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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Beschreibung betrifft das Gebiet der Werkzeugmaschinen, insbesondere eine Orbitalschleifmaschine zum automatisierten, robotergestützten Schleifen.
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HINTERGRUND
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Bei der robotergestützten Oberflächenbearbeitung wird eine Werkzeugmaschine wie z.B. eine Schleif- oder Poliermaschine (z.B. eine elektrisch betriebene Schleifmaschine mit rotierender Schleifscheibe als Schleifwerkzeug) von einem Manipulator, beispielsweise einem Industrieroboter, geführt. Dabei kann die Werkzeugmaschine auf unterschiedliche Weise mit dem sogenannten TCP (Tool Center Point) des Manipulators gekoppelt sein; der Manipulator kann in der Regel Position und Orientierung der Maschine praktisch beliebig einstellen und die Werkzeugmaschine z.B. auf einer Trajektorie parallel zur Oberfläche des Werkstücks bewegen. Industrieroboter sind üblicherweise positionsgeregelt, was eine präzise Bewegung des TCP entlang der gewünschten Trajektorie ermöglicht. Mit einem separaten Aktor kann unabhängig vom Manipulator die Prozesskraft zwischen Werkzeugmaschine und Werkstückoberfläche eingestellt und geregelt werden.
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In vielen Fällen kommen Exzenterschleifer (Orbitalschleifmaschine, orbital sanding machine) zum Einsatz, bei denen eine Schleifscheibe auf einem Montageteller (backing pad) befestigt ist, wobei der Schleifteller um eine exzentrisch angeordnete erste Drehachse rotiert, die selbst um eine zentrale zweite Drehachse rotiert. Orbitalschleifmaschinen sind an sich bekannt (siehe z.B.
US 6257970B1 ) und deren Funktionsprinzip wird daher hier nicht weiter diskutiert. Des Weiteren sind Vorrichtungen bekannt, die ein automatisiertes Wechseln der Schleifscheiben ermöglichen (siehe z.B.
US 8517799B2 ). Bei Orbitalschleifmaschinen hat man das Problem, dass der Montageteller in einer undefinierten Position zum Stehen kommt, wohingegen es für das automatisierte Wechseln der Schleifscheiben wünschenswert sein kann, dass beim Beginn des automatisierten Wechselprozesses der Montageteller sich in einer definierten Position befindet. Des Weiteren kommt es vor, dass sich der Montageteller nach dem Ausschalten des Motors noch vergleichsweise lange weiterdreht, was den Wechselprozess verzögert.
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Der Erfinder hat es sich zur Aufgabe gemacht, existierende Orbitalschleifmaschinen zu verbessern, sodass ein automatisierter Prozess zum Wechseln der Schleifscheiben schneller und zuverlässiger wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die oben genannte Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Unterschiedliche Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Folgenden wird eine Vorrichtung mit einer Werkzeugmaschine und einer Bremsvorrichtung beschrieben, wobei die Werkzeugmaschine einen exzentrisch gelagerten drehbaren Montageteller zur Aufnahme eines Werkzeugs aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Bremsvorrichtung einen Rahmen, der an der Werkzeugmaschine befestigt ist, eine Feder, die mit einem ersten Ende an dem Rahmen fixiert ist, sowie einen Hebel auf, der mit einem zweiten Ende der Feder verbunden ist. Die Bremsvorrichtung weist weiter einen Aktor auf, der dazu ausgebildet ist, den Hebel zu bewegen, wobei bei einer Bewegung des Hebels die Feder gespannt und ein Teil des Hebels gegen den Montageteller der Werkzeugmaschine gedrückt wird.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. In den Abbildungen zeigt:
- 1 illustriert ein Beispiel eines Orbitalschleifers mit einer Bremsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt das Beispiel aus 1 mit aktivierter Bremsvorrichtung.
- 3 illustriert ein Beispiel der Bremsvorrichtung (ohne Schleifmaschine) detaillierter.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bevor verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert werden, wird zunächst ein Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung beschrieben. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Konzepte auch auf andere Arten von Oberflächenbearbeitung (insbesondere Polieren) übertragbar und nicht auf Schleifen beschränkt sind .
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1 illustriert ein Beispiel eines Orbitalschleifers mit einer Bremsvorrichtung. Die Schleifmaschine 1 umfasst im Wesentlichen einen Motor 11 zum Antrieb eines (in einem Gehäuse) exzentrisch gelagerten Montagetellers 12 (backing pad), auf dem eine Schleifscheibe 13 befestigt werden kann. Die exzentrische Lagerung des Montagetellers 12 bewirkt, dass im Betrieb sich dieser um eine exzentrische Drehachse D' dreht, die wiederum um eine zentrale Drehachse D rotiert. Die Schleifscheibe 13 führt dadurch eine kleine elliptische Bewegung aus während sie rotiert (wobei die Ellipsenbahn ebenfalls rotiert). Die Konstruktion eines Orbitalschleifers ist an sich bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Relevant für die weitere Diskussion ist jedoch die Tatsache, dass durch die Exzentrizität e der Drehachse D' (Abstand zwischen den Drehachsen D und D') die Ruhelage des Montagetellers 12 nicht definiert ist. Wenn der Motor 11 abgeschaltet wird, läuft der Montagetellers 12 noch eine Zeit lang weiter und kann in einer beliebigen Winkelposition stehenbleiben.
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Wie eingangs erwähnt kann es für ein automatisches, robotergestütztes Wechseln der Schleifscheibe 13 von Vorteil sein, wenn der Montageteller 12 sich in einer definierten Winkelposition befindet. Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Schleifmaschine 1 eine Bremsvorrichtung 2 auf, die dazu ausgebildet ist, den Montageteller 12 (aus ausgeschaltetem Motor 11) zu bremsen und in eine definierte Winkelposition zu drücken. 2 zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel wie 1 mit aktivierter Bremse.
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Gemäß dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Bremsvorrichtung 2 eine Feder 21, insbesondere eine Blattfeder aus Federstahl. Ein Ende der Feder 21 ist an einem Rahmen 25 der Bremsvorrichtung 2 eingespannt, beispielsweise mittels eines Klemmelementes 24. Wie in 1 dargestellt, wird die Feder 21 zwischen einem Teil des Rahmens 25 und dem Klemmelement, das mittels Schrauben an dem Rahmen 25 befestigt werden kann, eingespannt. An dem anderen Ende der Feder 21 ist ein Hebel 22 montiert (z.B. ebenfalls mittels Schrauben), der die Form einer länglichen Leiste (bar) hat, die an ihrem freien Ende um ca. 90° gebogen ist. Feder 21 und Hebel 22 sind so positioniert, dass das freie Ende des Hebels 22 soweit zu dem Montageteller 12 hin bewegt werden kann, bis das freie Ende des Hebels 22 eine Umfangsfläche (circumferential surface) des Montagetellers 12 berührt. Während dieser Bewegung des Hebels 22 wird die Feder gebogen. Die Bewegung wird durch einen Linearaktor 23 bewirkt. Der Linearaktor kann ein pneumatischer Aktor sein, der beispielsweise als Balgzylinder (bellow cylinder) implementiert sein kann. Alternativ kann ein magnetischer Aktor verwendet werden, der beispielsweise als Hubmagnet (solenoid actuator) ausgeführt sein kann. Unabhängig von der konkreten Implementierung wirkt der Aktor 23 zwischen dem Rahmen 25 und dem Hebel 22.
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Insbesondere die Kombination des über eine Blattfeder am Rahmen 25 gelagerten Hebels 22 mit einem Direktantrieb (ohne Getriebe und sonstige Mechanismen) wie z.B. einem Balgzylinder ermöglicht es, dass der Bremsmechanismus (Hebel 22, Feder 21) ohne Drehgelenke auskommt. Das heißt, es wird kein Mechanismus benötigt, der zueinander bewegliche Teile beinhaltet. Die Bremsvorrichtung 2 wird dadurch robuster und weniger fehleranfällig. Auch der Balgzylinder beinhaltet keine zueinander beweglichen Teile, es wird lediglich der Balg mittels Druckluft aufgepumpt, wodurch das Ende des Balgzylinders gegen den Hebel 22 drückt.
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Beim Aktivieren der Bremse drückt der Aktor 23 gegen den Hebel 22 und damit auch das freie, abgewinkelte Ende des Hebels 22 gegen den Montageteller 12, wobei die Feder 21 gebogen und vorgespannt wird. Diese Situation ist in 2 dargestellt. Dadurch, dass das freie, abgewinkelte Ende des Hebels 22 gegen den Montageteller 12drückt, wird dieser in eine definierte Winkelposition bewegt. Die exzentrische Drehachse D' wird soweit wie möglich von der Bremsvorrichtung 2 weggeschoben. In dem dargestellten Beispiel ist die Bremsvorrichtung an der rechten Seite der Schleifmaschine 1 angeordnet und die exzentrische Drehachse wird durch die aktivierte Bremsvorrichtung so weit wie möglich nach links geschoben. Gleichzeitig wird eine eventuelle Drehbewegung des Montagetellers 12 gebremst, bis dieser still steht.
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3 illustriert eine exemplarische Implementierung der Bremsvorrichtung 2 in einer perspektivischen Darstellung. Der Rahmen 25 besteht aus mehreren Teilen und ist dazu ausgebildet, an einer Schleifmaschine montiert zu werden (siehe 1 und 2). Der Rahmen 25 umfasst eine Basisplatte 25a (Träger), deren äußere Oberfläche an die (z.B. zylindrische) Oberfläche der Schleifmaschine angepasst sein kann. An der Basisplatte 25a ist die Feder 21 mittels des Klemmelementes 24 und Schrauben 24a befestigt. Das heißt, die als Blattfeder ausgeführte Feder 21 wird zwischen einer Oberfläche der Basisplatte 25a und einer korrespondierenden Oberfläche des Klemmelementes 24 eingeklemmt. Die Schrauben 24a sorgen für die nötige Anpresskraft. Der Hebel 22 ist mit der Feder 21 verschraubt, wie das in 1 schon dargestellt wurde. Der Hebel 22 kann sozusagen als „Verlängerung“ der Blattfeder 21 gesehen werden, wobei der Hebel 22 im Vergleich zur Feder 21 starr ist.
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Zur Befestigung des Aktors 23 umfasst der Rahmen 25 einen Bügel 25b (bracket), der an der Basisplatte 25a montiert ist (z.B. mittels Schrauben 25c) und der den Hebel 22 zumindest teilweise umgibt. Der Aktor 23 ist an dem Bügel 25b so montiert, dass er den Hebel 22 zur Basisplatte 25a hin drücken kann (und damit im Betrieb zur Schleifmaschine hin). In dem dargestellten Beispiel ist der Aktor 23 mittels den Schrauben 25d an dem Bügel 25b so befestigt, dass er den Hebel 22 zur Basisplatte 25a (und damit auch zur Schleifmaschine) hin drücken kann.
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Es versteht sich, dass der Rahmen 25 auf verschiedenste Weise konstruiert werden kann. Die in 3 dargestellte Konstruktion kann auf viele Arten modifiziert werden, ohne dass die hier beschriebene Funktion der Bremsvorrichtung 2 geändert wird. Unter einem Rahmen wird also jede strukturelle Komponente oder jeder Zusammenbau struktureller Komponenten verstanden, die/der dazu geeignet und dazu ausgebildet ist, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen, nämlich insbesondere die Fixierung eines Endes der Feder 21 zu ermöglichen sowie auch die Montage des Aktors 23 in einer Weise zu ermöglichen, dass dieser den an der Feder 21 befestigten Hebel 22 bewegen kann. Der Rahmen als solcher ist zur Montage an der Schleifmaschine ausgebildet.
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Im Folgenden werden einige wichtige Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zusammengefasst, wobei es sich um keine abschließende, sondern um eine rein exemplarische Auflistung wichtiger Aspekte und technischer Merkmale handelt.
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Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung mit einer Werkzeugmaschine (insbesondere Orbitalschleifmaschine) und einer Bremsvorrichtung, wobei die Werkzeugmaschine einen exzentrisch gelagerten, drehbaren Montageteller zur Aufnahme eines Werkzeugs aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Bremsvorrichtung einen Rahmen (siehe z.B. 3, Rahmen mit Basisplatte 25a und Montagebügel 25b), der an der Werkzeugmaschine befestigt ist, eine Feder (siehe z.B. 1 und 2, Blattfeder 21), die mit einem ersten Ende an dem Rahmen fixiert ist, sowie einen Hebel (siehe z.B. 1 bis 3, Hebel 22) auf, der mit einem zweiten Ende der Feder verbunden ist. Die Bremsvorrichtung weist weiter einen Aktor (siehe z.B. 1 bis 3, pneumatischer Linearaktor 23) auf, der dazu ausgebildet ist, den Hebel zu bewegen, wobei bei einer Bewegung des Hebels die Feder gespannt und ein Teil des Hebels gegen den Montageteller der Werkzeugmaschine gedrückt wird. Wie erwähnt ist die Feder in den hier beschriebenen Beispielen eine Blattfeder, die z.B. aus Federstahl gefertigt sein kann, und der Hebel ist ausschließlich über die Blattfeder mit dem Rahmen (z.B. mit der Basisplatte des Rahmens) verbunden.
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Der Aktor kann ein pneumatischer oder elektrischer Direktantrieb sein und umfasst insbesondere kein Getriebe oder andere rotierende Teile. Ein Beispiel für einen pneumatischen Direktantrieb ist ein Balgzylinder.
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In einigen Ausführungsbeispielen weist der Rahmen eine Basisplatte auf, an der das erste Ende der Feder mittels eines Klemmelementes festgeklemmt ist. Der Rahmen kann einen Bügel aufweisen, der an der Basisplatte befestigt ist, wobei in diesem Beispiel der Aktor an dem Bügel montiert ist (siehe 3, Aktor 23 ist mittels Schrauben 25d am Bügel 25b montiert). Der Bügel umschließt den Hebel zumindest teilweise. In diesem Beispiel ist im montierten Zustand der Hebel zwischen den am Bügel montierten Aktor und der Basisplatte angeordnet.
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Ein Ende des Hebels kann abgewinkelt sein, wobei das abgewinkelte Ende des Hebels bei einer vom Aktor bewirkten Bewegung des Hebels gegen eine Umfangsfläche des Montagetellers der Werkzeugmaschine gedrückt wird. Aufgrund einer Bewegung des Hebels wird dieser gegen den Montageteller der Werkzeugmaschine (Schleifmaschine) gedrückt, wodurch der Montageteller gebremst und in eine definierte Position geschoben wird.
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Ein weiterer Aspekt betrifft die Eigenfrequenz des Hebels (siehe 1 bis 3, Hebel 22), der abhängig von seiner geometrischen Form und der Steifigkeit des Materials, aus dem er besteht, bestimmte Eigenfrequenzen und zugehörige Schwingungsmoden aufweist, wobei in der Regel eine (nämlich die niedrigste) Eigenfrequenz dominiert. Der Hebel wird gemäß einem Ausführungsbeispiel so konstruiert, dass seine dominierende Eigenfrequenz während des Betriebs der Schleifmaschine nicht angeregt wird. Das heißt, die Eigenfrequenz des Hebels ist höher als eine spezifizierte maximale Drehfrequenz (in Umdrehungen pro Sekunde) des Montagetellers der Schleifmaschine.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6257970 B1 [0003]
- US 8517799 B2 [0003]
