Die Erfindung betrifft eine Wasserstrahlschneidmaschine mit Schnittschrägen- und Strahlnachlaufkompensation .

Wasserstrahlschneidmaschinen zur Bearbeitung verschiedener Materialien sind nach dem Stand der Technik bekannt.

Eine derartige Wasserstrahlschneidmaschine ist beispielsweise in Gebrauchsmusterschrift DE 202 06 427 Ul beschrieben.

Diese elektronisch steuerbare Präzisions-Wasserstrahlschneid- maschine beinhaltet einen in X-Richtung verfahrbaren Schlitten mit einem darauf angeordneten, in Y-Richtung verfahrbaren, Ausleger mit einem Schneidkopf, wobei der Schneidkopf selbst in Z-Richtung verfahrbar ist.

Derartige Wasserstrahlschneidvorichtungen haben in der Regel einen fix montierten, in sich rotatorisch unbeweglichen, Schneidkopf .

Die aus dem Stand der Technik bekannten Wasserstrahlschneidmaschinen haben den Nachteil, dass bei dem Trennen des Werkstückes durch einen Wasserstrahl ein Schnittschrägenfehler auftritt, wodurch sich die Schnittflanke nicht senkrecht zur Werkstückoberfläche verhält. Der erzeugte Schneidspalt ist auf der Eintrittsseite häufig schmaler als auf der Austrittsseite .

Weiterhin tritt ein sogenannter Strahlnachlauf auf. Der Wasserstrahl wird beim Trennen des Werkstückes, abhängig von dessen Dicke, im Werkstück entgegen der Vortriebsrichtung abgelenkt .

Beide Phänomene nehmen mit steigender Bearbeitungsgeschwindigkeit zu.

Gerade bei Präzisionsteilen sind diese Phänomene unerwünscht und es ist eine Nachbearbeitung notwendig, um rechtwinklig zur Oberfläche stehende Schnittflächen zu erhalten.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Um den Schnittschrägenfehler zu verhindern, muss der Schneidkopf um den Betrag des Schnittschrägenwinkels schräg gestellt werden .

Um weiterhin den Strahlnachlauffehler zu korrigieren, muss der Schneidkopf um den Betrag des Strahlnachlaufwinkels in Vortriebsrichtung schräg vorgestellt werden.

Beide Korrekturen erfolgen idealerweise gleichzeitig und werden auch Schnittschrägen- und Strahlnachlaufkompensation genannt .

Speziell in Hinblick auf den Einsatz neuer Pumpengenerationen, welche in der Lage sind einen kontinuierlich hohen Systemdruck zu generieren und somit eine entsprechende Steigerung der Schneidgeschwindigkeit und des Werkstückdurchlaufs erlauben, ist diese Schnittschrägen- und Strahlnachlaufkompensation besonders wichtig.

Eine Möglichkeit die Schnittschrägenkompensation zu bewirken, beschreibt Patentschrift DE 100 17 039 B4.

Darin enthalten ist eine Schneidkopfführung zur Schrägstellung des Schneidkopfes welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schneidkopf in einer bewegbaren Fassung eingespannt ist, welche von mehreren, pyramidenstumpfförmig angeordneten Streben getragen wird.

Diese Streben sind mittels Biegegelenken an der Grundplatte und an der, den Schneidkopf führenden, Fassung befestigt. Durch das Aufbringen von Steuerkräften auf die Fassung wird diese durch die Streben so gekippt, dass der Schneidkopf um kleine Winkel bis 6° schräg gestellt werden kann.

Die Austrittsöffnung der Schneiddüse bleibt dabei auf der Schneidstrahlachse entsprechend der Ruhestellung des Schneidkopfes . Ein System welches gleichzeitig sowohl eine Schnittschrägenais auch eine Strahlnachlaufkompensation vornehmen kann ist in Patentschrift US 6766216 B2 beschrieben.

Darin wird ein 5-Achs-Schneidsystem beschrieben, bei dem der Schneidkopf computergesteuert, zusätzlich zu dessen Verfahr- barkeit in X-, Y- und Z-Richtung, drehbar gelagert ist.

Weiterhin sind nach dem Stand der Technik Lösungen bekannt, bei welchen der Schneidkopf über einen Manipulator am in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbaren Maschinenarm befestigt ist. Mittels dieses Manipulators kann der Schneidkopf in jede Richtung gedreht werden und somit der Schnittschrägenfehler und der Strahlnachlauf kompensiert werden.

Der Schneidkopf wird durch den Manipulator bei notwendigen Schwenkbewegungen um den Bearbeitungspunkt, also den Punkt, an dem der Schneidstrahl das Werkstück trifft, bewegt. Diese Lösung bedingt eine aufwändige Steuerung der Abläufe während des Schneidvorgangs und eine Erhöhung der zu bewegenden Massen am Maschinenarm.

Nachteilig bei allen Lösungen nach dem Stand der Technik ist unter anderem, dass die auf diese Vorrichtung entfallenden Massen am Maschinenarm positioniert sind, bei Beschleunigungen zu erhöhten dynamischen Krafteinträgen führen und daher eine aufwändigere Auslegung des Maschinenarms erfordern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wasserstrahlschneidmaschine zu schaffen, mit der eine möglichst unkomplizierte, robuste und kostengünstige Kompensation des Schnittschrägenfehlers und des Strahlnachlaufs erzielt werden kann und bei der die zu bewegenden Massen am Ausleger der Vorrichtung möglichst gering sind. Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Folgenden werden Längs-, Quer- und Hochachse durch die Begriffe X-, Y- und Z-Achse beschrieben, wobei die X-Achse eine beliebige Achse längs zum Werkstückträger verlaufend, die Y-Achse eine beliebige Achse quer zum Werkstückträger verlaufend und die Z-Achse eine beliebige Achse in vertikaler Richtung verlaufend darstellt.

Die Drehung um eine beliebige X-Achse wird als A-Drehung, die Drehung um eine beliebige Y-Achse als B-Drehung bezeichnet. Die Drehung kann auch als Verschwenkung bezeichnet sein.

Eine der Erfindung entsprechende Wasserstrahlschneidmaschine weist einen in X-Richtung verfahrbaren Schlitten mit einem hieran montierten Ausleger auf, welcher in Y-Richtung angeordnet ist.

An dem Ausleger ist eine in Y-Richtung verfahrbare Verfahreinrichtung angebracht, welche den Schneidkopf trägt.

Der Ausleger ist auf dem Schlitten dabei in der Art drehbar montiert, dass der Ausleger eine B-Verschwenkung ausführen kann .

Die räumlichen Koordinaten des Drehpunktes des Auslegers sind in X- und in Z-Richtung identisch mit denen des Bearbeitungspunktes am Werkstück. Der Bearbeitungspunkt ist der Punkt, an dem der Wasserstrahl auf die Werkstückoberfläche auftrifft.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird erreicht, dass bei einer notwendigen Korrektur von Schnittschräge oder

Strahlnachlauf die X-Komponente der Korrekturverschwenkung durch Drehung des gesamten Auslegers mit Schneidkopf um den Bearbeitungspunkt am Werkstück bewirkt wird. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird damit erreicht, dass am Ausleger keine Versteileinrichtung zur Korrektur des Schneidkopfes in X-Richtung vorgesehen werden muss.

Es erfolgt bei einer, durch die Korrektur bedingten, Schrägstellung des Schneidkopfes ferner keine Änderung des Abstands zwischen Strahlaustrittsöffnung am Schneidkopf und Bearbeitungspunkt am Werkstück, so dass Nachkorrekturen hierfür in Z-Richtung nicht erforderlich sind.

Durch den Entfall von sonst notwendigen Versteileinrichtungen am Ausleger für die Korrekturen werden die am Ausleger zu bewegenden Massen und die dadurch verursachten Beschleunigungskräfte reduziert. Der Ausleger wird dadurch weniger belastet und muss in Bezug auf Steifigkeit und Schwingungsverhalten weniger aufwändig ausgeführt werden.

Die zu dem Bearbeitungspunkt entfernte Positionierung des Auslegerdrehmechanismus im Schlitten hat weiterhin zur Folge, dass der Drehmechanismus durch die, bei dem Schneidvorgang entstehenden Verunreinigungen, weniger belastet wird.

Erfindungsgemäß kann der Ausleger auch als eine Brücke ausge ^¬ bildet sein, welche den Schneidkopf trägt und verfahrbar und drehbar an den jeweils gegenüberliegenden Seiten des zu bear ^¬ beitenden Werkstückes auf je einem Schlitten montiert ist.

Der Schneidkopf ist in einer bevorzugten Weiterbildung an der Verfahreinrichtung so drehbar gelagert, dass er eine A-Ver- schwenkung ausführen kann.

Dadurch wird die Y-Komponente der Korrekturverschwenkung für die Korrektur von Schittschräge und Strahlnachlauf bewirkt. Erfindungsgemäß ist die drehbare Lagerung so ausgebildet, dass auch bei der A-Drehung der Drehpunkt im Bearbeitungs ^¬ punkt liegt.

Durch die beschriebene gleichzeitige Drehbarkeit um die X- und die Y-Achse können die, bei jeder Bewegung des Schneidkopfes, entstehenden Schnittschrägenfehler und Strahlnachlauffehler korrigiert werden.

Die erfindungsgemäße Ausführung der A- und B-Verschwenkung führt dazu, dass bei notwendigen Korrekturen von Schnittschräge und Strahlnachlauf keine translatorischen Nachstellbewegungen in X-, Y- und Z-Richtung erfolgen müssen.

Weiterhin können mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Wasserstrahlschneidvorgänge realisiert werden, bei der die

Schnittflanke in definierbaren und während des Scheidvorgangs veränderbaren Winkeln zur Werkstückoberfläche einschließlich in Konturen gehalten wird.

Die Verfahrbarkeit des Schlittens wird vorzugsweise durch ei ^¬ nen Linearmotor realisiert, welcher gegenüber dem konventio ^¬ nellen mechanischen Antrieb Vorteile bietet.

So kann zum Beispiel der Schlitten genauer positioniert werden, da bei einem solchen Antrieb das sogenannte Umkehrspiel entfällt. Somit können bezüglich Parallelität und Rechtwinkligkeit engere Toleranzen erreicht werden.

Des Weiteren kann der mechanische Verschleiß, welcher bei herkömmlichen Antrieben durch Ritzel, Zahnstangen und Übersetzungen entsteht, verringert werden.

Die B-Drehung des Auslegers, relativ zum Schlitten, erfolgt vorzugsweise über einen Torquemotor. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Ausleger, relativ zum Schlitten, vertikal in Z-Richtung verfahrbar ist.

Dadurch ist es insbesondere möglich, vor Beginn des Schneidvorganges die Einstellung des erforderlichen Abstands zwi ^¬ schen Schneidkopf und Werkstück vorzunehmen. Da die Versteil ^¬ einrichtung in Z-Richtung den gesamten Ausleger bewegt und im Bereich des Schlittens angeordnet ist, entfallen die sonst hierfür am Ausleger selbst befindlichen Massen einer solchen Versteileinrichtung. Dadurch kann eine weitere Massenreduzierung am Ausleger mit den bei bereits beschriebenen Vorteilen einer Massereduzierung erreicht werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann der Abstand zwischen Schneidkopf und Werkstück auch während des Schneidvorganges durch eine Verfahrung in Z-Richtung korrigiert werden, um et ^¬ waige Unregelmäßigkeiten in der Werkstückdicke oder der Werk- süückauflage am Werkstückträger auszugleichen oder Werkstücke mit unregelmäßigen Oberflächen zu bearbeiten.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von

Fig. 1 Perspektivdarstellung näher erläutert.

Die Vorrichtung wird in Fig. 1 in schematischer Ansicht gezeigt.

Auf dem Maschinenrahmen 1 ist der Schlitten 2 angeordnet. Der Schlitten ist in der Art montiert, dass dieser mittels Linearantrieb entlang der X-Achse längs zu dem Werkstückträger 3 verfahrbar ist. Auf dem Schlitten 2 ist der Ausleger 4 angebracht, welcher sich quer zum Maschinenrahmen über den Werkstückträger 3 erstreckt .

Der Ausleger 4 ist mittels Torquemotor relativ zum Schlitten 2, drehbar um die Y-Achse, auf diesem gelagert.

Die Drehachse des Auslegers 4 ist eine beliebige Achse in Y- Richtung, welche parallel zum Ausleger durch dessen Drehpunkt und den Bearbeitungspunkt am Werkstück verläuft.

Dadurch sind die räumlichen Koordinaten in X- und in Z-Rich- tung des Drehpunktes des Auslegers 4 mit den räumlichen Koordinaten in X- und in Z-Richtung des Bearbeitungspunkts am Werkstück identisch.

Dieser Aufbau bewirkt, dass bei einer notwendig werdenden B- Verschwenkung des Schneidkopfes 5 der gesamte Ausleger 4 mit Schneidkopf 5 um die Y-Achse drehbar ist.

Um den für den Schneidvorgang benötigten Abstand zwischen Schneidkopf 5 und Werkstückträger 3 zu generieren, ist der Ausleger 4 gleichfalls mittels Versteileinrichtung vertikal, also, in Z-Richtung, verfahrbar auf dem Schlitten 2 befestigt. Dies ermöglicht eine exakte Einstellung des Abstandes von Schneidkopf und Bearbeitungspunkt, da sich sowohl Werkstücke unterschiedlicher Dicken auf dem Werkstückträger 3 befinden, als auch Unregelmäßigkeiten in der Dicke ein und des selben Werkstücks auftreten können. Da erfindungsgemäß die Versteilvorrichtungen sowohl für die B-Verschwenkung als auch für die Verfahrung in Z-Richtung in dem Bereich der Verbindung von Schlitten und Ausleger angeordnet sind, entfallen die dafür benötigten Massen im Schneidkopfbereich des Auslegers . Die erforderliche Beschleunigungsenergie wird reduziert bzw. es sind schnellere Bewegungszustandswechsel möglich. Um den benötigten Abstand zwischen Schneidkopf 5 und Werkstückträger 3 für den gesamten Bearbeitungsvorgang sicher zu stellen, ist vor Beginn des Schneidvorgangs ein erster Orientierungslauf des Schneidkopfes 5 sinnvoll.

Dabei wird der Schneidkopf 5 wenigstens ein Mal über das ge ^¬ samte zu bearbeitende Werkstück geführt und mittels Abstands- messeinrichtung der Abstand zwischen Schneidkopf 5 und Werkstück empirisch an diversen Punkten ermittelt und die Daten gespeichert .

Beim späteren Schneidvorgang kann dieser Abstand zwischen Schneidkopf 5 und Werkstück dann entsprechend automatisch aufgrund der hinterlegten Daten nachkorrigiert werden.

Eine aufwändige, dauerhafte Überwachung des Abstandes zwischen Schneidkopf 5 und Werkstück während des Bearbeitungsvorgangs ist somit nicht notwendig.

Der Schneidkopf 5 ist mittels Verfahreinrichtung (ohne Bezugszeichen) in Y-Richtung verfahrbar am Ausleger 4 angebracht .

Der Schneidkopf 5 kann mittels Versteileinrichtung, welche als Kreissegmentführung, deren Mittelpunkt im Bearbeitungspunkt liegt, ausgebildet ist (nicht dargestellt) , eine A-Ver- schwenkung ausführen.

Bei einer notwendig werdenden rotatorischen Korrekturbewegung des Schneidkopfes 5 wird die X-Komponente des Schnittschrä ^¬ gen- bzw. Strahlnachlauffehlers durch die A-Drehung des

Schneidkopfes 5 selbst und die Y-Komponente des Schnittschrä ^¬ gen- bzw. Stahlnachlauffehlers durch die B-Drehung des gesamten, den Schneidkopf 5 führenden Auslegers 4 erreicht. Verwendete Bezugszeichen

1 Maschinenrahmen

2 Schlitten

3 Werkstückträger

4 Ausleger

5 Schneidkopf