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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Partikelstrahlverfahren. Bei einem solchen Partikelstrahlverfahren ist vorgesehen, Feststoffpartikel wie Glaskugeln, Metallspäne, Kunststoffgranulat, Holzspäne oder Ähnliches mit Hilfe von Druckluft stark zu beschleunigen und den dadurch erzeugten Partikelstrom auf eine Werkstückoberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks aufprallen zu lassen. Durch die kinetische Energie der auftreffenden Partikel kann beispielsweise eine Reinigung und/oder eine Verfestigung und/oder eine Spannungsreduzierung an der Werkstückoberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks erreicht werden.
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Die
DE 198 30 397 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Reinigen einer Vulkanisierform mittels Trockeneis mit einer in die Vulkanisierform einbringbaren Trockeneisdüse, die an eine Trockeneismaschine anschließbar ist und mit einer an der Vulkanisierform anlegbaren Schallschutzvorrichtung, wobei die Trockeneisdüse derart an einem Industrieroboter mit mindestens einem Roboterarm angeordnet ist, dass die Trockeneisdüse mit Hilfe des Industrieroboters in die Vulkanisierform einführbar und in ihr bewegbar ist, wobei die Schallschutzvorrichtung zumindest den Roboterarm derart umschließt, dass der Roboterarm in ihr bewegbar ist.
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Aus der
DE 198 28 987 A1 ist eine Vorrichtung zum Entfernen von an einer Oberfläche einer Leiterplattenschablone oder an einer Oberfläche einer bestückten oder unbestückten Leiterplatte anhaftenden Mitteln, insbesondere Flußmitteln, Klebern oder Lotpaste, bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass wenigstens ein Bereich der Oberfläche der Leiterplattenschablone oder der Leiterplatte mit wenigstens einem Reinigungsstrahl bestrahlt wird, der Kohlendioxidpartikel enthält.
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Die
WO 2003/ 097 301 A1 offenbart ein System zum Schneiden von Stahlblech, insbesondere zum Schneiden des Bodens und/oder der Wand eines Öllagertanks, mit einer hydraulischen oder pneumatischen Pumpe und einer beweglichen Schneidvorrichtung, die einen hydraulischen oder pneumatischen Motor zum Bewegen der Schneidvorrichtung aufweist, wobei die Pumpe und der Motor hydraulisch oder pneumatisch über Schläuche miteinander verbunden sind.
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Aus der
DE 10 2012 107 225 A1 ist es bekannt, an einem Haltearm eine erste Reinigungseinheit, welche mit einem Haltekörper verbunden ist, eine erste Sprühdüse, welche mit der ersten Reinigungseinheit verbunden ist, eine zweite Reinigungseinheit, welche mit dem Haltekörper verbunden ist, und eine zweite Sprühdüse , welche mit der zweiten Reinigungseinheit verbunden ist, vorzusehen, wobei die erste Sprühdüse und die zweite Sprühdüse unabhängig voneinander bewegbar sind.
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Die
DE 15 06 523 A offenbart eine Schutzhülle mit nach Art eines Faltenbalges angeordneten radialen Falten für teleskopartig ausschiebbare, um ihre Längsachse drehbare Greifwerkzeuge, wobei der zwei gegeneinander verdrehbar angeordnete Teile übergreifende Teil der Schutzhülle in Längsrichtung verlaufende Falten aufweist.
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Die
US 2016 / 0 256 924 A1 offenbart eine Wartungsstation für Gießwerkzeuge mit einer Handlingseinrichtung, an der eine Sprüheinrichtung angeordnet ist, wobei mit der Sprüheinrichtung ein Reinigungsmedium auf Formoberflächen mindestens eines Gießwerkzeugs aufsprühbar ist, wobei das Reinigungsmedium ein Gemisch aus Druckluft und abrasiven Partikeln umfassst und wobei die abrasiven Partikel als Eispartikel und/oder Salzkörner ausgebildet sind und die Handlingseinrichtung als Roboter ausgebildet ist, so dass die Sprüheinrichtung selbsttätig über die Formoberflächen des Gießwerkzeugs verfahrbar ist, wobei die Sprüheinrichtung über eine Zuführeinrichtung mit einem Strahlgerät verbunden ist, wobei das Strahlgerät ein Reservoir umfasst, in dem die abrasiven Partikel gelagert sind, die über die Zuführeinrichtung zu der Sprüheinrichtung zuführbar sind, und dass - eine Beschichtungseinrichtung vorgesehen ist, mit der eine Beschichtung auf die Oberfläche des Gießwerkzeugs aufbringbar ist, wobei die Beschichtungseinrichtung an der Handlingseinrichtung vorgesehen ist.
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Die
DE 23 03 055 A offenbart eine Einrichtung zum Behandeln der Oberfläche von Gegenständen mittels eines aus einer Düse austretenden Luftstrahles, dem ein Oberflächenbehandlungsmittel beigegeben ist, mit Kabine, Absaugvorrichtung und einem Staubfilter für die Reinigung der aus der Kabine austretenden verunreinigten Luft,wobei dem Staubfilter selektiv wirkende Abscheideorgane vorgeschaltet sind, die Staub und Luft durchlassen aber mindestens den grösseren Teil der Partikel des Oberflächenbehandlungsmittels zurückhalten, und die so angeordnet und ausgebildet sind, dass die von ihnen zurückgehaltenen Partikel durch Schwerkraft in einen Sammelbehälter fallen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kostengünstige Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, die insbesondere in einem generativen Herstellungsverfahren wie Lasersintern hergestellt wurden, bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird für eine Bearbeitungseinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Bearbeitungseinrichtung ein Arbeitsgehäuse umfasst, das ein Arbeitsvolumen begrenzt, wobei ein Manipulator zumindest bereichsweise in dem Arbeitsvolumen angeordnet ist, der eine Manipulatorbasis aufweist, die dem Arbeitsgehäuse zugeordnet ist, und der einen ersten Manipulatorabschnitt aufweist, der beweglich an der Manipulatorbasis gelagert ist und dem eine Strahleinrichtung zugeordnet ist, die zur Durchführung eines druckluftgestützten Partikelstrahlverfahrens ausgebildet ist, wobei ein erster Druckluftantrieb zwischen der Manipulatorbasis und dem ersten Manipulatorabschnitt angeordnet ist, der zur Einleitung einer Bewegung auf den ersten Manipulatorabschnitt ausgebildet ist, und wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die eine Verarbeitungseinrichtung und ein Druckluftventil umfasst, wobei die Verarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen an das Druckluftventil ausgebildet ist und wobei das Druckluftventil zur Beeinflussung eines Druckluftstroms von einer Druckluftquelle an den ersten Druckluftantrieb ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung außerhalb des Arbeitsvolumens angeordnet ist und ausschließlich über eine Druckluftleitungsanordnung mit dem ersten Druckluftantrieb verbunden ist.
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Die Aufgabe des Arbeitsgehäuses besteht darin, die während der Durchführung des druckluftgestützten Partikelstrahlverfahrens auftretende Staubentwicklung, die durch das Auftreffen des Partikelstroms auf die Werkstückoberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks und insbesondere durch die Ablösung von Verschmutzungen von der Werkstückoberfläche sowie durch das Zerplatzen von Feststoffpartikeln entsteht, auf das Arbeitsvolumen zu begrenzen. Hierbei tritt die Problemstellung auf, dass in Abhängigkeit von dem Material des zu bearbeitenden Werkstücks sowie in Abhängigkeit von den verwendeten Feststoffpartikeln ein zündfähiges Partikel-Luftgemisch (zündfähige Atmosphäre) entstehen kann, das durch einen Funken oder durch eine heiße Oberfläche zur Explosion gebracht werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn mit Hilfe des Partikelstrahlverfahrens eine Reinigung von generativ hergestellten Werkstücken aus Kunststoffmaterialien vorgenommen werden soll, da die bei der generativen Herstellung derartiger Werkstücke eingesetzten Pulvermaterialien eine extrem kleine Partikelgröße aufweisen und üblicherweise gut brennbar sind. Durch die Verwirbelung dieser Kunststoffpartikel innerhalb des Arbeitsvolumens besteht daher zumindest für den Fall, dass das Partikelstrahlverfahren mit Druckluft und nicht mit einem Intertgas wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid oder einem Edelgas durchgeführt wird, ein hohes Explosionsrisiko.
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Um eine kostengünstige Bearbeitung von derartigen Werkstücken zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Bearbeitung der Werkstücke mit dem Partikelstrahlverfahren unter Verwendung eines Manipulators vorgenommen wird, der eine Strahleinrichtung im Arbeitsvolumen in geeigneter Weise gegenüber dem Werkstück ausrichten kann und der auch bei einer Vielzahl von Werkstücken eine reproduzierbare Bearbeitungsqualität für die Werkstücke ermöglicht. Hierzu umfasst der Manipulator eine Manipulatorbasis, die insbesondere an einer Innenoberfläche des Arbeitsgehäuses festgelegt ist und an der ein erster Manipulatorabschnitt beweglich gelagert ist, dem die Strahleinrichtung zugeordnet ist, wobei eine Relativbewegung des ersten Manipulatorabschnitts mit der zugeordneten Strahleinrichtung gegenüber der Manipulatorbasis mit Hilfe eines ersten Druckluftantriebs verwirklicht wird. Alternativ kann vorgesehen werden, dass die Manipulatorbasis außerhalb des Arbeitsgehäuses, entweder an einer Außenoberfläche des Arbeitsgehäuses oder an einer Trägereinrichtung, an der auch das Arbeitsgehäuse aufgenommen ist, festgelegt ist. Bei dieser Trägereinrichtung kann es sich insbesondere um ein Transportsystem, das eine Verlagerung des Arbeitsgehäuses und des Manipulators ermöglich, oder um ein Maschinenfundament handeln. Bei einer Anordnung der Manipulatorbasis außerhalb des Arbeitsgehäuses ist vorzusehen, dass beispielsweise der erste Manipulatorabschnitt einen Wandabschnitt des Arbeitsgehäuses durchsetzt. Dabei kann der erste Manipulatorabschnitt entweder an dem Wandabschnitt festgelegt sein oder mittels einer beweglichen Dichtungsanordnung abdichtend und mit wenigstens einem Freiheitsgrad der Bewegung gegenüber dem Wandabschnitt beweglich angeordnet sein.
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Bei dem Druckluftantrieb kann es sich beispielsweise um einen Pneumatikzylinder, einen kolbenstangenlosen pneumatischen Antrieb, einen pneumatischen Muskel oder um einen Druckluftmotor handeln. Entscheidend ist, dass der erste Druckluftantrieb durch Bereitstellung eines vorgebbaren Druckluft-Volumenstroms die gewünschte Relativbewegung des ersten Manipulatorabschnitts gegenüber der Manipulatorbasis durchführen kann und dass von einem derartigen Antrieb kein Risiko im Hinblick auf eine Wirkung als Zündquelle ausgeht.
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Dem ersten Druckluftantrieb ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die eine Verarbeitungseinrichtung und ein Druckluftventil umfasst.
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Die Verarbeitungseinrichtung, die beispielsweise als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildet sein kann und die insbesondere zur Verarbeitung eines vorgebbaren Computerprogramms ausgebildet sein kann, dient dabei zur Bereitstellung von elektrischen Steuersignalen an das Druckluftventil.
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Das Druckluftventil ist dafür ausgebildet, einen Druckluftstrom, der von einer Druckluftquelle bereitgestellt werden kann, in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Verarbeitungseinrichtung an den ersten Druckluftantrieb bereitzustellen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass das Druckluftventil für eine Umsetzung der elektrischen Steuersignale der Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, beispielsweise bei einer Ausgestaltung des Druckluftventils als Magnetventil oder als Piezoventil.
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Wahlweise kann vorgesehen sein, dass das Druckluftventil für eine unmittelbare Bereitstellung von Druckluft an den ersten Druckluftantrieb ausgebildet ist oder dass das Druckluftventil in der Art eines elektrisch ansteuerbaren Vorsteuerventils betrieben wird und dass ein Druckluftstrom ausgehend vom Druckluftventil an ein Arbeitsventil bereitgestellt wird, das seinerseits für die Bereitstellung des Druckluftstroms an den ersten Druckluftantrieb ausgebildet ist.
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Um eine kostengünstige und an die Anforderungen des Explosionsschutzes angepasste Aufbauweise für die Bearbeitungseinrichtung gewährleisten zu können, kommen insbesondere zwei unterschiedliche Varianten für die Gestaltung der Bearbeitungseinrichtung in Frage.
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Bei einer ersten Variante ist vorgesehen, eine Einkopplung von elektrischer Energie in den Arbeitsvolumen vollständig zu vermeiden, wobei bei dieser Variante die Steuereinrichtung außerhalb des Arbeitsvolumens angeordnet ist und somit die elektrischen Steuersignale für das Druckluftventil ebenfalls außerhalb des Arbeitsvolumens verbleiben. Bei dieser Variante kann wahlweise eine unmittelbare Ansteuerung des Druckluftantriebs durch das außerhalb des Arbeitsvolumens angeordnete Druckluftventil oder eine fluidische Vorsteuerung eines im Arbeitsvolumen angeordneten Arbeitsventil durch das außerhalb des Arbeitsvolumens angeordnete Druckluftventil vorgesehen werden.
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Bei einer alternativen, zweiten Variante ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung innerhalb des Arbeitsvolumens angeordnet ist, weshalb in diesem Fall zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, um die Steuereinrichtung explosionssicher zu gestalten.
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Zweckmäßig ist es, wenn das Druckluftventil als elektrisch ansteuerbares Magnetventil oder als elektrisch ansteuerbares Piezoventil ausgebildet ist. Hierbei ist eine unmittelbare elektrische Ansteuerung des Druckluftventils durch die Steuersignale der Verarbeitungseinrichtung vorgesehen, so dass die Anzahl von Komponenten für die Bearbeitungseinrichtung gering gehalten werden kann, da beispielsweise kein zwischen die Verarbeitungseinrichtung und das Druckluftventil zwischengeschaltetes Vorsteuerventil erforderlich ist. Das Druckluftventil kann wahlweise als Schaltventil oder als Proportionalventil ausgebildet sein. Beispielhaft ist bei einer Ausgestaltung des Druckluftventils als elektrisch ansteuerbares Magnetventil einer Ausführung als Schaltventil vorgesehen. Eine Ansteuerung dieses Schaltventils kann beispielsweise im Pulsmodulationsverfahren erfolgen, so dass dieses Schaltventil zumindest näherungsweise in der Art eines Proportionalventils betrieben werden kann. Bei einer Ausgestaltung des Druckluftventil als elektrisch ansteuerbares Piezoventil ist davon auszugehen, dass eine Betriebsweise in der Art eines Proportionalventil des vorgesehen ist, wobei auch ein rein geschalteter Betrieb vorgesehen werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinrichtung außerhalb des Arbeitsvolumens angeordnet ist und wenn die Druckluftleitungsanordnung eine Druckluftsteuerleitung zur Verbindung des Druckluftventils mit einem dem ersten Druckluftantrieb zugeordneten, fluidisch vorgesteuerten ersten Arbeitsventil sowie eine Druckluftversorgungsleitung für eine Druckluftversorgung des ersten Druckluftantriebs umfasst, wobei das erste Arbeitsventil in der Druckluftversorgungsleitung angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform erfolgt eine Einflussnahme auf den Druckluftstrom, der durch die Druckluftversorgungsleitung an den ersten Druckluftantrieb bereitgestellt werden kann, mit Hilfe des fluidisch vorgesteuerten ersten Arbeitsventils. Dieses erste Arbeitsventil kann in Abhängigkeit von einem Druck in der zugeordneten Druckluftsteuerleitung zwischen einer ersten Funktionsstellung, insbesondere einer Schließstellung und einer zweiten Funktionsstellung, insbesondere einer Öffnungsstellung, variiert oder umgeschaltet werden, um dadurch den gewünschten Druckluftstrom an den Druckluftantrieb bereitzustellen. Eine Einflussnahme auf den Druck in der Druckluftsteuerleitung erfolgt durch das Druckluftventil, das durch die elektrischen Steuersignale der Verarbeitungseinrichtung angesteuert wird und das zusammen mit der Verarbeitungseinrichtung außerhalb des Arbeitsvolumens angeordnet ist. Dementsprechend ist bei dieser Variante keine Einkopplung von elektrischer Energie in das Arbeitsvolumen vorgesehen, so dass im Hinblick auf die Steuereinrichtung keine besonderen Maßnahmen zur Sicherstellung des Explosionsschutzes für die Bearbeitungseinrichtung getroffen werden müssen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Manipulatorabschnitt und der Strahleinrichtung ein zweiter Manipulatorabschnitt angeordnet ist, der beweglich mit dem ersten Manipulatorabschnitt verbunden ist, wobei ein zweiter Druckluftantrieb zwischen dem zweiten Manipulatorabschnitt und dem ersten Manipulatorabschnitt angeordnet ist, der zur Einleitung einer Bewegung auf den zweiten Manipulatorabschnitt ausgebildet ist und der mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Dadurch wird für den Manipulator ein zusätzlicher Freiheitsgrad der Bewegung bereitgestellt, so dass die Strahleinrichtung in vorteilhafter Weise gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück ausgerichtet werden kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine erste Schwenkachse, die durch die bewegliche Verbindung des ersten Manipulatorabschnitt mit der Manipulatorbasis bestimmt wird, und eine zweite Schwenkachse, die durch die bewegliche Verbindung zwischen den zweiten Manipulatorabschnitt und dem ersten Manipulatorabschnitt bestimmt wird, in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet sind, um eine besonders vorteilhafte Einflussnahme auf die räumliche Ausrichtung der Strahleinrichtung nehmen zu können. Der zweite Druckluftantrieb ist über die Druckluftleitungsanordnung mit der Steuereinrichtung verbunden, die ein zweites Druckluftventil umfasst, um eine individuelle Bereitstellung von Druckluft an den zweiten Druckluftantrieb zu ermöglichen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Manipulatorbasis und der erste Manipulatorabschnitt ein erstes Manipulatorgelenk bilden und dass der erste Manipulatorabschnitt und der zweite Manipulatorabschnitt ein zweites Manipulatorgelenk bilden, wobei dem ersten Manipulatorgelenk und/oder dem zweiten Manipulatorgelenk ein Bewegungssensor aus der Gruppe: eigensicherer elektrischer Winkelsensor, optischer Winkelsensor, Faserbiegesensor, zugeordnet ist und dass eine Sensorleitung zur Verbindung des Bewegungssensors mit der Verarbeitungseinrichtung in die Druckluftleitungsanordnung integriert ist. Die Aufgabe des Bewegungssensors besteht darin, Informationen über die Schwenkstellung des jeweiligen Manipulatorgelenks an die Verarbeitungseinrichtung bereitzustellen. Da die Manipulatorgelenke zwingend innerhalb des Arbeitsvolumens angeordnet sind, muss gewährleistet werden, dass von dem Bewegungssensor und der zugeordneten Sensorleitung keine Gefahr im Hinblick auf eine Zündung einer im Arbeitsvolumen vorliegenden explosionsfähigen Atmosphäre ausgehen kann. Im Falle eines elektrischen Winkelsensors kann dies dadurch erreicht werden, dass eine elektrische Versorgung dieses Winkelsensors eigensicher ausgelegt wird. Andere Bewegungssensoren wie beispielsweise ein optischer Winkelsensor oder ein Faserbiegesensor, die auf einer Ausnutzung optischer Effekte basieren, stellen aufgrund ihrer Funktionsweise grundsätzlich keine Gefahr dar, da lediglich eine Einkopplung und Reflektion von Licht über die jeweilige Sensorleitung zum entsprechenden Bewegungssensor vorgesehen ist, woraus keine Zündgefahr für eine explosionsfähige Atmosphäre im Arbeitsvolumen resultiert.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines Sensorsignals des wenigstens einen Bewegungssensors ausgebildet ist, um eine gesteuerte oder geregelte Bewegung für den Manipulator zu ermöglichen. Bei einer gesteuerten Bewegung des Manipulators (open loop) können die Sensorsignale des wenigstens einen Bewegungssensors beispielsweise dazu ausgenutzt werden, ein Erreichen einer Endposition für das jeweilige Manipulatorgelenk zu bestimmen. Bei einer geregelten Bewegung des Manipulators (closed loop) werden die Sensorsignale des wenigstens einen Bewegungssensors fortlaufend genutzt, um unter Zuhilfenahme eines in der Verarbeitungseinrichtung ablaufenden Reglers eine möglichst präzise räumliche Ausrichtung des jeweiligen Manipulatorgelenks zu erzielen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Manipulator zumindest bereichsweise von einem ersten, insbesondere mit einem entlang einer Längsachse verlaufenden ersten Verschluss versehenen, flexiblen Schutzschlauch umgeben ist, der von einem zweiten, insbesondere mit einem entlang einer Längsachse verlaufenden zweiten Verschluss versehenen, flexiblen Schutzschlauch umgeben ist. Die Aufgabe der beiden Schutzschläuche besteht darin, eine Verunreinigung der Manipulatorgelenke durch die in der Atmosphäre im Arbeitsvolumen enthaltenen Partikel zumindest weitestgehend, insbesondere zumindest nahezu vollständig, zu verhindern. Durch die Verwendung von zwei Schutzschläuchen, die übereinander angeordnet sind, lässt sich ein besonders vorteilhafter Schutz für den Manipulator bewirken. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass der erste Schutzschlauch aus einem (Kunststoff-)Gewebematerial hergestellt ist, das eine hohe Dauerfestigkeit aufweist und dass im Wesentlichen dazu dient, mechanische Belastungen, wie sie bei den Bewegungen des Manipulators auftreten können, vom zweiten Schutzschlauch abzuhalten. Der zweite Schutzschlauch kann insbesondere aus einem Folienmaterial hergestellt werden und in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden und dient insbesondere für eine möglichst vollständige Rückhaltung von Partikeln aus der Atmosphäre im Arbeitsvolumen, die möglichst nur in geringer Zahl an die Oberfläche des ersten Schutzschlauchs bzw. zu den Manipulatorgelenken gelangen sollen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Arbeitsgehäuse luftdicht abgeschlossen ausgebildet ist und einen Luftauslass aufweist, dem eine Abscheideeinrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einem Feststoffpartikel-Luftgemisch Strichluftgemisch zugeordnet ist. Durch die luftdichte Gestaltung des Arbeitsgehäuses wird vermieden, dass das im Arbeitsvolumen vorliegende Feststoffpartikel-Luftgemisch in die Umgebung der Bearbeitungseinrichtung austritt, da ansonsten zum einen in der Umgebung der Bearbeitungseinrichtung ebenfalls eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen könnte und andererseits Arbeitsschutzmaßnahmen für Mitarbeiter, die im Umfeld der Bearbeitungseinrichtung tätig sind, vorgesehen werden müssten.
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Vielmehr wird mit Hilfe einer Abscheideeinrichtung, die beispielsweise ein Sauggebläse und eine Filtereinrichtung umfassen kann, das über die Strahleinrichtung in das Arbeitsvolumen eingebrachte Druckluftvolumen wieder abgesaugt und im Zuge dieses Absaugvorgangs eine zumindest nahezu vollständige Abscheidung von Feststoffen aus dem Feststoffpartikel-Luftgemisch erzielt.
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In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine rein schematische Darstellung einer Bearbeitungseinrichtung mit einem Arbeitsgehäuse, einer Steuereinrichtung, einem Manipulator, einer Druckluftquelle und einer Spannungsquelle,
- 2 eine erste, nicht zur Erfindung gehörende Variante für die Anordnung der Steuereinrichtung am Arbeitsgehäuse zu Ansteuerung des Manipulators,
- 3 eine zweite, erfindungsgemäße Variante für die Anordnung der Steuereinrichtung am Arbeitsgehäuse zu Ansteuerung des Manipulators, und
- 4 eine dritte, erfindungsgemäße Variante für die Anordnung der Steuereinrichtung am Arbeitsgehäuse zu Ansteuerung des Manipulators.
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Eine in der 1 rein schematisch dargestellte Bearbeitungseinrichtung 1 ist zur Bearbeitung von Werkstücken 2 ausgebildet, wobei es sich bei den Werkstücken 2 insbesondere um generativ erzeugte Kunststoffprodukte handeln kann, bei denen nach der Durchführung des generativen Herstellungsverfahrens, beispielsweise durch Lasersintern, Pulverreste durch Verwendung eines Partikelstrahlverfahrens, insbesondere Glasperlenstrahlen, zu entfernen sind. Um eine kostengünstige Durchführung dieses Reinigungsvorgangs für die Werkstücke 2 zu ermöglichen umfasst die Bearbeitungseinrichtung 1 neben einem Arbeitsgehäuse 3 einen Manipulator 4 sowie eine Steuereinrichtung 5, mit denen eine automatisierte Bearbeitung des Werkstücks 2 innerhalb eines vom Arbeitsgehäuse 3 vollständig umschlossenen Arbeitsvolumens 6 ermöglicht wird.
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Die prinzipielle Schwierigkeit bei der Durchführung eines Partikelstrahlverfahrens liegt darin, dass in Abhängigkeit von dem Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstücks 2 sowie in Abhängigkeit von den zur Durchführung des Partikelstrahlverfahrens verwendeten Feststoffpartikeln innerhalb des Arbeitsvolumens 6 eine zündfähige Atmosphäre entstehen kann. Daher müssen vorbeugende technische Maßnahmen getroffen werden, um eine Zündung dieser Atmosphäre und eine daraus resultierende Explosion im Arbeitsvolumen 6 zu verhindern.
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Die in der 1 gezeigte Bearbeitungseinrichtung 1 kann in unterschiedlicher Weise konfiguriert werden, wobei diese Konfiguration sich insbesondere auf die Anordnung und Ausgestaltung der Steuereinrichtung 5, 55 bezieht. Alternative Ausgestaltungen der Steuereinrichtung 5 bzw. 55 sind den 2 bis 4 und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Die in der 1 gezeigte Bearbeitungseinrichtung 1 umfasst ein kastenförmig ausgebildetes Arbeitsgehäuse 3, wobei nicht näher bezeichnete Wände des Arbeitsgehäuses 3 insbesondere aus Stahlblech und/oder aus Glas hergestellt sein können und vorzugsweise als Planparallelplatten ausgebildet sind, die jeweils insbesondere im rechten Winkel und abdichtend zueinander angeordnet sind.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Manipulator 4 und die Steuereinrichtung 5 an einer Deckplatte 7 des Arbeitsgehäuses 3 angebracht sind, wobei diese Deckplatte 7 in den Darstellungen der 2 bis 4 jeweils als Systemgrenze zwischen dem Arbeitsvolumen 6 und einer die Bearbeitungseinrichtung 1 umgebenden, nicht näher bezeichneten Umgebung anzusehen ist.
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In einem Bodenbereich des Arbeitsgehäuses 3 ist beispielhaft eine pyramidenstumpfförmig konturierte Bodenplatte 8 angeordnet, die einen rein exemplarisch zentral angeordneten und nicht näher dargestellten Auslass 9 umfasst, durch den das aus Feststoffpartikeln gebildete Strahlmittel, insbesondere Glasperlen, sowie die vom Werkstück 2 entfernten Bestandteile, insbesondere Kunststoffpartikel, in eine Aufbereitungseinrichtung 10 abgeführt werden können. Die Aufgabe der Aufbereitungseinrichtung 10 besteht darin, Materialreste des Werkstücks 2 vom Strahlmittel zu trennen und das Strahlmittel über eine Strahlmittelleitung 11 an einen Vorratsbehälter 12 für das Strahlmittel zu befördern. Der Vorratsbehälter 12 ist mit der Steuereinrichtung 5 verbunden und ermöglicht eine Zufuhr des Strahlmittels zum Manipulator 4. Oberhalb der Bodenplatte 8 ist ein nur schematisch dargestellter Gitterrost 15 angeordnet, auf den das Werkstück 2 aufgelegt werden kann und durch den das Strahlmittel bei der Durchführung des Partikelstrahlverfahrens zumindest im Wesentlichen hindurch fallen kann, um sich in der konkav ausgebildeten, dem Arbeitsvolumen 6 zugewandten Vertiefung der Bodenplatte 8 zu sammeln.
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An einer Seitenwand 16 des Arbeitsgehäuses 3 ist eine Filtereinrichtung 17 angeordnet, deren Aufgabe darin besteht, die während der Durchführung des Partikelstrahlverfahrens in das Arbeitsvolumen 6 zugeführte Druckluft zu reinigen und wieder abzuführen, so dass im Arbeitsvolumen 6 kein unerwünschter Druckaufbau eintritt. Hierzu weist die Filtereinrichtung 17 eine nicht näher dargestellte Filterplatte 18 sowie ein außen an der Seitenwand 16 angeordnetes Gebläse 19 auf, wobei die Aufgabe des Gebläses 19 darin besteht, Luft aus dem Arbeitsvolumen 6 durch die Filterplatte 18 hindurch in die Umgebung zu saugen und dabei die gewünschte Abscheidung des Strahlmittels sowie der vom Werkstück 2 abgetragenen Bestandteile zu gewährleisten.
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Der Manipulator 4 ist rein exemplarisch als pneumatisch betreibbarer Mehrachsroboter ausgebildet und umfasst eine Manipulatorbasis 25 sowie rein exemplarisch insgesamt vier Manipulatorabschnitte 26, 7 20, 28 und 29. Dabei ist ein erster Manipulatorabschnitt 26 über ein erstes Manipulatorgelenk 30 schwenkbeweglich an der Manipulatorbasis 25 angebracht. Der zweite Manipulatorabschnitt 27 ist über ein zweites Manipulatorgelenk 31 schwenkbeweglich mit dem ersten Manipulatorabschnitt 26 verbunden. Der dritte Manipulatorabschnitt 28 ist über ein drittes Manipulatorgelenk 32 schwenkbeweglich mit dem zweiten Manipulatorabschnitt 7 20 verbunden und der vierte Manipulatorabschnitt 29 ist über ein drittes Manipulatorgelenk 33 mit dem dritten Manipulatorabschnitt 28 schwenkbeweglich verbunden. Die Manipulatorgelenke 30 bis 33 können als Schwenkgelenke mit einer einzigen Schwenkachse, als Kardangelenke mit zwei Schwenkachsen oder als Kugelgelenke mit einer Vielzahl von Schwenkachsen ausgebildet sein.
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Innerhalb der Manipulatorabschnitte 26 bis 29 können die in den 2 bis 4 näher dargestellten Komponenten, insbesondere die Antriebstechnik (Druckluftantriebe) und die hierfür notwendigen Versorgungsleitungen sowie ggf. Arbeitsventile angeordnet werden. In der Manipulatorbasis 25 können ebenfalls pneumatische und/oder elektrische Komponenten angebracht werden, dies hängt von der jeweiligen Ausgestaltung der Steuereinrichtung 5 ab, die in den 2 bis 4 und der zugehörigen Beschreibung in unterschiedlichen Varianten gezeigt ist.
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An einer Vorderseite des vierten Manipulatorabschnitts 29 ist eine nur schematisch dargestellte Strahleinrichtung 34 angeordnet, die über eine Druckluftleitung 61 mit einer der Steuereinrichtung 5 zugeordneten Druckluftquelle 20 sowie über einen Zuführschlauch 41 und eine Zuführleitung 40 mit dem Vorratsbehälter 12 verbunden ist, um das im Vorratsbehälter 12 aufgenommene Strahlmittel unter Verwendung von Druckluft zu beschleunigen und auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 2 aufprallen zu lassen, wodurch die gewünschte Reinigungswirkung für das Werkstück 2 erzielt werden soll. Um eine möglichst umfassende Reinigung des Werkstücks 2 zu ermöglichen, ist die Steuereinrichtung 5 dazu ausgebildet, die unterschiedlichen Manipulatorgelenke 30 bis 33 des Manipulators 4 in unterschiedliche Stellungen zu bringen, so dass die Strahleinrichtung 34 stets in einer vorteilhaften räumlichen Ausrichtung gegenüber dem Werkstück 2 ausgerichtet ist.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Manipulatorabschnitte 26 bis 29 von einer ersten, inneren Schutzhülle 35 umgeben sind, die beispielsweise als Schlauch aus einem Kunststoffgewebe hergestellt sein kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die innere Schutzhülle 35 einen nicht näher dargestellten, längs einer ebenfalls nicht dargestellten Schlauchachse verlaufenden Verschluss, insbesondere einen Klettverschluss oder Reißverschluss oder eine Kombination hiervon umfasst, so dass die innere Schutzhülle 35 in einfacher Weise am Manipulator 4 angebracht oder vom Manipulator 4 entfernt werden kann.
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Ergänzend ist vorgesehen, dass die Manipulatorabschnitte 26 bis 29 von einer zweiten, äußeren Schutzhülle 36 umgeben sind, die beispielsweise als Schlauch aus einer Kunststofffolie hergestellt sein kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die äußere Schutzhülle 36 einen nicht näher dargestellten, längs einer ebenfalls nicht dargestellten Schlauchachse verlaufenden Verschluss, insbesondere einen Klettverschluss oder Reißverschluss oder eine Kombination hiervon umfasst, so dass die äußere Schutzhülle 36 in einfacher Weise am Manipulator 4 angebracht werden kann und hierbei auch die innere Schutzhülle 35 umgibt oder vom Manipulator 4 entfernt werden kann.
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Bei der ersten, nicht zur Erfindung gehörenden Variante der Bearbeitungseinrichtung 1, wie sie in der 2 dargestellt ist, ist vorgesehen, dass die elektronischen, elektrischen und pneumatischen Komponenten der Steuereinrichtung 5 vollständig im Arbeitsvolumen 6 angeordnet sind, was in der 2 durch die symbolisch als Strichpunktlinie angedeutete und als Systemgrenze dienende Deckplatte 7 veranschaulicht wird. Außerhalb des Arbeitsvolumens 6 sind die Druckluftquelle 20, der Vorratsbehälter 12 und eine Spannungsquelle 21 angeordnet, die über eine entsprechende Schnittstellenanordnung 22 mit der Steuereinrichtung 5 verbunden sind.
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Hierbei ist vorgesehen, dass der Vorratsbehälter 12 über eine Zufuhrleitung 40, die die Steuereinrichtung 5 durchsetzt, sowie über den sich daran anschließenden Zuführschlauch 41 mit der Strahleinrichtung 34 verbunden ist.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Spannungsquelle 21 mit einer als Bestandteil der Steuereinrichtung 5 ausgebildeten Verarbeitungseinrichtung 42 verbunden ist.
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Die Druckluftquelle 20 ist über eine Druckluftleitung 43 mit einer der Steuereinrichtung 5 zugehörigen Ventilanordnung 44 verbunden, die mehrere nur schematisch dargestellte Druckluftventile 50 umfasst, die beispielsweise in einer Reihenanordnung aneinander aufgereiht sind. Ferner ist die Verarbeitungseinrichtung 42, die zur Bereitstellung von Steuersignalen ausgebildet ist, über eine Steuerleitung 45 ebenfalls mit der Ventilanordnung 44 verbunden. Die Druckluftventile 50 der Ventilanordnung 44 sind über individuell zugeordnete Ausgangsleitungen 46 mit zugeordneten Druckluftantrieben 47 verbunden. Dabei sind die nicht näher dargestellten Druckluftventile 50 der Ventilanordnung 44 beispielsweise als Magnetventile oder als Piezoventile ausgebildet und sind für eine individuelle Bereitstellung von Druckluft an die jeweiligen Druckluftantriebe 47 über die zugeordneten Ausgangsleitungen 46 ausgebildet. Die Gruppe der Ausgangsleitungen 46 bilden eine Druckluftleitungsanordnung 51, die zusätzlich auch eine Sensorleitung 53 mit umfassen kann.
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Jeder der Druckluftantriebe 47 ist in nicht näher dargestellter Weise einem der Manipulatorgelenke 30 bis 33 gemäß der Darstellung der 1 zugeordnet, so dass durch eine individuelle Druckbeaufschlagung der einzelnen Druckluftantriebe 47 eine individuelle Auslenkung des jeweiligen Manipulatorgelenks 30 bis 33 bewirkt werden kann.
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Exemplarisch ist einem der Druckluftantriebe 47 ein auch als Bewegungssensor bezeichneter Sensor 52 zugeordnet, der über die Sensorleitung 53 elektrisch mit der Verarbeitungseinrichtung 42 verbunden ist und der zur Bereitstellung eines elektrischen Bewegungssignals ausgebildet ist. Die Verarbeitungseinrichtung 42 kann anhand des Sensorsignals eine Schwenkstellung des jeweiligen Manipulatorgelenks 30 bis 33 ermitteln. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Bearbeitungseinrichtung ist mehreren Druckluftantrieben, insbesondere jedem der Druckluftantriebe, ein Sensor zugeordnet.
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Bei der Variante der Bearbeitungseinrichtung 1 gemäß der Darstellung der 2 kann vorgesehen sein, dass die gesamte Steuereinrichtung 5 in einem gekapselte Gehäuse 48 aufgenommen ist, das mit einem nicht näher dargestellten Füllstoff wie beispielsweise Öl oder Sand gefüllt sein kann. Dadurch wird verhindert, dass eventuell im Gehäuse 48 auftretende, insbesondere durch elektrische Spannungen bzw. Ströme bedingte Funken nicht in das Arbeitsvolumen 6 austreten können, womit eine Gefahr einer Zündung der gegebenenfalls zündfähigen Atmosphäre im Arbeitsvolumen 6 unterbunden wird.
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Ergänzend oder alternativ sind die Spannungsquelle 21 und die Verarbeitungseinrichtung 42 sowie die Ventilanordnung 44 eigensicher ausgebildet, so dass bereits durch die elektrische Auslegung der vorgenannten Komponenten gewährleistet ist, dass kein Zündfunke oder keine lokale Erwärmung im Arbeitsvolumen 6 auftreten kann, die eine Gefahr einer Zündung der gegebenenfalls zündfähigen Atmosphäre im Arbeitsvolumen 6 ermöglicht.
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Bei der zweiten, erfindungsgemäßen Variante der Bearbeitungseinrichtung 1 ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung 42 und die Ventilanordnung 44 einer Steuereinrichtung 55 außerhalb des Arbeitsvolumens 6 angeordnet sind und über eine Schnittstellenanordnung 56 lediglich eine individuelle Bereitstellung von Druckluft an die jeweiligen Ausgangsleitungen 46 zur Druckluftbeaufschlagung der zugeordneten Druckluftantrieb 47 ermöglicht ist.
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Bei der dritten, erfindungsgemäßen Variante der Bearbeitungseinrichtung 1 gemäß der 4 ist die gleiche Steuereinrichtung 55 wie bei der zweiten Variante gemäß der 3 vorgesehen. Allerdings stehen die Ausgangsleitungen 46 nicht in einer unmittelbaren fluidischen Kopplung mit den Druckluftantrieben 47, sondern sind vielmehr zur fluidischen Ansteuerung von Arbeitsventilen 60 vorgesehen und werden in diesem Fall auch als Druckluftsteuerleitungen bezeichnet. Bei den Arbeitsventilen 60 handelt es sich um fluidisch vorgesteuerte Druckluftventile, die in Abhängigkeit von einem über die jeweilige Ausgangsleitung 46 individuell zur Verfügung gestellten Versorgungsdruck für eine Freigabe einer fluidisch kommunizierenden Verbindung zwischen einer Druckluftleitung 61 und einer zugeordneten Antriebsleitung 62 ausgebildet sind, so dass eine lokale Bereitstellung von Druckluft an die jeweiligen Druckluftantriebe 47 ermöglicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bearbeitungseinrichtung
- 2
- Werkstück
- 3
- Arbeitsgehäuse
- 4
- Manipulator
- 5
- Steuereinrichtung
- 6
- Arbeitsvolumen
- 7
- Deckplatte
- 8
- Bodenplatte
- 9
- Auslass
- 10
- Aufbereitungseinrichtung
- 11
- Strahlmittelleitung
- 12
- Vorratsbehälter
- 15
- dargestellter Gitterrost
- 16
- Seitenwand
- 17
- Filtereinrichtung
- 18
- Filterplatte
- 19
- Gebläse
- 20
- Druckluftquelle
- 21
- Spannungsquelle
- 22
- Schnittstellenanordnung
- 25
- Manipulatorbasis
- 26
- erster Manipulatorabschnitt
- 27
- zweiter Manipulatorabschnitt
- 28
- dritte Manipulatorabschnitt
- 29
- vierter Manipulatorabschnitt
- 30
- erstes Manipulatorgelenk
- 31
- zweites Manipulatorgelenk
- 32
- drittes Manipulatorgelenk
- 34
- Strahleinrichtung
- 35
- innere Schutzhülle
- 36
- äußere Schutzhülle
- 40
- Zufuhrleitung
- 41
- Zuführschlauch
- 42
- Verarbeitungseinrichtung
- 43
- Druckluftleitung
- 44
- Ventilanordnung
- 45
- Steuerleitung
- 46
- Ausgangsleitung
- 47
- Druckluftantrieb
- 48
- Gehäuse
- 50
- Druckluftventil
- 51
- Druckluftleitungsanordnung
- 52
- Sensor
- 53
- Sensorleitung
- 55
- Steuereinrichtung
- 56
- Schnittstellenanordnung
- 60
- Arbeitsventilen
- 61
- Druckluftleitung
- 62
- Antriebsleitung
