THUM, Christian (Lohstrasse 6, München, 81543, DE)
SCHEID, Peter (Suiterweg 4, Peissenberg, 82380, DE)
THUM, Christian (Lohstrasse 6, München, 81543, DE)
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Führung eines Fräswerkzeugs zum Bearbeiten einer gekrümmten Oberfläche (92) eines Werkstücks (90), umfassend einen an der Oberfläche (92) des Werkstücks arretierbaren Rahmen (12) und einen in einem von dem Rahmen (12) umgrenzten Bereich relativ zum Rahmen (12) bewegbaren Werkzeughalter (16) für das Fräswerkzeug,
wobei eine in einer ersten Richtung (x) langgestreckte erste Führungsschie- nenanordnung (18-1 , 18-2) zur Bewegbarkeit des Werkzeughalters (16) in der ersten Richtung (x) vorgesehen ist,
wobei der Rahmen (12) eine in einer quer zur ersten Richtung (x) verlaufenden zweiten Richtung (y) langgestreckte zweite Führungsschienenanordnung (12-1 , 12-2) zur Bewegbarkeit der ersten Führungsschienenanordnung (18-1 ,
18-2) in der zweiten Richtung (y) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Führungsschienenanordnung (18-1 , 18-2) als solche und/oder die zweite Führungsschienenanordnung (12-1 , 12- 2) als solche einen an die Krümmung der zu bearbeitenden Oberfläche (92) angepasst gekrümmten Führungsbahnverlauf besitzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , umfassend eine Saugfußanordnung (14) zur Arretierung der Vorrichtung an der Oberfläche (92) des Werkstücks (90).
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Führungsschienenanordnung (18-1 , 18-2) und/oder die zweite Führungsschienenanordnung (12-1 , 12-2) ein Paar von parallel zueinander verlaufenden Führungsschienen umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (12) aus vier parallelogrammartig, insbesondere rechteckartig, miteinander verbundenen Rahmenteilen (12-1 , 12-2, 12-3, 12-4) gebildet ist, von welchen zwei einander gegenüberliegende Rahmenteile (12-1 , 12-2) die zweite Führungsschienenanordnung tragen oder ausbilden.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Führungsbahnverlauf der zweiten Führungsschienenanordnung (12-1 , 12-2) durch Langlöcher (22-1 , 22-1) in einander gegenüberliegenden Rahmenteilen des Rahmens (12) vorgegeben ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein mit dem Werkzeughalter (16) verbundenes Gestänge (26) zur Steuerung der Bewegung des Werkzeughalters (16) relativ zum Rahmen (12) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Gestänge (26) einen Teil einer mechanischen Kopiereinrichtung zur Definition einer Werkzeugführungsbahn auf Basis einer Schablone (32) bildet.
8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Schäften des Werkstücks (90).
9. Verwendung nach Anspruch 8, wobei als Werkstück (90) ein zu reparieren- des Bauteil, insbesondere Faserverbundbauteil, vorgesehen ist. |
VORRICHTUNG ZUR FüHRUNG EINES FRäSWERKZEUGS AUF EINER GEKRüMMTEN BAHN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung eines Fräswerkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung einer derartigen Vorrich- tung.
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 Werkzeugfüh- rung einen Fräser derart über eine gekrümmte Bauteiloberfläche zu führen, dass eine so genannte Schaffung des Schadensbereiches um das Schadenszentrum (z. B. Loch) entsteht. Durch anschließendes Ausschleifen wird eine konische Schäftungsf lache ausgebildet, auf weiche sodann ein Reparaturflicken geklebt wird.
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 Werkzeughal- ter mit dem Fräswerkzeug nur entlang einer Kreisbahn um das zentral angeordnete Lagergehäuse herum geführt werden.
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 Schaffung noch in einem separaten Arbeitsschritt formanzupassender und auszuhärtender Reparaturflicken.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach und kompakt aufgebaute Werkzeugführung der eingangs genannten Art bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Führung eines Fräswerkzeugs nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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.
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.
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.
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 Füh- rungsschienenanordnungen 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 entspre- chend im Azimutwinkel zu orientieren.
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 Verschrau- bung) 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.
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.
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.
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.
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.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rahmen aus vier parallelogrammartig, 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.
Hinsichtlich einer einfachen Verschraubbarkeit und Auswechselbarkeit von Rah- menteilen, 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.
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 Positionie- rung der gesamten Vorrichtung bezüglich der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche nützlich ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Führungsbahnverlauf der zweiten Führungsschienenanordnung durch Langlöcher in einander gegenüberliegen- den Rahmenteilen des Rahmens vorgegeben ist. Der Verlauf der Langlöcher bestimmt dann, ob und gegebenenfalls in welchem Ausmaß die betreffende Führungsbahn gekrümmt ist.
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 sol- chen Gestänge in einfacher Weise realisiert werden.
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.
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.
Bei einer Definition der Werkzeugführungsbahn auf Basis einer Schablone kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Abschnitt des Rahmens auf seiner Außen- seite Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung der zu verwendenden Schablone aufweist.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können vorteilhaft prinzipiell beliebige Fräsarbeiten an Werkstückoberflächen, insbesondere gekrümmten Werkstückoberflächen in einfacher Weise vorgenommen werden.
Eine bevorzugte Verwendung ist beispielsweise das Schäften des Werkstücks.
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.
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.
Der Begriff "gestufte Schäftung" soll zum Ausdruck bringen, dass die Ausneh- mungstiefe zwar zu einem Zentrum der Ausnehmung hin zunimmt, die Ausneh- mungsfläche 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 Schaffung von besonderem Vorteil.
Sowohl für die Ausbildung einer konischen Schaffung als auch die Ausbildung ei- ner gestuften Schaffung kann auch vorgesehen sein, dass die Schaffung 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.
Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Reparatur eines Bauteils, insbesondere z. B. eines Faserverbundbauteils, umfassend die Schritte:
Schaffung des Bauteils im Bereich einer Schadensstelle, und
Einbringung von Reparaturmaterial in die Schaffung.
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.
Gemäß einer Weiterbildung dieses Reparaturverfahrens ist vorgesehen, dass die Schaffung mit einer Stufenfläche ausgebildet wird und als das Reparaturmaterial ein mit einer korrespondierenden Stufenfläche vorgefertigtes Reparaturstück in die Schaffung eingebracht wird.
Die Ausbildung einer Schaffung 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 Schaffung sowie des vorgefertigten Reparaturstücks ist vorteilhaft eine "bündige" Reparatur des Schadens möglich, insbesondere auch ohne einen separaten Arbeitsschritt zur Nachbearbeitung der Schaffung oder zur Formanpassung des Reparaturstücks. Außerdem ist die gemäß der Erfindung reparierte Bauteilstelle tendenziell widerstandsfähiger gegenüber später auftretenden mechanischen Belastungen.
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.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bauteil ein Faserverbundbauteil (z. B. aus CFK) oder ein Leichtmetallbauteil ist.
Die Stufenfläche kann abgerundete und/oder abgefarste Stufenkanten aufweisen, beispielsweise um dadurch Kerbwirkungen und mechanische Spannungsspitzen an der fertigen Reparaturstelle zu vermindern.
Die Stufenfläche kann z. B. mindestens zwei Stufen aufweisen. Bevorzugt weist die Stufenfläche mindestens drei Stufen auf.
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 Kantenflä- che mit einer höher oder tiefer liegenden, wieder im Wesentlichen parallel zur Bauteiloberfläche verlaufenden Ausnehmungsfläche verbunden ist.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugführung zum Fräsen einer Werkstückoberfläche,
Fig. 2 ist eine perspektivische Draufsicht des zu bearbeitenden Werkstücks,
Fig. 3 ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht nach einer Arretierung der Werkzeugführung von Fig. 1 auf der Oberfläche des Werkstücks von Fig. 2, und
Fig. 4 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer Werkzeugführung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Fig. 1 zeigt eine nachfolgend als Werkzeugführung 10 bezeichnete Vorrichtung zur Führung eines Fräswerkzeugs (nicht dargestellt).
Fig. 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 geschattet wird und sodann Reparaturmaterial in die Schaffung eingebracht und beispielsweise verklebt oder in anderer Weise verankert wird.
Diese Reparatur wird unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Werkzeugführung 10 durchgeführt.
Fig. 3 zeigt die Rumpfschale 90 nach einem Aufsetzen und Befestigen der Werkzeugführung 10 an der Oberfläche 92 im Bereich der Schadensstelle 94.
Zurückkommend auf Fig. 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.
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.
In den Figuren sind ferner orthogonal zur Hochrichtung z und orthogonal zueinander orientierte Lateralrichtungen x und y eingezeichnet, welche den Erstreckungs- richtungen der Rahmenteile 12-3 und 12-4 (x-Richtung) bzw. 12-1 und 12-2 (y- Richtung) entsprechen.
Die Werkzeugführung 10 umfasst femer 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 Rahmentei- len 12-1 und 12-2 relativ zum Rahmen 12 in x-Richtung beweglich.
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 Ver- bindungsstreben 24-1 und 24-2 gewährleisten hierbei einen parallelen Verlauf der beiden Führungsstangen 18-1 und 18-2.
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.
Anders als bei einer herkömmlichen "x-y-Führung" besteht im dargestellten Bei- spiel 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.
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 Schaffung 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.
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 wie- der.
Die an der Schadensstelle 94 auszubildende Schaffung 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.
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.
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.
Bei der in Fig. 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 ein- halten.
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 Kreis- flächenbereich ausgearbeitet werden. Vor jedem weiteren Fräsgang kann am verwendeten Fräswerkzeug bzw. dem Werkzeughalter 16 eine veränderte Frästiefe (in z-Richtung) eingestellt werden.
Zusammenfassend stellt die beschriebene Werkzeugführung 10 eine "Geometrie- adaptive 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 Schaffung ausgebildet werden. Eine Antriebseinheit inklusive Fräswerkzeug kom- merziell 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 durch- führen 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).
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.
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.
Fig. 4 zeigt eine geringfügig modifizierte Werkzeugführung 10a, die in Aufbau und Funktion im Wesentlichen der oben mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Werkzeugführung entspricht.
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.
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 Fig. 4 sind die beiden Gleiter 20a-1 und 20a-2 zur Lagerung des Werkzeughalters 16a auf der Führungsstange 18a-2 zu erkennen.
Die in Fig. 4 dargestellte Werkzeugführung 10a ist somit insbesondere zur ange- passten Bearbeitung einer in zwei Richtungen gekrümmten Werkstückoberfläche geeignet.
Die beschriebenen Werkzeugführungen 10 (Fig. 1) und 10a (Fig. 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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