HOLLMER, Wilfried (Beckwiehe 4, Rahden, 32369, DE)
SEIFERT, Uwe (Zum Schürenbrink 15c, Preußisch Oldendorf, 32361, DE)
HAMPEL, Thomas (Hoher Brink 6, Lübbecke, 32312, DE)
HOLLMER, Wilfried (Beckwiehe 4, Rahden, 32369, DE)
SEIFERT, Uwe (Zum Schürenbrink 15c, Preußisch Oldendorf, 32361, DE)
| Patentansprüche 1. Bearbeitungszentrum für Werkstücke (7, 8), insbesondere Holzwerkstücke, mit einem Bekantungsaggregat (3) zur Anbringung von Kantenbändern (10) an die mit einer vorgegebenen Konturform bearbeitete Kante des Werkstücks (7, 8), wobei das Werkstück (7, 8) und das Bekantungsaggregat (3) für das Anbringen des Kantenbandes (10) relativ zueinander bewegt werden können und eine, eine Laserstrahlung erzeugende Strahlenquelle (13) vorgesehen ist, welche dazu ausgelegt ist, das Kantenband (10) so zu präparieren, dass es beim Andrücken an die Kante des Werkstücks (7, 8) an diesem anhaftet, wobei die aus der Strah- lenquelle (13, 29) entnommene Laserstrahlung über einen Einkopplungsmechanismus an einer Strahlenaustrittsposition (11, 21) an das Bekantungsaggregat (3) geführt werden kann, wobei Werkstück (7, 8) und die Strahlenaustrittsposition (11, 21) in wenigstens in einer durch zwei Raumrichtungen (X, Y) definierten Ebene relativ zueinander ortsveränderlich ausgebildet sind. 2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (7, 8) und die Strahlenaustrittsposition (11) auch in einem durch drei Raumrichtungen (X, Y, Z) definierten Raum ortsveränderlich ausgebildet sind. 3. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung über einen wenigstens einen Strahlenweg umfassenden Strahlengang zur Strahlenaustrittsposition (11) geführt ist. 4. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung in einen sich über einen wesentlichen Teil des Bearbeitungszentrums, etwa parallel zur Aufstellebene desselben, in einer ersten Richtung (X) erstreckenden ersten Strahlenweg (14) eingekoppelt ist, wobei das Bekantungsaggregat (3) dazu ausgelegt ist, den längs des ersten Strahlenweges (14) verlaufenden Laserstrahl zur Strahlenaustrittsposition (11) zu führen. 5. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bekantungsaggregat (3) wenigstens einen, bevorzugt in einer zum ersten Strahlenweg (14) senkrechten, mit dem ersten Strahlenweg (14) koppelbaren zweiten Strahlenweg (15) aufweist, der in einer zweiten Richtung (Y) verläuft. 6. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bekantungsaggregat (3) wenigstens einen, bevorzugt in einer zum ersten Strahlenweg (14) senkrechten, mit dem ersten und/oder zweiten Strahlenweg koppelbaren weiteren Strahlenweg (16) aufweist, der in einer dritten Richtung (Z) verläuft. 7. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenwege miteinander durch Spiegel gekoppelt sind, welche den den jeweiligen Strahlenweg durchlaufenden Laserstrahl von einem Strahlenweg in den jeweils nächsten Strahlenweg umlenken. 8. BearbeitungsZentrum nach einem der vorherigen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl über einen Ringspiegel (17) aus einem Strahlenweg (14, 15, 16) zur Strahlenaustrittsposition (11) geführt wird. 9. Bearbeitungsaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang und/oder wenigstens ein Strahlenweg durch einen Lichtleiter gebildet ist. 10. Bearbeitungszentrum nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang und/oder wenigstens ein Strahlenweg im Wesentlichen durch eine senkrecht zu einer Werkstückebene (XY) verlaufenden Drehachse des Bekantungsaggregats (3) führt. 11. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (13, 29) drehfest mit der Drehachse des Bekantungsaggregats (3) gekoppelt ist. 2. Bearbeitungszentrum nach einem der vorherigen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Bekantungsaggregat (3) ortsfest und das Werkstück in wenigstens zwei eine Ebene (XY) bildenden Raumrichtungen beweglich ausgebildet ist. |
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungszentrum für Werkstücke, insbesondere Holzwerkstücke.
Stand der Technik
In Bearbeitungszentren wird aus einem Werkstückrohling je nach Vorgabe eine Form mit beliebiger Kontur geformt. Dies können im einfachsten Fall Rechteckformen wie beispielsweise Holzpaneele sein, es kann sich aber auch um Freiformen mit beliebiger Außenkontur handeln. Üblicherweise entstehen entsprechende Konturen durch Sägen oder Fräsen. Die entstehenden Fräs- oder Sägekanten werden mittels Kantenbändern abgedeckt, um insbesondere eine optische Verbesserung der Kante aber auch einen Schutz derselben zu erreichen. Zum Bekanten wird ein Bekantungsaggregat eingesetzt, welches am Werkstück zum Bekanten vorbeigefahren werden kann. Die Befestigung der Kante erfolgt üblicherweise durch Schmelzkleber, der kurz vor dem Auftragen auf die Werkstückkante erwärmt wird. Der Schmelzkleber wird in einem am Bekan- tungs-aggregat mitgeführten Behälter bevorratet und darin aufgeschmolzen. Solche Bearbeitungszentren sind zum Beispiel aus EP 276 358 Bl und DE 39 14 461 C2 bekannt.
Aus EP 1 800 813 A2 ist bekannt, den Schmelzkleber oder einen sonstigen Klebstoff mittels Laserstrahlung zu aktivieren, so dass das Bekantungsaggregat zum Einen nicht unbedingt einen „Leimtopf" mitführen muss, zum Anderen kann die Aktivierung des Klebers unmittelbar vor dem Andrücken des Kantenbandes an der Werkstückkante erfolgen.
Der Einsatz von Schmelzklebern hat jedoch den Nachteil, dass zwischen Kantenband und Kante des Werkstückes eine in der Regel noch sichtbare Leimfuge entsteht, welche die Optik des fertigen Werkstücks und damit auch dessen Qualität nachteilig beeinflussen kann. Es ist daher in EP 1 163 864 Al vorgeschlagen worden, zweikomponentige Kunststoffkantenbänder einzusetzen, deren Außenschicht aus einem härteren und deren innere Schicht aus einem demgegenüber weicheren Kunststoff gebildet wird. Anstelle des Einsatzes von Schmelzkleber wird das so ausgebildete Kantenband mittels Laserstrahlung aktiviert, indem die innenliegende weichere Kunststoffkomponente angeschmolzen wird, wobei die härtere äußere Schicht unbeeinträchtigt bleibt. Das fließende Material des so bestrahlten Kantenbandes verbindet sich mit der Kante des Werkstücks zum einen durch Eindiffundieren in vor- handene Zwischenräume, zum anderen durch Verschweißen mit thermoplastischen Anteilen des Werkstücks, etwa mit auflaminierten dünnen Beschichtungen oder dergleichen. Eine Leimfuge entsteht hierdurch nicht mehr und die Optik gerade im Übergangsbereich zwischen Kantenband und Kante wird hierdurch stark verbessert.
Die in EP 1 163 864 Al genannte Verfahrensweise eignet sich jedoch nur für das sogenannte Durchlaufverfahren, bei welchem die zu bekantenden Werkstücke an einem ortsfesten Bekantungsaggregat vorbeigefahren werden, da der Laser aufgrund der relativ großen Laser-Apparatur ebenfalls ortsfest installiert ist. Bei der bekannten Apparatur trifft der Laserstrahl beim Durchlaufverfah- ren an einer ortfesten Austrittsstelle auf die aufzuschmelzende Innenseite des Kantenbandes, welches im Verlauf des Kantenbandes ebenfalls wie auch das Werkstück selbst an der Austrittstelle des Laserstrahls vorbeigeführt wird.
Nachteilig hieran ist, dass die in EP 1 163 864 Al beschriebene Lasertechnik ausschließlich im Durchlaufverfahren einsetzbar ist und so also in einer Aufspannung nur jeweils eine in Durchlaufrichtung verlaufende Kante eines Werkstückes bekantet werden kann.
Die Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und insbesondere auch die laserunterstützte Bekantung von Freiformen möglich zu machen.
Die Aufgabe wird durch ein Bearbeitungszentrum mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist ein Bearbeitungszentrum mit einer Strahlenquelle für Laserstrahlung vorgesehen, bei wel- ehern die aus der Strahlenquelle entnommene Laserstrahlung über einen Einkopp-lungsmechanismus an einer Strahlenaustrittsposition an das Bekantungsaggregat geführt werden kann; dabei sind Werkstück und Strahlenaustrittsposition in wenigstens in einer durch zwei Raumrichtungen definierten Ebene relativ zueinander ortsveränderlich ausgebildet. Die Erfindung ermöglicht also die Relativbewegung der Strahlenaustrittsposition relativ zum Werkstück bzw. zum Kantenmaterial in we- nigstens zwei Dimensionen. Bevorzugt wird dabei ein flexibler Strahlengang gewählt, welcher längenveränderlich oder auch - etwa mittels Lichtleitern - räumlich flexibel geführt werden kann. Als bevorzugte Strah- lungsquellen kommen Halbleiterlaser wie Diodenlaser oder auch CO 2 -Laser in Betracht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkstück und die Strahlenaustrittsposi- tion auch in einem durch drei Raumrichtungen definierten Raum ortsveränderlich ausgebildet sind. Dies ermöglicht noch größere Flexibilität bei der Bearbeitung.
Die verwendete Laserstrahlung wird über einen wenigs- tens einen Strahlenweg umfassenden Strahlengang zur Strahlenaustrittsposition geführt. Als Strahlenwege können Röhren oder andere nach außen abschirmbare Wege verwendet werden. Die Abschirmbarkeit ist wesentlich, wenn z.B. die Laserstrahlung in einen sich über einen wesentlichen Teil des Bearbeitungszentrums, etwa parallel zur Aufstellebene desselben in einer ersten Richtung (X) erstreckenden ersten Strahlenweg eingekoppelt wird, da hier von der Strahlung große Wege zurückgelegt werden müssen und die Verwendung von Laserstrahlung aufgrund von einzuhaltenden Sicherheitsbestimmungen nicht vollkommen frei ablaufen darf . Das Bekantungsag- gregat ist erfindungsgemäß dazu ausgelegt, den längs des ersten Strahlenweges verlaufenden Laserstrahl zur Strahlenaustrittsposition zu führen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bekantungsaggregat wenigstens einen, bevorzugt in einer zum ersten Strahlenweg senkrechten, mit dem ersten Strahlenweg koppelbaren zweiten Strahlenweg auf, der in einer zweiten Richtung verläuft. Weiterhin ist bevorzugt, Strahlenwege in allen drei Raumrichtungen (X, Y, Z) zu führen, um die maximale Flexibilität für die Auskopplung der Laserstrahlung zu erhalten. Dazu ist unter anderem auch vorgesehen, dass das Bekantungsaggregat wenigstens einen, bevorzugt in einer zum ersten Strahlenweg senkrechten, mit dem ersten und/oder zweiten Strahlenweg koppelbaren weiteren Strahlenweg aufweist, der in einer dritten Richtung verläuft.
Sofern die Strahlenwege nicht parallel verlaufen, sind diese vorzugsweise durch Spiegel gekoppelt, welche den den jeweiligen Strahlenweg durchlaufenden Laserstrahl von einem Strahlenweg in den jeweils nächsten Strahlenweg umlenken. Die Strahlenwege können längenveränderlich ausgebildet sein, was z.B. durch verfahrbare Umlenkspiegel erreicht werden kann. Zur Abschirmung der Strahlung nach außen können handelsübliche Laserschutz- bälge zum Einsatz kommen.
Zur Auskopplung aus dem Strahlengang, d.h. zur Führung des Laserstrahls auf das Kantenband, ist nach einer be- vorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Laserstrahl über einen Ringspiegel aus einem Strahlenweg zur Austrittsposition geführt wird. Zur Führung des Laserstrahls kann vorgesehen sein, dass der Strahlengang und/oder wenigstens ein Strahlenweg durch einen Lichtleiter gebildet ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Strahlengang und/oder wenigstens ein Strahlenweg im Wesentlichen durch eine senkrecht zu einer Werkstückebene verlaufenden Drehachse des Bekan- tungsaggregats führt . Separate Strahlenführungen können so größtenteils vermieden werden. Zudem kann nach einer Ausführungsform der Erfindung die Strahlenquelle drehfest mit der Drehachse des Bekantungsaggregats gekop- pelt sein, so dass weitere Strahlenwege und damit immer auch ein Verlust an Strahlungsleistung vermieden werden können.
Schließlich kann neben einem beweglichen Bekantungsag- gregat auch vorgesehen sein, dass das Bekantungsaggre- gat ortsfest und das Werkstück in wenigstens zwei eine Ebene XY bildenden Raumrichtungen beweglich ausgebildet ist. Die Bewegung kann translatorisch und/oder rotatorisch ausgeführt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungsabbildungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren 1 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiele schema- tisch näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bearbeitungszentrum in einer ersten Schnittdarstellung längs der Maschinenachse X.
Figur 2 zeigt das in Figur 1 dargestellte Bearbeitungszentrum in einer weiteren Schnittdarstellung längs der Linie A-B aus Figur 1 in Richtung der Maschinenachse Y.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Bearbeitungszentrum. Figur 4 zeigt eine Detailansicht auf das im Bearbei- tungsZentrum vorgesehene Bekantungsaggregat zur Bekan- tung eines Werkstücks in einer ersten Ausführungsform.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einer Strahlenführung durch den Schwenkpunkt des Bekan- tungsaggregates .
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf das in Figur 5 darge- stellte Bekantungsaggregat.
Figur 7 zeigt eine weitere Draufsicht auf ein in der XY-Ebene gegenüber dem Werkstück verschwenkbares Bekantungsaggregat .
Figur 8 und 9 zeigen Draufsichten auf Werkstück und Bekantungsaggregat in einer Variante mit feststehendem Bekantungsaggregat und beweglich geführtem Werkstück.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform in Schnittdarstellung, bei der der Strahlenweg durch die Schwenkachse des Bekantungsaggregats führt und die Strahlenquelle drehbeweglich gelagert und mit der Schwenkachse des Bekantungsaggregates drehfest verbunden ist .
Figur 11 zeigt schließlich eine Draufsicht auf ein alternatives Bekantungsaggregat, bei welchem als Strahlenweg ein Lichtleiter eingesetzt wird.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Das in den Figuren 1 bis 4 - auf die Figuren wird gleichermaßen Bezug genommen - gezeigte Bearbeitungszentrum weist einen in einer ersten Richtung X verfahrbaren Tragarm 1 auf, an dessen Vorderseite eine Frässpindel 2 und ein Bekantungsaggregat 3 vorgesehen sind, welche unabhängig voneinander in Richtung Y (vgl. Fig. 2) über Stellantriebe 4 bzw. 5 verfahrbar sind. Die Frässpindel 2 und das Bekantungsaggregat 3 können ferner über einen Vertikalhub in Z—Richtung (vgl. Fig. 1) in eine entsprechende Arbeitsposition gebracht werden. Über eine Spannvorrichtung 6, die bevorzugt Saugspanner umfasst, wird ein Werkstück 7 für einen vorgegebenen Bearbeitungsvorgang gehalten und zunächst mit der Frässpindel 2 bearbeitet.
Nach dem Fräsvorgang 2 ist eine Freiform 8 entstanden, welche anschließend über das Bekantungsaggregat 3 mit einem Kantenband 10 bekantet wird. Hierzu erfolgt aus einem Kantenbandmagazin 9 eine auf die Länge der zu bekantenden Form 8 bezogene Zuführung des Kantenbandes 10. Dabei wird die dem Werkstück 8 zugewandte Seite des Kantenbandes 10 mit Laserstrahlung bestrahlt. Die Laserstrahlung wird in einer Laserquelle 13 erzeugt und über einen im folgenden noch näher erläuterten Strahlengang zu einer Strahlenaustrittposition 11 in der Nähe des Kantenbandes 10 geführt. Die Strahlenaustrittpo- sition 11 befindet sich bevorzugt vor der Druckrolle 12 des Bekantungsaggregates 3, mit welcher das bestrahlte Kantenband 10 an die Form 8 angedrückt wird. So wird das Kantenband 10 mit der Form 8 verschmolzen.
Wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt, führt der Strahlengang von der Strahlenquelle 13 zur Strahlenaustrittsposition 11 im gezeigten Beispiel über eine Mehrzahl von Strahlenwegen: aus der Strahlenquelle 13, bevorzugt ein CO2- oder Diodenlaser, wird die Strahlenquelle zunächst in einen ersten Strahlenweg 14 eingekoppelt, welcher sich in X-Richtung über einen wesentlichen Teil, bevorzugt die gesamte X-Erstreckung der Anlage, erstreckt. Mittels eines hier nicht dargestellten Utnlenkspiegels kann aus dem Strahlenweg 14 die Strahlung abgegriffen und über einen in X-Richtung verschieblichen zweiten Strahlenweg 15 geführt werden (Fig. 3) . Der zweite Strahlenweg 15 ist längenveränderlich, hierzu können beispielsweise Laserschutzbälge vorgesehen werden.
Ebenso ist ein dritter Strahlenweg 16 vorgesehen, der bevorzugt senkrecht zu den Strahlenwegen 14 und 15 verläuft und zum Bekantungsaggregat 3 in Z-Richtung führt. Die Umlenkung in den Strahlenweg 16 kann ebenfalls durch Umlenkspiegel erfolgen. In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform wird die aus dem Strahlenweg 16 kommende Strahlung auf einen Ringspiegel 17 geleitet, welcher eine Strahlenaustrittsposition 11 aufweist. Der Ringspiegel ist dabei so ausgebildet, dass unabhängig von der Verschwenkposition des Bekantungsaggregates 3, der aus dem Strahlenweg 16 kommende Laserstrahl immer die Strahlenaustrittsposition 11 erreicht und die Laserstrahlung auf das Kantenband gelenkt werden kann.
In Figur 5 bis 7 ist eine Alternative zum Ringspiegel gezeigt. Die Laserstrahlung wird hier - wie durch die gestrichelte Linie angedeutet - durch die Schwenk- oder Drehachse 18 des Bekantungsaggregats 3 geführt und im Bereich der Andruckrolle 12 über Spiegel 19, 20 zur Austrittsöffnung 21 geführt. Bei dieser Variante ist das Bekantungsaggregat 3 um einen Winkel 23 über einen Stellantrieb 24 mittels Stirnrädern 25, 26 schwenkbar ausgebildet .
Alternativ ist es, wie in den Figuren 8 und 9 gezeigt, möglich, das Bekantungsaggregat 3 ortsfest zu halten und das Werkstück 27, 28 in wenigstens zwei Raumrichtungen X und Y bzw. in einer Ebene translatorisch (Fig. 8) oder rotatorisch (Fig. 9) zu bewegen, um das Kantenband 10 mit der Kante des Werkstücks 27, 28 zu ver- schmelzen.
Figur 10 zeigt eine Variante der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform, bei der wiederum der Strahlengang durch die Drehachse des Bekantungsaggregats 3 und über Umlenkspiegel 19, 20 zur Austrittsöffnung bzw. Strahlenaustrittsposition 21 führt. Im gezeigten Beispiel ist der Laser 29 - hier bevorzugt ein Diodenlaser - drehfest mit dem Bekantungsaggregat verbunden, so dass die Strahlenquelle 29 sich bei Drehung des Bekantungs- aggregates mit dreht. Dies ermöglicht einen kürzeren Strahlengang und damit weniger Gefahrenstellen, an denen die Laserstrahlung ungewollt austreten kann. Zudem können Verluste an Leistung durch einen kürzeren Strahlengang reduziert werden.
Wie in Figur 11 gezeigt kann der Strahlengang ganz oder teilweise über einen flexiblen Lichtleiter 30 geführt werden. Aufwendige Strahlenwege können aufgrund der Flexibilität des Lichtleiters vermieden werden.
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