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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Schleifsystem nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Schleifarbeiten
an Hölzern
oder Metallen werden üblicherweise
mit einem Handschleifgerät, wie
einem Schwingschleifer, Exzenterschleifer, Bandschleifer, Dreieckschleifer
oder dergleichen, ausgeführt,
bei dem ein Bediener das Schleifgerät mit seinen Händen hält und über die
zu schleifende Fläche
führt.
Schleifarbeiten sind häufig
langwierig und monoton und erzeugen viel Lärm und Schmutz.
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Vorteile
der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Schleifsystem mit einer Steuereinheit
und einem Schleifgerät
mit einer Bewegungsvorrichtung.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zu einer bedienerfreien
Lenkung des Schleifgeräts
durch eine Steuerung der Bewegungsrichtung vorbereitet ist. Das
Schleifgerät
kann ohne Hilfe eines Bedieners entlang einer zu schleifenden Oberfläche geführt werden,
wodurch der Bediener von einer lauten und ermüdenden Arbeit entlastet werden kann.
Es kann ein selbsttätiges,
bedienerfreies Schleifen durch das Schleifgerät erreicht werden. Zweckmäßigerweise
ist die Steuereinheit derart zur Steuerung vorbereitet, dass sich
das Schleifgerät
bedienerfrei schleifend entlang einer von der Steuereinheit überwachten
Schleifbahn bewegt. Die Schleifbahn kann vorbestimmt oder eine zufällige Schleifbahn
sein, die von der Steuereinheit durch Nachvollziehen überwacht
wird. Die Steuerung der Bewegungsvorrichtung kann eine Regelung
umfassen, beispielsweise indem ein Arbeitsergebnis erfasst und die
Bewegung entsprechend einem Arbeitsfortschritt geregelt wird. Das
Schleifgerät
ist zweckmäßigerweise
batterie- bzw. akkubetrieben. Besonders vorteilhaft ist das Schleifgerät eine Handwerkzeugmaschine,
die für
einen manuellen Betrieb durch einen Bediener vorgesehen ist. So
kann das Schleifgerät
sowohl automatisch als auch manuell, beispielsweise für eine Nachbearbeitung,
verwendet werden, ohne dass zwei verschiedene Geräte zum Einsatz
kommen müssen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit
in einer vom Schleifgerät separaten
Station angeordnet und zur Fernsteuerung der Bewegungsvorrichtung
vorbereitet. Das Schleifgerät
kann einfach und robust ausgeführt
und preiswert austauschbar sein, wobei die intelligente Steuereinheit
in der Station verbleibt. Die Station ist zweckmäßigerweise zu einer stationären Anordnung relativ
zu einem zu bearbeitenden Werkstück
vorgesehen. Die Fernsteuerung kann mittels Infrarot-, Radio- oder
Radarstrahlung mit entsprechenden Sendern und Sensoren erfolgen.
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Ein
dauerhafter Betrieb bei einem akkubetriebenen Schleifgerät kann erreicht
werden, wenn das Schleifsystem eine vom Schleifgerät separate Station
mit einer Stromversorgungseinheit umfasst und die Steuereinheit
zur Herstellung einer Stromversorgungsverbindung zwischen dem Schleifgerät und der
Stromversorgungseinheit vorgesehen ist. Das Schleifgerät kann zur
Station hin bewegt, die Stromversorgungsverbindung erstellt und
ein Akku des Schleifgeräts
selbständig
aufgeladen werden, ohne dass es eines Eingriffs eines Bedieners
bedarf. Die Stromversorgung kann eine Netzverbindung zu einem Stromversorgungsnetz
mit oder ohne einen zwischengeschalteten Trafo sein. Ebenso denkbar
ist ein leistungsstarker Akku in der Station.
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Zweckmäßigerweise
umfasst das Schleifgerät
eine integrierte Staubabsaugung durch ein Staubabsaugmittel, wodurch
einem Verschmutzen der Umgebung entgegengewirkt und hierdurch ein
zuverlässiger
Betrieb des Schleifsystems erreicht werden kann. Eine bedienerfreie
Leerung eines Staubbehälters
des Schleifgeräts
kann erreicht werden, wenn das Schleifgerät einen Staubbehälter aufweist
und die Steuereinheit zur Steuerung einer Entleerung des Staubbehälters vorgesehen
ist. Hierzu kann im Schleifgerät
oder in der Station eine Entleerungseinheit, beispielsweise ein
Schieber oder ein Gebläse, vorhanden
sein. Vorteilhafterweise ist in der Station ein Staubsammelbehälter. Durch
einen Füllstandssensor
des Staubbehälters
kann die Steuereinheit selbsttätig
erkennen, wenn eine Entleerung erforderlich ist. Das Schleifgerät kann selbsttätig zur
Station fahren und dort den Staub übergeben.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst
das Schleifsystem einen Begrenzungsgeber, der eine Schranke eines
Schleifbereichs vorgibt, und einen Signalgeber zur Ausgabe eines
Signals bei einem Überschreiten
der Schranke. Es kann ein Schleifbereich von einem Bediener oder der
Steuereinheit vorgegeben werden, wobei das Schleifgerät selbsttätig innerhalb
dieses Schleifbereichs bleibt. Der Begrenzungsgeber kann eine mechanische
Schranke, beispielsweise in Form einer Wandung, umfassen oder zur
Herstellung einer Strahlungsgrenze, beispielsweise durch einen Strahl oder
einen Vorhang aus Infrarot- oder Radarstrahlung, vorgesehen sein.
Ein Sensorelement kann die mechanische Schranke bzw. Grenze oder
Strahlungsgrenze erkennen und den Signalgeber zur Ausgabe des Signals,
beispielsweise an die Steuereinheit, veranlassen. Als Signalgeber
kann ebenfalls die Steuereinheit dienen, die ein entsprechendes
Signal, beispielsweise zum Umkehren des Schleifgeräts, an die
Bewegungsvorrichtung gibt.
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Ein
gutes Schleifergebnis kann automatisch erreicht werden, wenn in
der Steuereinheit verschiedene Schleifmodi hinterlegt sind und die
Steuereinheit zu einer selbständigen
Auswahl eines Schleifmodus vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise
ist die Steuereinheit zu einem selbständigen Wechsel zwischen Schleifmodi
vorgesehen, insbesondere in Abhängigkeit
von einem erkannten Schleifergebnis.
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Eine
hohe Sicherheit des Schleifsystems kann erreicht werden, wenn die
Steuereinheit zu einem automatischen Abschalten ei ner Schleifeinheit bei
einem Anheben des Schleifgeräts
vorgesehen ist. Dies kann durch einen Kontaktsensor erreicht werden,
der mechanisch, elektrisch oder mittels Strahlung einen Kontakt
des Schleifgeräts
zum Werkstück überwacht.
Hierdurch kann außerdem
ein Herunterfallen des Schleifgeräts vom Werkstück erkannt
und die Schleifeinheit abgeschaltet werden.
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Ein
gutes Schleifergebnis kann durch ein Messmittel zur Messung eines
durch einen Schleifvorgang erzielten Materialabtrags erreicht werden. Der
Schleifvorgang kann überwacht
und ein übermäßiges Abtragen
von Material kann vermieden werden. Das Messmittel kann ein Staubsensor,
beispielsweise in Form einer optischen Lichtschranke, sein. Durch
ein Messmittel zur Messung einer Tiefe bzw. einer Dicke kann die
Dicke einer abgetragenen Materialschicht oder des verbleibenden
Werkstücks gemessen
und der Schleifvorgang entsprechend angepasst werden. Durch ein
Messmittel zur Messung einer Oberflächengüte eines zu bearbeitenden Werkstücks kann
der Schleifvorgang direkt an die Oberfläche angepasst und beispielsweise
mittels einer Eingabeeinheit eine Oberflächengüte eingegeben werden, die automatisch
erstellt wird. Die Oberflächengüte kann
eine Welligkeit, Rauigkeit oder eine Härte des Werkstücks sein.
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Umfasst
die Bewegungsvorrichtung Rollen zum Verfahren des Schleifgeräts, so kann
das Schleifgerät
besonders einfach bewegt werden. Die Rollen können Räder, insbesondere lenkbare
Räder sein.
Eine sehr flexible, schnelle und einfach zu steuernde zweidimensionale
Bewegung kann erreicht werden, wenn die Rollen Kugeln sind. Die
Kugeln können
mit jeweils zwei Motoren, die jeweils für eine Bewegung in einer Dimension
zuständig
sind, angetrieben werden.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Schleifsystem mit einem automatisch gesteuerten Schleifgerät und einer
Station,
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2 das
Schleifgerät
in einer schematischen Schnittdarstellung und
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3 einen
durch Begrenzungsgeber eingestellten Schleifbereich, innerhalb dessen
sich das Schleifgerät
bewegt.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein Schleifgerät 2 vor
einer Aufnahmeöffnung 4 einer
Station 6. Das Schleifgerät 2 umfasst einen
Akkumulator 8 zur Versorgung mit Betriebsstrom, einen Staubbehälter 10,
der mit einem Übergabeelement 12 verbunden
ist, und eine Steuereinheit 14, die mit einer Sende- und
Empfangseinheit 16 verbunden ist. Der Akkumulator 8 ist über Leitungen 18 mit
zwei Steckern 20 verbunden, die zum Einstecken in entsprechende
Buchsen 22 der Station 6 vorgesehen und mit einer
Stromversorgungseinheit 24 verbunden sind. Die Stromversor gungseinheit 24 ist
als Transformator ausgeführt,
der über
Leitungen 26 mit einem nicht dargestellten Netzanschluss
verbunden ist. Ebenfalls in der Station 6 angeordnet sind ein
Staubbehälter 28 und
eine Entleerungseinheit 30 in Form eines Gebläses, das
mit einem Übergabeelement 32 verbunden
ist. Des Weiteren umfasst die Station 6 eine Steuereinheit 34,
die mit zwei Sende- und Empfangseinheiten 36 verbunden
ist. Die Steuereinheit 34 dient zur Fernsteuerung des Schleifgeräts 2.
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2 zeigt
das Schleifgerät 2 auf
einem Werkstück 38 in
einer schematischen Schnittdarstellung. An vier Außenkanten
sind optische Sensoren 40 angeordnet, die jeweils die am
weitesten außen liegenden
Elemente des Schleifgeräts 2 bilden.
Alternativ können
mechanische Sensoren verwendet werden. Innerhalb eines Gehäuses 44 des
Schleifgeräts 2 sind
die Steuereinheit 14, der in 2 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellte Staubbehälter 10 und eine Bewegungseinheit 46 angeordnet,
die zum Drehen eines Schleifelements 48, wie durch einen
Pfeil 50 dargestellt, und zum Heben und Senken, wie durch
einen Pfeil 52 dargestellt, bzw. zum Aufdrücken des
Schleifelements 48 auf das Werkstück 38 vorgesehen ist.
Das Schleifelement 48 weist ein Schleifmittel auf, das
in eine Metallplatte eingesinterte oder geschmolzene körnige Schleifteilchen
umfasst. Durch den metallischen Träger ist das Schleifelement 48 sehr
langlebig und setzt nicht schnell zu. Das Schleifelement 48 kann
durch die Bewegungseinheit 46 wie ein Schwing- oder Exzenterschleifer betrieben
werden oder durch eine schnelle und leichte oszillierende Bewegung
schleifen.
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Ebenfalls
innerhalb des Gehäuses 44 angeordnet
ist eine schematisch dargestellte Bewegungsvorrichtung 54 mit
einem Motor 55, der Kugeln 42 zur Bewegung des
Schleifgeräts 2 antreibt.
Das Schleifgerät 2 kann
vier oder mehr Kugeln aufweisen, von denen in 2 nur
zwei dargestellt sind. Der Antrieb jeder Kugel erfolgt zweidimensional,
so dass das Schleifgerät 2 sowohl
vorwärts
und rückwärts als auch
seitwärts
sowie in alle dazwischen liegenden Richtungen fahren kann, ohne
sich drehen zu müssen.
Am Boden des Gehäuses 44 sind
ein Tiefensensor 56 und ein Oberflächensensor 58 angeordnet,
die jeweils mit der Steuereinheit 14 verbunden sind.
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3 zeigt
das Schleifgerät 2,
die Station 6 sowie vier optische Begrenzungsgeber 60,
die durch vier aus Infrarotstrahlung erzeugte Schranken 62 einen
Schleifbereich 64 vorgeben. Die Begrenzungsgeber 60 wurden
durch einen Bediener auf das Werkstück 38 aufgelegt und
umfassen jeweils vier Sende- und Empfangseinheiten 66 zum
Empfangen und Aussenden von infrarotem Licht.
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Zum
Schleifen des Werkstücks 38 werden die
Station 6, das Schleifgerät 2 und die Begrenzungsgeber 60 auf
das Werkstück 38 aufgesetzt
und eingeschaltet und ein Schleifmodus wird über eine Eingabe 68 der
Station 6 von einem Bediener eingestellt. Nach der Eingabe
eines Startbefehls über
die Eingabeeinheit 68 veranlasst die Steuereinheit 34 über die
Sende- und Empfangseinheiten 36 das
Aussenden von kodierter Infrarotstrahlung, die auf zumindest eine
Sende- und Empfangseinheit 66 der benachbarten Begrenzungsgeber 60 auftrifft
und dort registriert wird. Hierdurch werden die Begrenzungsgeber 60 aktiviert
und senden ihrerseits über
eine Sende- und Emp fangseinheit 66 Infrarotstrahlung an die
nächsten
Begrenzungsgeber 60, die hierdurch ebenfalls aktiviert
werden und so weiter, bis die Infrarotstrahlung die jeweils andere
Sende- und Empfangseinheit 36 der Station 6 erreicht
und von der Steuereinheit 34 registriert wird. Hierdurch
wird sichergestellt, dass der Infrarotzaun rings um den Schleifbereich 64 geschlossen
ist. Nun sendet die Steuereinheit 34 über eine der Sende- und Empfangseinheiten 36 ein
Startsignal an den Empfänger 16 des
Schleifgeräts 2,
das von der Steuereinheit 14 verarbeitet wird. Dieses Signal
beinhaltet sowohl den vorher eingegebenen Schleifmodus, eine vom Schleifgerät 2 zu
fahrende Schleifbahn 70 sowie das Startsignal zum Bewegen
und Schleifen für
das Schleifgerät 2.
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Das
Schleifgerät 2 nimmt
nun seine Schleiftätigkeit
auf und fährt
auf der durch die Steuereinheit 34 vorgegebenen Schleifbahn 70 im
Schleifbereich 64 das Werkstück 38 schleifend umher,
wie in 3 angedeutet ist. Die von der Steuereinheit 34 vorgegebene
Schleifbahn 70 kann eine systematische Bahn sein oder,
wie in 3 dargestellt, eine Zufallsbahn.
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Die
Sensoren 40 sind Signalgeber zur Ausgabe eines Signals
bei einem Überschreiten
der Schranke 62. Jedes Mal, wenn einer der Sensoren 40 vom
Infrarotstrahl der Schranke 62 getroffen wird, wird ein
Befehl zum Umdrehen oder für
eine starke Richtungsänderung
des Schleifgeräts 2 gegeben.
In einem Alternativbeispiel kann die Schranke eine mechanische Schranke
sein und die optischen Sensoren 40 mechanische Sensoren,
vorteilhafterweise ein weicher, um das Schleifgerät 2 umlaufender
Ring – ähnlich einer
Stoßstange,
der bei Verwen dung der mechanischen Schranke einen Aufprall des
Schleifgeräts 2 auf
die Schranke dämpft.
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Während des
Schleifens wird vom Schleifelement 40 Material vom Werkstück 38 abgetragen und über eine
nicht dargestellte Saugvorrichtung durch Öffnungen 72 im Gehäuse 44 in
den Staubbehälter 10 transportiert.
Durch einen nicht dargestellten Füllstandssensor wird der Befüllungsgrad
des Staubbehälters 10 von
der Steuereinheit 14 überwacht.
Ist der Staubbehälter 10 bis
zu einem vorgegebenen Grenzwert gefüllt, so gibt die Steuereinheit 14 ein
entsprechendes Signal an die Steuereinheit 34, die das
Schleifgerät 2 in
die Aufnahmeöffnung 4 der
Station 6 dirigiert. Durch das Einfahren des Schleifgeräts 2 in
die Aufnahmeöffnung 4 werden
die Übergabeelemente 12, 32 aneinander
gelegt und anschließend
wird das Gebläse
der Entleerungseinheit 30 gestartet und eine Entleerung
des Staubbehälters 10 wird
begonnen. Durch das Einfahren des Schleifgeräts 2 in die Aufnahmeöffnung 4 werden
außerdem die
Stecker 20 in die Buchsen 22 eingeführt und
der Akkumulator 8 wird aufgeladen. Nach ausreichenden Entleerungs-
und Aufladevorgängen
wird von der Steuereinheit 34 das erneute Ausfahren des
Schleifgeräts 2 veranlasst
und der Schleifprozess wieder aufgenommen.
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Mit
Hilfe des Tiefensensors 56 und des Oberflächensensors 58 wird
das Werkstück 38 während des
Schleifvorgangs fortwährend überwacht.
Wurde beispielsweise eine Solldicke des Werkstücks 38 von einem Bediener
durch eine Eingabe in der Eingabeeinheit 68 vorgegeben,
so wird das Werkstück 38 durch
den Tiefensensor 56 dementsprechend überwacht. Kommt die Istdicke
der Solldicke nahe, so wird an der betreffenden Stelle ein Anpressdruck
des Schleifelements 48 auf das Werkstück 38 verringert und
durch diese Änderung
des Schleifmodus ein nur geringes Abtragen der Oberfläche des
Werkstücks 38 bewirkt.
An dickeren Stellen des Werkstücks 38 wird
der Anpressdruck erhöht
und mehr Material abgetragen. An Stellen, an denen die Solldicke
erreicht ist, wird der Anpressdruck des Schleifelements 48 auf
das Werkstück 38 auf
null gesetzt und hierdurch ein weiteres Abtragen von Material verhindert.
Entsprechende Schleifmodi sind in der Steuereinheit 14 oder
der Steuereinheit 34 hinterlegt, wobei die Steuereinheit 14 bzw. 34 zu
einer selbständigen
Auswahl eines vorteilhaften Schleifmodus vorbereitet ist.
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Wurde
eine Oberflächengüte vom Bediener vorgegeben,
so wird die Oberfläche
des Werkstücks 38 durch
den Oberflächensensor 58 überwacht
und der Schleifmodus entsprechend der Oberfläche angepasst. Bei einer rauen
Oberfläche
wird beispielsweise der Anpressdruck erhöht, und bei einer glatten Oberfläche wird
der Anpressdruck verringert. Alternativ kann eine Schleifgeschwindigkeit
oder eine Vibrationsfrequenz verändert
werden, so dass das gewünschte
Schleifergebnis schnell und präzise
erreicht wird. Wird in einem anderen Bearbeitungsmodus lediglich
eine abzutragende Materialmenge von einem Bediener vorgegeben, so
kann der während des
Schleifvorgangs erzielte Materialabtrag entweder durch den Tiefensensor 56 und/oder
den Oberflächensensor 58 überwacht
werden.
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Durch
einen nicht dargestellten Staubsensor im Bereich der Öffnungen 72 kann
zusätzlich
ein Abtrag von Material vom Werkstück 38 ermittelt werden und
mit Hilfe der Steuereinheit 14 darauf geschlossen werden,
ob das Schleifelement 48, bei spielsweise beim Schleifen
von Lack, zugesetzt ist und als Folge der Materialabtrag sehr gering
ist. Durch einen von der Steuereinheit 14 veranlassten
Wechsel des Schleifmodus, beispielsweise zu einem langsameren Bewegen
des Schleifelements 48 mit einem höheren Druck auf das Werkstück 38,
kann einem weiteren Zusetzen des Schleifelements 48 entgegengewirkt und
das Schleifelement 48 eventuell wieder gereinigt werden.
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Durch
den Tiefensensor 56 wird außerdem der Abstand vom Schleifgerät 2 zum
Werkstück 38 überwacht. Überschreitet
dieser Abstand einen vorgegebenen Wert, so wird ein entsprechendes
Signal des Tiefensensors 56 von der Steuereinheit 14 ausgewertet
und die Bewegungsvorrichtung 54 sowie die Bewegungseinheit 46 werden
abgeschaltet. Hierdurch werden bei einem Anheben des Schleifgeräts 2 das
Schleifelement 48 und ein Verfahren des Schleifgeräts 2 automatisch
abgeschaltet.
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Als
zusätzlicher
Sicherheitsmechanismus wird ein Anpressdruck der Kugeln 42 in
einem nicht dargestellten Fahrwerk gemessen und von der Steuereinheit 14 erkannt,
wenn eine der Kugeln 42 in der Luft hängt. Von einem Bediener kann
eingestellt werden, ob bei einem solchen Fall die Bewegungsvorrichtung 54 sowie
die Bewegungseinheit 46 abgeschaltet und somit ein Herunterfallen
des Schleifgeräts 2 vom
Werkstück 38 vermieden
werden soll. Bei sehr unebenen Werkstücken kann diese Sicherheitsvorkehrung
beispielsweise erst bei einem In-der-Luft-Hängen
von mindestens zwei oder mehr Kugeln 42 veranlasst werden.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann die Steuerung der Bewegungsvorrichtung 54 direkt
von der Steuereinheit 14 ge steuert werden, die die bedienerfreie
Lenkung des Schleifgeräts 2,
beispielsweise entlang einer von der Steuereinheit 14 überwachten Schleifbahn 70 überwacht.
Die Steuereinheit 34 steuert in diesem Fall nur die Elemente
der Station 6 und die Begrenzungsgeber 60.