Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit zur spanenden Bearbeitung, insbesondere zum Drehen und/oder Fräsen, von, insbesondere länglichen, Werkstücken, insbesondere Wellen.

Bearbeitungseinheiten zur spanenden Bearbeitung, insbesondere zum Drehen und/oder Fräsen, von, insbesondere länglichen, Werkstücken, wie insbesondere Wellen, sind dem Grunde nach bekannt. Entsprechende Bearbeitungseinheiten werden bestimmungsgemäß in Vorrichtungen zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt. Bei entsprechenden Vorrichtungen kann es sich z. B. um, gegebenenfalls kombinierte, Dreh- und/oder Fräsanlagen bzw. -maschinen, handeln.

Bei der spanenden Werkstückbearbeitung, insbesondere bei Fräsvorgängen, z. B. zur Ausbildung von Nuten, können zur Reduzierung von Bearbeitungszeit und Werkzeugverschleiß kombinierte Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs in unterschiedlichen Bewegungsbahnen bzw. Bewegungsachsen zweckmäßig sein. Zur Realisierung solch kombinierter Bewegungen ist es bis dato üblich, die gesamte Bearbeitungseinheit in eine entsprechende Bewegung relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück zu versetzen. Die Realisierung entsprechender Bewegungen ist aufgrund des hohen Gewichts entsprechender Bearbeitungseinheiten mit vergleichsweise großem Aufwand verbunden. Die Realisierung komplexer, gegebenenfalls dynamisch variierender, Bewegungsbahnen bzw. -profile ist mit der geforderten Präzision nur schwer möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Bearbeitungseinheit zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken anzugeben.

Die Aufgabe wird durch eine Bearbeitungseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen besondere Ausführungsformen der Bearbeitungseinheit.

Die hierin beschriebene Bearbeitungseinheit dient zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken. Unter dem Begriff „spanende Bearbeitung" ist insbesondere ein Drehen und/oder Fräsen zu verstehen. Der Begriff „spanende Bearbeitung" umfasst sonach Drehvorgänge, Fräsvorgänge sowie kombinierte Dreh-/Fräsvorgänge bzw. kombinierte Fräs-/Drehvorgänge. Bei den mit der Bearbeitungseinheit spanend zu bearbeitenden Werkstücken handelt es sich insbesondere um längliche, insbesondere zylindrische, Bauelemente, wie z. B. Wellenelemente, kurz Wellen, oder um scheibenartige bzw. - förmige Bauelemente. Entsprechende Bauelemente werden u. a. im Bereich der Antriebstechnik, z. B. als Antriebswellen motorischer Antriebseinrichtungen, der Fördertechnik, z. B. als Pumpenelemente von Pumpeneinrichtungen, der Energietechnik, z. B. als Rotornabenelemente für Turbinenschaufeln von Turbineneinrichtungen, oder der Materialverarbeitungstechnik, z. B. als Schneckenelemente von Extrusions- oder Spritzgießeinrichtungen, eingesetzt. Die vorstehende Aufzählung ist beispielhaft zu verstehen und daher nicht abschließend.

Die Bearbeitungseinheit umfasst wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug. Das Bearbeitungswerkzeug ist in einer Bewegungsebene in einer ersten Bewegungsbahn und in einer zu der ersten Bewegungsbahn unterschiedlichen zweiten Bewegungsbahn, mithin in wenigstens zwei unterschiedlichen, gleichwohl gegebenenfalls kombinierbaren bzw. kombinierten, Bewegungsbahnen bewegbar. Die Bewegungsebene kann durch die wenigstens zwei unterschiedlichen Bewegungsbahnen definiert sein. Die Bewegungsebene ist kann horizontal oder bezüglich einer, z. B. horizontalen, Referenzebene geneigt bzw. schräg ausgerichtet sein. In letzterem Fall lassen sich, insbesondere in Längsrichtung eines spanend zu bearbeitenden Werkstücks, je nach Blickrichtung ansteigende bzw. abfallende Nutgeometrien realisieren. Die Bewegungsebene kann zudem zumindest abschnittsweise, gegebenenfalls vollständig, gebogen, gekrümmt oder gewölbt verlaufen.

Wie sich im Weiteren ergibt, ist eine entsprechende Bewegungsbahn insbesondere eine lineare Bewegungsachse; eine entsprechende Bewegungsbahn kann sonach eine lineare Bewegungsachse beschreiben. Anzumerken ist jedoch, dass eine Bewegungsbahn prinzipiell auch (in der Bewegungsebene) unterschiedlich ausgerichtete bzw. orientierte Bewegungsbahnabschnitte, d. h. beispielsweise zumindest abschnittsweise gebogen bzw. gekrümmt oder zumindest abschnittsweise gewinkelt bzw. schräg verlaufende Bewegungsbahnabschnitte, umfassen kann.

Wesentlich für die hierin beschriebene Bearbeitungseinheit ist, dass bezogen auf das „System Bearbeitungseinheit" Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs relativ zu der Bearbeitungseinheit bzw. einem dieser zugehörigen Gehäuseteil der Bearbeitungseinheit, an oder in welchem die wesentlichen Funktionskomponenten, wie u. a. das Bearbeitungswerkzeug, angeordnet oder ausgebildet sind, erfolgen. Das Bearbeitungswerkzeug ist sonach relativ zu der Bearbeitungseinheit bzw. einem dieser zugehörigen Gehäuseteil in den wenigstens zwei unterschiedlichen Bewegungsbahnen bewegbar (gelagert). Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs (relativ zu einem zu bearbeiteten Werkstück) können damit unabhängig bzw. entkoppelt von gegebenenfalls (zusätzlichen bzw. überlagerten) Bewegungen der gesamten Bearbeitungseinheit (relativ zu einem zu bearbeiteten Werkstück) erfolgen. Im Gegensatz zu den typischerweise komplexen, aus einer Kombination der beiden unterschiedlichen Bewegungsbahnen resultierenden, z. B. trochoidalen (trochoiden) bzw. zykloiden, Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs handelt es sich bei einer etwaigen Bewegung der gesamten Bearbeitungseinheit typischerweise um eine einfache lineare Bewegung zur Realisierung eines Vorschubs der Bearbeitungseinheit entlang einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche. Entsprechende Vorschubbewegungen sind z. B. von Fräsvorgängen bekannt.

Im Gegensatz zu dem eingangs dargestellten Stand der Technik ist es im Rahmen der bestimmungsgemäßen Verwendung der Bearbeitungseinheit zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken also nicht notwendig, die gesamte Bearbeitungseinheit in komplexe, gegebenenfalls aus einer Kombination der beiden unterschiedlichen Bewegungsbahnen resultierende Bewegungen zu versetzen. Es wird lediglich das Bearbeitungswerkzeug in entsprechende Bewegungen versetzt. Die zu bewegenden Massen sind damit erheblich reduziert, was die Realisierung komplexer, gegebenenfalls dynamisch variierender, Bewegungsbahnen bzw. -profile mit hoher Präzision ermöglicht.

Zur Realisierung von Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs umfasst die Bearbeitungseinheit wenigstens eine Antriebseinheit. Die Antriebseinheit ist dem Bearbeitungswerkzeug funktionell zugeordnet und als Funktionskomponente der Bearbeitungseinheit funktionell bzw. konstruktiv in diese integriert. Sofern die Bearbeitungseinheit eine (einzige) Antriebseinheit umfasst, ist diese Antriebseinheit zur, gegebenenfalls kombinierten, Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs in der ersten Bewegungsbahn und in der zweiten Bewegungsbahn eingerichtet.

Selbstverständlich kann die Bearbeitungseinheit auch mehrere (gesonderte) Antriebseinheiten umfassen. Insbesondere kann die Bearbeitungseinheit zwei gesonderte Antriebseinheiten umfassen. Die Antriebseinheiten sind wiederum dem Bearbeitungswerkzeug funktionell zugeordnet und als Funktionskomponenten der Bearbeitungseinheit funktionell bzw. konstruktiv in diese integriert. Eine erste Antriebseinheit oder eine Gruppe mehrerer erster Antriebseinheiten ist/sind zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs in der ersten Bewegungsbahn eingerichtet. Eine zweite Antriebseinheit oder eine Gruppe mehrerer zweiter Antriebseinheiten ist/sind zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs in der zweiten Bewegungsbahn eingerichtet.

Die Antriebseinheit(en) kann bzw. können jeweils z. B. als, insbesondere elektrische, Antriebsmotoren ausgebildet sein bzw. wenigstens einen solchen Antriebsmotor umfassen. Bei entsprechenden Antriebsmotoren kann es sich konkret z. B. um Servo- oder Linearmotoren handeln. Bei nur einer einzigen Antriebseinheit ist diese insbesondere als Flächenmotor, welcher zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs in zwei unterschiedlichen Bewegungsbahnen eingerichtet ist, ausgebildet. Die Energieversorgung jeweiliger Antriebseinheiten kann über mit diesen verbundene, von einer (elektrischen) Energieversorgungsquelle, insbesondere einem Energieversorgungsnetz, ausgehende Energieversorgungsleitungen erfolgen.

Wie erwähnt, kann die erste Bewegungsbahn eine, typischerweise horizontal ausgerichtete, erste lineare Bewegungsachse oder eine erste lineare Anteile beinhaltende Bewegungsachse sein oder beschreiben. Eine erste Bewegungsachse kann insbesondere quer zu einer Längsachse eines spanend zu bearbeitenden (länglichen) Werkstücks verlaufen. Die Antriebseinheit - bzw. für den Fall mehrerer Antriebseinheiten

- eine erste Antriebseinheit kann entsprechend eingerichtet sein, das Bearbeitungswerkzeug in der bzw. entlang ersten Bewegungsachse zu bewegen. Die zweite Bewegungsbahn kann eine, typischerweise ebenso horizontal ausgerichtete, zweite lineare Bewegungsachse oder eine zweite lineare Anteile beinhaltende Bewegungsachse sein oder beschreiben. Eine zweite Bewegungsachse kann insbesondere parallel zu der Längsachse des spanend zu bearbeitenden (länglichen) Werkstücks verlaufen. Die Antriebseinheit - bzw. für den Fall mehrerer Antriebseinheiten

- eine zweite Antriebseinheit kann entsprechend eingerichtet sein, das Bearbeitungswerkzeug in der bzw. entlang zweiten Bewegungsachse zu bewegen. Die erste und die zweite Bewegungsachse sind typischerweise winklig, insbesondere rechtwinklig, zueinander ausgerichtet bzw. orientiert.

Zur Realisierung kombinierter Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs in der Bewegungsebene ist der Bearbeitungseinheit eine hard- und/oder softwaremäßig implementierte Steuereinrichtung zuordenbar bzw. zugeordnet. Die Steuereinrichtung ist entsprechend hard- und/oder softwaremäßig eingerichtet, die Antriebseinheit bzw. gegebenenfalls die erste und die zweite Antriebseinheit, zur Realisierung kombinierter Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs in der Bewegungsebene anzusteuern. Wie erwähnt, kann es sich bei kombinierten Bewegungen insbesondere um trochoidale bzw. zykloide Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs in der Bewegungsebene handeln. Unter trochoidalen bzw., gegebenenfalls verlängerten, zykloiden Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs, d. h. insbesondere eines diesem zugehörigen, weiter unten näher erläuterten, mit Werkzeugschneiden versehenen Werkzeugelements, sind insbesondere exzentrische kreis- oder kreissegmentförmige Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs zu verstehen. Derartige Bewegungen können wie die Projektion einer gescherten Spirale auf eine Grundfläche verlaufen. Kombinierte Bewegungen können auch lineare Anteile beinhalten und sonach z. B. einen Teilkreis, insbesondere Halbkreis, beschreiben. Die Steuereinrichtung kann eine Funktionskomponente der Bearbeitungseinheit darstellen, d. h. ebenso an oder in dem Gehäuseteil angeordnet oder ausgebildet sein.

Das Bearbeitungswerkzeug kann wenigstens ein um eine Werkzeugelementachse, insbesondere um eine Werkzeugelementlängsachse, drehbares, wenigstens eine Werkzeugschneide umfassendes Werkzeugelement umfassen. Bei dem Werkzeugelement kann es sich z. B. um ein Fräswerkzeug, kurz Fräser, insbesondere um einen Schrupp- oder Schlichtfräser, handeln. Je nach geometrisch-konstruktiver Gestaltung des Werkzeugelements können entsprechende Werkzeugschneiden zumindest abschnittsweise an Mantel- und/oder Stirnflächen des Werkzeugelements ausgebildet sein. Das Werkzeugelement ist zumindest im Bereich der Werkzeugschneiden aus geeigneten Schneidwerkstoffen, d. h. z. B. Schnellarbeitsstählen, Hartmetallen, Keramik, Diamant oder Bornitrid (CBN), gebildet.

Das Werkzeugelement kann zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, eine längliche, insbesondere kegelartig bzw. -förmig zulaufende oder zylindrische, Geometrie bzw. Grundform aufweisen. Ein Werkzeugelement mit einer kegelartig bzw. -förmig zulaufenden Geometrie ist zur Ausbildung von kegelartig bzw. -förmig zulaufenden Nuten bzw. kegelartig bzw. -förmig zulaufenden nutartigen Oberflächenstrukturierungen in einem zu bearbeitenden Werkstück zweckmäßig.

Ein längliches Werkzeugelement kann z. B. wenigstens eine in Längsrichtung verjüngte, insbesondere hinterschnittene, oder erweiterte Konturierung aufweisen. Durch eine entsprechende Konturierung ist die Ausbildung entsprechend konturierter Nuten bzw. nutartiger Oberflächenstrukturierungen möglich. In Kombination mit der vorgenannten kegelartig bzw. -förmig zulaufenden Geometrie lassen sich z. B. tannenbaum- oder schwalbenschwanzförmige Strukturen, d. h. sogenannte Tannenbaum- oder Schwalbenschwanznuten, realisieren, welche z. B. für Rotornabenelemente zur Halterung von Turbinenschaufeln zweckmäßig sind.

Die geometrisch-konstruktive Gestaltung bzw. die Formgebung des Werkzeugelements ist grundsätzlich im Hinblick auf die bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Bearbeitungseinheit jeweils werkstückseitig auszubildenden Konturen gewählt.

Die Bearbeitungseinheit kann eine, insbesondere flanschartig ausgebildete, Befestigungsschnittstelle zur (beschädigungs- bzw. zerstörungsfrei) lösbaren Befestigung der Bearbeitungseinheit an einer, insbesondere korrespondierenden, Befestigungsschnittstelle einer Funktionseinheit einer die Bearbeitungseinheit aufnehmenden Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken aufweisen. Bei einer entsprechenden vorrichtungsseitigen Funktionseinheit kann es sich z. B. um eine Vorschubeinrichtung zur Realisierung eines Vorschubs der Bearbeitungseinheit entlang der Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks handeln. Durch die Lösbarkeit der Befestigung ist eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage der gesamten Bearbeitungseinheit an bzw. von einer entsprechenden Vorrichtung, d. h. ein einfacher und schneller Austausch bzw. Wechsel von Bearbeitungseinheiten möglich.

Die Bearbeitungseinheit kann über das, insbesondere mechanische, Zusammenwirken der bearbeitungseinheitseitigen Befestigungsschnittstelle mit der vorrichtungsseitigen Befestigungsschnittstelle z. B. form- und/oder kraftschlüssig an der Funktionseinheit der Vorrichtung befestigt sein. Seitens der jeweiligen Befestigungsschnittstellen sind sonach geeignete Befestigungsabschnitte bzw. -elemente vorhanden, welche eine lösbare, z. B. form- und/oder kraftschlüssige, Befestigung der Bearbeitungseinheit an der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit ermöglichen. Bei entsprechenden Befestigungsabschnitten bzw. -elementen kann es sich z. B. um Formschlussabschnitte bzw. -elemente, d. h. z. B. Vorsprünge und/oder Ausnehmungen, welche ein Verrasten der Bearbeitungseinheit an der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit ermöglichen, oder um Kraftschlussabschnitte bzw. -elemente, d. h. z. B. Gewindebohrungen und/oder Gewindebolzen, welche ein Verschrauben der Bearbeitungseinheit an der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit ermöglichen, handeln.

Die lösbare Befestigung der Bearbeitungseinheit an einer entsprechenden vorrichtungsseitigen Funktionseinheit ermöglicht ein manuelles oder automatisierbares bzw. automatisiertes Wechseln von Bearbeitungseinheiten. Letzteres verbessert die Automatisierbarkeit der Durchführung von Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken und erhöht die Funktionsintegrität einer mit der Bearbeitungseinheit ausgestatteten Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken.

Es wurde erwähnt, dass die Bearbeitungseinheit typischerweise ein Gehäuseteil umfasst, an oder in welchem die Funktionskomponenten der Bearbeitungseinheit angeordnet oder ausgebildet sind. Das Gehäuseteil kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Bei einer mehrteiligen Ausführung des Gehäuseteils umfasst das Gehäuseteil mehrere zu dem Gehäuseteil zusammensetzbare bzw. im Montagezustand zusammengesetzte Gehäuseteilelemente. Die wenigstens eine Antriebseinheit, welche entsprechende Funktionskomponente der Bearbeitungseinheit darstellt, kann z. B. an oder in dem Gehäuseteil angeordnet oder ausgebildet sein. Eine Anordnung oder Ausbildung der Antriebseinheit in dem Gehäuseteil, d. h. innerhalb des Gehäuseteils, kann zweckmäßig sein, als die Antriebseinheit vor, z. B. klimatischen oder mechanischen, negativen Einflüssen bzw. Verschmutzungen baulich geschützt ist. Eine Anordnung oder Ausbildung der Antriebseinheit an dem Gehäuseteil, d. h. an einer freiliegenden Außenseite des Gehäuseteils, kann zweckmäßig sein, als die Antriebseinheit, z. B. für Servicearbeiten, gut zugänglich sind. Analoges gilt selbstverständlich für den Fall, in dem die Bearbeitungseinheit mehrere Antriebseinheiten umfasst.

In allen Fällen kann die wenigstens eine Antriebseinheit (beschädigungs- bzw. zerstörungsfrei) lösbar an dem Gehäuseteil befestigt sein. Hierfür können sowohl seitens der Antriebseinheit als auch seitens des Gehäuseteils geeignete Befestigungsabschnitte bzw. -elemente vorhanden sein, welche eine lösbare, z. B. form- und/oder kraftschlüssige, Befestigung der Antriebseinheit an dem Gehäuseteil ermöglicht. Bei entsprechenden Befestigungsabschnitten bzw. -elementen kann es sich wiederum z. B. um Formschlussabschnitte bzw. -elemente, d. h. z. B. Vorsprünge und/oder Ausnehmungen, welche ein Verrasten der Antriebseinheiten an dem Gehäuseteil ermöglichen, oder um Kraftschlussabschnitte bzw. -elemente, d. h. z. B. Gewindebohrungen und/oder Gewindebolzen, welche ein Verschrauben der Antriebseinheiten an dem Gehäuseteil ermöglichen, handeln. Analoges gilt selbstverständlich wiederum für den Fall, in dem die Bearbeitungseinheit mehrere Antriebseinheiten umfasst.

In Ergänzung zu den beschriebenen ersten und zweiten Bewegungsbahnen, in bzw. entlang welcher das Bearbeitungswerkzeug in der Bewegungsebene bewegbar ist, kann das Bearbeitungswerkzeug gegebenenfalls zusätzlich in einer dritten Bewegungsbahn bewegbar sein. Hierzu kann eine weitere Antriebseinheit - d. h. für den Fall, in dem die Bearbeitungseinheit nur eine Antriebseinheit umfasst, eine zweite Antriebseinheit, und für den Fall, in dem die Bearbeitungseinheit zwei Antriebseinheiten umfasst, eine dritte Antriebseinheit - oder eine Gruppe weiterer Antriebseinheiten vorhanden sein, welche zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs in einer winklig, insbesondere rechtwinklig, zu der durch die erste und zweite Bewegungsbahn definierten Bewegungsebene verlaufenden dritten Bewegungsbahn eingerichtet ist bzw. sind. Bei der dritten Bewegungsbahn handelt es sich typischerweise um eine vertikal ausgerichtete Bewegungsbahn. Bei der dritten Antriebseinheit kann es sich analog der ersten Antriebseinheit (und den gegebenenfalls weiteren Antriebseinheiten) um einen, insbesondere elektrischen, Antriebsmotor handeln bzw. kann diese wenigstens einen solchen umfassen. Neben der Bearbeitungseinheit betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung, insbesondere zum Drehen und/oder Fräsen, von, insbesondere länglichen, Werkstücken, insbesondere Wellen, zur Ausbildung von Nuten oder nutartigen Oberflächenstrukturierungen in der Werkstückoberfläche. Wie im Zusammenhang mit der Bearbeitungseinheit erwähnt, umfasst der Begriff„spanende Bearbeitung" Drehvorgänge, Fräsvorgänge sowie kombinierte Dreh-/Fräsvorgänge bzw. kombinierte Fräs- /Drehvorgänge. Bei der Vorrichtung kann es sich sonach z. B. um eine Drehanlage bzw. - maschine, eine Fräsanlage bzw. -maschine oder um eine kombinierte Dreh-/Fräsanlage bzw. -maschine bzw. um eine kombinierte Fräs-/Drehanlage bzw. -maschine handeln. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie wenigstens eine wie beschriebene Bearbeitungseinheit umfasst. Mithin gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der Bearbeitungseinheit analog für die Vorrichtung.

Die Vorrichtung umfasst je nach konkreter Ausführung bzw. konkretem Einsatzgebiet sämtliche zur Durchführung einer jeweilig erfolgenden spanenden Bearbeitung erforderlichen Funktionseinheiten. Hierzu kann z. B. eine mit der Bearbeitungseinheit koppelbare oder gekoppelte Vorschubeinrichtung zählen, welche zur Realisierung eines Vorschubs der gesamten Bearbeitungseinheit relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück, d. h. insbesondere entlang der Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks, eingerichtet ist. Die Kopplung der Vorschubeinrichtung und der Bearbeitungseinheit ist zweckmäßig über die lösbare Befestigung der Bearbeitungseinheit an der Vorschubeinrichtung, welche durch das beschriebene Zusammenwirken der bearbeitungseinheitseitiger und vorrichtungsseitiger Befestigungsschnittstellen realisiert sein kann, realisiert.

Neben der Bearbeitungseinheit und der Vorrichtung betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zu seiner Durchführung eine wie beschriebene Vorrichtung bzw. Bearbeitungseinheit verwendet wird. Mithin gelten sämtliche Ausführungsformen im Zusammenhang mit der Bearbeitungseinheit bzw. der Vorrichtung analog für das Verfahren.

Das Verfahren kann insbesondere zur Ausbildung von Nuten oder nutartigen Oberflächenstrukturierungen, insbesondere mit unterschiedlichen Konturierungen, in der Werkstückoberfläche eines spanend bearbeiteten Werkstücks, d. h. z. B. einer Welle, verwendet werden. Insbesondere lassen sich mit dem Verfahren nahezu beliebige Nutgeometrien, gegebenenfalls mit unterschiedlich konturierten bzw. verlaufenden, Nut(tiefen)abschnitten, d. h. z. B. Hammerkopf-, Schwalbenschwanz- oder Tannenbaumnuten, ausbilden.

Das Verfahren umfasst typischerweise einen ersten Schritt, gemäß welchem ein spanend zu bearbeitendes Werkstück bereitgestellt und in der Vorrichtung befestigt bzw. gehaltert wird, und wenigstens einen weiteren Schritt, gemäß welchem eine spanende Bearbeitung, d. h. z. B. ein Drehen und/oder Fräsen, des zu bearbeitenden Werkstücks erfolgt. Die spanende Bearbeitung des Werkstücks kann verfahrensgemäß selbstverständlich in mehreren Teilschritten erfolgen.

Die Erfindung ist im Weiteren anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 - 4 je eine Prinzipdarstellung einer Bearbeitungseinheit gemäß einem

Ausführungsbeispiel; und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem

Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 1 , 2 zeigen je eine Prinzipdarstellung einer Bearbeitungseinheit 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Bearbeitungseinheit 1 ist in Fig. 1 in einer Seitenansicht und in Fig. 2 in einer Aufsicht dargestellt.

Die Bearbeitungseinheit 1 dient zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken 2 (vgl. Fig. 5). Unter dem Begriff „spanende Bearbeitung" ist insbesondere ein Drehen und/oder Fräsen zu verstehen. Bei den mit der Bearbeitungseinheit 1 spanend zu bearbeitenden Werkstücken 2 handelt es sich insbesondere um längliche, insbesondere zylindrische, Bauelemente, wie z. B. Wellenelemente, kurz Wellen, oder um scheibenartige bzw. - förmige Bauelemente. Konkret kann es sich bei dem Werkstück 2 z. B. um ein Rotornabenelement zur Halterung von Turbinenschaufeln handeln, wobei die spanende Bearbeitung zur Ausbildung von, insbesondere tannenbaumartig geformten, Nuten dient. Die Nuten dienen der Halterung von Turbinenschaufeln.

Die Bearbeitungseinheit 1 umfasst ein Bearbeitungswerkzeug 3. Das Bearbeitungswerkzeug 3 ist in einer Bewegungsebene E (vgl. Fig. 2) in einer ersten Bewegungsbahn (vgl. Fig. 2, Doppelpfeil P1 ) und in einer zu der ersten Bewegungsbahn unterschiedlichen zweiten Bewegungsbahn (vgl. Fig. 2, Doppelpfeil P2), mithin in zwei unterschiedlichen, gleichwohl kombinierbaren, Bewegungsbahnen bewegbar. Die erste Bewegungsbahn ist eine horizontal ausgerichtete erste lineare Bewegungsachse (vgl. Fig. 1 , 2 Koordinatensystem: z-Achse), welche im Betrieb der Bearbeitungseinheit 1 quer zu der Längsachse eines spanend zu bearbeitenden (länglichen) Werkstücks 2 verläuft. Die zweite Bewegungsachse ist ebenso eine horizontal ausgerichtete zweite Bewegungsachse (vgl. Fig. 1 , 2 Koordinatensystem; y- Achse), welche im Betrieb der Bearbeitungseinheit 1 jedoch parallel zu der Längsachse des spanend zu bearbeitenden (länglichen) Werkstücks 2 verläuft. Die erste und die zweite Bewegungsbahn bzw. die erste und die zweite Bewegungsachse sind damit rechtwinklig zueinander ausgerichtet bzw. orientiert. An dieser Stelle ist noch zu erwähnen, dass die über eine mit der Bearbeitungseinheit 1 gekoppelte Vorschubeinrichtung realisierbare mögliche Vorschubbewegung der gesamten Bearbeitungseinheit 1 relativ zu dem Werkstück 2 in der in den Fig. 1 - 3 dargestellten z- Achse erfolgt.

Die beiden Bewegungsbahnen bzw. -achsen definieren die Bewegungsebene E, welche aufgrund der Anordnung und Ausrichtung der beiden Bewegungsbahnen bzw. -achsen ebenso horizontal, d. h. parallel zu der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 2, ausgerichtet ist (vgl. Fig. 2).

Wenngleich es sich bei den Bewegungsbahnen in den in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils um lineare Bewegungsachsen handelt, ist anzumerken dass die Bewegungsbahnen prinzipiell auch (in der Bewegungsebene) unterschiedlich ausgerichtete bzw. orientierte Bewegungsbahnabschnitte, d. h. beispielsweise zumindest abschnittsweise gebogen bzw. gekrümmt oder zumindest abschnittsweise gewinkelt bzw. schräg verlaufende Bewegungsbahnabschnitte, umfassen können.

Zur Realisierung von Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 umfasst die Bearbeitungseinheit 1 wenigstens zwei, in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 drei, gesonderte Antriebseinheiten 4a - 4c. Die Antriebseinheiten 4a - 4c sind dem Bearbeitungswerkzeug 3 funktionell zugeordnet und als Funktionskomponenten der Bearbeitungseinheit 1 funktionell in diese integriert. In den in den Fig. 1 , 2 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Antriebseinheiten 4a - 4c in dem Gehäuseteil 5, d. h. innerhalb des Gehäuseteils 5, angeordnet. Prinzipiell denkbar ist es jedoch auch, dass die Antriebseinheiten 4a - 4c an dem Gehäuseteil 5, d. h. an einer freiliegenden Außenseite des Gehäuseteils 5, angeordnet sind. In allen Fällen können die Antriebseinheiten 4a - 4c (beschädigungs- bzw. zerstörungsfrei) lösbar an dem Gehäuseteil 5 befestigt sein.

Eine erste Antriebseinheit 4a (vgl. Fig. 1 ) oder eine Gruppe mehrerer erster Antriebseinheiten 4a, 4b (vgl. Fig. 2) ist/sind (gemeinsam) zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 3 in der bzw. entlang ersten Bewegungsachse (erste Bewegungsbahn) eingerichtet. Eine zweite Antriebseinheit 4c ist zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 3 in der bzw. entlang zweiten Bewegungsachse (zweite Bewegungsbahn) eingerichtet. Für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist selbstverständlich auch eine umgekehrte Konfiguration, d. h. eine erste Antriebseinheit 4a und eine Gruppe zweiter Antriebseinheiten 4c, denkbar.

Die Antriebseinheiten 4a - 4c sind typischerweise als elektrische Antriebsmotoren ausgebildet bzw. umfassen wenigstens einen solchen Antriebsmotor. Bei entsprechenden Antriebsmotoren kann es sich konkret z. B. um Servo- oder Linearmotoren handeln. Die (elektrische) Energieversorgung der Antriebseinheiten 4a - 4c erfolgt über mit diesen verbundene, von einer (elektrischen) Energieversorgungsquelle (nicht gezeigt) ausgehende Energieversorgungsleitungen (nicht gezeigt).

Aus der funktionellen bzw. konstruktiven Integration der Antriebseinheiten 4a - 4c in die Bearbeitungseinheit 1 , d. h. konkret in das der Bearbeitungseinheit 1 zugehörige Gehäuseteil 5, an oder in welchem die Funktionskomponenten der Bearbeitungseinheit 1 , wie u. a. das Bearbeitungswerkzeug 3, angeordnet oder ausgebildet sind, ergibt sich, dass Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 bezogen auf das „System Bearbeitungseinheit" relativ zu der Bearbeitungseinheit 1 bzw. dem Gehäuseteil 5 erfolgen. Das Bearbeitungswerkzeug 3 ist sonach relativ zu der Bearbeitungseinheit 1 bzw. dem dieser zugehörigen Gehäuseteil 5 in den wenigstens zwei unterschiedlichen Bewegungsbahnen bewegbar. Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 (relativ zu einem zu bearbeiteten Werkstück 2) können damit unabhängig bzw. entkoppelt von gegebenenfalls (zusätzlichen bzw. überlagerten) Bewegungen der gesamten Bearbeitungseinheit 1 (relativ zu einem zu bearbeiteten Werkstück 2) erfolgen. Im Gegensatz zu den typischerweise komplexen, aus einer Kombination der beiden unterschiedlichen Bewegungsbahnen resultierenden, z. B. trochoidalen (trochoiden) bzw. zykloiden, Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 handelt es sich bei einer Bewegung der gesamten Bearbeitungseinheit 1 typischerweise um eine einfache lineare Bewegung zur Realisierung eines Vorschubs der Bearbeitungseinheit 1 entlang einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche. Entsprechende Vorschubbewegungen sind z. B. von Fräsvorgängen bekannt.

Es ist also nicht notwendig, die gesamte Bearbeitungseinheit 1 in komplexe, gegebenenfalls aus einer Kombination der beiden unterschiedlichen Bewegungsbahnen resultierende Bewegungen zu versetzen. Lediglich das Bearbeitungswerkzeug 3 wird in entsprechende Bewegungen versetzt. Die zu bewegenden Massen sind damit erheblich reduziert, was die Realisierung komplexer, gegebenenfalls dynamisch variierender, Bewegungsbahnen bzw. -profile mit hoher Präzision ermöglicht.

Zur Realisierung kombinierter Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 in der Bewegungsebene E ist der Bearbeitungseinheit 1 eine hard- und/oder softwaremäßig implementierte Steuereinrichtung 6 zugeordnet. Die Steuereinrichtung 6 stellt eine Funktionskomponente der Bearbeitungseinheit 1 dar und ist in dem Gehäuseteil 5 angeordnet oder ausgebildet. Die Steuereinrichtung 6 ist hard- und/oder softwaremäßig eingerichtet, die Antriebseinheiten 4a - 4c zur Realisierung kombinierter Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 in der Bewegungsebene E anzusteuern. Bei kombinierten Bewegungen kann es sich insbesondere um trochoidale bzw. zykloide Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 in der Bewegungsebene E handeln. Unter trochoidalen bzw., gegebenenfalls verlängerten, zykloiden Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3, d. h. insbesondere eines diesem zugehörigen mit Werkzeugschneiden (nicht näher bezeichnet) versehenen Werkzeugelements 7, sind insbesondere exzentrische kreis- oder kreissegmentförmige Bewegungen des Bearbeitungswerkzeugs 3 zu verstehen. Derartige Bewegungen können wie die Projektion einer gescherten Spirale auf eine Grundfläche verlaufen. Kombinierte Bewegungen können jedoch z. B. auch lineare Anteile beinhalten und sonach z. B. einen Teilkreis, insbesondere Halbkreis, beschreiben.

Das erwähnte Werkzeugelement 7 weist eine längliche Geometrie und somit eine Werkzeugelementlängsachse A auf, um welche es drehbar ist. Zur Realisierung eines spanenden Materialabtrags umfasst das Werkzeugelement 7 eine oder mehrere Werkzeugschneiden (nicht gezeigt). Bei dem Werkzeugelement 7 handelt es sich typischerweise um ein Fräswerkzeug, kurz Fräser, insbesondere um einen Schrupp- oder Schlichtfräser. Die Werkzeugschneiden können zumindest abschnittsweise an Mantel- und/oder Stirnflächen des Werkzeugelements 7 ausgebildet sein. Das Werkzeugelement 7 ist zumindest im Bereich der Werkzeugschneiden aus geeigneten Schneidwerkstoffen, d. h. z. B. Schnellarbeitsstählen, Hartmetallen, Keramik, Diamant oder Bornitrid (CBN), gebildet.

Das Werkzeugelement 7 kann eine kegelartig bzw. -förmig zulaufende oder zylindrische Geometrie bzw. Grundform aufweisen. Ein Werkzeugelement 7 mit einer kegelartig bzw. - förmig zulaufenden Geometrie ist zur Ausbildung von kegelartig bzw. -förmig zulaufenden Nuten bzw. nutartigen Oberflächenstrukturierungen in einem zu bearbeitenden Werkstück 2 zweckmäßig. Das Werkzeugelement 7 kann weiterhin eine oder mehrere in Längsrichtung verjüngte, insbesondere hinterschnittene, oder erweiterte Konturierung(en) aufweisen. Durch eine entsprechende Konturierung des Werkzeugelements 7 lassen sich konturierte Nuten bzw. nutartige Oberflächenstrukturierungen in dem zu bearbeitenden Werkstück 2 ausbilden. In Kombination mit der kegelartig bzw. -förmig zulaufenden Geometrie des Werkzeugelements 7 lassen sich mit dem Werkzeugelement 7 tannenbaum- oder schwalbenschwanzförmige Strukturen, d. h. sogenannte Tannenbaumoder Schwalbenschwanznuten, realisieren z. B. zur Herstellung von Rotornabenelementen zur Halterung von Turbinenschaufeln.

Anhand der Fig. 1 , 2 ist ersichtlich, dass die Bearbeitungseinheit 1 eine, insbesondere flanschartig ausgebildete, Befestigungsschnittstelle 8 zur (beschädigungs- bzw. zerstörungsfrei) lösbaren Befestigung der Bearbeitungseinheit 1 an einer, insbesondere korrespondierenden, Befestigungsschnittstelle 9 einer Funktionseinheit 10 einer die Bearbeitungseinheit 1 aufnehmenden Vorrichtung 1 1 zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken 2 aufweist. In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit 10 um eine Vorschubeinrichtung (nicht näher bezeichnet) zur Realisierung eines Vorschubs der Bearbeitungseinheit 1 entlang der Oberfläche des bzw. eines zu bearbeitenden Werkstücks 2. Durch die Lösbarkeit der Befestigung ist eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage der gesamten Bearbeitungseinheit 1 an bzw. von der Vorrichtung 1 1 bzw. der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit 10, d. h. ein einfacher und schneller Austausch bzw. Wechsel von Bearbeitungseinheiten 1 möglich. Die lösbare Befestigung der Bearbeitungseinheit 1 an einer entsprechenden vorrichtungsseitigen Funktionseinheit 10 ermöglicht ein automatisierbares bzw. automatisiertes Wechseln von Bearbeitungseinheiten 1.

Die Bearbeitungseinheit 1 kann über das Zusammenwirken der bearbeitungseinheitseitigen Befestigungsschnittstelle 8 mit der vorrichtungsseitigen Befestigungsschnittstelle 9 form- und/oder kraftschlüssig an der Funktionseinheit 10 der Vorrichtung 1 1 befestigt sein. Seitens der jeweiligen Befestigungsschnittstellen 8, 9 sind hierfür Befestigungsabschnitte bzw. -elemente 12, 13 vorhanden, welche eine lösbare, z. B. form- und/oder kraftschlüssige, Befestigung der Bearbeitungseinheit 1 an der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit 10 ermöglichen. Bei entsprechenden Befestigungsabschnitten 12, 13 bzw. -elementen kann es sich um Formschlussabschnitte, d. h. z. B. Vorsprünge und/oder Ausnehmungen, welche ein Verrasten der Bearbeitungseinheit 1 an der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit 10 ermöglichen, oder um Kraftschlussabschnitte, d. h. z. B. Gewindebohrungen und/oder Gewindebolzen, welche ein Verschrauben der Bearbeitungseinheit 1 an der vorrichtungsseitigen Funktionseinheit 10 ermöglichen, handeln. Wenngleich in den Fig. 1 , 2 nicht gezeigt, kann das Bearbeitungswerkzeug 3 in Ergänzung zu den beschriebenen ersten und zweiten Bewegungsbahnen, in bzw. entlang welcher das Bearbeitungswerkzeug 3 in der Bewegungsebene E bewegbar ist, gegebenenfalls zusätzlich in einer dritten Bewegungsbahn bewegbar sein. Hierzu kann eine zusätzliche Antriebseinheit (nicht gezeigt) vorhanden sein, welche zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 3 in einer winklig, insbesondere rechtwinklig, zu der Bewegungsebene E verlaufenden dritten Bewegungsbahn eingerichtet ist. Bei der dritten Bewegungsbahn handelt es sich typischerweise um eine vertikal ausgerichtete Bewegungsbahn (x-Richtung).

Die Fig. 3, 4 zeigen je eine Prinzipdarstellung einer Bearbeitungseinheit 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Bearbeitungseinheit 1 ist in Fig. 3 in einer Seitenansicht und in Fig. 4 in einer Aufsicht dargestellt.

Im Unterschied zu dem in den Fig. 1 , 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Bearbeitungseinheit 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nur eine (einzige) Antriebseinheit 4a. Die Antriebseinheit 4a ist zur, insbesondere kombinierten, Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 3 in einer ersten Bewegungsbahn und in einer von der ersten Bewegungsbahn unterschiedlichen zweiten Bewegungsbahn eingerichtet. Die Antriebseinheit 4a, welche z. B. als Flächenmotor, welcher zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs in zwei unterschiedlichen Bewegungsbahnen eingerichtet ist, ausgebildet ist, übernimmt daher die Funktion der zwei gesonderten Antriebseinheiten 4a - 4c gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass die Ausführungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel analog für das zweite Ausführungsbeispiel gelten. Das Bearbeitungswerkzeug 3 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel lässt sich sonach analog dem Bearbeitungswerkzeug 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Bearbeitungsebene E bewegen.

Fig. 5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 1 zur spanenden Bearbeitung, insbesondere zum Drehen und/oder Fräsen, von, insbesondere länglichen, Werkstücken 2, insbesondere Wellen, zur Ausbildung von Nuten oder nutartigen Oberflächenstrukturierungen in der Werkstückoberfläche eines jeweiligen Werkstücks 2 in einer Seitenansicht analog Fig. 1 . Bei der Vorrichtung 1 1 kann es sich z. B. um eine Fräsanlage bzw. -maschine handeln. Die Vorrichtung 1 1 umfasst eine Bearbeitungseinheit 1 .

Eine Funktionseinheit 10 der Vorrichtung 1 1 ist eine mit der Bearbeitungseinheit 1 gekoppelte Vorschubeinrichtung (nicht näher bezeichnet), welche zur Realisierung eines Vorschubs (z-Richtung) der gesamten Bearbeitungseinheit 1 relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück 2, d. h. insbesondere entlang der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 2, eingerichtet ist. Die Kopplung der Vorschubeinrichtung und der Bearbeitungseinheit 1 ist über die lösbare Befestigung der Bearbeitungseinheit 1 an der Vorschubeinrichtung, welche durch das beschriebene Zusammenwirken der bearbeitungseinheitseitiger und vorrichtungsseitiger Befestigungsschnittstellen 8, 9 realisiert ist, realisiert.

Mit der Bearbeitungseinheit 1 bzw. der Vorrichtung 1 1 lässt sich ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken 2 implementieren. Das Verfahren kann insbesondere zur Ausbildung von Nuten oder nutartigen Oberflächenstrukturierungen, insbesondere mit unterschiedlichen Konturierungen, in der Werkstückoberfläche eines spanend bearbeiteten Werkstücks 2, d. h. z. B. einer Welle, verwendet werden. Mit dem Verfahren lassen sich nahezu beliebige Nutgeometrien, gegebenenfalls mit unterschiedlich konturierten bzw. verlaufenden, Nut(tiefen)abschnitten, d. h. z. B. Hammerkopf-, Schwalbenschwanz- oder Tannenbaumnuten, ausbilden.

Das Verfahren umfasst typischerweise einen ersten Schritt, gemäß welchem ein spanend zu bearbeitendes Werkstück 2 bereitgestellt und in der Vorrichtung 1 1 befestigt bzw. gehaltert wird, und wenigstens einen weiteren Schritt, gemäß welchem eine spanende Bearbeitung, d. h. z. B. ein Drehen und/oder Fräsen, des zu bearbeitenden Werkstücks 2 erfolgt. Die spanende Bearbeitung des Werkstücks 2 kann verfahrensgemäß in mehreren Teilschritten erfolgen.