-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenherstellungsmaschine mit zumindest einem beweglichen Funktionsglied und einer Vorrichtung zum Reduzieren der durch die Bewegung des Funktionsgliedes verursachten Schwingungen sowie auf ein Verfahren zum Reduzieren der durch die Bewegung eines Funktionsgliedes einer Bürstenherstellungsmaschine verursachten Schwingungen.
-
Bei Bürstenherstellungsmaschinen wie auch im Maschinenbau allgemein besteht das Problem, dass durch bewegliche Teile Schwingungen auftreten, die den zuverlässigen Betrieb der Maschine oder die Qualität der herzustellenden Gegenstände beeinträchtigen können. Man ist daher bestrebt, diese Schwingungen zu eliminieren, zu kompensieren oder zu reduzieren. Bürstenherstellungsmaschinen haben viele bewegliche Teile, die zyklische Bewegungen durchführen, wobei neben linearen Bewegungen auch schräge oder rechtwinklige Bewegungen zwischen zwei Bauteilen möglich sind. Dabei gibt es auch Baugruppen, die im Laufe der Zeit an Masse verlieren oder gewinnen, beispielsweise der Materialkasten oder das Bürstenkörpervorratmagazin. Somit ändert sich während des Bearbeitungsvorganges ständig die Bandbreite der Eigenfrequenz einer solchen Baugruppe.
-
Man kennt bereits verschiedene Arten, um die Schwingungen einer Maschine zu reduzieren, die auch bei Bürstenherstellungsmaschinen zum Teil in Kombination miteinander verwendet werden.
-
So kann beispielsweise die ruhende Masse vergrößert werden. Durch Vergrößerung der ruhenden Masse gegenüber der bewegten Masse können Schwingungen reduziert werden. Nachteilig ist jedoch der hierzu erforderliche größere Bauraum für die Maschine. Umgekehrt kann die bewegte Masse verkleinert werden. Werden die bewegten Massen reduziert, so wird auch die Kraft der Schwingungsanregung reduziert und die Schwingungsamplitude ist geringer. Damit die Kraftübertragung jedoch noch gewährleistet ist, muss gegebenenfalls auf Sonderwerkstoffe mit hoher Steifigkeit zurückgegriffen werden oder die Geometrie der bewegten Teile muss beispielsweise durch FEM-Analysen optimiert werden. Es ist auch möglich, die Materialeigenschaften der ruhenden Masse zu verändern, da manche Materialien wie beispielsweise Gusseisen Schwingungen besser absorbieren als andere.
-
Es ist auch möglich, zu einer Bewegung in eine Richtung eine Gegenbewegung in die entgegengesetzte Richtung zu erzeugen. Dies kann auch über reduzierte Massen mit entsprechenden Übersetzungsgeometrien erfolgen. Eine solche Vorrichtung zur Erzeugung von Ausgleichsbewegungen ist beispielsweise in der
EP 1 561 397 B1 beschrieben. Der Vorteil einer solchen Vorrichtung besteht darin, dass sich die Massen auch bei veränderten Geschwindigkeiten anpassen. Nachteilig ist jedoch der erforderliche Bauraum mit zusätzlichen Baugruppen.
-
Auch kennt man die Möglichkeit, mehrere Baugruppen durch Dämpfungselemente zu entkoppeln, um ein Übertragen von Schwingungen durch passives Dämpfen zu vermeiden. Nachteilig hierbei ist jedoch die geringe Positionsgenauigkeit. Bei Schwingungen in einem bekannten Bandbreitebereich werden auch Schwingungstilger eingesetzt, die den Schwingungen entgegenwirken. Dazu werden meist große Massen verwendet, die über Federn angekoppelt werden. Der Nachteil dieses passiven Tilgens ist die Begrenzung auf eine jeweilige Bandbreite der Schwingungen.
-
Es besteht die Aufgabe, eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer Vorrichtung zur Reduzierung von Schwingungen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auftretende Schwingungen reduziert werden können und die Nachteile der bislang verwendeten Maßnahmen zur Schwingungsreduzierung beseitigt oder zumindest reduziert werden können.
-
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die Vorrichtung für ein aktives Tilgen und/oder ein aktives Dämpfen der Schwingungen ausgebildet ist. Ein aktives Tilgen oder Dämpfen wird im Bereich der Bürstenherstellungsmaschinen bislang nicht eingesetzt. Durch aktives Tilgen oder Dämpfen kann jedoch ein optimiertes Ergebnis der Schwingungsreduzierung bei geringem Platzbedarf für die Vorrichtung zur Schwingungsreduzierung erzielt werden. Insbesondere können die Tilgungs- oder Dämpfungseigenschaften eingestellt und bei sich ändernden Bedingungen, beispielsweise bei Masseänderungen des Materialkastens oder des Bürstenkörpervorratsmagazins, dynamisch an die aktuellen Bedingungen angepasst werden.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vor, dass die Vorrichtung zumindest einen Sensor zur Erfassung der zu reduzierenden Schwingungen, eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der Sensor-Daten sowie zumindest ein in abhängigkeit der Sensor-Daten ansteuerbares Aktor-Element für eine Gegenbewegung des Funktionsgliedes aufweist. Sowohl Sensor wie auch Aktor-Element können dabei direkt an dem Funktionsglied, beispielsweise einem Stopfwerkzeug, einem Positionierwerkzeug oder einem Materialkasten, oder indirekt über ein mit dem oder den Funktionsgliedern gekoppelten Element, beispielsweise einer mehrere Funktionsglieder tragenden Funktionseinheit oder einem Ständerteil, an das/die Funktionsglied(er) angekoppelt sein. Insbesondere bei mehreren Funktionsgliedern, die jeweils unterschiedliche Schwingungen verursachen, kann eine indirekte Ankopplung des Sensors und des Aktor-Elements an einer die einzelnen Funktionsglieder tragenden Funktionseinheit oder einem Ständerteil sinnvoll sein, um mit einer einzigen Vorrichtung die resultierende Schwingung zu erfassen, mittels dem zumindest einen Aktor-Element eine entsprechende Gegenschwingung zu erzeugen und so die ursprünglichen Schwingungen zu reduzieren oder zu eliminieren.
-
Je nach Art der Bürstenherstellungsmaschine ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Sensor ein Beschleunigungssensor oder ein Wegsensor ist.
-
Bei einer Vorrichtung zum aktiven Dämpfen kann es zweckmäßig sein, wenn das zumindest eine Aktor-Element ein steuerbarer Dämpfer ist. Somit lassen sich einerseits Schwingungen eliminieren. Treten Schwingungen einer bestimmten Bandbreite auf, kann der Dämpfer entsprechend eingestellt werden. Ändert sich die Bandbreite der Schwingungen, so können die Eigenschaften des Dämpfers entsprechend modifiziert und angepasst werden.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dämpfungs- oder Tilgungseigenschaften der Vorrichtung einstellbar sind. Dadurch können die Eigenschaften der Bürstenherstellungsmaschine variabel gesteuert und an die jeweilige Bearbeitungssituation angepasst werden.
-
Beispielsweise kann bei einem Stopfwerkzeug die Aufhängung über einen aktiven Dämpfer vor dem Stopfvorgang hart eingestellt und so das System schwingungstechnisch beruhigt werden, damit die Zunge, die das Borstenbündel in das Aufnahmeloch des Bürstenkörpers stopft, das Loch genau treffen kann. Beim Stopfen selbst, beziehungsweise im Moment des Auftreffens der Zunge auf den Bürstenkörper, kann das System gelockert, also eine weichere Dämpfung eingestellt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass Bauteile der Bürstenaufhängung oder des Werkzeugantriebs durch zu starre Ankopplungen beschädigt werden.
-
Andererseits kann bei einem positionierbaren Maschinenteil während der Positionierbewegung eine weiche Dämpfung eingestellt werden, um ein schnelleres Positionieren zu ermöglichen. Nach dem Positionieren kann die Dämpfung verstärkt werden, um die gewünschten Dämpfungseigenschaften zur Schwingungsreduzierung während des Bearbeitungsvorgangs zu erzielen.
-
Das zumindest eine Aktor-Element kann insbesondere ein Element auf Basis elektrorheologischer Flüssigkeit oder magnetorheologischer Flüssigkeit sein. Solche Systeme ermöglichen die Anpassung der Dämpfungs- oder Tilgungseigenschaften in wenigen Millisekunden. Durch Veränderung eines elektrischen beziehungsweise magnetischen Feldes bilden in einer Trägerflüssigkeit befindliche Partikel Ketten, die die Fließeigenschaften der Trägerflüssigkeit verändern. Systeme auf Basis elektrorheologischer Flüssigkeiten weisen gegenüber solchen auf Basis magnetorheologischer Flüssigkeiten den Vorteil schnellerer Reaktionszeiten auf. Zudem tritt bei Systemen auf Basis elektrorheologischer Flüssigkeiten kein mechanischer Verschleiß auf.
-
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Reduzieren der durch die Bewegung eines Funktionsgliedes einer Bürstenherstellungsmaschine verursachten Schwingungen. Die Erfindung ist hinsichtlich des Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen durch aktives Tilgen und/oder aktives Dämpfen der Schwingungen reduziert werden. Dabei ergeben sich die bereits bei der Erläuterung der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine erläuterten Vorteile.
-
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigt, zum Teil schematisiert:
-
1 eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer Vorrichtung zum Reduzieren von Schwingungen,
-
2 eine Bürstenherstellungsmaschine mit gegenüber 1 anders angeordneter Vorrichtung zum Reduzieren von Schwingungen,
-
3 eine Bürstenherstellungsmaschine mit steuerbaren Dämpfern zur Schwingungsreduzierung und
-
4 eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer gegenüber einem Grundständer positionierbaren Funktionseinheit.
-
Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Bürstenherstellungsmaschine weist gemäß 1 ein Ständerteil 2 auf, das über Stellfüße 3 auf dem Boden 4 steht. Das Ständerteil 2 ist über Verbindungsglieder 5 mit einer Funktionseinheit 6 verbunden, die mehrere Funktionsglieder 7 aufweist. Die Funktionsglieder 7 stellen verschiedene bewegliche Teile der Bürstenherstellungsmaschine 1 dar, beispielsweise Stopfwerkzeuge oder Positioniereinrichtungen für Bürstenkörper. Die unterschiedlichen, von den Funktionsgliedern 7 erzeugten Schwingungen werden auf die Funktionseinheit 6 übertragen. Je nach Härte der Verbindungsglieder 5 werden diese Schwingungen zwischen der Funktionseinheit 6 und dem Ständerteil 2 gedämpft oder an das Ständerteil 2 übertragen. Ein Teil der übertragenen Schwingungen wird auch durch die Stellfüße 3 gegenüber dem Boden 4 eliminiert. Die verbliebenen Schwingungen werden von einer Vorrichtung 8 aufgenommen und eliminiert oder zumindest reduziert. Die Vorrichtung 8 weist dazu an dem Ständerteil 2 angeordnete Sensoren 9 auf, die die verbliebenen Schwingungen erfassen. Die Sensoren 9 sind bei der in 1 dargestellten Ausführungsform Beschleunigungssensoren. Die Sensoren 9 sind mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung 10 verbunden, an die die Sensordaten übermittelt werden. In einer Sensordatenaufnahme 11 werden die Sensordaten gegebenenfalls aufbereitet und an einen Controller 12 weitergeleitet, der eine Gegenschwingung zur Eliminierung oder Reduzierung der erfassten Schwingungen errechnet. Über einen Verstärker 13 werden die Ausgangssignale der Datenverarbeitungsvorrichtung 10 an Aktor-Elemente 14 übermittelt, die mit dem Ständerteil 2 verbunden sind. Die Aktor-Elemente 14 schwingen dabei so, dass sie den Schwingungen des Ständerteils 2 entgegenwirken und diese so kompensieren und eliminieren oder zumindest reduzieren. Durch diese aktive Schwingungs-Tilgung ist ein ruhigerer Betrieb der einzelnen Funktionsglieder 7 und somit ein zuverlässigerer und sichererer Betrieb der gesamten Bürstenherstellungsmaschine 1 möglich. Der Platzbedarf für die Vorrichtung 8 zur Schwingungs-Reduzierung ist dabei sehr gering.
-
2 zeigt eine Variante der Bürstenherstellungsmaschine 1 aus 1, bei der die Sensoren 9 und die Aktor-Elemente 14 nicht an dem Ständerteil 2, sondern an der Funktionseinheit 6 angeordnet sind und somit die an der Funktionseinheit 6 auftretenden Schwingungen direkt erfasst und eliminiert oder reduziert werden.
-
Bei der Bürstenherstellungsmaschine 1 gemäß 3 sind die Sensoren 9 als Wegsensoren ausgebildet und zwischen der Funktionseinheit 6 und dem Ständerteil 2 angeordnet. Funktionseinheit 6 und Ständerteil 2 sind dabei über vergleichsweise weiche Verbindungsglieder 5 miteinander verbunden. Die Sensor-Daten werden ebenfalls einer Datenverarbeitungsvorrichtung 10 zugeführt und dort aufbereitet und verarbeitet. Der Controller 12 der Datenverarbeitungseinrichtung 10 errechnet geeignete Dämpfungsfaktoren für die zwischen Ständerteil 2 und Funktionseinheit 6 angeordneten, als steuerbare Dämpfer ausgebildeten Aktor-Elemente 14 und die Controller-Daten werden über den Verstärker 13 den Aktor-Elementen 14 zugeführt. Durch dieses aktive Dämpfen werden ebenfalls die Schwingungen der Funktionseinheit 6 und somit der einzelnen Funktionsglieder 7 reduziert, gegebenenfalls vollständig eliminiert. Bei Änderungen der Bandbreite der auftretenden Schwingungen können die aktiven, steuerbaren Dämpfer entsprechend eingestellt werden.
-
Bei der Bürstenherstellungsmaschine 1 gemäß 4 ist die Funktionseinheit 6 über in Führungswagen 15 geführte Führungsschienen 16 sowie eine Hub-Stelleinheit 17 an dem Ständerteil 2 gelagert. Die Hub-Stelleinheit 17 weist eine Gewindespindel 18 auf, die über eine Kupplung 19 und eine Getriebe 20 von einem Motor 21 angetrieben wird, um die Funktionseinheit 6 relativ zum Ständerteil 2 positionieren zu können. Der Motor 21 wird von einer Steuereinheit 22 mit einer Positionssteuerung 23 und einem Servoregler 24 angesteuert. Die Positionssteuerung 23 für den Motor 21 ist zudem verbunden mit dem Controller 12 der Datenverarbeitungsvorrichtung 10 zur Ansteuerung der als Stoßdämpfer ausgebildeten Aktor-Elemente 14. Somit kann die Dämpfung der Aktor-Elemente 14 reduziert werden, wenn die Funktionseinheit 6 mit der Hub-Stelleinheit 17 positioniert wird. Bei Erreichen der gewünschten Position der Funktionseinheit 6 kann die Dämpfung wieder verstärkt beziehungsweise auf einen zum Dämpfen der beim Betrieb der Bürstenherstellungsmaschine 1 auftretenden Schwingungen erforderlichen Wert eingestellt werden.
-
Während bei der in 1 und 2 gezeigten Bürstenherstellungsmaschine 1 die Schwingungsreduzierung durch aktives Tilgen erfolgt, erfolgt die Schwingungsreduzierung bei der in 3 und 4 gezeigten Bürstenherstellungsmaschine 1 durch aktives Dämpfen. Auch in den schematisierten Darstellungen wird deutlich, dass hierfür jeweils nur ein geringer Platzbedarf erforderlich ist. Trotzdem können sehr gute Ergebnisse der Schwingungsreduzierung auch bei sich ändernden Bedingungen oder bei Schwingungen in unterschiedlichen oder sich ändernden Bandbreite-Bereichen erzielt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
