hohlkammerprofilförmigen Werkstücks

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schneidenden

Bearbeitung eines, insbesondere hohlkammerprofilförmigen, Werkstücks. Die Erfindung betrifft ferner eine dazugehörige Bearbeitungs _V orrichtung .

Aus der DE 10 2016 106 067 Al ist eine

Bearbeitungsvorrichtung zur schneidenden Bearbeitung eines rohrförmigen Werkstücks mittels einer

Bearbeitungsvorrichtung vorbekannt. Dabei weist die

Bearbeitungsvorrichtung eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr des zu schneidenden Werkstücks auf. Die Zuführeinrichtung führt das zu schneidende rohrförmige Werkstück einer

Laserbearbeitungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung zum Laserscheiden zu. Dabei werden im Zuge des

Laserschneidvorgangs insbesondere nach und nach Rohrteile von den rohrförmigen Werkstücken abschnitten.

Abgeschnittene Rohrteile werden über eine

Entladeeinrichtung aufgenommen und aus der

Laserbearbeitungseinrichtung abgeführt .

Mittels der aus der DE 10 2016 106 067 Al vorbekannten Bearbeitungsvorrichtung können zwar rohrförmige Werkstücke in Rohrteile geschnitten werden. Allerdings können keine Werkstücke geschnitten werden, die neben einer Wandung auch innenliegende Werkstückabschnitte, wie beispielsweise

Trennstege, aufweisen. Dies deswegen, da die innerhalb der Wandung eines Werkstücks liegenden Geometrien mangels Zugänglichkeit mit dem Laserschneidkopf der

Laserbearbeitungseinrichtung nicht geschnitten werden können, so dass ein Abtrennen einzelner Werkstückteile nicht möglich ist. Insofern können beispielsweise

hohlkammerprofilförmige Werkstücke mittels der vorbekannten Bearbeitungsvorrichtung nicht in einzelne Werkstückteile geschnitten werden. Vielmehr erfolgt das Schneiden

hohlkammerprofilförmiger Werkstücke insbesondere durch konventionelles Spanabheben mit Fräswerkzeugen mit

vergleichsweise geringer Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Insbesondere bei Werkstücken mit komplexen

Bearbeitungskonturen führt dies zu vergleichsweise hohen Fertigungskosten . Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunden, den genannten Nachteilen des Standes der Technik Abhilfe zu schaffen .

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorgeschlagen wird demnach zunächst ein Verfahren zur schneidenden Bearbeitung eines, insbesondere

hohlkammerprofilförmigen, Werkstücks mit einer Wandung und wenigstens einem innerhalb der Wandung liegenden

Werkstückinnenabschnitt, insbesondere einem Trennsteg. Die Bearbeitung erfolgt dabei mittels einer

Bearbeitungsvorrichtung, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Laserbearbeitungseinrichtung und eine zusätzliche Trenneinrichtung, insbesondere eine mechanische

Trenneinrichtung, aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte :

a. Durchtrennen des Werkstückinnenabschnitts in einem

Trennbereich des Werkstücks mittels der Trenneinrichtung; und

b. Durchtrennen der Wandung des Werkstücks im Trennbereich mittels der Laserbearbeitungseinrichtung.

Das zu bearbeitende Werkstück kann insbesondere

stangenartig ausgebildet sein und demnach eine längliche Form aufweisen. Des Weiteren kann das Werkstück

insbesondere ein Hohlkammerprofil aufweisen. Somit kann der Werkstückinnenabschnitt insbesondere als wenigstens ein Trennsteg ausgebildet sein, der wenigstens eine erste

Kammer des Werkstücks von einer zweiten Kammer trennt. Die Wandung kann insbesondere vollständig umlaufend ausgebildet sein .

Mittels des Verfahrens kann insbesondere wenigstens ein Werkstückteil vom Werkstück abgetrennt werden. Denkbar ist, dass eine Vielzahl, insbesondere gleichartiger,

Werkstückteile vom Werkstück durch wiederholtes Durchführen der Schritte a. und b. abgetrennt werden.

Der Trennbereich ist derjenige Bereich des Werkstücks, in dem die erfindungsgemäßen Schritte a. und b. durchgeführt werden, um insbesondere ein Werkstückteil vom Werkstück abzutrennen .

In Schritt a. kann erfindungsgemäß mittels der

Trenneinrichtung der im Inneren der Wandung liegende

Werkstückinnenabschnitt des Werkstücks im Trennbereich durchtrennt werden. Dieser Werkstückinnenabschnitt ist insbesondere mit dem Laserschneidkopf der

Laserbearbeitungseinrichtung nicht zugänglich und kann somit nicht durch Laserschneiden durchtrennt werden.

Erfindungsgemäß wird dieser Bereich mittels der

Trenneinrichtung durchtrennt. Somit ist die Möglichkeit gegeben, Werkstückteile unter Verwendung der

Laserbearbeitungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung zu durchtrennen, indem die von der

Laserbearbeitungseinrichtung zugänglichen Teile des

Werkstücks im Trennbereich getrennt werden, und die nicht zugänglichen Teile des Werkstücks im Trennbereich mittels der Trenneinrichtung abgetrennt werden.

Gegenüber dem Stand der Technik kann folglich insbesondere eine Geschwindigkeitssteigerung und/oder eine

Kostenreduzierung erzielt werden, indem die von der

Laserbearbeitungseinrichtung durchtrennbaren Abschnitte des Werkstücks beim Trennvorgang mittels der

Laserbearbeitungseinrichtung durchtrennt werden und die nicht zugänglichen Teile mittels der Trenneinrichtung durchtrennt werden. Es findet folglich eine Kombination des Laserschneidvorgangs mit einem weiteren Trennvorgang, ausgeführt mittels der Trenneinrichtung, statt.

Falls mehrere Werkstückinnenabschnitte vorhanden sind, beispielsweise zwei Trennstege in einem Hohlkammerprofil, um so insgesamt vier Hohlkammern auszubilden, so werden insbesondere sämtliche Werkstückinnenabschnitte im

Trennbereich des Werkstücks in Schritt a. mittels der

Trenneinrichtung durchtrennt.

In diesem Zusammenhang ist einerseits denkbar, dass Schritt b. vor Schritt a. durchgeführt wird. Allerdings ist

insbesondere auch denkbar, dass Schritt a. vor Schritt b. durchgeführt wird. Folglich wird insbesondere zunächst mittels der Trenneinrichtung der Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich durchtrennt. Sodann können die weiteren, von der Laserbearbeitungseinrichtung schneidbaren

Werkstückabschnitte im Trennbereich durchtrennt werden, um insbesondere ein Werkstückteil vom Werkstück abzuschneiden. Um dabei den Werkstückinnenabschnitt zu erreichen, ist insbesondere bei umlaufenden Wandungen denkbar, dass von der Trenneinrichtung zunächst ein Wandungsbereich im

Trennbereich durchtrennt wird bis der

Werkstückinnenabschnitt erreicht ist und sodann der

Werkstückinnenabschnitt durchtrennt wird. Daraufhin kann durch Laserschneiden ein Werkstückteil vollends vom

Werkstück abgetrennt werden.

Denkbar ist, dass die Trenneinrichtung als mechanische Trenneinrichtung ausgebildet ist. Dabei kann die

Trenneinrichtung ein radiales Fräswerkzeug aufweisen, um insbesondere mit vergleichsweise geringer

Vorschubgeschwindigkeit und vergleichsweise geringen

Zustelltiefen den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich zu durchtrennen. Dabei wäre beispielsweise die Zuhilfenahme eines Gegenhalters, der auftretende Reaktionskräfte auf das Werkstück aufnimmt, denkbar. Denkbar wäre auch, dass die mechanische Trenneinrichtung eine Säge, beispielsweise eine Kreissäge, Bandsäge und/oder eine Stichsäge umfasst, um den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich zu durchtrennen.

Schließlich wäre auch denkbar, dass die Trenneinrichtung zur Ausführung eines Brennschneidvorgangs und/oder eines Wasserstrahlschneidvorgangs ausgebildet und eingerichtet ist, um mittels des Brennschneidvorgangs und/oder des

Wasserstrahlschneidvorgangs den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich zu durchtrennen. Denkbar ist allerdings insbesondere, dass die

Trenneinrichtung einen Tauchfräser umfasst, um in Schritt a. den Werkstückinnenabschnitt im Trennbereich mittels eines Tauchfräsvorgangs zu durchtrennen. Dadurch kann eine vergleichsweise kraftarme Durchtrennung des

Werkstückinnenabschnitts durchgeführt werden. Das

Tauchfräsen hat, beispielsweise gegenüber einem radialen Fräsen, die Vorteile einer geringen Reaktionskraft auf das Werkstück und einer vergleichsweise geringen

Schwingungsanregung des Werkstückes. Weiterhin weist das Tauchfräsen durch die vergleichsweise geringen auftretenden Bearbeitungskräfte eine besondere Eignung bei geringer Werkstückstabilität und/oder bei langen Werkzeugüberhängen auf. So ist beispielsweise denkbar, dass das Werkstück mittels eines Durchschiebefutters mit vergleichsweise geringer Spannkraft der Laserbearbeitungseinrichtung und der mechanischen Trenneinrichtung zugeführt wird, sodass beispielsweise ein Wegfräsen des Werkstückinnenabschnitts durch eine radiale Fräsbewegung vergleichsweise aufwendig teuer und schwierig zu bewerkstelligen ist.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Trenneinrichtung eine

Bearbeitungsspindel umfasst, an der der Tauchfräser

angeordnet ist, wobei die Bearbeitungsspindel in Schritt a. mit einer Drehzahl von wenigstens 4000 U/min, insbesondere von wenigstens 6000 U/min, betrieben wird. Eine derartige Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht insbesondere ein vergleichsweise wirtschaftliches Durchtrennen des

Werkstücksinnenabschnitts im Trennbereich in Schritt a. Besonders bevorzugt ist, wenn der Tauchfräser in Schritt a. mit einem Vorschub von wenigstens 0,5 m/min, insbesondere wenigstens 1,2 m/min, betrieben wird. Ein derartiger

Vorschub kann insbesondere eine hinreichend hohe und damit wirtschaftliche Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglichen.

Besonders bevorzugt ist weiter, wenn der Tauchfräser in Schritt a. mit einer Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens 100 m/min betrieben wird. Auch eine derart hohe

Umfangsgeschwindigkeit kann zu einer wirtschaftlichen

Betriebsweise des Verfahrens beitragen.

Besonders bevorzugt ist ferner, wenn die

Bearbeitungsvorrichtung ein Spannfutter mit wenigstens einer Spannbacke zum Spannen und Verlagern des Werkstücks aufweist, wobei die Spannkraft der Spannbacke maximal 2,5 kN, insbesondere maximal 2,0 kN, beträgt. Trotz dieser vergleichsweise geringen Spannkraft kann insbesondere ein Tauchfräsvorgang durchgeführt werden. Ein Tauchfräsvorgang ermöglicht insbesondere eine kraftarme Bearbeitung des Werkstücks. Dies insbesondere aufgrund der vergleichsweise geringen Reaktionskraft auf das Werkstück und einer

vergleichsweise geringen Schwingungsanregung des

Werkstücks .

Ferner kann die Bearbeitungsvorrichtung ein

Durchschiebefutter mit wenigstens einer Spannbacke zum Führen des Werkstücks aufweisen, wobei die Spannkraft der Spannbacke maximal 2,5 kN, insbesondere maximal 2,0 kN, betragen kann. Trotz der vergleichsweise geringen Spannkraft ist insbesondere eine Bearbeitung mittels eines Tauchfräsvorgangs möglich.

Vorteilhafterweise besteht das Werkstück aus Aluminium oder umfasst Aluminium. Folglich können insbesondere

Hohlkammerprofile aus Aluminium mittels des Verfahrens besonders wirtschaftlich in einzelne Werkstückteile

durchtrennt werden.

Denkbar ist allerdings auch, dass die verfahrensgemäß zu bearbeitenden Werkstücke aus anderen gängigen Werkstoffen bestehen oder andere gängige Werkstoffe umfassen. Derart gängige Werkstoffe können neben Aluminium auch Baustahl, Edelstahl, Kupfer und/oder Messing sein. Zusätzlich oder alternativ können derart gängige Werkstoffe auch

Kunststoffe, Gummi-Materialien, Holz und/oder

Verbundmaterialien sein.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die

Bearbeitungsvorrichtung eine Laserbearbeitungseinrichtung und eine zusätzliche Trenneinrichtung, insbesondere eine mechanische Trenneinrichtung, aufweist. Die

Bearbeitungsvorrichtung weist folglich zum einen die

Möglichkeit des Laserschneidens mittels der

Laserbearbeitungseinrichtung auf. Aufgrund des Vorsehens der zusätzlichen Trenneinrichtung können allerdings auch Werkstückabschnitte eines Werkstücks durchtrennt werden, die mittels der Laserbearbeitungseinrichtung nicht geschnitten werden können, insbesondere aufgrund einer Unzugänglichkeit mittels eines Laserschneidkopfs der

Laserbearbeitungseinrichtung. Insofern können mit der

Bearbeitungsvorrichtung auf Grund des kombinierten

Vorsehens einer Laserbearbeitungseinrichtung und einer weiteren Trenneinrichtung insgesamt insbesondere

Hohlkammerprofile in einzelne Stücke getrennt werden.

Vorzugsweise umfasst die Trenneinrichtung einen

Tauchfräser. Ein derartiger Tauchfräser ermöglicht

insbesondere das Durchtrennen innenliegender Geometrien von Werkstücken, die mittels der Laserbearbeitungseinrichtung nicht durchtrennbar sind. Mittels des Tauchfräsens kann ein Trennvorgang innenliegender Werkstückabschnitte mit

vergleichsweise geringen auftretenden Reaktionskräften auf das Werkstück und vergleichsweise geringer

Schwingungsanregungen des Werkstücks erfolgen. Dabei können innenliegende Geometrien insbesondere auch dann durchtrennt werden, wenn die Spannkraft in einem Spannfutter der

Bearbeitungsvorrichtung vergleichsweise gering sind und beispielsweise bei maximal ca. 2 kN pro Spannbacke des Spannfutters liegen.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trenneinrichtung eine Bearbeitungsspindel umfasst, an der der Tauchfräser anordenbar ist oder

angeordnet ist. Mittels einer derartigen Trenneinrichtung ist vergleichsweise schnell und kostengünstig eine

Durchtrennung innenliegender Geometrien von zu durchtrennenden Werkstücken, insbesondere von Hohlkammerprofilen, möglich.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellte

Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Perspektivansicht einer

Bearbeitungsvorrichtung mit Laserbearbeitungseinrichtung und einer Trenneinrichtung gemäß einer Ausführungsform;

Figur 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines mittels der Bearbeitungsvorrichtung nach Figur 1 zu bearbeitenden Werkstücks;

Figur 3 (a) Darstellung nach Figur 2 mit schematischer

Darstellung eines Trennvorgangs mittels der

Trenneinrichtung gemäß Figur 1, und (b) schematische Draufsicht auf die Darstellung gemäß Figur 3a;

Figur 4 Darstellung basierend auf Figur 3a mit

schematischer Darstellung eines Trennvorgangs mittels der Laserbearbeitungseinrichtung gemäß Figur 1; und Figur 5 Perspektivische Darstellung eines, mittels der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Trennvorgänge, abgetrennten Werkstückteils des in Figur 2 gezeigten Werkstücks.

Figur 1 zeigt schematisch vereinfacht eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Bearbeitungsvorrichtung. Diese umfasst eine Laserbearbeitungseinrichtung 12. Ferner umfasst diese eine zusätzliche Trenneinrichtung 14.

Die Laserbearbeitungseinrichtung 12 umfasst eine

Laserstrahlquelle 15 zum Erzeugen eines Laserstrahls 16, einen Laserschneidkopf 18, sowie eine Strahlführung 20, die den Laserstrahl 16 von der Laserstrahlquelle 15 zum

Laserschneidkopf 18 führt.

Die Trenneinrichtung 14 ist neben bzw. unterhalb des

Laserschneidkopfs 18 angeordnet. Diese umfasst eine, in Figur 3 gezeigte, um eine Rotationsachse 22 drehbare

Spindel 24. An der Spindel 24 ist ein Tauchfräser 26 lösbar angeordnet .

Die Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine

Zuführeinrichtung 28 zur seitlichen Zufuhr eines von der Bearbeitungsvorrichtung 10 zu schneidenden Werkstücks 30. Der Vorgang des Abtrennens eines Werkstückteils vom

Werkstück 30 wird später noch detailliert beschrieben werden. Die Zuführeinrichtung 28 umfasst eine

Beladeeinrichtung 32 zur Lagerung von Werkstücken 30, bevor diese geschnitten werden. Die Zuführeinrichtung 28 umfasst ferner eine Halteeinrichtung 34 zur Halterung und Verlagerung des Werkstücks 30. Die Halteeinrichtung 34 ist motorisch angetrieben und in eine Vorschubrichtung (X- Richtung) 36 vor und zurück verlagerbar. Die

Zuführeinrichtung 28 umfasst weiterhin ein Maschinenbett 38 mit Führungsschienen 40, an denen die Halteeinrichtung 34 verlagerbar angeordnet ist. Die Halteeinrichtung 34 weist ferner ein Spannfutter 42 mit vier Spannbacken 44 auf. Das Spannfutter 42 dient zur Halterung des Werkstücks 30. Die Werkstücke 30 werden dabei jeweils mit einer Spannkraft bis maximal ca. 2 bis 2,5 kN pro Spannbacke 44 eingespannt. Das Spannfutter 42 ist dabei, wie durch den Doppelpfeil 46 angedeutet, drehbar, um ein eingespanntes Werkstück 30 zu drehen. Die Zuführeinrichtung 28 umfasst ferner eine am Maschinenbett 38 angeordnete Werkstückabstützung 48 zur Stützung des Werkstücks 30. Schließlich umfasst die

Zuführeinrichtung 28 ein Durchschiebefutter 50, durch welche das Werkstück 30 der Laserbearbeitungseinrichtung 12 bzw. der Trenneinrichtung 14 zugeführt wird. Das

Durchschiebefutter 50 weist ebenfalls Spannbacken auf, wobei das durchgeführte Werkstück 30 mit einer Spannkraft bis maximal ca. 2 bis 2,5 kN pro Spannbacke eingespannt wird .

Die Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine

Entladeeinrichtung 51, um ein abgeschnittenes Werkstückteil abzuführen .

Neben der Trenneinrichtung 14 ist ein Werkzeugmagazin 53 vorgesehen. Dieses Magazin 53 kann beispielsweise als

Linear- oder Revolvermagazin ausgebildet sein. In diesem Magazin 53 können verschiedene Werkzeuge, wie

beispielsweise Bohrer, Fließbohrer, Gewindeschneidwerkzeuge oder Gewindeformwerkzeuge angeordnet sein. Folglich kann anstelle eines Tauchfräsers 26 beispielsweise auch ein anderes Werkzeug an der Spindel 24 angeordnet werden, um beispielsweise ein Gewinde in einem abzutrennenden

Werkzeugteil vorzusehen.

Insgesamt ist die Bearbeitungsvorrichtung 10 zur Ausführung des folgenden Verfahrens ausgebildet:

Das Werkstück 30 ist als Hohlkammerprofil ausgebildet und ist in Figur 2 schematisch perspektivisch gezeigt. Das Werkstück 30 kann insbesondere als Aluminium- Hohlkammerprofil ausgebildet sein. Folglich weist das

Werkstück 30 insbesondere eine rechteckige oder

quadratische Außenkontur auf. Das Werkstück 30 umfasst eine umlaufende Wandung 52. Innerhalb der Wandung ist ein

Werkstückinnenabschnitt 54 angeordnet, der als Trennsteg ausgebildet ist und folglich das Werkstück 30 in zwei

Hohlkammern 56, 58 unterteilt.

Um ein Werkstückteil 60 (in Figur 5 als Einzelteil gezeigt) vom Werkstück 30 abzutrennen, wird das Werkstück 30 so verlagert, dass ein Trennbereich 62 (vgl. Figur 3) des Werkstücks 30 von der Bearbeitungseinrichtung 14

bearbeitbar ist. Der Trennbereich 62 ist folglich derjenige Bereich des Werkstücks 30, an dem das Werkstückteil 60 vom verbleibenden Werkstück 30 abgetrennt werden soll. Sodann wird zunächst mittels des Tauchfräsers 26 ein

Wandabschnitt 64 im Trennbereich 62 der Wandung 52

durchbohrt bis der Trennsteg 54 erreicht ist. Sodann wird, wie in Figur 3b besonders deutlich erkennbar ist, der

Trennsteg 54 im Trennbereich 62 durchtrennt. Dies erfolgt soweit bis die Innenseite der gegenüberliegenden Wandung 52 erreicht ist (vgl. Fig. 3b) . Insgesamt wird bei dem

Tauchfräsvorgang folglich vergleichsweise kraftarm eine kreiszylindrische Bohrung in das Werkstück 30 eingebracht. Der Tauchfräsvorgang kann dabei mit einem Tauchfräser mit einem Durchmesser von 6 mm bei einer Drehzahl von 6000 Umdrehungen pro Minute durchgeführt werden, was einer

Umfangsgeschwindigkeit von 113 pro Minute entspricht. Der Vorschub kann dabei beispielsweise 1,2 m/min betragen.

Sodann wird, wie in Figur 4 gezeigt ist, mittels der

Laserbearbeitungseinrichtung 12 ein Laserschnitt 66 entlang des Umfangs 65 des Werkstücks 30 im Trennbereich 62

durchgeführt, um das Werkstückteil 60 vom Werkstück 30 abzutrennen. Im Zuge dieses Laserschnitts 66 wird die

Wandung 52 im Trennbereich 62 über den gesamten Umfang 65 durchtrennt .

Insgesamt findet folglich die Abtrennung des Werkstückteils 60 durch eine Kombination eines Tauchfräsvorgangs mit einem Laserschneidvorgang statt.

Mittels des Tauchfräsvorgangs wird dabei zunächst der im Inneren der Wandung 52 liegende Trennsteg 54 im

Trennbereich 62 durchtrennt. Dieser innenliegende Bereich des hohlkammerprofilförmigen Werkstücks 30 ist mit

Laserstrahlung mangels Zugänglichkeit mittels des

Laserschneidkopfs 18 nicht durchtrennbar. Der gesamte übrige, von der Laserstrahlung 18 schneidbare Teil des Werkstücks 30 wird sodann in besonders effizienter und schneller Weise durch Laserschneiden geschnitten. Insgesamt kann folglich eine Bearbeitung von hohlkammerprofilartigen Werkstücken mittels einer Laserbearbeitungseinrichtung 12 ermöglicht werden, indem die von der

Laserbearbeitungseinrichtung 12 nicht durchtrennbaren

Bereiche im Bedarfsfall durch den Tauchfräsvorgang mittels der Trenneinrichtung 14 abgetrennt werden.

Dadurch kann insgesamt ein effizientes Bearbeiten,

insbesondere Abtrennen, von Werkstückteilen 60 von

hohlkammerprofilartigen Werkstücken 30 durchgeführt werden.