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Die Erfindung betrifft eine Bürstenherstellungsmaschine mit wenigstens einer Bearbeitungseinrichtung, die zur Bearbeitung von zumindest einem Bürstenkörper wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug aufweist und mit zumindest einer Halte- und Positioniereinrichtung, welche einen oder mehrere Bürstenkörper und das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug relativ zueinander bewegt, wobei der oder die Bürstenkörper jeweils durch wenigstens ein Spannmittel an der Halte- und Positioniereinrichtung gehalten ist.
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Bürstenherstellungsmaschinen sind seit geraumer Zeit wohlbekannt und kommen in unterschiedlichen Ausbildungen zum Einsatz. So kennt man beispielsweise Bürstenherstellungsmaschine als Zwillingsmaschinen mit Bohr- und Stopfwerkzeugen, bei denen das Anbohren des Bürstenkörpers ebenso wie das Stopfen der Borstenbündel zwar sequentiell, aber von der gleichen Maschine übernommen werden. Hierbei wurde seit vielen Jahren die Maschinenleistung stetig gesteigert. Inzwischen stößt diese Leistungsfähigkeit jedoch an eine Grenze, die nicht mehr, wie früher, vom eigentlichen Bohr- und Stopfvorgang bestimmt ist, sondern durch die Positionierleistung der Bürstenkörper.
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Zur Herstellung von Bürsten werden Bürstenkörper entsprechend der Bündelpositionen sequentiell vor ein Stopfwerkzeug bewegt. Wenn der Bürstenkörper zusätzlich noch gebohrt werden muss (etwa bei Holzkörpern), ist der Bürstenkörper in gleicher Art und Weise vor der Bohrmaschine zu positionieren. Bei Zwillingsmaschinen mit Bohrmaschine sind dementsprechend beispielsweise vier Bürstenkörper synchron zu positionieren. Um den Steuerungsaufwand nicht ausufern zu lassen, werden üblicherweise alle zu bewegenden Bürstenkörper mechanisch gekoppelt.
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Bisher genügte es, zum Erreichen einer höheren Maschinenleistung immer stärkere und dynamischere Servomotoren und Servoregler für die Bürstenkörperbewegung einzusetzen. Dies kann zwischenzeitlich nicht mehr als ausreichend angesehen werden, da die Kraftübertragung zwischen Servomotor und Bürste zu labil ist. Eine Verbesserung dieser Kopplung ist jedoch kaum noch möglich, da die Übertragungselemente (Getriebe, Zahnriemen, Hebel etc.) zu groß und schwer würden, was zu einer Einschränkung der Bewegungsmöglichkeiten und somit der möglichen Bürstenmuster führen würde. Zudem wären größere und stabilere Servomotoren etc. nötig, die zusammen mit der ebenfalls stärkeren Mechanik den Bewegungsraum weiter begrenzten. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die Bürstenkörper bei der Positionierung nachschwingen, wodurch ein qualitativ gutes Bohr- und Stopfergebnis an den einzelnen Bürstenkörpern nicht länger gewährleistet ist.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine Bürstenherstellungsmaschine zur Verfügung zu stellen, bei welcher trotz der letzten Endes immer vorhandenen Instabilität im Strang zwischen Antrieb und Bürstenkörper eine sichere, zuverlässige und stabile Positionierung gewährleistet ist, um qualitativ hochwertige Bürsten fertigen zu können.
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Diese gegebenenfalls zunächst widersprüchlich erscheinende Aufgabe wird gelöst mit eine Bürstenherstellungsmaschine der eingangs genannten Art, bei der dem jeweiligen Spannmittel zumindest ein Stellelement zugeordnet ist, und dass das zumindest eine Stellelement Schwingungen des zugeordneten Bürstenkörpers ausgleicht. Das gewünschte reproduzierbare Bearbeitungsergebnis an den jeweiligen Bürstenkörpern wird demnach dadurch erreicht, dass im Bereich des die Bürste an der Halte- und Positioniereinrichtung haltenden Spannmittels wenigstens ein Stellelement vorgesehen ist, welches das Nachschwingen des Bürstenkörpers, quasi dessen Antwort auf den Positioniervorgang, ausgleicht. Damit bildet das zwischen Halte- und Positioniereinrichtung und Spannmittel angeordnete Stellelement also eine Art zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad pro Bewegungsachse für den Bürstenkörper. Das zumindest eine Stellelement kann hierbei mehrachsig ausgeführt sein, ebenso können einem Spannmittel mehrere Stellelemente, beispielsweise eines an jedem Ende des Bürstenkörpers, zugeordnet sein.
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Um die auszugleichende Schwingung des Bürstenkörpers sicher und zuverlässig erfassen zu können und hierdurch die zutreffende, durch das Stellelement zu vermittelnde Kompensationsbewegung für die jeweilige Schwingung einleiten zu können kann vorteilhafterweise bei einer Ausführung der Bürstenherstellungsmaschine der Positioniervorrichtung wenigstens ein, insbesondere jedem Spannmittel wenigstens ein Sensor zugeordnet sein, der Schwingungen jedes zugeordneten Bürstenkörpers erfasst. Bevorzugt kann ein solcher Sensor in der Nähe eines Spannmittels angeordnet sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Bürstenherstellungsmaschine können in Ausbildungen des Sensors als Beschleunigungssensor, Geschwindigkeitssensor oder Abstandssensor bestehen. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausbildung des wenigstens einen Sensors als Mehrachsensensor, der in der Lage ist, Bewegungen in mehreren Achsen zu erfassen. Ebenso bevorzugt ist eine Anordnung eines solchen Sensors an jedem der Spannmittel, mittels derer ein Bürstenkörper fixiert ist.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführung der Bürstenherstellungsmaschine, die in der Lage ist, die Schwingungen des Bürstenkörpers in geeigneter Weise auszugleichen, kann das zumindest eine Stellelement wenigstens eine antreibbare Verstellachse aufweisen. Dies geschieht insbesondere in einer vertretbaren Geschwindigkeit, die den Herstellungsprozess nicht namhaft verzögert und mit der notwendigen Präzision. Bevorzugt kann dabei das zumindest eine Stellelement eine Mehrzahl von antreibbaren Verstellachsen, insbesondere zwei Verstellachsen aufweisen.
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An dem Spannmittel werden hierzu also ein oder zwei Zusatzachsen zur Schwingungskompensation eingebaut, die die Schwingungen des Bürstenkörpers tilgen oder zumindest dämpfen. Die Nachschwingungen an dem Bürstenkörper sind meist nur in Längs- und Querrichtung der Anordnungsebene der Bürstenkörper relevant, reine Winkelfehler oder Schwingungen in der Tiefe sind hier eher unkritisch. Daher ist es zweckmäßig, ein oder zwei lineare kleine als Servoachsen ausgebildete Verstellachsen, die in den genannten Richtungen wirken, in der Nähe der Bürste einzubauen.
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Die erwähnten Verstellachsen müssen nur den Hub der Schwingungen ausgleichen, und haben somit nur einen sehr kleinen Nutzhub, weswegen bei einer bevorzugten Ausführung der Bürstenherstellungsmaschine der Verfahrweg der Achsen in der jeweiligen Richtung weniger als 5 mm, insbesondere regelmäßig weniger als 1 mm beträgt. Ebenso bevorzugt ist eine Weiterbildung der Bürstenherstellungsmaschine, bei der die die antreibbare Verstellachse bzw. die antreibbaren Verstellachsen des zumindest einen Stellelements wenigstens mit je einer Lagerung und je einem Antrieb versehen sind, insbesondere als Servoachsen ausgebildet sind.
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Bei einer anderen zweckmäßigen Ausbildung der Bürstenherstellungsmaschine, die die auftretenden Schwingungen wirkungsvoll tilgt, ist das zumindest eine Stellelement mit wenigstens einem Lastglied, bevorzugt mit einer Anzahl symmetrisch bezüglich des Bürstenkörpers angeordneten, gegenüber diesem an Verstellachsen beweglichen Lastgliedern versehen. In bereits erwähnter Weise werden hierzu in der Nähe des Bürstenkörpers ein oder zwei zusätzliche Servoachsen als Verstellachsen zur Schwingungsreduzierung eingebaut. Diese Achsen bewegen eine Zusatzmasse als zusätzliches Lastglied, dessen Reaktionskräfte die Bürstenhalterung in der Ruhephase der üblichen Bürstenpositionierung stabilisieren.
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Im Sinne einer Reduzierung des apparativen Aufwandes im Bereich der Halte- und Positioniereinrichtung kann es bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine ein Stellelement einem, mehreren oder allen Spannmitteln gemeinsam zugeordnet werden, um derart beispielsweise einer kollektive Bewegung der Bürstenkörper zu begegnen. Denkbar ist beispielsweise auch, dass allen Spannmitteln ein einzelnes, gemeinsames zusätzliches Lastglied zugeordnet ist, das sich im Bereich der Halte- und Positioniereinrichtung befindet.
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Um die beispielsweise anhand der Sensoren ermittelten Schwingungen der Bürstenkörper in eine passende die Schwingungen dämpfende oder tilgende Reaktion umsetzen zu können, ist es bei einer Ausführung der Bürstenherstellungsmaschine vorgesehen, der Bürstenherstellungsmaschine selbst und/oder der Halte- und Positioniereinrichtung und/oder dem wenigstens einen Stellelement jeweils wenigstens eine Steuereinheit zuzuordnen, welche die Bewegung der Verstellachsen und/oder der Lastglieder manipuliert.
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Die wenigstens eine Steuereinheit kann bei einer zweckmäßigen Weiterbildung einen oder mehrere Regler umfassen, die jeweils eines oder mehrere Stellelemente anhand von Daten ansteuern, die durch den wenigstens einen oder mehrere Sensoren geliefert werden und/oder anhand der direkten Verwendung oder des Vergleichs mit Daten, die in einer Speichereinrichtung hinterlegt sind.
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Um die Arbeitszyklen der Bürstenherstellungsmaschinen weiter optimieren zu können, kann bei einer Weiterbildung die Steuereinheit zur Steuerung von Maschinenachsen in der Speichereinrichtung hinterlegte Daten verwenden, die mittels eines vor dem Produktivbetreib durchgeführten Testverfahrens ermittelt werden und zunächst die Maschinendrehzahl als Taktzyklus optimieren. Hierzu laufen die Maschinenachsen zunächst mehrfach ihr Bewegungsmuster komplett durch, wobei die Maschinenhauptwelle steht. Die virtuelle Maschinendrehzahl ist dabei zunächst niedrig (Startdrehzahl). Anhand eines geeigneten Sensors, z. B. eines Beschleunigungssensors wird ein auftretendes Nachschwingen der Bürstenkörper erkannt. In diesem Fall wird durch gegenphasiges Addieren von entsprechenden Positions-Sollwertschwingungen in den Trajektorien der jeweiligen Maschinenachse versucht, das Nachschwingen separat für jede Positionierung zu reduzieren. Sollte das Nachschwingen aller Maschinenachsen einer Positionierung in einem erlaubten Bereich liegen, wird die virtuelle Maschinendrehzahl erhöht und derselbe Algorithmus gestartet. Sollte sich allerdings bei einer Positionierung das Nachschwingen in einer oder mehreren Maschinenachsen nicht mehr reduzieren lassen, wird die virtuelle Maschinendrehzahl bei dieser Positionierung auf den Mittelwert der aktuellen und der letzten funktionierenden Maschinendrehzahl reduziert. Sollte die Solldrehzahländerung nach mehreren solcher Durchgängen einen Mindestwert unterschreiten, wird das Testverfahren beendet, da an dieser Stelle keine Verbesserung mehr möglich ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine ist diese zur Reduzierung der Standzeit bei der Herstellung mit jeweils wenigstens einem Bohrwerkzeug und/oder wenigstens einem Stopfwerkzeug, insbesondere einer Mehrzahl von Bohr- und Stopfwerkzeugen als Bearbeitungswerkzeugen versehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in teilweise schematisierter Darstellung
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1a eine ebene Seitenansicht einer Bürstenherstellungsmaschine nach dem Stand der Technik;
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1b eine Draufsicht auf das Detail X der 1a;
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2a eine ebene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine mit Stellelement;
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2b eine Draufsicht auf das Detail Y der 2a;
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3a eine ebene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bürstenherstellungsmaschine mit Stellelement und Lastglied;
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3b eine Draufsicht auf das Detail Z der 3a;
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Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Bürstenherstellungsmaschine weist in den 1a, 2a und 3 ein Maschinengehäuse 2 auf, das auf Stellfüßen 3 auf einem Boden 4 steht. In den 1b, 2b und 3b sind zu den Figuren mit jeweils gleicher Ordnungsnummer die mit einem Großbuchstaben bezeichneten, kreisförmigen Detailausschnitte gezeigt.
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Die Bürstenherstellungsmaschine 1 der 1a, 2a und 3a weist drei Bohrwerkzeuge 5 und zwei Stopfwerkzeuge 6 als Bearbeitungswerkzeuge 7 auf, die jeweils abwechselnd nebeneinander angeordnet sind.
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Unterhalb der Bearbeitungswerkzeuge 7 ist eine nur schematisch dargestellte Halte- und Positioniereinrichtung 8 für zu bearbeitende Bürstenkörper 9 vorgesehen. Die einzelnen Bürstenkörper 9 sind jeweils mittels eines Spannmittels 10 an der Halte- und Positioniereinrichtung 8 gehalten und mit deren Hilfe vor einem der Bearbeitungswerkzeuge 7 positionierbar. In sämtlichen Figuren der Zeichnung sind dabei die Bürstenkörper 9 in einer für den Betrachter aufrechten Stellung zu erkennen.
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Die Halte- und Positioniereinrichtung 8 dient dabei einerseits zum Verschieben eines Bürstenkörpers 9 von einem Bohrwerkzeug 5 hin zu einem Stopfwerkzeug 6, andererseits zum Positionieren eines Bürstenkörpers 9 an dem jeweiligen Bearbeitungswerkzeug 7, um nacheinander alle Bohr- beziehungsweise Stopfpositionen am Bürstenkörper 9 vor das jeweilige Bearbeitungswerkzeug 7 zu bringen, so dass die einzelnen Bündelaufnahmelöcher 11 gebohrt und anschließend in die Bündelaufnahmelöcher 11 jeweils ein nicht dargestelltes Borstenbündel eingestopft werden kann. Die Spannmittel 10 sind dazu einerseits in allen drei Ebenen linearverschiebbar, andererseits in Längs- und Querrichtung neigbar gelagert, was bedeutet, dass die Halte- und Positioniereinrichtung 8 eine 5-achsige Einheit bildet. Durch die Anordnung der Bohrwerkzeuge 5 und der Stopfwerkzeuge 6 kann jeweils durch Verschieben aller Spannmittel 10 um eine Position nach links beziehungsweise rechts ein zuvor gebohrter Bürstenkörper 9 bestopft werden, ein zuvor bestopfter Bürstenkörper 9 entnommen und durch einen neuen Bürstenkörper 9 ersetzt werden, welcher neuer Bürstenkörper 9 im darauffolgenden Arbeitszyklus vor eines der Bohrwerkzeuge 5 positioniert wird, um die Bündelaufnahmelöcher 11 zu bohren.
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In den Figuren, insbesondere in den Detailausschnitten ist dabei weiter gut erkennbar dass die Bürstenkörper 9 in zwei Spannwerkzeugen 15 des Spannmittels 10 eingespannt sind, die wiederum an der Halte- und Positioniereinrichtung 8 angeordnet sind. In der 1b ist dabei gut zu -erkennen, dass an dem Spannmittel 10 ein Sensor 12 befestigt ist, der in mehreren Achsen die Schwingungen des Bürstenkörpers 9 misst. In den 1a und 1b ist dabei zunächst auf die Darstellung von Ausgleichsmaßnahmen verzichtet.
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Derartige Ausgleichsmaßnahmen zur Dämpfung und/oder Tilgung von Schwingungen sind den folgenden Figuren zu entnehmen. So zeigen die 2a und 2b an den Spannmitteln 10 Stellelemente 20, die als Verstellachsen in X- und Y-Richtung ausgebildet sind, also in der Lage sind, Bewegungen in der Betrachtungsebene zu kompensieren und die zwischen dem Spannmittel 10 und der Halte- und Positioniereinrichtung 8 angeordnet sind. Die betreffenden Achsen bestehen dabei aus Lagerung und Antrieb, was jedoch nicht weiter dargestellt ist, und gleichen die Schwingungen aus, die bei einer schnellen Positionierung der Bürstenkörper durch die Halte- und Positioniereinrichtung 8 entstehen, wobei deren Verfahrweg im Bereich < 1 mm ist. Man erkennt auch, dass die Stellelemente 20 sich an beiden Enden der jeweiligen Bürstenkörper 9 befinden.
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In den 3a und 3b erkennt man demgegenüber zu jedem Bürstenkörper 9 in dessen beiden Endbereichen je ein an der Halte- und Positioniereinrichtung 8 angeordnetes Lastglied 30, das genauso gut auch an dem Spannmittel 10 angeordnet sein könnte. Das betreffende Lastglied 30 ist ein Ausgleichsgewicht, das wiederum jeweils mittels eines Stellelements 20 mit X- und Y-Verstellachse bewegt werden kann. Auch hierbestehen die Verstellachsen aus Lagerung und Antrieb, die nicht näher dargestellt sind. Da pro Bürste zwei Ausgleichgewichte voneinander unabhängig bewegt werden können, kann hierbei nicht nur ein XY-Ausgleich erfolgen, sondern auch ein Drehausgleich, was an dieser Stelle aber eine eher untergeordnete Rolle spielt. Es ist auch vorstellbar, dass nur ein Ausgleichsgewicht für die ganze Halte- und Positioniereinrichtung 8 erforderlich ist.
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Die mehrachsigen Sensoren 12 sind auch in den 2a und 3a an den Spannmitteln 10 zu erkennen.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung betrifft demnach eine Bürstenherstellungsmaschine 1 mit wenigstens einer Bearbeitungseinrichtung, die zur Bearbeitung von zumindest einem Bürstenkörper 9 wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug 7 aufweist, und mit zumindest einer Halte- und Positioniereinrichtung 8, welche einen oder mehrere Bürstenkörper 9 und das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug 7 relativ zueinander bewegt, wobei der oder die Bürstenkörper 9 jeweils durch wenigstens ein Spannmittel 10 an der Halte- und Positioniereinrichtung 8 gehalten ist.
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Um eine Bürstenherstellungsmaschine 1 zur Verfügung zu haben, bei welcher trotz Instabilität im Strang zwischen Antrieb und Bürstenkörper 9 eine sichere, zuverlässige und stabile stabilen Positionierung gewährleistet ist, um qualitativ hochwertige Bürsten fertigen zu können, wird vorgeschlagen, dem jeweiligen Spannmittel 10 zumindest ein Stellelement 20 zuzuordnen, damit das zumindest eine Stellelement 20 Schwingungen des oder der Bürstenkörper 9 ausgleicht.
