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Die Erfindung betrifft eine automatische Vorrichtung zum Bearbeiten von Oberflächen durch Zerspanen (Schleifen, Fräsen, etc.), insbesondere eine Schleifvorrichtung zum Planschleifen von unebenen Oberflächen, beispielsweise zum Planschleifen von Schweißnähten oder zum Entgraten von Schnittkanten. Schleifen wird im Folgenden als repräsentatives Beispiel für ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren verwendet.
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Trotz zunehmender Automatisierung bei der Ver- und Bearbeitung von Werkstücken in der Produktion werden nach wie vor viele Arbeitsschritte manuell ausgeführt. Ein Grund hierfür ist, dass für eine automatische (d.h. robotergestützte) Fertigung häufig große Investitionen für Manipulatoren notwendig sind, die sich in kleineren Betrieben oft nicht lohnen. Einfache und daher kostengünstigere (halb-)automatische Maschinen erreichen oft nicht die gewünschte Genauigkeit oder Flexibilität.
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Beim zerspanenden Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere für Schleifaufgaben ist die Verwendung üblicher Manipulatoren oft sehr aufwändig. Die gewünschte Präzision ist oft nicht mit vernünftigem Aufwand zu erreichen und Toleranzen (Ungenauigkeiten) in der Steuerung und am Werkstück wirken sich unmittelbar negativ auf das Schleifergebnis aus.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine automatische – d.h. durch einen Manipulator – bedienbare Bearbeitungsvorrichtung zur zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen, die mit verhältnismäßig geringem Aufwand ein qualitativ hochwertiges Bearbeitungsergebnis gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Folgenden wird eine Vorrichtung zur automatischen zerspanenden Bearbeitung, beispielsweise zum Schleifen, von Werkstücken beschrieben. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Bearbeitungsmaschine mit einem Werkzeug, das eine Bearbeitungsfläche definiert, an der im Betrieb an einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche Material abgetragen wird. Die Vorrichtung kann des Weiteren einen mit der Bearbeitungsmaschine verbundener verstellbaren Abstandhalter aufweisen, der so neben der Bearbeitungsfläche angeordnet ist, dass dieser eine vorgebbare Relativposition zur Bearbeitungsfläche hat. Der Abstandhalter ist dazu ausgebildet, im Betrieb einen Mindestabstand zwischen einer Soll-Kontur und der Bearbeitungsfläche zu gewährleisten. Dieser Mindestabstand ist dann erreicht, wenn der Abstandhalter an der Soll-Kontur anliegt, wodurch eine weitere Bearbeitung (ein weiterer Materialabtrag von der Werkstückoberfläche) verhindert wird. Die Vorrichtung umfasst des weiteren eine Aufhängung, an der die Bearbeitungsmaschine um eine Drehachse schwenkbar angelenkt ist, sowie einen Aktor, der zwischen der Aufhängung und der Bearbeitungsmaschine so angeordnet ist, dass er ein Drehmoment um die Drehachse auf die Bearbeitungsmaschine bewirken kann. Schließlich umfasst die Vorrichtung eine Steuerung, die dazu ausgebildet ist, den Aktor so anzusteuern, dass das vom Aktor bewirkte Drehmoment das von der Gewichtskraft der Bearbeitungsmaschine bewirkte Drehmoment kompensiert und zusätzlich eine einstellbare Kraft bewirkt die über das Werkzeug an der Bearbeitungsfläche auf das Werkstück ausgeübt wird.
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Die Bearbeitungsmaschine kann eine Schleifmaschine sein, beispielsweise ein Bandschleifer oder ein Schleifscheibenschleifgerät. Bei geeigneter Ausgestaltung der Aufhängung können auch Handgeräte verwendet werden. Das Werkzeug ist in diesem Fall ein Schleifband oder eine Schleifscheibe. Die erwähnte Soll-Kontur kann durch einen Teil Oberfläche des Werkstücks (der neben dem zu bearbeitenden Oberflächenteil liegt) gebildet werden. Der Abstandhalter kann beispielsweise durch eine Stützrolle bzw. Stützwalze gebildet werden, wobei deren Durchmesser und/oder die Position der Drehachse der Stützrolle einstellbar (d.h. justierbar) sein kann.
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Der Aktor ist insbesondere ein haftreibungsfreier Aktor, wobei in diesem Zusammenhang unter haftreibungsfrei verstanden wird, dass die zwischen beweglichen Teilen des Aktors wirkende Haftreibkraft vernachlässigbar gering ist, insbesondere kleiner als 1% der aktuellen Aktorkraft. Auch das Gelenk zwischen Aufhängung und Bearbeitungsmaschine kann praktisch haftreibungsfrei ausgeführt sein, beispielsweise durch Verwendung von Kugellager(n).
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Die Bearbeitungsmaschine ist so an der Aufhängung angelenkt, dass das von der Gewichtskraft der Bearbeitungsmaschine bewirkte Drehmoment um die Drehachse des Gelenks annähernd Null ist. In diesem Fall ist die Bearbeitungsmaschine praktische „ausbalanciert“ (d.h. der Schwerpunkt der Maschine liegt in der Lotrechten unter der Drehachse des Gelenks), und die vom Aktor zu kompensierende Gewichtskraft der Bearbeitungsmaschine ist annähernd Null, weil diese vom Gelenk aufgenommen wird. Eine derartige Anordnung kann auch als Sicherheitsfunktion angesehen werden, da bei kraftfreiem Aktor (z.B. bei Stromausfall oder – bei Verwendung pneumatischer Aktoren – bei Druckabfall) die Gewichtskraft der (unter Umständen sehr schweren) Bearbeitungsmaschine nicht auf dem Werkstück lastet. Im Hinblick auf den erwähnten Sicherheitsaspekt kann es sinnvoll sein, die Aufhängung so auszugestalten, dass der Schwerpunkt der Bearbeitungsmaschine geringfügig neben der Lotrechten durch die Drehachse des Gelenks liegt, und zwar derart, dass die Gewichtskraft (aufgrund des kurzen Hebels) eine verhältnismäßig geringes Drehmoment um die Drehachse bewirkt, sodass – bei kraftfreiem Aktor – die Bearbeitungsmaschine vom Werkstück abhebt. Der erwähnte Hebel, den die Gewichtskraft um den Drehpunkt des Gelenks hat, ist dabei so gering gewählt, dass der Aktor dennoch nur einen (vernachlässigbaren) Bruchteil der Aktorkraft zur Kompensation der Gewichtskraft verwenden muss und der überwiegende Teil der Gewichtskraft vom Gelenk an der Aufhängung aufgenommen wird.
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Ein weiterer hier beschriebener Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zum zerspanenden Bearbeiten eines Werkstücks mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst das Verfahren folgendes: das Einstellen des Abstandshalters auf einen Mindestabstand zwischen Soll-Kontur und Bearbeitungsfläche auf einen Wert größer oder gleich Null (so kann auf keinen Fall zuviel Material abgetragen werden); das Bearbeiten des Werkstücks bis der Abstandhalter auf der Soll-Kontur anliegt und eine weitere Bearbeitung verhindert; das Messen des Überstands der bearbeiteten Werkstückoberfläche in Bezug auf die Soll-Kontur; das Nachjustieren des Abstandshalters um den Wert des gemessenen Überstands; und ein nochmaliges Bearbeiten des Werkstücks bis der Abstandhalter auf der Soll-Kontur anliegt und eine weitere Bearbeitung verhindert.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Abbildungen und die weitere Beschreibung sollen helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Die dargestellten Details sind dabei nicht zwangsläufig als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip zu erläutern. In den Abbildungen zeigt:
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1 zwei Ansichten (Bild a von vorne, Bild b von der Seite) einer möglichen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung mit einer Bandschleifmaschine;
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2 eine schematische Darstellung der der Schleifvorrichtung aus 1 zugrunde liegenden Mechanik;
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3 zeigt schematisch eine Umlenkrolle für das Schleifband und seitlich angebrachte, in der Höhe bzw. im Durchmesser verstellbare Stützrollen als Abstandshalter bei einer Schleifvorrichtung gemäß 1;
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4 zeigt ein Beispiel eines Aktors zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß 1;
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5 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleicher bzw. ähnlicher Bedeutung.
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Die 1a und 1b zeigen die gleiche Schleifvorrichtung 1 in zwei unterschiedlichen Ansichten. 1a zeigt zudem die Schleifvorrichtung beim Schleifen eines Werkstücks 2, wohingegen in 1b die Schleifvorrichtung das Werkstück nicht berührt. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst die Schleifvorrichtung eine Schleifmaschine, im dargestellten Fall eine Bandschleifmaschine 10. Alternativ könnte auch eine Schleifmaschine mit einer Schleifscheibe verwendet werden. Grundsätzlich können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (eine entsprechend angepasste Aufnahmevorrichtung bzw. Halterung vorausgesetzt) herkömmliche Bearbeitungsmaschinen (z.B. Bandschleifer) verwendet werden, die auch für die manuelle Bearbeitung durch Fachpersonal geeignet sind. Das Schleifband 12 (oder alternativ die Schleifscheibe) definiert eine Schleiffläche, welche im Schleifbetrieb an einer zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 2 aufliegt. Im dargestellten Fall ist die Schleiffläche also jener Teil der Mantelfläche der (mit dem Schleifband 12 umhüllten) Umlenkrolle 14 der Bandschleifmachine 12, der beim Schleifen mit dem Werkstück 2 in Kontakt kommt. Die Schleiffläche definiert dabei jene Ebene, in der Material vom Werkstück 2 abgetragen wird.
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Die Schleifmaschine 10 ist um eine Drehachse 14 schwenkbar an einer Aufhängung 3 gelagert. Die schwenkbare Lagerung ist derart gestaltet, dass die Schleifmaschine 10, genauer gesagt die Schleiffläche, zum Werkstück 2 hin und von diesem weg geschwenkt werden kann. Wird auf die Schleifmaschine 10 um de Drehachse 14 ein Drehmoment (in 1b im Uhrzeigersinn) ausgeübt, hat dies eine Kraft F auf das Werkstück im Bereich der Schleiffläche zur Folge (siehe auch 2). Die Aufhängung kann je nach Anwendung sehr unterschiedlich ausgestaltet sein. Im vorliegenden Fall besteht die Aufhängung 3 aus einem Sockel 31, an dem starr ein Winkel 32 befestigt ist. Am unteren Ende des Winkels 32 ist wiederum die Bandschleifmaschine 10 angelenkt. Die Aufhängung 3 muss nicht ortsfest sein, sondern kann beispielsweise auch an einem Manipulator (nicht dargestellt in 1) befestigt sein, welcher die Aufhängung und damit die gesamte Schleifvorrichtung (z.B. entlang einer vorgebbaren Trajektorie) bewegen kann. Bei ortsfester Aufhängung wird das Werkstück 2 bewegt. Die Aufhängung muss annähernd (haft-)reibungsfrei schwenkbar sein. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Kugellager verwendet.
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Zwischen der Aufhängung 3 (im dargestellten Fall dem Sockel 31) und der Schleifmaschine 10 ist ein Aktor 11 so angeordnet, dass er ein Drehmoment um die Drehachse 14 auf die Schleifmaschine 10 bewirken kann. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aktor 11 ein Linearaktor. Dieser kann z.B. als elektrischer Direktantrieb ausgeführt sein oder auch als pneumatischer Aktor. Bei pneumatischen Aktoren kommt der Einsatz von (haft-)reibungsfreien oder annähernd reibungsfreien Aktoren wie z.B. Balgzylindern oder Luftmuskeln in Betracht, die z.B. gegen ein Federelement, das eine Rückstellkraft bewirkt, arbeiten. Der Aktor 11 kann auch einen doppelt wirkenden Pneumatikzylinder aufweisen. In diesem Fall ist keine Feder zum Ausüben einer Rückstellkraft nötig. Problematisch ist bei Schleifaufgaben die zwischen den beweglichen Teilen der Aktoren wirkende Haftreibung. Ein Balgzylinder bzw. ein Luftmuskel weist selbst keine Haftreibung auf, da keine zueinander beweglichen Teile aneinander gleiten müssen. Bei geeigneter Materialpaarung von Kolben und Zylinder kann auch bei Pneumatikzylindern eine vernachlässigbare Haftreibung im Zylinder von 1% der Maximalkraft oder weniger erreicht werden. Das heißt, bei einer maximalen Aktorkraft von 200 Newton beträgt die für die Überwindung der Haftreibung nötige Kraft gerade einmal 2 Newton. Aktoren mit derartig geringer Haftreibung werden als „haftreibungsfreie“ Aktoren bezeichnet. Herkömmliche Aktoren weisen eine rund 20-Mal größere Haftreibung auf. Um eine (nennenswerte) Haftreibung auch in den Lagern zu vermeiden, kann der Aktor z.B. Kugelumlauflager aufweisen. Die praktische Haftreibungsfreiheit des Aktors ist für eine präzise Kraftregelung von großem Vorteil. Eine um ein Newton höhere Reibkraft hätte eine um 10 Newton höhere Ungenauigkeit bei der dynamischen Kraftregelung (d.h. bei sich ändernder Position des Aktors) zur Folge. Dies gilt zumindest dann, wenn die Kraft F direkt, ohne zusätzliche Übersetzung vom Aktor auf die Schleiffläche übertragen werden soll.
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Die Schleifvorrichtung umfasst auch eine Steuerung, die dazu ausgebildet ist, den Aktor so anzusteuern, dass das vom Aktor bewirkte Drehmoment (um die Drehachse 14) das von der Gewichtskraft FG = m·g (m bezeichnet die Masse der Schleifmaschine, g die Gravitationskonstante) der Schleifmaschine 10 bewirkte Drehmoment MG kompensiert und zusätzlich eine einstellbare Kraft F auf die Schleiffläche bewirkt. Idealerweise befindet sich der Schwerpunkt S der Schleifmaschine auf, oder in der Nähe der lotrechten Geraden durch die Drehachse 14, sodass die Schleifmaschine 10 praktisch „ausbalanciert“ ist und das von der Schwerkraft (Gewichtskraft der Schleifmaschine) bewirkte Drehmoment um die Drehachse 14 annähernd Null ist.
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Der Abstandshalter bzw. die Rolle 13 kann, je nach Anwendung, von Bedeutung sein und wird später mit Bezug auf 3 näher erläutert.
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Die Mechanik der Schleifvorrichtung aus 1 ist in 2 noch einmal schematisch dargestellt und auf das Wesentliche reduziert. Die Schleifmaschine 10 wird durch die Umlenkrolle der Bandschleifmaschine symbolisiert, die (über das Schleifband 12) das Werkstück 2 kontaktiert. Zwischen Schleifmaschine 10 und der Aufhängung 3 ist der Aktor 11 angeordnet, der durch ein einfaches Feder-Dämpfer-System symbolisiert wird. In 2 erkennbar ist auch das Lager mit der Drehachse 14, an der die Schleifmaschine 10 an der Aufhängung 3 schwenkbar gelagert ist. Der Schwerpunkt S der Schleifmaschine 10 befindet sich auf der lotrechten Gerade g durch die Drehachse 14. In diesem Fall ist das durch die Gewichtskraft der Schleifmaschine bewirkte Drehmoment um die Drehachse 14 gleich Null und muss nicht durch den Aktor kompensiert werden. Der Aktor 11 muss folglich nur für die zum Schleifen nötige Kraft F auf die Schleiffläche sorgen.
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Je nach Anwendung kann es sinnvoll sein, die Schleifmaschine 10 so an der Drehachse 14 zu lagern, dass der Schwerpunkt (in 2 mit S’ bezeichnet) der Schleifmaschine geringfügig neben der lotrechten Geraden g liegt. Dies hat zur Folge, dass die Gewichtskraft der Schleifmaschine 10 ein geringes Drehmoment um die Drehachse 14 ausübt und zwar derart, dass – wenn der Aktor 11 kraftfrei ist – die Schleifmaschine vom Werkstück abhebt. Dies kann als Sicherheitsfunktion angesehen werden. Sofern der Aktor, z.B. aufgrund eines Stromausfalls (bei elektrischem Aktor) oder aufgrund eines Druckabfalls (bei pneumatischem Aktor) kraftfrei wird, bleibt die Schleifmaschine 10 nicht im Kontakt mit dem Werkstück 2, sondern hebt langsam von diesem ab. Im Schleifbetrieb muss der Aktor das Drehmoment MG (MG = m·g·y, siehe 2) aufgrund der Gewichtskraft der Schleifmaschine kompensieren und zusätzlich ein Drehmoment MS (MS = F·x, siehe 2) aufbringen, das die Schleif-Kraft F bewirkt. Bei der Regelung der Kraft müssen die sich mit der Position der Schleifmaschine ändernden Hebelverhältnisse berücksichtigt werden. Um den Aktor so klein (und damit kostengünstig) wie möglich zu dimensionieren ist der Horizontalabstand y zwischen Drehachse 14 und Schwerpunkt S’ relativ klein, so dass das resultierende Drehmoment MG signifikant kleiner ist als das zum Aufbringen der Schleifkraft F notwendige Drehmoment MS, beispielsweise |MG| < 0,3·|MS|. Das von der Gewichtskraft bewirkte Drehmoment soll lediglich so groß sein, dass die gewünschte Sicherheitsfunktion erfüllt ist (z.B. sanftes Abheben der Schleifmaschine vom Werkstück, bei Druckabfall im Aktor) ohne jedoch den Aktor im Betrieb zu stark zu belasten. Zu beachten ist, dass die Horizontalabstände zwischen x und y (siehe 2) zwischen Drehachse 14 und Schwerpunkt S’ bzw. Drehachse 14 und Schleiffläche keine konstanten Größen sind, sondern abhängig von der Aktorstellung. Die Vorrichtung hat jedoch nur einen Freiheitsgrad (die Aktorstellung, z.B. den Hub des Aktors), daher können aus diesem alle anderen Abstände und Positionen berechnet werden.
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Anhand der Darstellung in 3 wird die Bedeutung der bereits in 1 dargestellten Rolle 13 deutlich. Ein wichtiges Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung ist das Planschleifen von Unebenheiten, beispielsweise von Schweißnähten. Die Rolle 13 ist lediglich ein Beispiel eines Abstandhalters, der mit der Schleifmaschine verbunden ist. Die Rolle 13 ist so neben der Schleiffläche angeordnet, dass diese eine vorgebbare (jedoch einstellbare) Relativposition zur Schleiffläche hat. Im Schleifbetrieb gewährleistet die Rolle 13 einen Mindestabstand zwischen einer Soll-Kontur und der Schleiffläche. Wenn dieser Mindestabstand erreicht ist, liegt die Rolle 13 an der Soll-Kontur an. Die Soll-Kontur kann auch durch die Oberfläche des Werkstücks (neben der Schleiffläche) gebildet werden. Der genannte Mindestabstand kann auch Null sein. Diese Situation ist in 3a und 3b dargestellt.
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Für eine hochgenaue Bearbeitung kann die Position des Abstandhalters (d.h. die Position der Rolle 13 oder deren Durchmesser) auf die Schleiffläche (d.h. das Schleifband oder die Schleifscheibe) abgestimmt sein. Wenn z.B. die Position der Rolle so eingestellt ist, dass die Schleifscheibe die Unebenheit im Vergleich zur Soll-Kontur exakt auf Null schleift, kann dennoch ein Rest überstehen, da die Schleifscheibe bzw. das Schleifband im Laufe des Bearbeitungsvorganges abgenutzt wurde. Bei unbekannten Toleranzen (z.B. beim Durchmesser der Schleifscheibe oder Durchmesser der Abstandsrolle) kann es auch sinnvoll sein, den Abstandhalter auf einen Mindestabstand größer Null einzustellen (z.B. 100µm). Nach Abschluss des Bearbeitungsvorganges (d.h. wenn der Abstandhalter die Soll-Kontur berührt und keinen weiteren Materialabtrag zulässt), kann der tatsächliche Materialüberstand gemessen werden (z.B. 74 µm), und abschließend wird der Abstandhalter um diesen Messwert nachjustiert. Im letzten Schritt kann der Materialüberstand praktisch auf Null abgetragen werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Bearbeitung signifikant erhöht werden. Die erwähnte Messung des Materialüberstandes kann auf verschiedenste Weise erfolgen, beispielsweise auch indirekt über die Messung des tatsächlichen Schleifscheibendurchmessers nach Abschluss des ersten Bearbeitungsschrittes. Jedoch ist auch eine direkte Messung mit Hilfe eines Tastkopfes oder dergleichen möglich.
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Durch Messung des nach dem ersten Bearbeitungsvorganges verbleibenden Überstands (der z.B. auch indirekt über die Messung des Schleifscheibendurchmessers ermittelt werden kann) kann eine Art „Regelkreis“ aufgebaut werden. Auf das Messen des Überstandes der im ersten Schritt bearbeiteten (z.B. schleifen, fräsen) Fläche (Stützrolle wirkt als Anschlag und die Fläche wird nicht mehr bearbeitet) folgt eine Verstellung bzw. Nachjustierung der Stützrolle (d.h. Anpassung des Durchmessers oder der Drehachsenposition) z.B. um den Wert des gemessenen Überstands. Im folgenden Bearbeitungsschritt ist dann ein hochgenauer Materialabtrag möglich. Der Vorgang Bearbeiten, Messen, Nachjustieren des Abstandshalters kann auch mehrfach hintereinander wiederholt werden.
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3a zeigt schematisch die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks 2 und den erwähnten Abstandhalter, welcher durch das Rollenpaar 13 und 13’ gebildet wird. Die Schleifmaschine ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, sondern lediglich die Umlenkrolle für das Schleifband 12. Das Schleifband ist in Kontakt mit der Werkstückoberfläche. Eine Unebenheit auf dieser Oberfläche (z.B. eine Schweißnaht) soll plan geschliffen werden. Die Soll-Kontur ist also die Werkstückoberfläche selbst neben der Unebenheit und solange die Unebenheit nicht vollständig plan geschliffen ist, berührt der Abstandhalter die Soll-Kontur nicht (d.h. die Rollen 13 berühren die Werkstückoberfläche neben der Schleiffläche nicht). Diese Situation ist in 3a schematisch dargestellt.
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Sobald die Rollen 13 die Werkstückoberfläche berühren, kann das Schleifband kein weiteres Material von der Werkstückoberfläche mehr abtragen, da die Rolle eine weitere Bewegung des Schleifbandes zur Oberfläche hin blockiert. Die (Schleif-)Kraft F wird von den Rollen 13, 13’ aufgenommen. Der einstellbare Abstandhalter (die Rollen 13, 13’) ermöglichen eine verhältnismäßig einfache Regelung des Aktors. Üblicherweise erfolgt eine Regelung der Schleifkraft F, wobei die Kraft F bevor das Schleifband 12 die Werkstückoberfläche kontaktiert auf einen verhältnismäßig kleinen Wert geregelt wird, um den Stoß beim Kontakt möglichst gering zu halten. Nach Erkennen des Kontakts zwischen Schleifband 12 und Werkstückoberfläche durch die Steuerung, wird die gewünschte Kraft F eingestellt. Die Schleifvorrichtung bewegt sich entlang der zu schleifenden Oberfläche. Es kann mehrfach und solange über die Oberfläche geschliffen werden, bis die Unebenheit weg ist und die geschliffene Oberfläche der Soll-Kontur entspricht. Dass dann kein Materialabtrag erfolgt und der Schleifvorgang beendet ist, kann beispielsweise dadurch detektiert werden, dass die Stromaufnahme der Schleifmaschine 10 auf den Leerlaufstrom absinkt. Alternativ könnte auch ein „Mitlaufen“ der Rollen 13, 13’ detektiert werden. Die Soll-Kontur (z.B. die Werkstückoberfläche) muss keineswegs eben sein. Die fertig geschliffene Oberfläche entspricht immer der Soll-Kontur, ohne dass eine komplizierte Positions-Regelung der Schleifvorrichtung nötig ist.
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4 zeigt einen Schnitt durch eine beispielhafte Ausgestaltung des Aktors 11. Im vorliegenden Fall ist das eigentliche Stellelement ein druckluftbetriebener Balgzylinder 114, welcher gegen eine Feder 115 arbeitet. Der Aktor 11 umfasst einen ersten Flanschteil 110 als Schnittstelle zur Aufhängung 3, sowie einen zweiten Flanschteil 111, an der die Schleifmaschine 10 angelenkt ist. Mit dem ersten Flanschteil 110 ist ein Gehäuseteil 112 starr verbunden, in dem sowohl ein Regelventil 113 als auch eine haftreibungsfreie Wellenführung (Welle 116, (Kugelumlauf-)Wellenführung 117) mit der Rückstellfeder 115 angeordnet sind. Zum Schutz gegen Staub und sonstigen Verunreinigungen ist ein Faltenbalg 118 als Abdeckung zwischen den Flanschteilen 110 und 111 vorgesehen. Diese Abdeckung kann auch für den Einsatz in rauer Umgebung flüssigkeits- und/oder staubdicht ausgebildet sein. Als haftreibungsfreies, getriebeloses Stellelement dient der Balgzylinder 114. Das Stellelement wirkt zwischen dem ersten Gehäuseteil 112 und einem zweiten, mit der Halterung 111 starr verbundenen Gehäuseteil 112’. Um eine Kraftregelung zu ermöglichen, umfasst der Aktor einen Wegsensor (nicht dargestellt, bzw. von der Wellenführung 117 verdeckt) und einen Drucksensor. Dur Messung des Drucks im Balgzylinder und die Position des Balgzylinders (mit Hilfe des Wegsensors) kann die Aktorkraft berechnet werden. Da die Kinematik (siehe 2) der Schleifvorrichtung bekannt ist, können über die gemessenen Größen auch die Schleifkraft F und das Drehmoment MS ermittelt (und folglich auch geregelt werden) werden. Anschlüsse für den Zu- und Abluftkanal 119 können z.B. im ersten Gehäuseteil 112 angeordnet sein. Der Anschluss zum Zuluftkanal ist z.B. über einen Schlauch mit einem Kompressor verbunden.
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5 zeigt eine alternative zu der Schleifvorrichtung aus 1. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird statt dem Bandschleifer 10 (siehe 1) eine Schleifmaschine 10’ mit Schleifscheiben 12’ verwendet. Die Vorrichtung auf 5 entspricht, was die Mechanik betrifft, der Vorrichtung aus 1, ist jedoch um 90° gedreht und für eine horizontal wirkende Schleifkraft ausgelegt (statt wie in 1 vertikal). Die Aufhängung 3 steht praktisch auf dem Boden, und die Drehachse 14 ist sozusagen am Boden verankert. Der Schwerpunkt der Schleifmaschine 10 liegt annähernd auf einer lotrechten Geraden durch die Drehachse 14. Der Aktor 11 ist gleich aufgebaut wie in dem Beispiel aus 1 und wirkt zwischen der um die Drehachse 14 schwenkbaren Schleifmaschine und der Aufhängung 3. Die Aufhängung 3 kann in diesem Fall als offenes Gehäuse bestehend aus Bodenplatte und Seitenwand angesehen werden. Der im Zusammenhang mit dem Beispiel aus 1 gezeigte Abstandhalter (Rolle 13) ist in diesem Beispiel weggelassen, kann jedoch auch bei der Ausführung aus 5 Verwendung finden. Im Übrigen gilt das für das Ausführungsbeispiel aus den 1 bis 3 Gesagte. In 5 sind zwei Schleifscheiben dargestellt, die eine kann zum Bearbeiten von Flächen dienen, die andere z.B. zum Trennen von Werkstücken oder Teilen.
