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Die Erfindung betrifft einen Stellmechanismus einer Graviermaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur künstlerisch-dekorativen Bearbeitung von Feststoffen und kann bei der Ausstattung von Vorderfassaden, Denkmälern oder Innenräumen angewandt werden.
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Es ist eine Einrichtung zum Auftragen eines Halbtonbilds auf einer Planfläche eines polierten Erzeugnisses bekannt, die in dem am 10.11.1998 bekanntgemachten Patent der
Russischen Föderation Nr. 121444 , Index der internationalen Patentklassifikation B44B3100, beschrieben ist. Diese Einrichtung enthält einen Computer mit einer Informationsbeschaffungs- und Informationseingabeeinheit, einen Stellmechanismus, der in sich ein durch eine Vertikalbewegungsantriebssteuereinheit am Computer angeschlossenes Schlagwerkzeug mit Vertikalbewegungsantrieb einschließt, Horizontalbewegungseinrichtungen des Stellmechanismus nach Koordinaten X und Y, die mit dem Vertikalbewegungsantrieb verbunden sind und am Computer durch elektronische Steuereinrichtungen angeschlossen sind, und eine Spannvorrichtung mit einem zu bearbeitenden Erzeugnis. Dabei wird als Vertikalbewegungsantrieb ein elektrodynamischer Vertikalbewegungsantrieb des Schlagwerkzeugs angewandt, der in sich eine Spule einschließt, die auf die Seitenfläche des in Bezug auf den Körper des Stellmechanismus fahrenden dielektrischen Zylinders gewickelt ist. An dessen freiem Ende ist ein Träger des Schlagwerkzeugs angebracht, der am Körper des Stellmechanismus mittels elastischer Aufhängungen festgehalten ist. Zusätzlich sind eine Einrichtung zur Vertikalbewegungsparametersteuerung des Schlagwerkzeugs, die an den Rückführkreis des elektrodynamischen Vertikalbewegungsantriebs des Schlagwerkzeugs und die Steuereinheit des elektrodynamischen Vertikalbewegungsantriebs des Schlagwerkzeuges angekoppelt ist, und ein Schlagpunktkoordinatengeber, der mit dem Antrieb der Horizontalbewegungseinrichtung des Stellmechanismus nach Koordinate X mechanisch verbunden ist, eingegliedert.
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Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil, dass die elastischen Aufhängungen beschreibungsgemäß Gummiaufhängungen sind, die eine kleine Radial- und Axialsteifigkeit aufweisen. Das verursacht bei der Axialbewegung (Arbeitshub) eine radiale Schiefstellung der Spule, die auf die Seitenfläche des in Bezug auf den Körper des den Stellmechanismus fahrenden dielektrischen Zylinders gewickelt ist, an dessen freiem Ende ein Träger des Schlagwerkzeugs festgehalten ist. Dadurch wird die Spule, die auf die Seitenfläche des in Bezug auf den Körper des den Stellmechanismus fahrenden dielektrischen Zylinders gewickelt ist, in einem Magnetspalt zwischen einem permanenten Magneten und dem Kern mit einem Stützzapfen aufgestellt und verursacht eine radiale Schiefstellung, Reibung oder Verklemmung des Mechanismus, wodurch es nicht möglich ist, ein hochwertiges Gravieren zu erzielen.
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Als Prototyp für die Einrichtung gemäß der Erfindung wird ein Stellmechanismus für eine Graviermaschine angesehen, der bei einer nützlichen Ausführung der Russischen Föderation Nr. 90379 beschrieben ist, die am 10.03.2010 bekanntgemacht wurde und unter der Internationalen Patentklassifikation B44B3/00 zu finden ist. Dieser Stellmechanismus umfasst einen Körper, einen zylindrischen Magneten, einen Kern mit Stützzapfen, einen dielektrischen Zylinder, eine elektrische Spule und ein Schlagwerkzeug, wobei der zylindrische Magnet und der Kernstützzapfen zwischen einem oberen Deckel und einem unterem Deckel angeordnet sind. Der letztere davon ist am Körper befestigt. Gegenüber dem Kernstützzapfen zwischen dem zylindrischen Magneten und dem unteren Deckel ist ein Magnetring aufgestellt. Eine elektrische Spule ist auf einem aus Bronze angefertigten Tragkörper aufgestellt, und ein Kernzapfen ist in einer Tragkörperöffnung mit der Möglichkeit einer Axialbewegung des Tragkörpers gegenüber dem Kern angeordnet. Der dielektrische Zylinder ist im Unterteil des Spulenkörpers eingepresst. Auf der äußeren Oberfläche des dielektrischen Zylinders sind zwei halbrunde Längsrillen vorgesehen. Im Unterteil des dielektrischen Zylinders ist ein Stumpf eines Stabs bis zum Anschlag in dessen Bund eingeschraubt. Der Unterteil des Stabs ist in Form eines Stempels ausgeführt, der in einer aus Bronze angefertigten Führungshülse angeordnet ist, die mittels einer äußeren Oberfläche einen an den letzterwähnten befestigten Körperstützzapfen einen Maschinenbrückenbalken und einen Balkenhalter zentriert. Am Unterteil des Stabstempels ist ein Schlagwerkzeug starr befestigt, und in der Öffnung des Körperzapfens ist eine wechselbare Amplitudenbegrenzungshülse des Schlagwerkzeugs angeordnet.
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Im Stellmechanismus der Graviermaschine ist die elektrische Spule an einen prozessorgesteuerten Controller angekoppelt.
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Als Schlagwerkzeug ist eine aus der Hartlegierungsmarke BK8 B hergestellte oder eine aus der Hartlegierungsmarke BK15B hergestellte Nadel verwendet.
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Die allgemeinen wesentlichen Merkmale bestehen darin, dass der Stellmechanismus der Graviermaschine einen Gravierkopf enthält, in dessen Körper sich ein Ringmagnet, eine Magnetkreisscheibe, ein Kern mit Stützzapfen, eine am Steuersystem angekoppelte elektrische Spule und ein Schlagwerkzeug befinden.
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Dieser bekannte Stellmechanismus hat die Nachteile, dass die Zentrierung mittels des Gleitens eines Tauchkolbens in der Hülsenöffnung erfolgt, aber die elektrische Spule sich in einer Entfernung befindet, die die Kopplungslänge mit der Tauchkolbenbuchse um das Dreifache überschreitet. Dadurch kommt es sowohl zum Festklemmen bei der Schiefstellung als auch zur Reibung und zum Verschleiß des Tragkörpers der elektrischen Spule entweder am Stumpf oder an den Wänden der Magnetkörperöffnungen. Dadurch leiden die Graviergenauigkeit, die Funktionssicherheit und die Lebensdauer. Wegen der fehlenden nicht federnden Schutzmembran kann auch das Schleifmittel durch Ritzen auf der Reibfläche durchdringen.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in einer Konstruktionsvereinfachung, einer Zuverlässigkeits- und Lebensdauersteigerung sowie in einer Erhöhung der Graviergenauigkeit und Graviergeschwindigkeit.
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Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind im Anspruch 1 niedergelegt.
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Der Kern mit Stützflansch und permanentem Ringmagneten ist in einer Hülse mit einem oberen Fußflansch angeordnet. Die Hülse ist mit einer Stirnseite und mit Wänden des Gravierkopfkörpers unmittelbar verbunden, und auf der unteren Stirnseite des permanenten Magneten in der Hülse ist eine Magnetkörperscheibe angeordnet.
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Der zylindrische Tragkörper der elektrischen Spule ist aus nichtmagnetischem Metall und mit einem Stößel einstückig hergestellt, weist einen Durchgangschlitz auf der ganzen Höhe der Erzeugenden auf, und auf dem Unterteil des zylindrischen Tragkörpers ist ein entsprechendes Element eines Lagegebers aufgestellt, der auf dem Gravierkopfkörper angeordnet und an ein Steuersystem angekoppelt ist.
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Alternativ ist der zylindrische Tragkörper der elektrischen Spule aus nichtmagnetischem Material mit einem Flansch mit der Möglichkeit der Befestigung am Stößel hergestellt. Auf dem Flansch ist ein entsprechendes Element des Lagegebers angeordnet, der auf dem Gravierkopfkörper vorhanden und an das Steuersystem angekoppelt ist.
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Der Bereich der Axialbewegung des Stößels und der mit dessen verbundenen Teilen ist begrenzt, und zwar nach oben durch einen Spalt bis zur Einstellschraube, die auf dem Kern mit Stützzapfen in der Mitte des Tragkörpers der elektrischen Spule angeordnet ist, und nach unten durch einen Axialspalt zwischen einem Zapfenteil größeren Durchmessers und einer inneren Stirnfläche des Unterdeckels.
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Das Schlagwerkzeug ist aus magnetischem Stoff hergestellt und in einer einseitigen Axialbohrung des durch einen Magneten darin befestigten Zapfens festgelegt und weist eine stufenförmige Anschlagerweiterung auf.
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Das Schlagwerkzeug weist einen polymeren Dichtungsring auf der stufenförmigen Anschlagerweiterung auf.
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Zwischen federnden Membranen mit Ringsicken oder anderen symmetrisch angeordneten Sicken auf dem Stößel sind Abstandshülsen angeordnet, und von außen sind die Membranen mit Ringen gepresst.
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Die Membranen am Stößel sind mit Ringen befestigt, die durch den auf dem Stößelgewindeende angeordneten Zapfen gepresst werden. Die Membranen sind aus einem textilen Stoff hergestellt, der mit Bakelitlack oder Plastikbinder imprägniert ist.
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Die in allen Fällen gültigen wesentlichen Kennzeichnungsmerkmale bestehen darin, dass der permanente Ringmagnet und der Kern mit Stützzapfen im Oberteil des Gravierkopfkörpers konzentrisch befestigt sind. Die elektrische Spule ist auf dem zylindrischen Tragkörper aus nichtmagnetischem Stoff angeordnet und befindet sich mit der Möglichkeit der Axialbewegung in einem Ringspalt zwischen dem Kern und dem permanenten Ringmagneten zusammen mit einem Stößel, der in zwei in Richtung der Achsenlinie getrennten federnden Kreismembranen befestigt ist, die durch die Außenform im Körper befestigt sind. Hinter den Membranen ist auf dem Stößel ein Zapfen mit einem durch den Unterdeckel des Körpers auskragenden Zentralteil mit einer einseitigen Axialbohrung befestigt, in der das Schlagwerkzeug auswechselbar angeordnet ist.
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Die in Einzelfällen gültigen wesentlichen Kennzeichnungsmerkmale bestehen darin, dass der Kern mit Stützzapfen und permanentem Ringmagneten in einer Hülse mit einem oberen Fußflansch angeordnet ist, die Hülse mit einer Stirnseite und Wänden des Gravierkopfkörpers unmittelbar verbunden ist und auf der unteren Stirnseite des permanenten Magneten in der Hülse eine Magnetkörperscheibe angeordnet ist.
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Der zylindrische Tragkörper der elektrischen Spule ist aus nichtmagnetischem Metall und mit einem Stößel einstückig hergestellt. Er weist einen Durchgangsschlitz auf der ganzen Höhe der Erzeugenden auf, und auf dem Unterteil des zylindrischen Tragkörpers ist ein entsprechendes Element des Lagegebers angeordnet, der auf dem Gravierkopfkörper angeordnet und an das Steuersystem angekoppelt ist.
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Alternativ ist der zylindrische Tragkörper der elektrischen Spule aus nichtmagnetischem Material mit einem Flansch mit der Möglichkeit der Befestigung am Stößel hergestellt, und auf dem Flansch ist ein entsprechendes Element des Lagegebers angeordnet, der auf dem Gravierkopfkörper angeordnet und an das Steuersystem angekoppelt ist.
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Der Bereich der Axialbewegung des Stößels und der mit diesem verbundenen Teile ist begrenzt, und zwar nach oben durch einen Spalt bis zur Einstellschraube, die auf dem Kern mit Stützzapfen in der Mitte des Tragkörpers der elektrischen Spule angeordnet ist, und nach unten durch einen Axialspalt zwischen einem Zapfenteil größeren Durchmessers und einer inneren Stirnfläche des Unterdeckels.
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Das Schlagwerkzeug ist aus magnetischem Stoff hergestellt und in einer einseitigen Axialbohrung des durch einen Magneten darin befestigten Zapfens festgelegt und weist eine stufenförmige Anschlagerweiterung auf.
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Das Schlagwerkzeug weist einen polymeren Dichtungsring auf der stufenförmigen Anschlagerweiterung auf.
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Zwischen federnden Membranen mit Ringsicken oder anderen symmetrisch angeordneten Sicken auf dem Stößel sind Abstandshülsen angeordnet, und von außen sind die Membranen mit Ringen gepresst.
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Die Membranen am Stößel sind durch Ringe befestigt, die durch den auf den Stößelgewindeenden angeordneten Zapfen gepresst werden. Die Membranen sind aus einem textilen Stoff hergestellt, der mit Bakelitlack oder Plastikbinder imprägniert ist.
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Dadurch, dass der permanente Ringmagnet und der Kern mit Stützzapfen im Oberteil des Gravierkopfkörpers konzentrisch befestigt sind, die elektrische Spule auf dem zylindrischen Tragkörper aus nichtmagnetischem Stoff angeordnet ist und sich mit der Möglichkeit der Axialbewegung in einem Ringspalt zwischen dem Kern und dem permanenten Ringmagnet zusammen mit einem Stößel befindet, der in zwei Richtungen der Achsenlinie getrennten federnden Kreismembranen befestigt ist, die durch die Außenform im Körper befestigt sind, werden eine einfache Konstruktion, eine kinematische Genauigkeit und eine hohe Graviergeschwindigkeit, eine Bewegung ohne Reibung, Festklemmen und Stöße erreicht, wodurch die Funktionszuverlässigkeit und Funktionslebensdauer erhöht werden, weil Friktionseinheiten nicht vorhanden sind und abrasive Teilchen beim Gravieren in der Einrichtung nichts beschädigen können.
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Die Tatsache, dass hinter den Membranen auf dem Stößel ein Zapfen mit einem durch einen Unterdeckel des Körpers auskragenden Zentralteil mit einer einseitigen Axialbohrung befestigt ist, in der das Schlagwerkzeug auswechselbar angeordnet ist, ermöglicht es, einen Schlagwerkzeugwechsel zu vereinfachen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch einen Gravierkopf,
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2 einen Schnitt durch den um 90° gedrehten Gravierkopf der 1,
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3 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in 2,
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4 eine Unteransicht B in 2 und
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5 eine algorithmische Darstellung der Wirkung des Schlagwerkzeugs.
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Der Stellmechanismus der Graviermaschine enthält einen Gravierkopf 1, in dessen Körper 2 eine Hülse 3 angeordnet ist. In dieser Hülse 3 befindet sich ein permanenter Ringmagnet 4, eine Magnetkörperscheibe 5, ein Kern 6 mit einem Stützflansch 7 und eine elektrische Spule 8. Diese Spule 8 ist auf einem zylindrischen Tragkörper 9 aus nichtmagnetischem Material angeordnet, an ein Steuersystem angekoppelt und befindet sich mit der Möglichkeit der Axialbewegung in einem Ringspalt 10 zwischen dem Kern 6 und dem permanenten Ringmagneten 4 und der Magnetkörperscheibe 5.
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Der zylindrische Tragkörper 9 der elektrischen Spule 8 ist aus nichtmagnetischem Metall mit einem Stößel 11 einstückig hergestellt und weist einen Durchgangsschlitz 12 auf der ganzen Höhe der Erzeugenden des zylindrischen Tragkörpers auf. Der Stößel 11 ist in zwei in Richtung der Achsenlinie federnden Kreismembranen 13 befestigt, die durch eine Außenform auf einem inneren Rücksprung 14 im Körper 2 befestigt sind. Hinter den Membranen 13 auf dem Stößel 11 ist ein Zapfen 15 mit durch einen Unterdeckel 16 auskragenden Zentralteil 17 befestigt, in dem eine einseitige Axialbohrung 18 eines Schlagwerkzeugs 19 aus magnetischem Stoff auswechselbar angeordnet ist, der von einem permanenten Magneten 20 festhalten wird.
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Auf einem Unterteil des zylindrisches Tragkörpers 9 ist ein entsprechendes Element 22 (2) eines Lagegebers 23 angeordnet, das auf einer Platte 24 sitzt, die auf dem Körper 2 des Stellmechanismus angeordnet und an das Steuersystem angekoppelt ist.
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Der Bereich der Axialbewegung des Stößels 11 und der mit diesem verbundenen Teile ist begrenzt, nach oben durch einen Spalt bis zu einer Einstellschraube 25, die auf dem Kern 6 mit dem Stützflansch 7 in der Mitte des Tragkörpers 9 der elektrischen Spule 8 angeordnet ist, und nach unten durch den Axialspalt zwischen dem Sprung des Zapfens 15, der einen größeren Durchmesser gegenüber dem Teil 17 besitzt, und der inneren Stirnfläche des Unterdeckels 16.
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Das Schlagwerkzeug 19 weist eine stufenförmige Anschlagerweiterung 26 (2) auf, und auf der stufenförmigen Anschlagerweiterung ist ein polymerer Dichtungsring 27 angeordnet.
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Zwischen den federnden Membranen 13 mit Ringsicken sind auf dem Stößel Abstandshülsen 28 angeordnet. Von außen sind die Membranen 13 durch Ringe 29 mit abgerundeten Kanten sowie durch Ringe 30 gepresst, deren Pressung Schrauben 31 durchführen, wobei die Membranen 13 aus textilem Stoff hergestellt sind, der mit Bakelitlack oder Plastikbinder imprägniert ist. Ebenfalls ist die Möglichkeit einer Anwendung von metallischen gewellten Membranen nicht ausgeschlossen.
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Die Hülse 3 weist einen Fußflansch 32 auf und ist am Körper 2 mittels Schrauben 33 verschraubt. Der Kern 6 ist an der Hülse 3 mittels Schraube 34 verschraubt, während der Deckel 16 am Körper 2 mittels Schrauben 35 verschraubt ist.
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Die Ausnutzung eines Lagegebers vom Schlagwerkzeug des Gravierkopfes in der Axialrichtung, der ein Hallgeber oder beispielsweise ein optischer, induktiver oder kapazitiver Geber sein kann, ermöglicht dem Steuersystem, einen Istwert der Lage des Schlagwerkzeugs (P), die Geschwindigkeit, die Richtung und die Bewegung (V) des Schlagwerkzeugs zu ermitteln sowie den Schlagmoment festzuhalten. Ein detailliertes Schaltungsschema und die Software werden nicht offenbart, weil diese nicht Anspruchsgegenstände darstellen und für Fachleute bekannt sind. Zur Erläuterung der Funktion des Stellmechanismus der Graviermaschine wird der Algorithmus der Ausführung eines Schlages bei der Berechnung der Geschwindigkeit anhand des Verfahrens zur Bestimmung der Konstantwegdurchgangszeit (V = Sconst/T) (siehe 5) behandelt.
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Das Vorhandensein dieser Daten ermöglicht es dem Steuersystem, die Schlagkraft zu kontrollieren und zu steuern, die Amplitudengröße des Schlagwerks zu minimieren, die Graviergeschwindigkeit zu erhöhen und eine unmittelbare Kontrolle und Stabilisierung eines Abstands zwischen dem Schlagmechanismus und der zu bearbeitenden Oberfläche auszuführen, ohne eine zusätzliche Hardware und/oder Firmware anwenden zu müssen.
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Da die Geschwindigkeit (V) ein Verhältnis des zurückgelegten Weges (S) zurzeit (T) ist, kann die Geschwindigkeit anhand zweier Verfahren berechnet werden:
- 1. durch Messung des zurückgelegten Weges in einer bestimmten Zeit: V = S/Tconst,
- 2. durch Messung der Durchgangszeit eines Konstantwegdurchgangs V = Sconst/T.
Die Auswahlart wird durch Firmware-Möglichkeiten des Steuersystems bestimmt.
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Der zurückgelegte Weg (S) wird als Lagedifferenz des Schlagmechanismus, die sich zwischen den Messbereichen ergibt, berechnet: S = P0 – P1. Das erhaltene Vorzeichen der Differenz zeugt von der Richtung der Bewegung.
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Der zurückgelegte Weg im allgemeinen Fall ist eine Zahl, deren Dimension durch die verwendeten Firmwaren bestimmt wird. Die verwendeten Firmwaren bestimmen die Genauigkeit der Ausführung einer Lagemessung und den Bereich der möglichen Größen der Lagemessung.
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Mit Rücksicht darauf, dass die Ausführung einer Lagemessung im Graviermechanismus mit Größen, die genauer als einige Mikrometer sind, technisch schwer und ungerechtfertigt teuer ist und dass die im Graviermechanismus gemessene Verstellung durch eine verhältnismäßig kleine Amplitude (von Millimeteranteil bis Millimetereinheit) gekennzeichnet ist, und die mögliche Genauigkeiten der Zeitmessung durch hunderttausend Megahertz berechnet werden, ist es besser, Berechnungen der Geschwindigkeit anhand des Verfahrens zur Bestimmung der Konstantwegdurchgangszeit auszuführen (V = Sconst/T).
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Im Anfangszeitpunkt befindet sich der Stellmechanismus in einer nötigen Lage, die durch das Steuersystem nach einem vom Hallgeber empfangenen Signal eingeführt wird. Im Laufe des Betriebs wird nach dem realen Haltzustand des Schlagwerkzeugs auf der zu bearbeitenden Oberfläche auf Grund des Unterschieds zwischen Istposition des Schlagpunkts und vorgegebener Position korrigiert.
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Der Erfinder hat eine Software entwickelt und verwendet diese zur Steuerung des beschriebenen Stellmechanismus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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