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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus der
DE 39 32 089 A1 ist eine solche Bearbeitungs-Vorrichtung zum Brechen der Kanten zum Entgraten eines Werkstückes zu entnehmen. In einem Gehäuse ist dabei ein als Lagerkörper bezeichnetes Antriebsgehäuse universal beweglich gelagert. In dem Antriebsgehäuse soll eine Kolbenstange oszillieren, an dem ein Werkzeug angebracht ist, durch das das Werkstück zu bearbeiten ist. Zur Verstellung des Lagerkörpers dienen Druckkolben, die aus einer Mittelstellung in eine Auslenkstellung mittels eines pneumatischen Antriebes bewegt werden können, wobei zwei diametral gegenüberliegende Druckkolben unterschiedliche Auslenkbewegungen vollziehen, um die Bewegung des Lagerkörpers zu erzeugen.
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Als nachteilig hat sich bei dieser Bearbeitungs-Vorrichtung herausgestellt, dass lediglich oszillierende Bewegungen von dem Antriebsgehäuse an das Werkzeug und damit an das Werkstück weitergegeben werden können, so dass ausschließlich Bearbeitungskanten von Spänen befreit werden können. Eine Bearbeitung des Werkstückes mittels eines Bohrers, Säge oder dgl. ist durch eine solche Bearbeitungs-Vorrichtung nicht zu erreichen.
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Die den Lagerkörper antreibenden Antriebsmittel werden pneumatisch in Schwingung versetzt, so dass nachteiliger Weise Leitungen vorzusehen sind, durch die die Druckluft für die oszillierenden Schwingungen des Lagerkörpers an diesem mit Hilfe von geeigneten mechanischen Übertragungselementen weitergegeben sind, da die die Druckluft aufnehmenden Leitungen eine Einschränkung für die Bewegungsfreiheit der Bearbeitungs-Vorrichtung darstellt. Folglich ist jede Bearbeitungs-Vorrichtung lageorientiert zu halten und das Werkstück ist an einem Roboterarm befestigt und wird von diesem im Raum im Bereich des Werkstückes der Bearbeitungs-Vorrichtung bewegt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Bearbeitungs-Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass mit dieser zum einen eine rotierende Antriebsbewegung für eine an der Bearbeitungs-Vorrichtung befestigtes Werkstück erfolgt, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen anzubringen und Bearbeitungsvorgängen an dem Werkstück vornehmen zu können, und zum anderen soll ein elektrisches Antriebsmittel, insbesondere ein Elektromotor, verwendet werden können.
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Diese Aufgaben sind erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Dadurch, dass das Antriebsmittel als Elektromotor ausgestaltet ist, dass der Elektromotor eine rotierende Bewegung erzeugt, die unmitttelbar oder über Zwischenglieder auf das Spannelement übertragen ist, und dass die Längsachse des Kopfes, permanent koaxial zu der Längsachse des Elektromotors verläuft, ist erreicht, dass rotierende Bewegungen durch den Elektromotor zur Verfügung gestellt sind, die unmittelbar oder über Zwischenglieder an das für die Bearbeitung erforderliche Werkzeug und damit an das Werkstück weitergegeben werden, und zum anderen kann das Werkzeug in eine vorgegebene Winkelstellung überführt sein, durch die eine erforderliche Bearbeitungskraft, die auf das Werkstück einwirkt, eingestellt werden kann.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Bearbeitungs-Vorrichtung an einem Roboterarm angebracht ist, der im Raum frei beweglich ist und wenn das zu bearbeitende Werkstück lageorientiert, beispielsweise an einem Werkzeugtisch, befestigt ist, so dass durch den Roboterarm die Bearbeitungs-Vorrichtung in eine beliebige, freiwählbare Bearbeitungsposition im Bereich des Werkstückes überführbar ist und gleichzeitig die Anpresskraft bzw. Bearbeitungskraft des Werkstückes durch die Auslenkung des Kopfes der Bearbeitungs-Vorrichtung einstellbar ist.
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Die Relativbewegung, durch die die Auslenkung des Kopfes in Bezug auf das ortsfeste Gehäuse einstellbar ist, erfolgt vorteilhafter Weise durch vier Kardangelenke, die zwischen dem Kopf und dem Gehäuse angeordnet sind und die mit Hilfe von den jeweiligen Kardangelenken zugeordnete Druckkolben in eine vorgegebene Winkelstellung überführbar sind.
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In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Bearbeitungs-Vorrichtung zu entnehmen, die nachfolgend näher erläutert ist. Im Einzelnen zeigt:
- 1 eine Bearbeitungs-Vorrichtung, die an einem im Raum frei beweglichen Roboterarm befestigt ist und durch die ein an einem Werkzeugtisch an gebrachtes Werkstück mittels eines durch die Bearbeitungs-Vorrichtung rotierend angetriebenen Werkzeuges bearbeitet ist,
- 2 die Bearbeitungs-Vorrichtung gemäß 1, im Schnitt, bestehend aus einem Gehäuse, in dem ein Innenraum vorgesehen ist, in dem ein Antriebsgehäuse eines Elektromotors über vier Kardangelenke mit dem Gehäuse verschwenkbar gelagert ist und mit einem an dem Gehäuse beweglich gelagerten Kopf, in dem eine trieblich mit dem Elektromotor verbundene Spindelmutter und ein an dieser angebrachten Spannelement zur Halterung des Werkstückes vorgesehen ist, in Mittelstellung,
- 3a die Befestigungs-Vorrichtung gemäß 2, in einer ausgelenkten Position,
- 3b ein vergrößerter Ausschnitt der Bearbeitungs- Vorrichtung gemäß 3a, im Übergangsbereich zwischen dem Gehäuse und dem Kopf sowie dem Elektromotor und der Spindelmutter,
- 3c ein vergrößerter Ausschnitt der Bearbeitungs-Vorrichtung gemäß 3a im Bereich zwischen dem freien Ende der Spindelmutter und dem Spannelement zur Aufnahme des Werkzeuges,
- 4 die Bearbeitungs-Vorrichtung gemäß 2, im Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV gemäß 2,
- 5 die Bearbeitungs-Vorrichtung gemäß 2 entlang der Schnittlinie V-V,
- 6 und die Bearbeitungs-Vorrichtung gemäß 2 entlang der Schnittlinie VI-VI.
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In 1 ist schematisch ein Anwendungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Bearbeitung eines Werkstückes 2 zu entnehmen, das beispielsweise an einem Gestell oder Werkzeugtisch 22 lageorientiert gehalten ist. Durch die Bearbeitungs-Vorrichtung 1 soll an deren freien Ende ein befestigtes Werkzeug 20, beispielsweise ein Bohrer, Fräser rotierend angetrieben sein. Die Bearbeitungs-Vorrichtung 1 ist hierfür dabei an einem Roboterarm 21 angebracht, der im Raum frei beweglich verfahren werden kann, um die Bearbeitungs-Vorrichtung 1 sowie das daran angebrachte Werkzeug 20 positionsgenau auf das zu bearbeitende Werkstück 2 zu zustellen und mit einer entsprechend eingestellten Bearbeitungskraft zu beaufschlagen.
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Sowohl die Bewegungen des Roboterarms 21 als auch die nachfolgend näher erläuterten Einstellungsmöglichkeiten der Bearbeitungs-Vorrichtung 1 sind mittels einer Steuereinrichtung 23 überwacht und können entsprechend den Vorgaben einstellt werden.
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Aus den 2, 3a, 3b, 3c und 3d ist der konstruktive Aufbau der Bearbeitungs-Vorrichtung 1 sowie die Mittelstellung und eine größtmögliche Auslenkung für das Werkzeug 20 zu entnehmen. Dabei ist das Gehäuse 3 der Vorrichtung 1 aus mehreren Rohrstücken 3', 3", 3''' und einem Deckel 3'''' aufgebaut, die miteinander wasser- und/oder luftdicht arretiert sind und durch die ein Innenraum 4 eingeschlossen ist. Mittels eines an dem Gehäuse 3 angebrachten Flansches 24 ist die Vorrichtung 1 an dem Roboterarm 21 befestigbar. Der Flansch 24 steht somit von dem Gehäuse 3 radial nach außen ab.
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Für die Rotation des Werkzeuges 20 ist zunächst ein Antriebsmittel in Form eines Elektromotors 11 in dem Innenraum 4 der Vorrichtung 1 angeordnet. Die für die elektrische Spannungsübertragung erforderliche Energie wird dabei über elektrische Leitungen 19 zur Verfügung gestellt, die mit der Steuereinrichtung 23 gekoppelt sind, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 11 von der Steuereinrichtung 23 vorgegeben ist.
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Der Elektromotor 11 besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsgehäuse 16 sowie einem rotierbar in diesem gelagerten Rotor 17, der fluchtend zu der Längsachse 10 des Antriebsgehäuses 16 verläuft. Gemäß 2 ist die Mittelstellung dadurch definiert, dass die Längsachse 8 des Gehäuses 3 und die Längsachse 10 des Elektromotors 11 fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
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Das freie Ende des Rotors 17 ist trieblich mit einer Spindelmutter 12, die auch als Zwischenglied zu bezeichnen ist, gekoppelt. Die Spindelmutter 12 ist an ihrem freien Ende mit einem Spannelement 6 gekoppelt, durch das das Werkzeug 20 drehfest an dieser gehalten ist. Das Spannelement 6 kann beispielsweise als Spannzange oder als Spannbacken ausgestaltet sein, durch die das Werkzeug 20 fluchtend zu der Längsachse 10 des Elektromotors 11 ausgerichtet ist. An dem ersten Rohrstück 3' des Gehäuses 3 ist ein Kopf 5 vorgesehen ist, der verschwenkbar auf dem Gehäuse 3 gelagert ist. Die Lagerung des Kopfes 5 an dem Gehäuse 3 erfolgt über vier Kardangelenke 13, die in einem Teilungswinkel von 90° über den Umfang des Gehäuses und des Kopfes 5 angeordnet sind. Die Kardangelenke 13 werden aus einem inneren Kardanring 14 und einem äußeren Kardanring 15 gebildet.
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Des Weiteren sind in dem Bereich des jeweiligen Kardangelenkes 13 jeweils ein Druckkolben 7 vorgesehen, die parallel zu der Längsachse 8 des Gehäuses 3 verlaufen und die über pneumatische Druckleitungen 18 bewegt sind. Durch die Steuereinrichtung 23 wird der Druckzustand der Druckkolben 7 und deren axiale Bewegung gesteuert und verlaufen radial zu der Längsachse des Elektromotors 11.
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Insbesondere aus den 3a und 3b ist ersichtlich, dass durch die Betätigung eines von insgesamt vier Druckkolben 7 der Kopf 5 und damit das Werkzeug 20 aus der in 2 abgegebildeten Mittelstellung in einem Winkelbereich von +/- 5° auslenkbar ist. Durch die Auslenkung des Werkzeuges 20 in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück 2 ist erreicht, dass die Bearbeitungskraft des Werkzeuges 20 in Abhängigkeit von dem Auslenkungswinkel einstellbar ist. Somit können auch Unebenheiten an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes 2 durch den Auslenkungswinkel des Kopfes 5 bzw. des Werkzeuges 20 ausgeglichen oder es können entsprechend geneigte Bohrungen in das Werkstück 2 eingearbeitet werden.
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Die Auslenkung des Kopfes 5 erfolgt derart, dass zwei fluchtend gegenüberliegende Druckkolben 7 wechselweise mit Druckluft beaufschlagt werden. Dies bedeutet, dass einer der Druckkolben 7 in Richtung des Kopfes 5 verstellt ist und der fluchtend gegenüberliegende Druckkolben 7 zurückgezogen ist, um den inneren Kardanring 14 um die beiden senkrecht dazu verlaufenden Kardangelenken 13 zu verschwenken. Die beiden Druckkolben 7, die demnach nicht verstellt wurden, bilden eine Drehachse gemeinsam mit den diesen zugeordneten Kardangelenken 13. Das Antriebsgehäuse 16 ist nämlich über den inneren Kardanring 14 und dem äußeren Kardanring 15 mit dem Kopf 5 verbunden. Folglich wird durch eine Art Wippbewegung des inneren Kardanringes 14 das Antriebsgehäuse 16 synchron zu der Längsachse 9 des Kopfes 5 ausgelenkt. Demnach stehen die Längsachsen 9 des Kopfes 5 und die Längsachsen 10 des Elektromotors 11 unabhängig von der jeweiligen Neigungseinstellung durch einer der Druckkolben 7 koaxial zueinander.
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Die vier über den Umfang des Gehäuses 3 verteilten Druckkolben 7 verlaufen demnach parallel beabstandet zu der Längsachse 8 des Gehäuses 3. Die Druckkolben 7 wirken auf das als Ring oder Hülse ausgestaltete innere Kardangelenk 14 ein, so dass das innere Kardangelenk 14 um die beiden senkrecht dazu verlaufenden Kardangelenke 13 verschwenkt ist.
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Der innere Kardanring 14 ist mittels einer Presspassung auf dem Außenumfang des Antriebsgehäuses 16 gehalten. Zusätzlich können weitere Fixiermittel, beispielsweise Segeringe oder dgl., vorgesehen sein, um die Position des inneren Kardanringes 14 an dem Antriebsgehäuse 16 zu gewährleisten.
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In 4 ist die Anordnung der Kardangelenke 13 und der Druckkolben 7 bezüglich des inneren und äußeren Kardanringes 14 und 15 zu entnehmen. Das Rohrstück 3' des Gehäuses 3 nimmt demnach einen Teil des Kardangelenkes 13 auf und der andere Teil ist dem äußeren Kardanring 15 zugeordnet. Durch die Verkippung des inneren Kardanringes 14 mittels der entsprechenden Ansteuerung der Druckkolben 7, erfolgt eine Kippbewegung des äußeren Kardanringes 15, wodurch auch der Kopf 5 und damit die Spindelmutter 12 und das mit dieser trieblich verbundene Spannelement 6 ausgelenkt ist.
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Aus 5 und 6 ist ersichtlich, wie die elektrischen und pneumatischen Leitungen 19 in dem Innenraum 4 angeordnet sind. Zudem ist der Abstand zwischen Innenwand des Gehäuses 3 und dem Außenumfang des Antriebsgehäuses 16 derart groß bemessen, dass die Kippbewegungen des Antriebsgehäuses 16 freigegeben sind.
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Die in den 1 bis 6 abgebildeten vier Druckkolben 7 sind mit einem variabel einstellbaren Druck bewegbar, der üblicherweise zwischen 0 bis 6 bar beträgt. Wenn auf allen vier Druckkolben 7 der Maximaldruck ansteht und wenn der jeweilige Druckkolben an dem jeweiligen Anschlag anliegt, ist die Vorrichtung 1 hart geschaltet und folglich können die entsprechenden Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden.
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Sind dagegen zwei gegenüberliegende Druckkolben 7 mit einem anderen Druck beaufschlagt als die Paare der beiden anderen Druckkolben 7, verschwenkt das Kardangelenk 13 um die Achse, die von den beiden Druckkolben 7 gebildet ist, die mit weniger Druck beaufschlagt sind. Dadurch, dass der jeweilige Druckzustand in dem Druckkolben 7 variabel einstellbar ist, entsteht eine entsprechende Nachgiebigkeit der Vorrichtung 1, so dass die Vorrichtung 1 während des Bearbeitungsvorganges bzw. während einer entsprechenden Stillstandszeit in eine andere Richtung ausgelenkt werden kann.
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Zwischen dem jeweiligen Druckkolben 7 und dem Kardangelenk 13 kann ein Luftspalt entstehen, da zur Hartstellung der Vorrichtung 1 Anschläge notwendig sind und da der Weg des jeweiligen Druckkolben 7 kleiner bemessen ist als der Abstand zwischen dem Druckkolben 7 und dem jeweiligen Anschlag, wenn der Druckkolben 7 eine Maximalauslenkung von 5° erzeugen soll. Sobald ein solcher Luftspalt zwischen dem Druckkolben 7 und dem inneren Kardanring 14 vorliegt, übernimmt der gegenüberliegende Druckkolben 7 die Rückstellarbeit, bis der innere Kardanring 14 erneut mit dem Druckkolben 7 zusammenwirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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