DE19525989C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden eines Durchbruchs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden eines Durch­ bruchs vorbestimmten Durchmessers durch eine Seitenwand eines hohlen langgestreckten Werkstückes.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DD 254 543 A1) wird über einen in das hohle Werkstück eingeführten Reinigungsstößel Druckluft in ein Strahlfangrohr geblasen, wel­ ches nach einem Laserschneiden von Löchern in das Werkstück gegenläufig zum Reini­ gungsstößel bewegt wird. Dabei gelang Druckluft in das Innere des Werkstückes, ohne daß hierbei Umgebungsluft zur Kühlung genutzt wird.

Generell werden viele langgestreckte Hohlträger für Chassisrahmen von Fahrzeugen einge­ setzt. Dabei wird eine gewünschte Anzahl von Durchbrüchen bzw. Löchern je mit vorbe­ stimmten Durchmessern in eine Seitenwand jedes Profils oder Trägers eingebracht, so daß Komponenten an dem Träger unter Verwendung der vorgeformten Löcher angebracht wer­ den können. Einige Bauarten solcher Chassisrahmen werden nach Fertigstellen von vorge­ gebenen Arbeitsgängen versandt, um mit anderen Komponenten an entfernten Orten, z. B. im Ausland, montiert zu werden. Um während des Versandes, insbesondere der Verschif­ fung, Rostbildung an der Oberfläche des Chassisrahmens zu vermeiden, wird die Oberflä­ che des Chassisrahmens mit einem Rostschutzöl bedeckt. Es besteht jedoch die Schwierig­ keit, daß das Rostschutzöl aufgrund der beim Lochen entstehenden Wärme verbrennt oder durch das Lochen erzeugte Rückstände an der gegenüberliegenden Innenwand des Chassis­ rahmens anhaften, was Rost um die Orte dieser Rückstände erzeugt und zu einem Anrosten von Teilbereichen des Chassisrahmens einschließlich unerwünschten Rostens der Rück­ stände führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der ein­ gangs beschriebenen Art zu schaffen, die gewährleisten, daß eine gewünschte Anzahl von Löchern je mit einem vorbestimmten Durchmesser in ein langgestrecktes hohles Werk­ stück eingeformt werden können, wobei nicht nur Ablagerungen von Rückständen oder Spänen an den inneren Seitenwänden des Werkstückes sondern auch ein Verbrennen bzw. Verkoken von Rostschutzöl vermieden werden, welches die Wandoberflächen des Werk­ stückes bedeckt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen gemäß der Erfindung eine Vorrichtung mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4.

Bevorzugt werden ein Plasmabrenner oder ein Laser als Schneidbrenner eingesetzt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kühlluft-Blaseinheit einen in Richtung auf das Öffnungsende des Werkstückes vorwärts bzw. rückwärts verlagerbaren Stützblock, einen von dem Stütz­ block getragenen Kühlkopf und eine am Kühlkopf gehaltene Kühlluftdüse aufweist.

Es ist ferner bevorzugt, wenn der Kühlkopf direkt vor dem Öffnungsende des Werkstückes in einem vorbestimmten Abstand davon angeordnet ist, um eingesaugte Umgebungsluft zur Innenkühlung des Werkstückes zu nutzen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbei­ spielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Seitenansicht, welche den Aufbau eines Werkstück-Stützständers darstellt;

Fig. 4 eine Teil-Seitenansicht in größerem Maßstab, die einen wesentlichen Teil der Vorrichtung darstellt;

Fig. 5 eine Teil-Seitenansicht, welche eine Kühlluft-Speiseeinheit gemäß der Erfin­ dung darstellt;

Fig. 6 eine abgebrochene Seitenansicht, aus der die Lagebeziehung zwischen einer Kühlluft-Speisedüse und einem Werkstück hervorgehen;

Fig. 7 eine abgebrochene Seitenansicht eines Kühlkopfes und eines Werkstückteiles gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, welche schematisch darstellt, wie Umgebungsluft in das Werkstückinnere eingeführt wird;

Fig. 9 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Temperaturänderung über der Zeit, wobei die Temperatur benachbart einem Durchbruch bzw. Loch gemessen ist;

Fig. 10(a) eine erläuternde perspektivische Ansicht, welche veranschaulicht, daß Rückstand an der Seitenfläche des Werkstückes anhaftet und Rostschutzöl während einer üblichen Plasma-Lochung lokal abgebrannt ist;

Fig. 10(b) eine erläuternde Darstellung, welche das Werkstückinnere nach Vollendung ei­ ner Lochung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 11 eine erläuternde Darstellung, welche die geometrische Bahn eines Plasmabren­ ners darstellt, der zum Lochen gemäß der Erfindung eingesetzt ist.

Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet Bezugszahl 1 einen Grundrahmen. Vier Werkstück- Stützständer 2 stehen vom Grundrahmen 1 aufrecht nach oben. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt jeder Werkstück-Stützständer 2 eine stationäre Säule 3, an deren oberem Ende ein winkeliger Werkstückhalter 4 befestigt ist. An der linken Seite des Werkstückhalters 4 ist ein Klemmteil 5 um eine Achse 6 schwenkbar angeordnet, und das obere Ende einer Kol­ benstange 8 eines Antriebszylinders 7 ist mit dem linken Ende des Klemmteiles 5 verstif­ tet. Mit dieser Konstruktion läßt sich ein langgestrecktes hohles Werkstück W fest am Werkstückhalter 4 im wesentlichen horizontal halten, indem das Werkstück W auf dem Werkstückhalter 4 plaziert und mit dem Klemmteil 5 fest dagegen angepreßt wird.

Ferner steht ein Werkstückheber 9 vom Grundrahmen 1 aufrecht nach oben. Der Werk­ stückheber 9 hat eine vertikale Stange 11 mit einer an derem oberen Ende unterstützten Rolle 10, wobei das untere Ende der vertikalen Stange 11 betriebsmäßig mit einem Arm 12a eines gekröpften Hebels 12 verbunden ist. Der andere Arm 12b des Hebels 12 ist mit einer Betätigungsstange 13 verstiftet, die in horizontaler Richtung beweglich ist. Die Betä­ tigungsstange 13 wird durch Betätigen eines Antriebszylinders 14 hin- und herbewegt.

Gemäß der Erfindung ist eine Kühlluft-Blaseinheit 15 in der Nähe eines Öffnungsab­ schnittes des hohlen langgestreckten Werkstückes W an dessen linkem Ende angeordnet. Diese Kühlluft-Blaseinheit 15 umfaßt einen Kühlkopf 16, der auf einem Stützblock 17 pla­ ziert ist. Der Stützblock 17 ist in Vorwärts-/Rückwärtsrichtung auf einer Konsole 18 mit­ tels eines Antriebszylinders 19 verlagerbar. Der Kühlkopf 16 ist mit einer Kühldüse 20 ausgerüstet, deren eines Ende mit einer zweckentsprechenden Kühlluft-Quelle verbunden ist.

Auf einer Seite des Grundrahmens 1 ist ein Paar von Arbeitsrobotern 21 angeordnet, und ein drehbarer und vertikal verlagerbarer Roboterarm 22 hält einen Schneidbrenner, z. B. einen Plasmabrenner 23. Anstelle des Plasmabrenners 23 kann auch eine Laserstrahl- Arbeitseinheit eingesetzt sein. Drehen und vertikales Verlagern jedes Arbeitsroboters 21 werden von einer Roboter-Steuereinheit 24 kontrolliert, und eine Plasmabrenner- Steuereinheit 25 kontrolliert die Strahlung und Unterbrechung der Strahlung des Plasmab­ renners 23. Die Roboter-Steuereinheit 24 ist elektrisch mit einer Lochform-Steuereinheit 26 verbunden.

Gemäß den Fig. 6 und 7 ist der Kühlkopf 16 vom Öffnungsende Wa des Werk­ stückes W um einen Weg oder Spalt L im Abstand angeordnet. Dadurch wird Umgebungsluft in das Innere des Werkstückes W durch den sogenannten Venturi-Effekt über das Öffnungsende Wa eingeführt, so daß der Luftstrom im Werkstück W vergleich­ mäßigt werden kann.

In diesem Fall kann zum Festlegen des Abstandes oder Spaltes L ein Abstands-Bauteil 27 zwischen den Kühlkopf 16 und das Werkstück W gesetzt werden.

Im folgenden ist der Betrieb der Lochvorrichtung, wie oben beschrieben, erläutert.

Das zu lochende Werkstück ist auf Rollen 10 des Werkstückhebers 9 mit einer im wesent­ lichen horizontalen Ausrichtung in Ruhestellung unterstützt, wie dies die Fig. 2 und 4 zei­ gen. Während der vorgenannte Zustand beibehalten wird, wird der Antriebszylinder 14 betätigt, um eine Drehung des gekröpften Hebels 12 im Uhrzeigersinn einzuleiten und da­ durch die vertikale Stange 11 abzusenken, wodurch das Werkstück W abgesenkt wird, bis es durch die Werkstückhalter 4 unterstützt wird. Nachfolgend wird der Antriebszylinder 19 betätigt, um den Stützblock 17 gemäß den Zeichnungen nach rechts zu verlagern, so daß der Kühlkopf 16 in Kontakt mit der linken Endfläche des Werkstücks W gebracht wird. Darauf wird das Werkstück W in Längsrichtung verlagert, um eine Positionsbestimmung durchzuführen. Wenn das Werkstück W in eine normale Position gebracht ist, wird der Antriebszylinder 7 betätigt, so daß das Werkstück W durch Verlagern des Klemmteils 5 in Halterichtung fest gehalten wird. Unter Aufrechterhalten des eben beschriebenen Zustan­ des wird nun der Roboterarm 21 verlagert, so daß der Plasmabrenner 23 in eine Position gefahren wird, in der eine Durchbrechung bzw. ein Loch in das Werkstück W einzubringen ist. Gleichzeitig wird Kühlluft in die Innenseite des Werkstückes W eingeblasen. Wenn der Plasmabrenner 23 fertig eingestellt ist und Kühlluft in das Innere des Werkstückes W aus der Kühlluftdüse 20 der Kühlluftblaseinheit 15 geblasen wird, wird ein Signal in die Plas­ mabrenner-Steuereinheit 25 eingegeben, worauf ein Plasmabogen erzeugt wird. Der Plas­ mabrenner 23 wird längs einer in der Fig. 11 gezeigten, durch die Orte (1)-(2)-(3)-(4)-(5) definierten Bahn verfahren, um ein rundes Loch mit vorbestimmtem Durchmesser zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß bei einer Verlagerung des Plasmabrenners 23 längs der dargestellten Bahn einschließlich der geraden Linie in der Mitte der Fig. 11 die durch den Plasmabrenner 23 erzeugte Menge an Abfallmaterial vermindert werden kann.

Da die kalte Luft normalerweise durch das im hohlen langgestreckten Werkstück W er­ zeugte Loch strömt, während der Plasmabrenner 23 dieses Loch in der Seitenwand des Werkstückes W bildet, wird der beim Plasmabearbeiten erzeugte Abfall durch den Kaltluft­ strom weggeblasen, ohne an der Innenwandoberfläche des Werkstückes W anzuhaften. Da ferner der bearbeitete Abschnitt des Werkstückes W während des Lochens mit dem Plas­ mabrenner 23 durch die kalte Luft gekühlt wird, kann ein Abbrennen bzw. Verkoken des Rostschutzöles vermieden werden.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, wird dann, wenn der Kühlkopf 16 direkt vor dem offe­ nen Ende des Werkstückes W bei Einhaltung eines Spaltes oder Abstandes L dazu plaziert ist, Umgebungsluft in das Werkstück W durch den Venturi-Effekt eingeführt, was den Luftstrom in das Werkstück W vergleichmäßigt.

Fig. 8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Gebiet, über welches Umgebungsluft dann eingeführt wird, wenn der Kühlkopf 16 mit einem Spalt L im Abstand von dem Öff­ nungsende Wa des Werkstückes W von rechteckigem Querschnitt gehalten ist. In diesem Fall wird die Gesamtfläche ST durch folgende Gleichung beschrieben:

ST = St1 + St2 + St3 + St4.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der Temperatur eines Werkstückes beim Lochen im Vergleich zum Temperaturverlauf beim Stand der Technik. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, überschreitet die Aufheiztemperatur des Werkstückes beim Stand der Technik ein Maximum von 800°C, während bei der Erfindung die Temperatur des Werkstückes auf 30°C oder weniger abgesenkt werden kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Schneiden eines Durchbruchs vorbe­ stimmten Durchmessers durch eine Seitenwand eines hoh­ len, langgestreckten Werkstücks (W), umfassend:
einen Grundrahmen (1),
mehrere Werkstück-Stützständer (2) am Grundrahmen zum festen Halten des Werkstücks (W),
einen Werkstückheber (9) zum vertikalen Verlagern des Werkstücks (W) zwischen der Bearbeitungsstellung und der Ruhestellung,
einen Schneidbrenner (23), insbesondere Plasmabrenner oder Laser, zum Schneiden des Durchbruchs und
eine Kühlluftdüse (20), die direkt vor einer Öffnung (Wa) des Werkstückes (W) in einem solchen Abstand (L) angeordnet ist, daß durch den Venturi-Effekt Umgebungs­ luft in das Werkstück eingesaugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Kühlluft-Blaseinheit (15) einen in Richtung auf das Öffnungsende des Werkstückes (W) vorwärts/rückwärts verlagerbaren Stützblock (17) und einen von dem Stützblock (17) getragenen Kühlkopf (16) aufweist, der die Kühlluftdüse (20) hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand (L) der Kühl­ luftdüse (20) von der einen Öffnung (Wa) des Werkstücks (W) zwischen dem 0,5- und 1,2-fachen des Durchmessers der Kühlluftdüse (20) beträgt.

4. Verfahren zum Schneiden eines Durchbruchs vorbestimmten Durchmessers durch eine Seitenwand eines hohlen, langge­ streckten Werkstückes (W), umfassend die folgenden Schritte:
Verlagern des von einer Werkstück-Stützstation gehal­ tenen Werkstückes (W) in die Bearbeitungsstellung,
Schneiden eines Durchbruchs an einer vorbestimmten Po­ sition mittels eines Schneidbrenners (23), insbesondere Plasmabrenners oder Lasers, und
Blasen von Kühlluft durch eine Öffnung (Wa) des Werkstückes (W) mittels einer Kühlluftdüse, die direkt vor dieser Öffnung in einem solchen Abstand (L) angeordnet wird, daß Umgebungsluft in das Werkstück ein­ gesaugt wird.