DE102017110872A1

DE102017110872A1 - Finishvorrichtung und Verfahren zur Einrichtung und zum Betrieb einer Finishvorrichtung

Info

Publication number: DE102017110872A1
Application number: DE102017110872.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hauer; Oliver Hildebrandt; Michael Wöhrle
Original assignee: Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
Current assignee: Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: DE102017110872B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Finishvorrichtung (10) mit einer Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung eines Antriebselements, wobei die oszillierende Bewegung des Antriebselements über mindestens eine Kopplungsstufe in eine oszillierende Bewegung einer Zwischenmasse und über eine zweite Kopplungsstufe in eine oszillierende Bewegung eines Finishwerkzeugträgers (28) übertragen wird, wobei die Antriebseinrichtung ein mechanisch oder elektromagnetisch zwangsgesteuertes Antriebselement aufweist, dessen Antriebshub einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Einrichtung und zum Betrieb einer Finishvorrichtung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Finishvorrichtung mit einer Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung eines Antriebselements, wobei die oszillierende Bewegung des Antriebselements über mindestens eine Kopplungsstufe in eine oszillierende Bewegung einer Zwischenmasse und über eine zweite Kopplungsstufe in eine oszillierende Bewegung eines Finishwerkzeugträgers übertragen wird.
Aus der DE 869 437 B ist eine Vorrichtung für den Antrieb von arbeitsleistenden Schwingsystemen bekannt. Diese weist ein „Dreimassensystem“ auf, wobei das Antriebselement der Antriebseinrichtung einen massenbehafteten Kolben umfasst, der in einander entgegengesetzten Richtungen mit Druckluft beaufschlagt wird. Die Bewegung des Kolbens wird über eine erste Kopplungsstufe auf eine schwingfähige Zwischenmasse und von dieser über eine zweite Kopplungsstufe auf einen Werkzeugträger übertragen.
Das vorstehend erörterte Antriebsprinzip kann auch bei Finishvorrichtungen angewendet werden. Diese Finishvorrichtungen weisen ein Finishwerkzeug auf, das mit einer finishend zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zusammenwirkt. Das Wesen der Finishbearbeitung besteht darin, dass einer rotierenden Bewegung des Werkstücks eine Oszillationsbewegung des Finishwerkzeugs überlagert wird. Diese Oszillationsbewegung ist eine lineare Bewegung mit einem Vor- und einem Rückhub entlang einer Oszillationsachse, die üblicherweise zumindest in etwa parallel zu der Rotationsachse des Werkstücks verläuft. Durch die Überlagerung der Rotations- und der Oszillationsbewegung entsteht auf der Werkstückoberfläche eine für das Finishverfahren charakteristische Kreuzschliffstruktur.
Die Verwendung des aus der DE 869 437 B bekannten Antriebsprinzips ist vorteilhaft, weil mit diesem hohe Oszillationsfrequenzen bei großen Amplituden des Werkzeugs realisiert werden können. Dies trägt zu einer entsprechend hohen Schnittleistung bei. Außerdem ist vorteilhaft, dass - durch den Aufbau und die Dimensionierung der Antriebskomponenten bedingte - Vibrationen der sich bewegenden Komponenten nur in einem geringen Umfang an die Umgebung abgegeben werden.
Bei Verwendung des aus der DE 869 437 B bekannten Antriebsprinzips für Finishvorrichtungen hat es sich aber als nachteilig erwiesen, dass eine Einstellung der Bewegung des Finishwerkzeugträgers derart, dass sich dieser entlang einer Oszillationsachse mit einer bestimmten Soll-Frequenz und mit einer bestimmten Soll-Amplitude bewegt, nicht oder nur mit einem hohen Aufwand möglich ist. Die DE 869 437 B schlägt in diesem Zusammenhang vor, die Größe der Arbeitsräume, zwischen denen sich der massenbehaftete Kolben bewegt, mittels Einstellschrauben zu verändern. Außerdem könne eine „sehr genaue Regelung der Amplitude mittels eines Drosselventils in der Zuführungsleitung für die Druckluft“ erreicht werden.
Die Antriebseinrichtungen von in der Praxis bewährten und hinreichend robusten Finishvorrichtungen weisen jedoch keine größenveränderbaren Arbeitsräume auf; die Veränderung eines Betriebsdrucks bewirkt somit gleichzeitig eine Veränderung der Frequenz und der Amplitude des massenbehafteten Kolbens. In der Praxis bedeutet dies, dass eine an sich wünschenswerte Erhöhung der Frequenz der Bewegung des Finishwerkzeugträgers und eines damit verbundenen Finishwerkzeugs gleichzeitig mit einer Erhöhung der Amplitude der der Bewegung des Finishwerkzeugträgers und des damit verbundenen Finishwerkzeugs einhergeht. Eine Veränderung der Amplitude ist für bestimmte Anwendungsfälle (bspw. für das Durchlauffinishen) innerhalb gewisser Grenzen akzeptabel, jedoch nicht für alle Anwendungsfälle und insbesondere dann nicht, wenn eine Oberfläche finishend bearbeitet werden soll, die seitlich mit Bünden begrenzt ist, also beispielsweise eine Lagerfläche eines Außen- oder Innenrings eines Wälzlagers oder einer Getriebewelle.
Ebenfalls aus der DE 869 437 B bekannt sind sogenannte Unwuchterreger. Diese erfordern große Unwuchtmassen; der Schwingantrieb weist zudem bei wachsender Belastung durch die Finishwerkzeuge einen sehr großen, nicht kompensierbaren Amplitudenabfall auf.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Finishvorrichtung anzugeben, die unter Beibehaltung der Vorteile der DE 869 437 B eine einfache und schnelle Einstellung der Bewegungsparameter eines Finishwerkzeugs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Finishvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Antriebseinrichtung ein mechanisch oder elektromagnetisch zwangsgesteuertes Antriebselement aufweist, dessen Antriebshub einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Finishvorrichtung ermöglicht eine einfache und schnelle Einstellung der Amplitude der Oszillationsbewegung mindestens eines mit dem Finishwerkzeugträger verbundenen Finishwerkzeugs.
Die erfindungsgemäße Finishvorrichtung ermöglicht es, einen Amplitudenabfall der Finishwerkzeuge, der bei steigender Belastung auftreten kann, durch eine Erhöhung der Anregungsamplitude zu kompensieren.
In vorteilhafter Weise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mit welcher der Antriebshub und eine Frequenz der Bewegung des Antriebselements voneinander unabhängig vorgebbar sind.
Eine bevorzugte Antriebseinrichtung weist einen elektromagnetischen Antrieb auf, der besonders einfach ansteuerbar ist.
Bei der Antriebseinrichtung kann es sich um einen Linearantrieb handeln, mit einem mechanisch oder elektromagnetisch zwangsgesteuerten Antriebselement, das sich entlang einer geradlinigen Antriebsachse hin- und herbewegt.
In vorteilhafter Weise ist der Linearantrieb durch einen elektromagnetischen Linearmotor gebildet, dessen Anker das Antriebselement bildet. Der Stator eines solchen Linearmotors kann beispielsweise ortsfest angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass der Stator Teil der Zwischenmasse ist.
Die Antriebseinrichtung kann in vorteilhafter Weise einen Drehantrieb zur Erzeugung einer Drehbewegung aufweisen.
Es ist möglich, dass die Drehbewegung des Drehantriebs über ein Getriebe in eine oszillierende Hubbewegung des Antriebselements umgewandelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Frequenz einer Bewegung des Antriebselements dadurch zu steuern, dass eine Drehgeschwindigkeit der Antriebseinrichtung eingestellt wird. Bei dem Getriebe kann es sich beispielsweise um ein Kurbelgetriebe handeln.
Bevorzugt ist es, wenn ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes einstellbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Amplitude der Bewegung des Antriebselements durch die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes zu variieren.
Es ist auch möglich, dass der Drehantrieb eine einstellbar exzentrisch gelagerte Antriebsmasse in Drehrichtung antreibt und der Drehantrieb und die Antriebsmasse gemeinsam ein oszillierend bewegbares Antriebselement bilden.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung zur Einstellung einer Frequenz der Bewegung des Antriebselements zwischen 0 Hz und 50 Hz eingerichtet. Antriebsfrequenzen zwischen 20 Hz und 50 Hz entsprechen bevorzugten Oszillationsfrequenzen des anzutreibenden Finishwerkzeugs und ermöglichen es, die erfindungsgemäße Finishvorrichtung in einer Schwingungsform mit einem Knoten zu betreiben, bei dem sich der Finishwerkzeugträger und die Zwischenmasse in einander entgegengesetzten Richtungen bewegen. Es können aber auch niedrigere Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 20 Hz gewählt werden, was für eine Schlichtbearbeitung eines Werkstücks vorteilhaft sein kann, auch wenn hierbei von einer Schwingungsform mit einem Knoten abweichende Schwingungsformen auftreten können.
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass eine Amplitude der Bewegung des Antriebselements zwischen 0 mm und 40 mm einstellbar ist. Diese Amplituden können über die erste Kopplungsstufe und die zweite Kopplungsstufe auf die Bewegung des an dem Finishwerkzeugträger gehaltenen Finishwerkzeugs übertragen werden, um dort typische Oszillationshübe, beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 6 mm, zu erzeugen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Kopplungsstufe eine bewegbare Verbindung zwischen miteinander gekoppelten Bauteilen verstanden, die zumindest ein Federelement umfasst. Ein solches System weist also einen bestimmten Zusammenhang zwischen dem Weg der miteinander gekoppelten Bauteile und einer dadurch entstehenden Federkraft auf. Es ist möglich, dass die Kopplungsstufe zusätzlich ein Dämpfungsglied aufweist. Ein solches Dämpfungsglied kann in der Praxis auch dadurch gebildet sein, dass die Bewegung der miteinander gekoppelten Bauteile reibungsbehaftet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Gestellteil vorgesehen, welches insbesondere dazu dient, den Finishwerkzeugträger mittels einer zusätzlichen Kopplungsstufe an dem Gestellteil abzustützen.
Zusätzlich oder alternativ hierzu ist die Zwischenmasse mittels einer weiteren Kopplungsstufe an dem Gestellteil abgestützt. Ein solches Gestellteil ermöglicht die Definition eines „Nullpunkts“, der - für den Fall eines ortsfesten Gestellteils - ortsfest ist.
Es ist aber auch möglich, dass das Gestellteil nicht ortsfest ist, sondern mittels eines Zusatzantriebs in einer zu einer Oszillationsachse eines an dem Finishwerkzeugträger gehaltenen Finishwerkzeugs parallelen Richtung antreibbar ist. Dies ermöglicht die Realisierung eines sogenannten „Überlagerungshubs“, bei welchem der vergleichsweise hochfrequenten und kurzhubigen Oszillationsbewegung des Finishwerkzeugs eine vergleichsweise langhubige und niedrigfrequente, parallelgerichtete Zusatzbewegung überlagert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, insbesondere bei Verwendung eines vorstehend beschriebenen Zusatzantriebs, dass ein bezogen auf das Antriebselement ortsfester Teil der Antriebseinrichtung (bspw. der Stator eines Drehantriebs oder Linearantriebs) mit dem Gestellteil verbunden ist. Auf diese Weise kann eine durch einen Überlagerungshub bedingte zusätzliche Relativbewegung zwischen dem zwangsgesteuerten Antriebselement der Antriebseinrichtung und der Zwischenmasse vermieden werden.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn eine Messeinrichtung zur Messung einer Amplitude der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugträgers vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine Überwachung, ob tatsächlich an dem Finishwerkzeugträger auftretende Amplituden der Bewegung des Finishwerkzeugträgers gewünschten Soll-Amplituden entsprechen.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Messeinrichtung mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist. Dies ermöglicht den Aufbau eines Regelkreises, in welchem die Amplitude des Antriebselements geregelt werden kann, um eine gewünschte Amplitude des Finishwerkzeugträgers einzustellen. Dieser Regelkreis ermöglicht ein besonders schnelles Einstellen der Amplitude des Finishwerkzeugträgers und ein besonders schnelles Reagieren auf eine etwaige Veränderung eines Belastungszustands der Finishwerkzeuge.
Die Kopplungsstufen der erfindungsgemäßen Finishvorrichtung sind vorzugsweise durch Federn gebildet, insbesondere durch Schraubenfedern oder pneumatische Federn. Bevorzugt ist die Verwendung von Druckfedern; der Einsatz von Federn mit variabler Kennlinie ist ebenfalls möglich.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Einrichtung einer vorstehend beschriebenen Finishvorrichtung, welches umfasst:

- Bestimmung einer Soll-Frequenz und einer Soll-Amplitude der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugträgers,
- Ansteuerung der Antriebseinrichtung, derart, dass das Antriebselement mit der Soll-Frequenz bewegt wird,
- Einstellung der Amplitude des Antriebselements, derart, dass sich der Finishwerkzeugträger mit der Soll-Amplitude bewegt.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht es, für jedes beliebige Paar von Betriebsparametern, also für ein Wertepaar von Soll-Frequenz und Soll-Amplitude der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugträgers, zugehörige Amplituden des Antriebselements zu bestimmen.
Eine auf diese Weise ermittelte Amplitude des Antriebselements und die zugehörige Soll-Amplitude des Finishwerkzeugträgers werden vorzugsweise in einer Speichereinrichtung hinterlegt. Durch Hinterlegung einer Vielzahl von Betriebspunkten ist es möglich, während des Betriebs einer Finishvorrichtung ohne weitere Einrichtvorgänge auf die in der Speichereinrichtung hinterlegten Werte zurückgreifen zu können.
Dies ermöglicht insbesondere die Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer vorstehend beschriebenen Finishvorrichtung, welches umfasst:

- Auswahl einer Soll-Frequenz und einer Soll-Amplitude der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugträgers,
- Ansteuerung der Antriebseinrichtung, derart, dass das Antriebselement und der Finishwerkzeugträger mit der Soll-Frequenz bewegt werden und dass das Antriebselement mit einer Amplitude bewegt wird, die mit der Soll-Amplitude des Finishwerkzeugträgers korrespondiert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Finishvorrichtung;
2 die Finishvorrichtung gemäß 1 in einem Vertikalschnitt;
3 ein Ersatzschaltbild der Finishvorrichtung gemäß 1;
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Phasenlagen unterschiedlicher Teile der Finishvorrichtung gemäß 1;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen unterschiedlichen Amplituden und Frequenzen unterschiedlicher Teile der Finishvorrichtung gemäß 1; und
6a bis 6d schematische Darstellungen von Ausführungsformen von Antriebseinrichtungen zur Verwendung bei einer Finishvorrichtung gemäß 1 bis 3.

Eine Ausführungsform einer Finishvorrichtung ist in der Zeichnung insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Finishvorrichtung 10 weist ein Gestell 12 auf, das bezogen auf eine Aufstellfläche der Finishvorrichtung üblicherweise ortsfest ist, aber in vertikaler Richtung 14 höheneinstellbar sein kann.
Die Finishvorrichtung 10 dient zur finishenden Bearbeitung eines rotationssymmetrischen Werkstücks 16. Während der finishenden Bearbeitung des Werkstücks 16 rotiert dieses mittels eines nicht dargestellten Rotationsantriebs (bspw. zwei zueinander parallele Antriebswalzen für das Durchlauffinishen oder eine Spindel-/Reitstockkombination) um eine Rotationsachse 18, entsprechend einer Rotationsrichtung 20. Eine Oberfläche des Werkstücks 16 wird finishend bearbeitet, indem ein Finishwerkzeug 22, beispielsweise ein Finishstein 24 oder ein Finishband, kraftschlüssig gegen die rotierende Oberfläche des Werkstücks 16 gedrückt wird.
Das Finishwerkzeug 22 ist an einem Finishwerkzeughalter 26 gehalten. Der Finishwerkzeughalter 26 wiederum ist an einem Finishwerkzeugträger 28 befestigt. Abweichend von der zeichnerischen Darstellung können parallel zu der Rotationsachse 18 gesehen an dem Finishwerkzeugträger 28 eine Mehrzahl von Finishwerkzeugen 22 und Finishwerkzeughaltern 26 befestigt sein.
Während der finishenden Bearbeitung des Werkstücks 16 bewegt sich das Finishwerkzeug 22 in einer zu der Rotationsachse 18 parallelen Richtung. Die Oszillationsbewegung des Finishwerkzeugs 22 ist in 1 mit einem Doppelpfeil 30 angedeutet. Eine typischer Hub der Bewegung des Finishwerkzeugs 22 beträgt zwischen 1 mm und 6 mm.
Der Finishwerkzeugträger 28 ist beispielsweise als Prismenträger ausgebildet und mit einem Gehäuse 32 der Finishvorrichtung 10 verbunden, das in nachstehend beschriebener Art und Weise oszillierend angetrieben wird. Da das Gehäuse 32, der Finishwerkzeugträger 28, der Finishwerkzeughalter 26 und das Finishwerkzeug 22 fest miteinander verbunden sind, entsprechen eine Oszillationsfrequenz und eine Amplitude des Gehäuses 32 identisch der Oszillationsfrequenz und der Amplitude des Finishwerkzeugs 22.
Die Oszillation des Gehäuses 32 findet längs einer Gehäuseachse 34 statt. Die Gehäuseachse 34 ist in 1 und in 2 dargestellt. Der in 2 dargestellte Schnitt verläuft in Vertikalrichtung.
In 2 sind Teile des Gehäuses dargestellt, und zwar ein vorderes Gehäuseteil 32a, welches sich röhrenförmig um die Gehäuseachse 34 erstreckt und ein rückwärtiges Gehäuseteil 32b, welches bezüglich einer Lagerachse 36 mittels Kugelführungen bewegbar gelagert ist. Die Lagerachse 36 verläuft parallel zu der Gehäuseachse 34 und zu der Rotationsachse 18 des Werkstücks 16. Die Lagerachse 36 wird durch einen Zylinder 40 gebildet, der mittels Klemmleisten 42 fest mit dem Gestell 12 (vgl. 1) verbunden ist.
Zur Erzeugung der Oszillationsbewegung 30 ist eine Antriebseinrichtung 44 vorgesehen. Die Antriebseinrichtung 44 umfasst einen elektrischen Antrieb 46 in Form eines Drehantriebs 48. Zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung 44 ist eine Steuereinrichtung 50 vorgesehen.
Die Steuereinrichtung 50 weist ferner eine optionale Speichereinrichtung 52 auf, deren Funktion weiter unten beschrieben wird.
Der Drehantrieb 48 wirkt mit einem Getriebe 54 zusammen. Das Getriebe 54 umfasst in dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel einen optionalen Riementrieb zur Untersetzung einer Drehbewegung des Drehantriebs auf ein Antriebsrad 57.
Das Getriebe umfasst ferner einen Exzenter 56, der über ein Pleuel 58 mit einem Antriebsabschnitt 59 eines Antriebselements 60 gekoppelt ist. Die Länge des Exzenters 56 (entspricht der Exzentrizität) ist mittels einer nachfolgend unter Bezug auf 6a beschriebenen Einstelleinrichtung 116 und mittels der Steuereinrichtung 50 einstellbar, sodass das Pleuel 58 mit einem veränderbaren Hub antreibbar ist. Dies ermöglicht die Einstellung einer Amplitude 62 der Bewegung des Antriebselements 60 längs der Gehäuseachse 34.
Die Steuereinrichtung 50 steuert ferner den Drehantrieb 48 an. Auf diese Weise kann eine Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs 48 (und somit des optionalen Antriebsrads 57) mittels der Steuereinrichtung 50 vorgegeben werden. Auf diese Weise kann also die Frequenz, mit welcher die Bewegung des Antriebselements 60 entlang des Hubs 62 stattfindet, vorgegeben werden. Die Länge des Hubs 62 wird durch die Einstellung der Länge des Exzenters 56 vorgegeben.
Das Antriebselement 60 ist in einem Gehäuse 64 verschiebbar gelagert. Das Gehäuse 64 weist einen beispielsweise hohlzylindrischen Führungsabschnitt 66 und endseitige Begrenzungen 68 und 70 auf. Das Antriebselement 60 ist zwischen zwei Federn 72 eingespannt, die sich an den Begrenzungen 68 und 70 abstützen. Die Federn 72 (und alle weiteren nachfolgend genannten Federn) sind insbesondere durch Schraubendruckfedern oder pneumatische Federn gebildet.
Die beiden Federn 72 bilden gemeinsam eine erste Kopplungsstufe 74, mittels welcher eine oszillierende Bewegung des Antriebselements 60 auf das Gehäuse 64 und eine sich längs der Achse 34 erstreckende Stange 76 übertragen wird. Die Stange 76 ist an ihrem dem Gehäuse 64 zugewandten Ende mit der Begrenzung 70 verbunden. Die Stange 76 ist relativ zu dem Gehäuse 32a längs der Achse 34 bewegbar gelagert. Zu diesem Zweck sind Kugelführungen 78 vorgesehen.
Entlang der Stange 76 verteilt sind zwei Federteller 80 angeordnet, die fest mit der Stange 76 verbunden sind.
Die Teile 66, 68 und 70 des Gehäuses 64, die Stange 76 sowie die Federteller 80 bilden gemeinsam eine Zwischenmasse 82 im Sinne der vorliegenden Anmeldung, vgl. auch 3.
Zur Übertragung der Bewegung der Zwischenmasse 82 auf die Bewegung des Gehäuses 32 weist dieses mit dem Gehäuseteil 32a verbundene, außenliegende Anschläge 84 auf. Zusätzlich sind innenliegende Anschläge 86 vorgesehen. Entlang der Achse 34 gesehen sind jeweils auf voneinander abgewandten Seiten der Federteller 80 Federn vorgesehen, die in 2 mit 88a bis 88d bezeichnet sind. Die vier Federn 88a bis 88d bilden gemeinsam eine zweite Kopplungsstufe 90 im Sinne der vorliegenden Anmeldung.
Die Finishvorrichtung 10 weist ferner ein Gestellteil 92 auf, das auch als „Nullpunkthalter“ bezeichnet werden kann. Das Gestellteil 92 ist entweder fest mit dem Gestell 12 (vgl. 1) verbunden; oder aber es ist ein (nicht dargestellter) Zusatzantrieb vorgesehen, mittels welchem das Gestellteil 92 entlang der Achse 34 antreibbar ist. Das Gestellteil 92 ist beispielsweise zwischen den Federntellern 80 angeordnet und erstreckt sich mit einem Hülsenteil 94 um die Stange 76 herum bis zu endseitigen Anschlägen 96.
Zwischen den Anschlägen 96 des Gestellteils 92 und den innenliegenden Anschlägen 86 des Gehäuseteils 32a sind Federn 97 vorgesehen, die eine zusätzliche Kopplungsstufe 98 bilden, die das Gehäuseteil 32a und somit den Finishwerkzeugträger 28 an dem Gestellteil 92 abstützt.
Eine vierte Kopplungsstufe 100 wird durch Federn 102 gebildet. Diese stützen sich zwischen den Federntellern 80 der Stange 76 und den Anschlägen 96 des Gestellteils 92 ab. Sie dienen also als Kopplungsstufe für eine Abstützung der Zwischenmasse 82 an dem Gestellteil 92.
In 2 ist aus Übersichtsgründen nicht dargestellt, dass das Gehäuse des Drehantriebs 48 (und eine Lagerung des Antriebsrads 57) als ortfester Teil der Antriebseinrichtung 44 mit dem Gestellteil 92 verbunden ist bzw. sind. Dies ist schematisch in 3 dargestellt. In 3 sind die vorstehend beschriebenen Bauteile der Finishvorrichtung schematisch und im Hinblick auf das Zusammenwirken mit den verschiedenen Kopplungsstufen dargestellt. In der Darstellung der 3 sind zwei Abschnitte des Gestellteils 92 sichtbar; diese Abschnitte sind miteinander verbunden.
Durch die Zwangssteuerung der Bewegung des Antriebselements 60 kann die Amplitude und die Frequenz der Bewegung des Antriebselements 60 vorgegeben werden. In 4 ist eine Amplitude der Bewegung des Antriebselements 60 beispielhaft für einen Zeitraum ab 180 Sekunden nach Beginn der Bewegung des Antriebselements 60 (und somit in einem in der Schwingungsform mit einem Knoten eingeschwungenen Zustand) dargestellt. Diesem Verlauf ist eine entsprechende Darstellung des Verlaufs der Amplitude der Zwischenmasse 82 gegenübergestellt, sowie ein Verlauf der Amplitude des Finishwerkzeugträgers 28 mit dem mindestens einen Finishwerkzeug 22.
Die Amplituden der Zwischenmasse 82 und des Finishwerkzeugträgers 28 sind zueinander gegenläufig, wodurch Vibrationen, die durch die Bewegung der Zwischenmasse 82 und des Finishwerkzeugträgers 28 bedingt sind, minimiert werden.
Aus 4 ist ferner gut erkennbar, dass die Bewegungen des Finishwerkzeugs 22 und des Antriebselements 60 um 180° zueinander phasenversetzt verlaufen. Außerdem ist gut erkennbar, dass die Erregeramplitude des Antriebselements 60 mit ca. 20 mm vergleichsweise groß und die resultierende Bewegungsamplitude des Finishwerkzeugs 22 mit 2 mm vergleichsweise klein ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 5 erläutert, wie die Finishvorrichtung 10 eingerichtet und betrieben werden kann, um ein Finishwerkzeug 22 mit einer gewünschten Soll-Amplitude und einer gewünschten Soll-Frequenz zu bewegen. In 5 ist eine Soll-Amplitude 104 des Finishwerkzeugs 22 beispielhaft mit dem Bezugszeichen 104 bezeichnet. Diese Soll-Amplitude beträgt beispielsweise 2,5 mm. Eine Soll-Frequenz des Finishwerkzeugs 22 ist in 5 beispielhaft mit dem Bezugszeichen 106 bezeichnet. Diese beträgt beispielsweise 42,5 Hz.
Um das Finishwerkzeug 22 mit einer solchen Soll-Amplitude 104 und einer solchen Soll-Frequenz 106 bewegen zu können, wird der Drehantrieb 48 der Antriebseinrichtung 44 mittels der Steuereinrichtung 50 so angesteuert, dass eine Bewegungsfrequenz des Antriebselements 60 gleich der Soll-Frequenz 106 des Finishwerkzeugs 22 ist. Für den Fall eines Untersetzungsverhältnisses von 1:2 von Drehantrieb 48 zu Antriebsrad 57 wird also beispielsweise eine Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs 48 eingestellten, die in Umdrehungen pro Sekunde doppelt so hoch ist wie die Soll-Frequenz 106.
Anschließend wird ermittelt, mit welcher Amplitude das Antriebselement 60 sich hin- und herbewegen muss, damit sich das Finishwerkzeug 22 mit der gewünschten Soll-Amplitude 104 hin- und herbewegt. Hierbei kann unterschieden werden zwischen einem in 5 mit I bezeichneten Zustand, in welchem das Finishwerkzeug 22 noch nicht an einem Werkstück 16 anliegt und einem in 5 mit II bezeichneten Zustand, in welchem eine Wirkfläche des Finishwerkzeugs 22 kraftbeaufschlagt auf die Oberfläche des Werkstücks 16 drückt.
Auf diese Weise kann eine einzustellende Amplitude 108 ermittelt werden, bei welcher bezogen auf die Soll-Frequenz 106 sich das Finishwerkzeug 22 mit der Soll-Amplitude 104 bewegt. Die eingestellte Amplitude 108 kann für das Paar von Sollwerten 104, 106 in der Speichereinrichtung 52 der Steuereinrichtung 50 hinterlegt werden. Durch Hinterlegung einer Vielzahl von Amplituden 108 für unterschiedliche Sollwertpaare in der Speichereinrichtung 52 ist es möglich, während des Betriebs der Finishvorrichtung auf diese hinterlegten Werte zurückzugreifen. Somit kann in Abhängigkeit einer gewünschten Sollfrequenz- und Amplitude eine mit diesen Sollwerten korrespondierende Ansteuerung des Antriebselements 60 erfolgen.
Wie aus 5 ersichtlich, ist es mit der erfindungsgemäßen Finishvorrichtung 10 möglich, eine betragsgleiche Soll-Amplitude 104 über einen großen Frequenzbereich von beispielsweise 25 Hz bis ca. 50 Hz in der bevorzugten Schwingungsform des Schwingantriebs darzustellen. Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Schwingantrieb ist eine solchermaßen konstante Amplitude 104 über einen großen Frequenzbereich nicht darstellbar; vielmehr geht dort eine Erhöhung der Oszillationsfrequenz auch mit einem Anstieg der Oszillationsamplitude einher.
Nachfolgend werden mit Bezug auf 6a bis 6d alternative Antriebseinrichtungen 44 erläutert, die anstelle der vorstehend beschriebenen Antriebseinrichtung 44 verwendet werden können.
Die Antriebseinrichtung 44 gemäß 6a weist einen Drehantrieb 48 mit einem Stator 110 und einem Rotor 112 auf. Der Stator 110 kann ortsfest sein oder an dem Gestellteil 92 (vergleiche 3) angeordnet sein.
Ferner ist ein Exzenter 56 vorgesehen, dessen Länge (gleich Abstand zu einer Drehachse 114 des Drehantriebs 48) mittels einer Einstelleinrichtung 116 (bspw. ein pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Antrieb) veränderbar und einstellbar ist. Hierdurch wird der Abstand eines rotorseitigen Lagers 118 des Pleuels 58 zu der Drehachse 114 und somit der Hub des Antriebsabschnitts 59 des Antriebselements 60 eingestellt.
Die Antriebseinrichtung 44 gemäß 6b weist einen Linearantrieb 120 in Form eines elektromagnetischen Linearmotors auf, der mittels der Steuereinrichtung 50 ansteuerbar ist. Der Linearantrieb 120 weist einen linearbeweglichen Anker 122 und einen Stator 124 auf. Der Anker 122 ist mit dem Antriebsabschnitt 59 des Antriebselements 60 verbunden.
Der Stator 124 kann ortsfest sein oder an dem Gestellteil 92 (vergleiche 3) angeordnet sein.
Die Antriebseinrichtung 44 gemäß 6c weist einen Drehantrieb 48 auf, der innerhalb des Gehäuses 64 der Zwischenmasse 82 angeordnet ist. Dieser Drehantrieb 48 ist samt Stator 110 und Rotor 112 zwischen Federn 72 eingespannt, die sich an dem Gehäuse 64 abstützen. Auf dem Rotor 112 ist eine Antriebsmasse 126 angeordnet, dessen Abstand zu der Drehachse 114 des Drehantriebs 48 mittels einer Einstelleinrichtung 116 veränderbar und einstellbar ist. Bei Drehung des Rotors 112 dreht die Antriebsmasse 126 um die Drehachse 114; hierdurch werden der Rotor 112 und der Stator 110 in eine oszillierende Bewegung versetzt. Somit bilden der Drehantrieb 48 und die Antriebsmasse 126 gemeinsam ein Antriebselement 60.
Die Antriebseinrichtung 44 gemäß 6d umfasst einen Linearantrieb mit einem Stator 124 und einem Anker 122. Der Anker 122 bildet ein Antriebselement 60 und ist zwischen Federn 72 eingespannt, die sich an dem Gehäuse 64 abstützen. Der Stator 124 ist an oder in dem Gehäuse 64 befestigt und somit Teil der Zwischenmasse 82.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 869437 B [0002, 0004, 0005, 0007, 0008]

Claims

Finishvorrichtung (10) mit einer Antriebseinrichtung (44) zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung eines Antriebselements, wobei die oszillierende Bewegung des Antriebselements über mindestens eine Kopplungsstufe (74) in eine oszillierende Bewegung einer Zwischenmasse (82) und über eine zweite Kopplungsstufe (90) in eine oszillierende Bewegung eines Finishwerkzeugträgers (28) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (44) ein mechanisch oder elektromagnetisch zwangsgesteuertes Antriebselement (60) aufweist, dessen Antriebshub einstellbar ist.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (50) vorgesehen ist, mit welcher der Antriebshub und eine Frequenz der Bewegung des Antriebselements (60) voneinander unabhängig vorgebbar sind.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (44) einen elektromagnetischen Antrieb (46) aufweist.
Finishvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (44) einen Linearantrieb (120) aufweist.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (60) durch einen Anker (122) des Linearantriebs (120) gebildet ist.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (124) des Linearantriebs (120) Teil der Zwischenmasse (82) ist.
Finishvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (44) einen Drehantrieb (48) zur Erzeugung einer Drehbewegung aufweist.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung des Drehantriebs (48) über ein Getriebe (54) in eine oszillierende Hubbewegung des Antriebselements (60) umgewandelt wird.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (48) eine einstellbar exzentrisch gelagerte Antriebsmasse (126) in Drehrichtung antreibt und der Drehantrieb (48) und die Antriebsmasse (126) gemeinsam ein oszillierend bewegbares Antriebselement (60) bilden.
Finishvorrichtung (10) nach einem Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) zur Einstellung einer Frequenz der Bewegung des Antriebselements (60) zwischen 0 Hz und 50 Hz eingerichtet ist.
Finishvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Amplitude der Bewegung des Antriebselements (60) zwischen 0 mm und 40 mm einstellbar ist.
Finishvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Finishvorrichtung (10) ein Gestellteil (92) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Finishwerkzeugträger (28) mittels einer dem Finishwerkzeugträger (28) zugeordneten Kopplungsstufe (98) an dem Gestellteil (92) abgestützt ist und/oder dass die Zwischenmasse (82) mittels einer der Zwischenmasse (82) zugeordneten Kopplungsstufe (100) an dem Gestellteil (92) abgestützt ist.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestellteil (92) mittels eines Zusatzantriebs in einer zu einer Oszillationsachse (30) eines an dem Finishwerkzeugträger (28) gehaltenen Finishwerkzeugs (22) parallelen Richtung antreibbar ist.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein bezogen auf das Antriebselement (60) ortsfester Teil der Antriebseinrichtung (44) mit dem Gestellteil (92) verbunden ist.
Finishvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung zur Messung einer Amplitude der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugträgers (28) vorgesehen ist.
Finishvorrichtung (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung mit einer Steuereinrichtung (50) nach Anspruch 2 gekoppelt ist.
Verfahren zur Einrichtung einer Finishvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: - Bestimmung einer Soll-Frequenz (106) und einer Soll-Amplitude (104) der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugträgers (28), - Ansteuerung der Antriebseinrichtung (44), derart, dass das Antriebselement (60) mit der Soll-Frequenz (106) bewegt wird, - Einstellung der Amplitude (108) des Antriebselements (60), derart, dass sich der Finishwerkzeugträger (28) mit der Soll-Amplitude (104) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Hinterlegung der eingestellten Amplitude (108) des Antriebselements (60) und der zugehörigen Soll-Amplitude (104) des Finishwerkzeugträgers (28) für die Soll-Frequenz (106) in einer Speichereinrichtung (52).
Verfahren zum Betrieb einer Finishvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch: - Auswahl einer Soll-Frequenz (106) und einer Soll-Amplitude (104) der oszillierenden Bewegung des Finishwerkzeugträgers (28), - Ansteuerung der Antriebseinrichtung (44), derart, dass das Antriebselement (60) und der Finishwerkzeugträger (28) mit der Soll-Frequenz (106) bewegt werden und dass das Antriebselement (60) mit einer Amplitude (108) bewegt wird, die mit der Soll-Amplitude (104) des Finishwerkzeugträgers (28) korrespondiert.