu reduzieren, wird bei solchen Bauteilen die werkseitige Herstellung von Großtafelelementen angestrebt, die maximale Länge der Elemente liegt nach Stand der Technik bei ca. 16 m. Solche Tafelelemente werden am Markt in großer Vielfalt und in wachsenden Stückzahlen eingesetzt. Die Dicke der Tafelelemente wird durch die Zahl übereinandergeschichter Lagen von Brettern oder Bohlen bestimmt. Alle Ausgangsteile innerhalb einer Lage besitzen jeweils die gleiche Drehrichtung. Um eine möglichst hohe Formstabilität zu erhalten, werden die Lagen zueinander dann quer oder in schrägen Winkeln angeordnet. Die Verbindung der einzelnen Lagen untereinander erfolgt nach Stand der Technik durch Verklebung, Vernagelung, Verklammerung oder mit Holzdübeln.
Es existieren Fertigungssysteme, bei denen die Einzelteile zunächst in der Breite zu Lagen bzw. Einschichtplatten verklebt und anschließend übereinandergeschichtet werden. Alternativ sind Verfahren bekannt, bei denen die Einzelteile lose stückweise übereinandergeschichtet und dann zueinander verbunden werden. Exemplarisch ist letzteres Verfahren in DE 102 24 912 A1 beschrieben. Als Ausgangsprodukte werden Bretter einzeln mit Hilfe einer verfahrbaren Traverse annähernd an der Sollposition innerhalb des Tafelelements abgeworfen und dann mit Nägeln mit den vorherigen Lagen verbunden. Das erste Brett einer Lage wird mit Hilfe einer einseitig wirkenden Anpressvorrichtung in Querrichtung der Brettes gegen einen Anschlag am Maschinentisch geschoben. Alle weiteren Bretter werden dann wiederum mit Hilfe dieser einseitig wirkenden Anpressvorrichtung gegen das jeweils vorige Teil gedrückt und vernagelt. Ein wesentlicher Nachteil bei diesem Verfahren liegt darin, dass stets nur vollflächige rechteckige Tafelelemente vorproduziert werden können. Aus diesen müssen dann Ausschnitte z. B. für Fenster, Türen, Dachschrägen usw. wieder herausgeschnitten werden. Solchermaßen entstehende Verschnittblöcke können nur mit verhältnismäßig aufwändigen Methoden recycelt, entsorgt oder energetisch verwertet werden. Je nach Größe und Architektur des späteren Gebäudes liegen die Verschnittsätze z. B. bei Außen- und Innenwänden bei 20% oder mehr und wirken sich daher sehr ungünstig auf die Herstellkosten aus.
Eine Positionierung einzelner Bretter unabhängig von benachbarten Bauteilen ist in DE 37 38 966 A1 beschrieben. Ein Paket von Brettern gleicher Länge wird an den beiden Stirnseiten von einem verfahrbaren Einlegemagazin aufgenommen, sodann wird das jeweils unterste Brett an der gewünschten Position abgeworfen. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist die Werkstückaufnahme an den Stirnenden, weshalb wegen der Durchbiegung nur kurze Holzteile, wie sie etwa für Paletten benötigt werden, manipuliert werden können. Des weiteren ist diese Vorrichtung ausschließlich für Bretter gleicher Länge und gleicher Ablageposition in Brettlängsrichtung geeignet.
Eine exakte, dabei freie Positionierung von Einzelstäben innerhalb von flächigen Tafelelementen ist nach Stand der Technik mit vielfältig verfügbaren, meist 2-dimensional verfahrbaren Portal-Fördereinrichtungen z. B. mit Saughebern möglich. Auch finden Freiarm-Robotersysteme Anwendung, wie sie beispielhaft in AT 504 048 B1 beschrieben sind. Sowohl Portale als auch Roboter benötigen verhältnismäßig lange Zykluszeiten für Aufnahme des Werkstücks vom Lager, Transport an die Zielposition und Fixierung dort. Fertigungssysteme dieser Art können deshalb nach Stand der Technik wirtschaftlich nur bei großflächigen Bauteilen wie z. B. Gips- oder Holzwerkstoffplatten eingesetzt werden, nicht jedoch für kleinflächige und in großen Stückzahlen zu transportierende Einzelteile wie Bretter.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Positionierung von Ausgangsteilen innerhalb von Tafelelementen aufzuzeigen, welches auch bei kleinflächigen Ausgangsteilen in hohen Stückzahlen wirtschaftlich eingesetzt werden kann und darüber hinaus durch die Berücksichtigung von Aussparungen minimale Verschnittsätze ermöglicht. Auch können marktgängige Fertigungseinrichtungen, insbesondere Arbeitsbrücken, mit wenig Aufwand im Sinne der vorliegenden Erfindung nachgerüstet werden. Die Summe dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erfüllt. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterentwicklungen und Detaillösungen.
Eine beispielhafte Ausführungsvariante der Erfindung ist in den 1–4 dargestellt. 1 ist eine Draufsicht einer Fertigungsanlage für Tafelelemente, 2 eine Ansicht von der Stirnseite. 2a stellt exemplarisch ein mehrlagiges Tafelelement dar. 3 ist die Draufsicht einer kompakten Arbeitseinheit gemäß Erfindung, 4 eine Seitenansicht hierzu. Die X-Achse in den 1 und 2 ist definiert als Längsachse von Legetisch und Tafelelement, die Y-Achse quer hierzu als Hochachse der Tafelelemente. In den 3 und 4 wird die Längsorientierung der Arbeitseinheit als X-Achse dargestellt, die Y-Achse versäuft quer hierzu.
Die Tafelelemente (1) befinden sich auf einem Legetisch (2). Nach Stand der Technik besteht ein Tafelelement (1) aus mindestens 3 Lagen von Brettern, wobei die Einzelbretter innerhalb einer Lage gleiche Orientierung aufweisen, jedoch von Lage zu Lage in einem Winkel von z. B. 45 oder 90 Grad gedreht sind. Bei Wänden beispielsweise werden die Lagen mit ungerader Zahl (Lagen, 1,3,5 usw.) in Y-Richtung, also der Hochachse des Tafelelements (1) verlegt (1a, 1c), die geraden Lagen in X- bzw. Längsrichtung (1b). Diese Anordnung ist exemplarisch in 2a dargestellt Die Dimension des Legetischs (2) wird durch die maximal möglichen Abmessungen der Tafelelemente (1) in X- und Y-Richtung bestimmt. Eine marktgängige Arbeitsbrücke (3) verfährt in der X-Achse über die gesamte Länge des Legetisches (2). Auf dieser Arbeitsbrücke (3) befindet sich ein Arbeitsschlitten (4), der entlang der Arbeitsbrücke (3) in Y-Richtung verfahrbar ist. Neben möglichen anderen Aggregaten wie Sägen, Fräsern, Bohrern und dergleichen ist an dem Arbeitsschlitten (4) die erfindungsgemäße Positioniereinheit (5) montiert. Je nachdem, welche Lage gerade gefertigt wird, werden die benötigten Einzelbretter über eine der beiden Zuführungseinheiten (6 oder 7) antransportiert und annähernd an der Sollposition auf die Tafelelemente (1) abgeschoben. Die Zuführungseinheit (6) fördert dabei diejenigen Bretter, die in X-Richtung (1b) der Tafelelemente (1) verlaufen, die Zuführungseinheit (7) die Bretter in Y-Richtung (1a). Beide Einheiten können über dem gesamten Legetisch (2) verfahren. Sie besitzen jeweils ein Transportband, auf welchem die Bretter (1a, 1b) von einem vorgelagerten Materialpuffer aufgenommen und auf dem Transportband in Brettlängsrichtung an die Sollposition gebracht werden. Die Zuführungseinheit (6, 7) verfährt als Ganzes oberhalb des Arbeitstisches in Querrichtung der Bretter (1a, 1b). Wenn die Zuführungseinheit (6, 7) die Sollposition erreicht hat, wird das Brett (1a, 1b) z. B. mit einer Abschiebeeinheit auf das Tafelelement (1) geschoben. Die Einzelbretter (1a, 1b), die sich auf den Zuführungseinheiten (6, 7) befinden, sind sinnvoller Weise bereits auf fertige Länge geschnitten. Für die erfindungsgemäße Positioniereinheit (5) sind unterschiedliche Ausführungsvarianten möglich, wobei das Prinzip der exakten Positionierung der einzelnen Bretter (1a, 1b) durch mechanisches Schieben gegen frei positionierbare Anschläge und eine 1- oder 2-seitige Lagesicherung der Bretter während der Befestigung in Längsrichtung stets gleich bleibt.
Besonders vorteilhaft dürfte eine Anordnung sein, wie sie auf den 3 und 4 dargestellt ist. Jeweils wird die Positioniereinheit (5) gemäß Erfindung, die mit einer Achse (8) mit dem Arbeitsschlitten (4) verbunden ist, so gedreht, dass die Längsachse (X-Achse) der Positioniereinheit (5) mit der Längsachse der Einzelbretter (1a, 1b) in Sollstellung übereinstimmt. Für das Verschieben der Einzelbretter (1a, 1b) in deren Querrichtung bis in die exakte Endposition können Rundstäbe, Lineale, Rollen oder Gruppen von Rollen (11b, 11d) verwendet werden. Die Rollengruppen (11b, 11d) sind deshalb in der Y-Achse der Positioniereinheit (5) verfahrbar ausgeführt. Die gegenüberliegenden Rollengruppen (11a, 11c) sind in starrer Ausführung und dienen als Anschläge. Auf diese Weise können die einzelnen Bretter (1a, 1b) in ihrer Querrichtung verschoben werden, ohne dass die gesamte Arbeitsbrücke (3) oder der Arbeitsschlitten (4) verfahren muss. Für die exakte Positionierung der Einzelbretter (1a, b) in deren Längsrichtung steht eine an der Brettoberseite wirkende Druckrolle (9) zur Verfügung, welche die Bretter (1a, 1b) in Längsrichtung gegen einen absenkbaren Anschlag (10) drückt. Nachdem die Einzelbretter (1a, b) exakt positioniert sind, können sie mit Klammern, Nägeln oder dergleichen mit den bereits vorhandenen Brettlagen am Tafelelment (1) verbunden werden. Auch Klebstoffzugabe, begleitend zur mechanischen Befestigung, ist möglich.
Die Ausführung der Schiebevorrichtungen und Anschläge (11a–11d) in Längsrichtung der Bretter (1a, 1b) mit Rollen ist auch deshalb vorteilhaft, weil die Positioniereinheit (5) besonders bei langen Brettern (1a, 1b) auch noch während des Verklammerns bzw. Vernagelns der Lagesicherung dient. Verdrehungen oder Verkrümmungen können so in einfacher Weise korrigiert werden. Der Anschlag (10) in Längsrichtung der Bretter (1a, 1b) wird nur kurzzeitig für den Positioniervorgang aktiviert und dann wieder deaktiviert, um ein Verfahren der Positioniereinheit (5) während des Befestigungsvorgangs in Brettlängsrichtung zu ermöglichen.
Wenn aufgrund der baulichen Situation anderweitige Anschläge z. B. in Form von Fixanschlägen am Maschinentisch oder bereits befestigte benachbarte Bretter zur Verfügung stehen, können Anschläge, z. B. hochgeklappt werden. Die in Arbeitsstellung verbleibenden Schiebeeinheiten drücken das aktuell zu positionierende Brett (1a, 1b) gegen das vorherige Teil.
Da die Dicke des Tafelelements (1) mit jeder Lage zunimmt, ist die Positioniereinheit (5) insgesamt gegenüber der Hochachse (Z-Achse) des Arbeitstisches (2) verstellbar auszuführen.
Besonders vorteilhaft sind Vorrichtung und Verfahren gemäß Erfindung dann anwendbar, wenn die vorig beschriebenen Fertigungsprozesse CNC-gesteuert ablaufen. Aber auch händische oder teilautomatisierte Arbeitsabläufe sind möglich.
Vorteilhaft ist weiterhin eine drehbare Aufhängung der Achse (8) der Positioniereinheit (5) am Arbeitsschlitten (4). Hiermit ist es möglich, ein und dieselbe Positioniereinheit (5) für alle Bretter (1a, b) zu verwenden, unabhängig davon, ob diese in Längs- oder Querrichtung relativ zum Tafelelement (1) liegen. Auch diagonal oder in beliebigen Winkeln zwischen 1 und 89 Grad verlaufende Einzelbretter (1a, 1b) können mit der Erfindung innerhalb der Tafelelemente (1) positioniert werden.
Die Positioniereinheit (5) gemäß Erfindung kann auch nachträglich in marktgängige Arbeitsbrücken (3) oder Arbeitsschlitten (4) integriert werden, wodurch die Investitionskosten niedrig gehalten werden.
Die Positioniereinheit gemäß Erfindung ermöglicht zudem eine rationelle überlappende Fertigung. Während ein Einzelbrett (1a, b) auf dem Legetisch (2) positioniert und befestigt wird, kann über die Zuführungseinheiten (6, 7) bereits das nächste Teil beigeschafft werden. Auch ist es, insbesondere bei mehreren aufeinanderfolgenden kurzen Brettern, möglich, dass die Zuführungseinheiten (6, 7) gleich mehrere Einzelbretter (1a, b) hintereinander aufnehmen, wodurch Fahrwege der Zuführungseinheiten (6, 7) eingespart werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10224912 A1 [0003]
DE 3738966 A1 [0004]
AT 504048 B1 [0005]

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von mehrlagigen flächigen Tafelelementen (1) aus stabförmigen Ausgangsprodukten (1a, 1b), dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Ausgangsprodukte (1a, 1b) innerhalb einer Lage unterschiedliche Längen aufweisen können und auf die vorherige Lage des Tafelelements lose aufgelegt werden, wobei eine abschließende Positionierung jedes Ausgangsteils an beliebiger Stelle innerhalb des Tafelelements mit Hilfe von mechanischen Schiebe- und Anschlagsvorrichtungen in mindestens 2 Achsen erfolgen kann.
Verfahren und Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schiebevorrichtungen Lineale, Rollen, Dorne, Förderbänder oder sonstige mechanische Elemente verwendet werden können und diese an den Ausgangsprodukten seitlich, von oben, schräg oder aus Kombinationen hieraus angreifen.
Verfahren und Vorrichtung nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Anschläge Lineale, Rollen, Stifte oder sonstige mechanische Elemente verwendet werden können.
Verfahren und Vorrichtung nach den Punkten 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Positionierung eine abschließende Befestigung der Ausgangsprodukte an den Tafelelementen mittels metallischen Verbindungsmitteln, Dübeln, Klebstoff oder Kombinationen hieraus erfolgen kann.
Verfahren und Vorrichtung nach den Punkten 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit zu den örtlichen Gegebenheiten Anschlagsvorrichtungen in mindestens einer Achse deaktiviert werden können, wenn anderweitige geeignete Begrenzungen wie z. B. Fixanschläge am Maschinentisch oder benachbarte, bereits befestigte Ausgangsprodukte als Anschlag verwendet werden können.
Verfahren und Vorrichtung nach den Punkten 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung und Aktivierung/Deaktivierung der Schiebe- und Anschlagvorrichtungen mechanisch oder numerisch gesteuert erfolgen kann.
Verfahren und Vorrichtung nach den Punkten 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebe- und Anschlagsvorrichtungen zumindest in Längsrichtung der Ausgangsprodukte (1a, 1b) nach erfolgter Positionierung auch begleitend zur Lagesicherung während einer mechanischen Befestigung an die Tafelelemente (1) eingesetzt werden können.
Verfahren und Vorrichtung nach den Punkten 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der losen Ausgangsteile (1a, 1b) zum Tafelelement (1) einzeln oder in Paketen erfolgen kann.