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Die
Erfindung betrifft eine Schärfmaschine zum
Scharfschleifen von Klingen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Schärfmaschine
ist bekannt aus der
DE
100 21 302 A1 . Dort wird die Klingenhalterung mittels eines
programmierbar gesteuerten Robotors, der einen in mindestens vier
der sechs möglichen
Freiheitsgrades des Raumes beweglichen Manipulator aufweist, relativ
zum Schleifwerkzeug bewegt. Diese Klingenhalterung ist sehr aufwendig.
Zudem hat sich in der Praxis gezeigt, dass nicht alle Klingenformen
mit einer nach der
DE
100 21 203 A1 ausgeführten
Klingenhalterung geschliffen werden können.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schärfmaschine
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass mit ihr praktisch
beliebige Klingenformen geschliffen werden können, wobei die Relativbewegung
der Klingenhalterung zum Schleifwerkzeug unaufwendiger angetrieben
werden soll.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
eine Schärfmaschine
mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass sich die Freiheitsgrade der Relativbewegung zwischen der
Klingenhalterung einerseits und dem Schleifwerkzeug andererseits,
die zum Scharfschleifen der Klinge erforderlich ist, auf die Klingenhalterung
einerseits und das Schleifwerkzeug andererseits aufteilen lassen.
Erstmals wird daher ein schwenkbewegliches Schleifwerkzeug vorgesehen.
Ein hierfür
erforderlicher Schwenkantrieb lässt
sich mit relativ geringem Aufwand realisieren. Die Klingenhalterung
muss dann nur noch linear, also translatorisch, verlagert werden.
Ein Verschwenken der Klingenhalterung ist nicht erforderlich. Auf
diese Weise lassen sich mit relativ unaufwendig ausgestalteten Einzelantrieben praktisch
beliebige Klingenformen automatisch scharf schleifen.
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Ein
Linerantrieb nach Anspruch 2 lässt
sich mit Standardkomponenten realisieren, ist also preiswert.
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Eine
Steuerung nach Anspruch 3 führt
zu einem exakten Schleifergebnis.
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Ein
Positioniertisch nach Anspruch 4 erlaubt eine definierte Ausgangspositionierung
der zu schleifenden Klinge relativ zur Klingenhalterung.
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Ein
Positioniertisch nach Anspruch 5 erhöht die Flexibilität des Einsatzes
der Schärfmaschine.
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Schleifkörper nach
Anspruch 6 gewährleisten
ein gutes Schleifergebnis.
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Dies
gilt insbesondere für
Schleifscheiben nach Anspruch 7.
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Schleifkörper nach
Anspruch 8 erlauben es, auch Messerklingen inklusive Griff zu schleifen,
ohne dass der Griff unerwünscht
mit dem Schleifkörper
in Kontakt kommt.
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Dies
gilt insbesondere für
die Ausgestaltung nach Anspruch 9.
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Ein
vorteilhaft großer
Schleifwinkel nach Anspruch 10 trägt ebenfalls dazu bei, dass
auch ungewöhnlich
geformte Klingen, die z. B. im Griffbereich in ihrer Stärke schnell
zunehmen, geschliffen werden können.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Schärfmaschine
zum Scharfschleifen von Klingen;
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2 eine
Seitenansicht gemäß Sichtlinie
II in 1;
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3 eine
Aufsicht auf die Schärfmaschine;
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4 eine
Teilansicht der Schärfmaschine
in zwei Momentanpositionen von Schleifscheiben während des Scharfschleifens;
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5 eine
Teilansicht der Schärfmaschine gemäß Sichtlinie
II in 2 während
des Scharfschleifens;
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6 eine
Teilansicht eines Schwenkantriebs zum Verschwenken eines Schleifwerkzeugs der
Schärfmaschine;
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7 eine
Teilansicht des Schwenkantriebs gemäß Sichtlinie VII in 6;
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8 eine
Ansicht des Schwenkantriebs gemäß Sichtlinie
VIII in 6;
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9 eine
Ansicht eines Positioniertisches zur Vorgabe einer Position der
zu schleifenden Klinge;
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10 eine
Ansicht des Positioniertisches gemäß Sichtlinie X in 9;
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11 eine
Aufsicht auf den Positioniertisch;
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12 eine
Ansicht einer Klingenhalterung der Schärfmaschine;
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13 eine
Ansicht gemäß Sichtlinie
XIII in 12;
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14 eine
Teilansicht einer Schärfmaschine
mit einem alternativen Schleifwerkzeug;
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15 eine
Aufsicht eines Teils der Schärfmaschine
nach 14; und
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16 eine
weitere Teilansicht der Schärfmaschine
nach den 14 und 15 gemäß Sichtlinie
XVI in 14 beim Scharfschleifen eines
Messers mit Griff.
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In
den 1 bis 13 ist eine erste Ausführungsform
einer Schärfmaschine 1 bzw.
von Komponenten hiervon dargestellt. Die Schärfmaschine 1 dient
zum Scharfschleifen von Klingen 2, insbesondere von Messern.
Beispiele derartiger Klingen sind in der Zeichnung in verschiedenen
Größen dargestellt.
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Die
Schärfmaschine 1 hat
zum Scharfschleifen ein Schleifwerkzeug 3. Dieses wird
von einem Maschinenrahmen 4 der Schärfmaschine 1 getragen. Schleifkörper des
Schleifwerkzeugs 3 sind als Paar von Schleifscheiben 6 ausgeführt, die
abgesehen von einem zugänglichen
Schleifbereich 7 in einer nicht zugänglichen Schutzhaube 8 angeordnet
sind. Die Schleifscheiben 6 rotieren gegenläufig um
zueinander parallele Drehachsen 9 (vgl. 6).
Die Schleifscheiben 6 sind beispielsweise aus Bornitrit gefertigt.
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Der
Schleifbereich 7 verjüngt
sich V-förmig hin
zu einer Schleifachse 10, längs der eine Schleifwirkung
der miteinander zusammenwirkenden Schleifscheiben 6 stattfindet.
Die Schleifachse 10 verläuft parallel zu den Drehachsen 9.
Die Schleifscheiben 6 werden jeweils um die Drehachsen 9 von einem
Schleifscheiben-Servomotor 11 angetrieben. Äußere Schleifflächen 12 der
Schleifscheiben 6 haben die Form von gegenläufigen Außengewinden, die
im Schleifbereich 7 komplementär ineinander eingreifen. Ein
Schleif-Öffnungswinkel
s, der durch den Grund der V-förmigen
Verjüngung
des Schleifbereichs 7 gebildet ist, hat eine Größe im Bereich
von 30°.
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Mit
Hilfe eines in den 6 bis 8 näher dargestellten
Schwenkantriebs 13 ist das Schleifwerkzeug 3 um
eine Schwenkachse 14 drehbar. Letztere steht senkrecht
auf einer Klingenebene 15, in welcher die zu schleifenden
Klingen 2 während
des Scharfschleifvorgangs liegen. Die Klingenebene 15 liegt
parallel zu den Zeichenebenen z. B. der 1 und 13.
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Der
Schwenkantrieb 13 umfasst einen Schwenk-Servomotor 16,
der unterhalb des Schleifwerkzeugs 3 am Maschinenrahmen 4 festgelegt
ist. Eine Antriebswelle 17 des Schwenk-Servomotors 16 treibt über einen
Riemen 18 eine Schwenkscheibe 19 des Schwenkantriebs 13 an.
Letztere ist über ein
Axial/Radiallager 20 um die Schwenkachse 14 drehbar in
einem Ständerabschnitt 21 des
Maschinenrahmens 4 gelagert. Drehfest mit der Schwenkscheibe 19 verbunden
ist die Schutzhaube 8, welche die Schleifscheiben 6 trägt.
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Das
Schleifwerkzeug 3 ist zur Aufnahme von Schleifscheiben 6 verschiedenen
Durchmessers ausgelegt. Je nach dem Durchmesser der Schleifscheiben 6 wird
der Abstand der beiden Drehachsen 9 zueinander justiert.
Hierzu dient eine insgesamt vier Langlochabschnitte aufweisende
Justier- und Feststelleinrichtung 22.
Letztere ist unterhalb der Schleifscheiben 6 an der Schutzhaube 8 angeordnet.
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Der
Schwenkantrieb 13 ist Teil einer Antriebseinrichtung der
Schärfmaschine 1.
Diese Antriebseinrichtung bewegt während des Scharfschleifvorgangs
eine Klingenhalterung 23 relativ zum Schleifwerkzeug 3 derart
längs der
zu schleifenden Klinge 2, dass die Schleifachse 10 der
Klingenkontur tangential folgt. Neben dem Schwenkantrieb 13 umfasst
die Antriebseinrichtung einen Linearantrieb mit zwei Linearantriebseinheiten 24, 25.
Diese verlagern die Klingenhalterung 23 in zwei zueinander
senkrechten Richtungen. Die Linearantriebseinheit 24 dient
dabei der Verlagerung in 1 nach links bzw. rechts. Die
Linearantriebseinheit 25 dient der Verlagerung in 1 nach
oben bzw. unten. Diese beiden Verlagerungsrichtungen spannen die
vertikale Klingenebene 15 auf.
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Die
Linearantriebseinheit 24 weist eine horizontale Linearführung 26 auf,
die am Ständerabschnitt 21 festgelegt
ist. Auf der horizontalen Linearführung 26 läuft ein
Schlitten 27. Die Linearantriebseinheit 24 hat
einen Spindeltrieb. Eine in der Zeichnung nicht sichtbare Antriebsspindel
der Linearantriebseinheit 24 wird über ein Vorgelege 28 von
einem ersten Linear- Servomotor 29 angetrieben.
Die sich drehende Antriebsspindel nimmt den Schlitten 27 mit.
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Fest
mit dem Schlitten 27 verbunden ist eine erste Führungskomponente 30 der
zweiten, vertikalen Linearantriebseinheit 25. In dieser
Führungskomponente 30 läuft eine
vertikale Linearführung 31,
deren vertikale Verlagerungsbewegung ebenfalls über einen Spindeltrieb angetrieben
ist. Hierzu weist die zweite Linearantriebseinheit 25 entsprechend
der ersten Linearantriebseinheit 24 ein Vorgelege 32 und einen
zweiten Linear-Servomotor 33 auf. An der Linearantriebseinheit 25 ist
die Klingenhalterung 23 montiert.
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Mit
den Linearantriebseinheiten 24, 25 ist eine Translation
der Klingenhalterung 23 längs der beiden zueinander senkrechten
Verlagerungsrichtungen möglich.
Ein weiterer Freiheitsgrad der Relativbewegung der von der Klingenhalterung 23 gehaltenen
Klinge 2 zum Schleifwerkzeug 3 ergibt sich durch das
Verschwenken des Schleifwerkzeugs 3 um die Schwenkachse 14.
Die zum Nachführen
der Klinge 2 im Schleifbereich 7 während des
Scharfschleifens anzutreibenden Freiheitsgrade sind also auf die
Servomotoren 16, 29 und 33 verteilt.
Diese Servomotoren werden zentral mit Hilfe einer nicht dargestellten CNC-Steuerung
gesteuert.
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Die
Klingenhalterung 23 ist an der vertikalen Linearführung 31 festgelegt.
Sie weist zwei Paare 34, 35 von Klemmbacken 36 zur
klemmenden, flächigen Halterung
der Klinge 2 auf. Kurze Klingen, wie die in 1 von
der Klingenhalterung 23 gehaltene Klinge 2, werden
von einem einzigen Paar Klemmbacken 36, im dargestellten
Beispiel vom Paar 35, flächig gehalten. Längere Klingen,
wie z. B. die Klinge 2, die auf einem noch zu beschreibenden
Positioniertisch 37 der Schärfmaschine 1 in 1 abgelegt
ist, werden von beiden Paaren 34, 35 von Klemmbacken 36 gleichzeitig
gehalten.
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Die
Klemmhalterung 23 ist in den 12 und 13 vergrößert in
zwei Ansichten dargestellt. Die eigentliche Klemmung der Klinge 2 bewerkstelligen bei
jedem Paar 34, 35 von Klemmbacken 36 zwei Klemmeinsätze 38,
die in entsprechende Ausnehmungen von Grundkörper 39 der Klemmbacken 36 eingesetzt
sind. Sowohl die Klemmeinsätze 38 als auch
die Grundkörper 39 verjüngen sich
hin zu ihren freien Enden, in Schleifposition der Klingenhalterung 23 also
zum Schleifbereich 7 hin, keilförmig, sodass die Klemmbacken 36 dort,
wo sie die Klinge 2 erfassen, senkrecht zur Klingenebene 15 eine
minimale Breite aufweisen. Der Konuswinkel der konischen Verjüngung der
Klemmbacken 36 ist an den Schleif-Öffnungswinkel s angepasst und
beträgt
daher ebenfalls etwa 30°.
Mit Hilfe von Pneumatikzylindern 40 lassen sich die Klemmbacken 36 zwischen einer
nicht dargestellten Offenstellung, in der die Klemmbacken 36 eines
Paares 34, 35 soweit voneinander beabstandet sind,
dass eine zwischenliegende Klinge 2 freigegeben ist, und
einer in der Zeichnung dargestellten Haltestellung verlagern. Über eine
Halte-Baugruppe 41 sind die Pneumatikzylinder 40 an der
vertikalen Linearführung 31 montiert.
Die Halte-Baugruppe 41 ist um eine Schwenkachse 41a,
die in der Klingenebene 15 in etwa parallel zur Längsachse
der Klinge 2 oberhalb der Pneumatikzylinder verläuft, schwenkbar.
Einer Auslenkung der Klingenhalterung 23 um die Schwenkachse 41a setzen
zwei symmetrisch zur Klingenebene 15 angeordnete Federelemente 41b, 41c Rückstellkräfte entgegen.
Die Federelemente 41b, 41c sind oberhalb der Schwenkachse 41a angeordnet.
Die Federelemente 41b, 41c sind insbesondere als
pneumatische Federn ausgeführt.
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Am
Pneumatikzylinder 40 für
das in den 1 und 13 rechts
dargestellte Paar 35 von Klemmbacken 36 ist ein
Andrückelement 42 montiert.
Letzteres weist an seinem unteren freien Ende einen Druckkopf 43 auf.
Dieser liegt an der einer Schneide 44 der Klinge 2 gegenüberliegenden
Klingenwand 45 der von der Klingenhalterung 23 gehaltenen
Klinge 2 an.
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In
der Stellung der Schärfmaschine 1 nach den 1 bis 3 unterhalb
der Klingenhalterung 23 ist der Positioniertisch 37 angeordnet.
Auf diesem liegt, wie oben schon angesprochen, eine weitere Klinge 2 in
einer Warte- bzw.
Ausgangsstellung. Dabei liegt eine Klingenspitze 46 an
einem Anschlag 47 des Positioniertischs 37 an.
Die Klinge 2 ist in der Ausgangsstellung seitlich gehalten
von einem Haltebügel 48.
Letzterer ist an einer Schwenkwelle 49 montiert, die seitlich
unterhalb des Positioniertischs 37 angeordnet ist. Die
Schwenkwelle 49 verläuft
in den 1 und 10 horizontal in der Zeichenebene.
Sie wird angetrieben von einem Schwenk-Zylinder 50. Mit Hilfe von
diesem kann der Haltebügel 48 zwischen
einer in 9 angedeuteten Offenstellung, in
der die Klinge 2 vom Haltebügel 48 freikommt,
und einer ebenfalls in 9 gezeigten Haltestellung, in der
der Haltebügel 48 die
Klinge 2 seitlich klemmt, verlagert werden. Über eine
Halte-Baugruppe 51 sind der Positioniertisch 37 sowie
der Schwenk-Zylinder 50 an
einer horizontalen Linearführung 52 montiert,
die wiederum am Maschinenrahmen 4 festgelegt ist. Der Positioniertisch 37 kann
insgesamt zur Veränderung
des Abstandes des Anschlages 47 zum Schleifbereich 7 einstellbar
verlagerbar sein. Über die
Halte-Baugruppe 51 kann der Positioniertisch 37 um
90° um die
Längsachse
der Klinge 2 verdreht werden. Das erleichtert das automatische
Beladen der Maschine.
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Auch
der Schwenk-Zylinder 50 und die Verdrehung der Halte-Baugruppe 51 wird
von der zentralen CNC-Steuerung angesteuert.
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Die
Schärfmaschine 1 nach
den 1 bis 13 arbeitet folgendermaßen: Die
Klinge 2 liegt zunächst
in der Ausgangsstellung auf dem Positioniertisch 37 vor,
wobei sie mit der Klingenspitze 46 am Anschlag 47 anliegt
und vom Haltebügel 48 seitlich
gehalten wird. Das Schleifwerkzeug 3 ist in der z. B. in 1 dargestellten
Ausgangs-Schwenkposition. Nun werden die Linerantriebseinheiten 24, 25 so angesteuert,
dass die Klemmbacken 36 der Paare 34, 35,
die zunächst
in der Offenstellung vorliegen, mit ihren freien Enden beiderseits
der zuhaltenden Klinge 2 auf dem Positioniertisch 37 zuliegen
kommen. Außerdem
drückt
der Druckkopf 43 auf die Klinge 2 und richtet
diese nach der Schneide aus. Anschließend werden mit Hilfe der Pneumatikzylinder 40 die
Klemmbacken 36 von der Offen- in die Haltestellung verlagert,
in der sie die Klinge 2 klemmend flächig haltern.
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Bei
einer ausreichend langen Klinge 2, die von beiden Paaren 34, 35 von
Klemmbacken 36 gehalten wird, führt diese klemmende flächige Halterung
an zwei zueinander beabstandeten Positionen dazu, dass eine ggf.
vorliegende leichte Durchbiegung der Klinge 2 korrigiert
wird, sodass diese praktisch vollständig eben in der Klingenebene 15 vorliegt.
Damit ist die Relativposition der Klinge 2 zur Schärfmaschine 1 längs der
gesamten Klinge 2 eindeutig definiert. Mit Hilfe der Linearantriebseinheiten 24, 25 wird
anschließend
die gehaltene Klinge 2 in eine Ausgangs-Schleifstellung überführt. In
dieser liegt das Schleifwerkzeug 3 um die Schwenkachse 14 derart
verschwenkt vor, dass die Schleifachse 10 tangential im
Bereich der Klingenspitze 47 an der Klinge 2 anliegt.
Diese Schleif-Ausgangsstellung ist schematisch in 4 dargestellt,
wobei die Schleifscheiben 6 aus der Vertikalen verkippt
sind. Ausgehend von dieser Schleif-Ausgangsstellung erfolgt nun,
gesteuert von der CNC-Steuerung, eine Relativbewegung der Klingenhalterung 23 relativ
zum Schleifwerkzeug 3 derart, dass die Schleifachse 10 im
Schleifbereich 7 der Klingenform bis zum von der Klingenspitze 46 abgewandten
Ende der scharf zu schleifenden Klinge folgt. Die hierzu nötigen Klingenformdaten
sind in der CNC-Steuerung gespeichert. Am Ende des Scharfschleifvorgangs
liegt die ebenfalls in 4 dargestellte Schleif-Endstellung
der Schleifscheiben 6 zur Klingenhalterung 23 vor.
In der Schleif-Endstellung verlaufen die Drehachsen 9 und die
Schleifachse 10 wieder im Wesentlichen horizontal.
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Die
Klingenhalterung 23 fährt
nun mit Hilfe der Linearantriebseinheiten 24, 25 in
eine Abgabestellung, in der die bearbeitete Klinge 2 zur
Weiterverarbeitung abgegeben wird. Anschließend kann die Klingenhalterung 23 eine
neue Klinge 2 auf dem Positioniertisch ergreifen, wie oben
beschrieben.
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Eine
alternative Ausgestaltung eines Schleifwerkzeugs 53 zeigen
die Teilansichten einer Schärfmaschine 1 nach
den 14 bis 16. Abgesehen vom
Schleifwerkzeug 53 entspricht der Aufbau der Schärfmaschine 1 nach
den 14 bis 16 demjenigen
der Schärfmaschine 1 nach
den 1 bis 13, weswegen gleiche Bauteile
mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und nicht nochmals im Einzelnen
erläutert
werden.
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Das
Schleifwerkzeug 53 weist ein Paar von Schleifscheiben 54 auf.
Letztere sind als Topfscheiben ausgebildet, deren Öffnung 55 sich
zum Schleifbereich 7 hin erstreckt. Die Schleifscheiben 54 rotieren
gegenläufig
um zwei Drehachsen 56. Letztere liegen in einer Drehebene 57,
die senkrecht auf der Klingenebene 15 steht. In der in 14 dargestellten Schärfmaschinenstellung
liegt die Drehebene 57 parallel zur Zeichenebene. Die bei den
Drehachsen 56 schließen
zueinander einen Drehachsenwinkel α (vgl. 14) ein,
der sich zum Schleifwinkel s folgendermaßen verhält: α = 180° – s. Bei der Ausführung nach
den 14 bis 16 beträgt der Schleif-Öffnungswinkel
s ungefähr
20°.
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Die
Arbeitsweise der Schärfmaschine 1 nach den 14 bis 16 entspricht
derjenigen, die oben im Zusammenhang mit der Schärfmaschine 1 nach
den 1 bis 13 beschrieben wurde. Auch das
Schleifwerkzeug 53 wird um die senkrecht auf der Klingenebene 15 liegende
Schwenkachse 14 verschwenkt. Beim Schleifwerkzeug 53 steht
die Schwenkachse 14 jedoch nicht senkrecht auf den Drehachsen
der Schleifscheiben, wie dies bei den Drehachsen 9 der
Ausführung
nach den 1 bis 13 der
Fall ist.
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Der
Schwenkwinkel der Schleifwerkzeuge 3, 53 um die
Schwenkachse 14 kann beliebige Werte einnehmen, sodass
die Schleifscheiben 6, 54 vertikal bzw. mit vertikaler
Drehebene 57 angeordnet oder auch horizontal bzw. mit horizontaler
Drehebene 57 angeordnet sein können. Damit sind beliebige
Klingenformen mit Hilfe der Schleifwerkzeuge 3, 54 formbar.
Wie die in 16 dargestellte Schleifstellung
der Ausführung
nach den 14 bis 16 zeigt,
sind auch Messerklingen schleifbar, bei denen die Klinge 2 schon
mit einem Messergriff 58 verbunden ist. Dies ist darüber hinaus
bei der Ausführung
nach den 1 bis 13 auch
aufgrund des relativ großen Schleif-Öffnungswinkels
s möglich.