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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausbürsten von Bohrungen eines Werkstücks in der Behandlungsstation einer Reinigungsanlage, wobei eine fluchtende Ausrichtung einer Bohrung zu einer Bürste mit Hilfe eines Handhabungsgerätes, wie Roboter erfolgt.
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In der
DE 10 2006 026 171 A1 ist eine Reinigungsanlage zum Strahlen eines Werkstücks mit einem Bestrahlungsmedium beschrieben. Die Reinigungsanlage dient zum Behandeln der Oberfläche von Werkstücken, wie Zylinderköpfen, Kurbel- und Getriebegehäusen im Automobilbau. Zum Entgraten partieller Bereiche des Werkstückes, insbesondere von Bohrungen, wird mit hohem Druck ein Bestrahlungsmedium eingespritzt, im Regelfall Wasser. Das Wasser spült vorhandene Bearbeitungsrückstände, wie Späne heraus und entfernt Grat. Zum Strahlen dieser Bereiche des Werkstückes wird ein Strahlrohr verwendet, das mit seiner Mündung in eine Bohrung eindringt und dabei das Strahlmedium abstrahlt. Der Vorgang spielt sich in einer Strahlkammer ab. Das Strahlrohr wird von außen in die Strahlkammer eingeführt und an den entsprechenden Stellen am Werkstück positioniert. Die Einrichtung ist Bestandteil einer industriellen Reinigungsanlage, in der ein Werkstück außer dem beschriebenen Vorgang noch einem Waschgang, einem Spülgang oder einer Trocknung unterzogen werden kann. Mit einem Roboter kann ein Werkstück aufgenommen und mit einer Bohrung in das fest installierte Strahlrohr eingeführt werden.
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Durch die
DE 10 2010 051 686 ist eine industrielle Reinigungsanlage mit einer Reinigungskammer und einer Transportvorrichtung bekannt, wobei die Transportvorrichtung eine Hubvorrichtung mit einem Greifwerkzeug für Reinigungsgut aufweist, mit der ein Transporthub in die Reinigungskammer erfolgt und das Greifwerkzeug durch eine Öffnung der Reinigungskammer geführt ist, die mit einem Deckel verschließbar ist. Der Deckel ist entlang des Schaftes des Hubarmes beweglich gehalten. Es ist ein Mitnehmer vorgesehen, der zum Öffnen der Reinigungskammer in Aufwärtsbewegung des Hubarmes einen Anschlag für den Deckel bildet, und zum Schließen der Reinigungskammer in Abwärtsbewegung des Hubarmes der Deckel an der Reinigungskammer aufgesetzt ist und mit dem Hubarm schiebbar ist, wobei in Schließstellung des Deckels mit dem Hubarm eine Auf- oder AbBewegung des Greifwerkzeuges in der Reinigungskammer steuerbar ist.
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Die beschriebenen Einrichtungen sind gängige Praxis in der Oberflächentechnik und bei solchen Werkstücken vorteilhaft, bei denen auch Bearbeitungsrückstände, wie Grat entfernt werden soll. Allerdings erfordern diese Methoden einen hohen technischem Aufwand.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Alternative zu der eingangs beschriebenen Lösung zu schaffen, insbesondere eine Vorrichtung zum Ausbürsten von Bohrungen mit einer sicheren Betriebsweise und geringen geringem technischen Aufwand zu schaffen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Mit Ausbürsten von Bohrungen kann ein Erfolg erreicht werden wie mit Strahlen, wenn es darauf ankommt, etwa Späne, Schmutz oder ölige oder fettige Produktionsrückstände zu entfernen. Ein Problem entsteht dabei, wenn bei einem automatisierten Betrieb mit permanent sich drehender Bürste auch tiefe und enge Bohrungen ausgebürstet werden sollen, d.h. das Verhältnis Durchmesser zu Länge der Bohrung beispielsweise 1:50 beträgt. Bei einem Durchmesser der Bohrung von 4 mm beträgt die Länge der Bohrung dann 200 mm. Ein frei kragender und rotierender Bürstenschaft hat dann einen kleineren Durchmesser als 4 mm, etwa 3 mm, mit einer entsprechenden Bürste am freien Ende. Eine derartige Bürstenanordnung, die mit hoher Drehzahl rotiert, neigt zu einer Flatterbewegung. Ein solches Ausbrechen der rotierenden Bürste aus der Rotationsachse erschwert das Einführen der Bürste in die Bohrung, was zu einem schnellen Verschleiß der Bürste oder zum Verbiegen des Bürstenschaftes führt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Bürste mit einem langen Bürstenschaft bereits durch eine kleine Unwucht in Schwingungen quer zur Drehrichtung geraten kann, was durch eine Führung des Bürstenschaftes verhindert werden kann.
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Daraus ist dann erfindungsgemäß abgeleitet worden, dass bei einer ortsfesten rotierenden Bürste Schwingungen der Bürste quer zur Drehachse dann vermieden werden können, wenn eine Führung des Bürstenschaftes nahe an der Bürste erfolgt. Allerdings soll die Führung nicht fest, sondern schiebbar am Bürstenschaft sein, damit die Bürste in die Bohrung eindringen kann. Die Idee beruht darauf, dass bei Heranführung des Werkstückes mit der Bohrung, beispielsweise mit einem Roboter, die Führung die Bürste solange stabilisiert, bis der Roboter das Werkstück in die Bohrung eingeführt hat. Wenn das geschehen ist, ist die Bohrung koaxial zur Bürste ausgerichtet, und der Roboter kann die Bohrung auf die Bürste schieben, die dann keine Führung mehr braucht, sondern in der Bohrung geführt ist, und eine Hin- und Her-Bewegung ausführen kann. Die Vorrichtung ist nach Art eines HydraulikZylinders aufgebaut.
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Um eine bewegliche Führung herzustellen, weist die Vorrichtung einen Zylinder mit Kolben auf, und der Bürstenschaft der rotierenden Bürste ist in Längsrichtung durch Zylinder und Kolben geführt, und der Kolben ist hydraulisch betätigbar, wobei in einem Hohlraum des Kolbens eine Längsführung für den Bürstenschaft vorgesehen ist, die bei ausgefahrenem Kolben in der Nähe der Bürste vorgesehen ist, und dass der Kolben mit dem Kolbenschaft in der ausgefahrenen Stellung aus dem Zylinder herausragt, mit einem Überstand größer oder gleich dem Kolbenhub.
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Es ist vorgesehen, dass der Bürstenkopf in der Nichtarbeitsstellung zurückgezogen ist und sich in der Öffnung einer Buchse befindet, die drehbar gelagert ist und mit dem Bürstenkopf gekoppelt ist und synchron mit der Bürste rotiert. Der Vorteil besteht darin, dass die rotierende Bürste nicht verschleißen kann.
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Der Kolben wird in der ausgefahrenen Stellung durch den Druck im Zylinder stabilisiert. In dieser Lage schließt die Bürste mit der Stirnseite des Kolbens ab und bildet eine Anordnung mit der das Werkstück mit dem Handhabungsgerät herangeführt wird und gegen den Druck im Zylinder in Kontakt kommt. Es ist eine Druckentlastung im Zylinder vorgesehen, die bewirkt, dass der Kolben in Richtung zum Zylinderboden geschoben wird und die Bürste in die Bohrung eindringen und die Bohrung ausbürsten kann. Der Bürstenschaft mit Bürste kann frei rotieren, da die Buchse stets mit Flüssigkeit geschmiert werden kann.
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Im Kolben sind Kanäle vorhanden, durch die Hydraulikflüssigkeit gepresst wird, welche die Bürste und die Bohrung kühlt und Schmutz aus der Bohrung spült. Der Vorgang kann wiederholt werden, in dem das Werkstück zurückgezogen wird und erneut Druck im Zylinder aufgebaut wird der den Kolben anhebt.
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Am freien Ende des Bürstenschaftes befindet sich die rotierende Bürste, die durch die Längsführung justiert wird. Für Serien von Bohrungen mit einer gemeinsamen Tiefe ist es vorteilhaft eine gemeinsame Vorrichtung zu verwenden. Beispielhaft kann für eine 20 mm tiefe Bohrung eine entsprechende Vorrichtung mit einem 20 mm Kolbenhub verwendet werden. Ebenso ist es sinnvoll für eine 200 mm tiefe Bohrung eine andere Vorrichtung mit einem 200 mm Kolbenhub zu verwenden. Der Kolben gleitet mit einem Flansch im Zylinder und ist gegenüber der Zylinderwand abgedichtet. Der Kolbenschaft ist in einer an der Kolbenstirnseite vorhandenen Gleitführung des Zylinders gehalten. Gleitführung und Flansch bilden einen Anschlag des Kolbens in der Endstellung (max. Kolbenhub)
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Vorteilhaft ist an der Vorderseite des Kolbens eine Ausnehmung vorhanden, in der die Buchse gelagert ist, die in Wirkkontakt mit der Bürste steht und sich mit der Bürste dreht. Zwischen Ausnehmung und Buchse ist ein Film von Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise Wasserfilm aufgebaut, der die Buchse schmiert. Der Schmierfilm (Hydraulikflüssigkeit) wird durch einen Kanal im Kolben aufrechterhalten. Die Buchse hat eine schrägte Einlassfläche und kann aus Kunststoff bestehen oder als Keramikeinsatz ausgeführt sein. Die Bürste kann aus Kunstsoffborsten oder Metalldraht bestehen und eine kugelige Form haben. Sie passt sich elastisch an die Buchse an und stellt die Wirkverbindung her, was auch für Sacklochbohrungen und einem flachen Boden gilt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine seitliche Bohrung vorgesehen, die mit einer weiteren Bohrung im Zylinderboden eine Einspeisung des Zylinders mit Hydraulikflüssigkeit (Wasser) ermöglichen. Die seitliche Bohrung ist nahe am Boden des Zylinders angebracht. Es ist vorgesehen, dass der Kolben nicht über die seitliche Bohrung hinaus zurückgeschoben werden kann. Es bleibt stets ein Freiraum im Zylinder, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist und die Kanäle offen hält, so dass Bohrung und Buchse mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden können.
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Der Zylinder der Vorrichtung besitzt einen Flansch, mit dem er auf einer Montageplatte, vorzugsweise aus Aluminium befestigt ist, beispielsweise mit Schrauben. Der Bürstenschaft ragt durch die Montageplatte hindurch, an deren Außenseite der Antriebsmotor angeschlossen ist. Die Vorrichtung ist mit der Montageplatte an einer Seitenwand der Behandlungsstation der Reinigungsanlage angebracht.
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Als Reinigungsanlage ist eine solche Einrichtung vorteilhaft, die mit einem Schiebedeckel ausgerüstet ist. Es ist jedoch auch eine Reinigungsanlage geeignet, die einen Drehtisch besitzt, auf dem die zu reinigenden Werkstücke im Kreis geführt werden und Behandlungsstationen bilden. Ein Roboter kann vorteilhaft benutzt werden, weil damit die Handhabung des Werkstückes programmierbar ist. Es ist jedoch auch eine gleich wirkende Einrichtung einsetzbar, wie Übergabevorrichtung mit Programmierung.
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Vorteilhaft dient als Behandlungsstation eine Behandlungskammer. Vorteilhaft wird ein Roboter mit einem Greifarm benutzt, der in verschiedene Richtungen steuerbar und mit einem Greifwerkzeug für das Werkstück ausgerüstet ist, wobei die Behandlungskammer eine Zugangsöffnung für den Greifarm besitzt, mit dem in der Behandlungskammer eine Schwenk- oder Pendelbewegung ausführbar ist, durch die das Greifwerkzeug das Werkstück mit der Bohrung in eine fluchtende Stellung zu der Vorrichtung bewegt wird, und die Zugangsöffnung mit einem im Randbereich aufliegenden Schiebedeckel abgedeckt ist. Wenn die Behandlung mit einem Werkstück mit mehreren Bohrungen, beispielsweise ein Zylinderkopf eines Motors erfolgt, kann ein virtuelles Musterbild in einem Steuergerät des Roboters gespeichert werden, nach dessen Plan die Ausbürstungen der Bohrungen mit dem Roboter gesteuert werden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Reinigungsanlage mit einer Behandlungskammer und einem Roboter,
- 2 die Ausbildung der Vorderseite eines Werkstückes,
- 3 das Musterbild von Bohrungen nach 2,
- 4 ein Schnittbild der Vorrichtung für die Bürste in Grundstellung mit kurzem Zylinder,
- 5 das Schnittbild nach 4 in der Endstellung,
- 6 eine Vorrichtung mit einem langen Zylinder.
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Die 1 zeigt eine Reinigungsanlage 1 mit einer Behandlungskammer 2 und einem Greifarm 3 eines Handhabungsgerätes 4, hier als industrieller Roboter dargestellt. Die Behandlungskammer 2 ist als Tank ausgeführt, der eine Vorrichtung 5 enthält, mit der Bohrungen 6 eines Werkstückes 7, hier als Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors dargestellt, ausgebürstet werden. Die Vorrichtung 5 ist mit einem außen an der Wand 8 der Behandlungskammer 2 angeordneten Elektromotor 9 ausgerüstet, der wie nachfolgend näher beschrieben, eine Bürste 10 in Rotation versetzt.
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Die Behandlungskammer 2 besitzt eine rechteckige Zugangsöffnung 11, die mit einem im Randbereich aufliegenden und in der Ebene der Zugangsöffnung 11 frei beweglichen Schiebedeckel 12 abgedeckt ist. Im Auflagebereich des Schiebedeckels 12 ist eine Gleitschicht 13 aufgetragen, welche die Reibung an der Behandlungskammer 2 verringert. Der Schiebedeckel 12 besitzt eine zentrale Zugangsöffnung 11a, die kleiner als die Zugangsöffnung 11 in der Behandlungskammer 2 ist und mit einer zweiteiligen Abdeckung 14 versehen ist, die als Schieber ausgeführt und in nicht näher bezeichnete Führungen des Schiebedeckels 12 von einer Offenstellung bis in eine Schließstellung bewegbar sind. Die Betätigung der beiden Abdeckungen 14 erfolgt durch jeweils einen Betätigungsmechanismus 15, vorzugsweise Pneumatik- oder Hydraulikzylinder. In der Schließstellung der Abdeckungen 14 besteht eine Arretierung mit dem Schiebedeckel. Die Arretierung kann durch den Betätigungsmechanismus 15 herbeigeführt werden, so dass eine äußere Schiebekraft an den Abdeckungen 14 zu einer Schiebebewegung des Schiebedeckels 12 führt.
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Beide Teile der Abdeckung 14 sind mit einander gegenüberliegende, nicht näher bezeichneten Aussparungen versehen, die sich in der Schließstellung der Abdeckungen 14 zu einem vollständigen, hier kreisförmigen Durchbruch ergänzen. Wenn der Greifarm 3 mit seinem Greifwerkzeug 16 durch die Zugangsöffnungen 11, 11a hindurch in die Behandlungskammer 2 eingetaucht ist, schiebt der Betätigungsmechanismus 15 die Abdeckungen 14 in ihre Schließstellung und der Durchbruch umschließt den Schaft des Greifarms 3. Führt der Greifarm 3 Arbeitsbewegungen aus, etwa durch Positionierung an der Vorrichtung 5, erfolgt die Übertragung einer horizontalen Bewegung des Greifarms 3 auf den Schiebedeckel 12. Greifarm 3 und Schiebedeckel 12 bilden eine Baueinheit, die mit Bändern 17 ausgerüstet und die Verbindung Greifarm 3 Schiebedeckel 12 herstellen. Das Greifwerkzeug 16 ist mit dem Greifarm 3 beweglich verbunden, so dass eine exakte Positionierung der Bürste 10 an der Vorrichtung 5 möglich ist.
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In 2 ist die Vorderseite des Werkstückes 7 dargestellt und zeigt Bohrungen 6, die ausgebürstet werden sollen. Es handelt sich um lange dünne Bohrungen 6 bis zu 200 mm Tiefe. In 3 ist das Bohrungsbild 18 dargestellt, das in einer nicht dargestellten Steuereinrichtung des Handhabungsgerätes 4 gespeichert ist und Bohrung 6 für Bohrung 6 an der Vorrichtung 5 ausrichtet.
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Die Vorrichtung 5 weist einen Zylinder 21 auf, in dem ein Kolben 22 eingebaut ist. Der Kolben 22 besitzt einen Hub der der Tiefe der Bohrung 6 angepasst ist. Der Bürstenschaft 19 ist ortsfest und rotiert im Betrieb. Der Bürstenschaft 19 ist im Kolben 22 in eine Längsführung 20 nahe an der Bürste 10 angeordnet, wenn der Kolben 22 ausgefahren ist. Bei Heranführung des Werkstückes 7 an die Bürste 6, ist die Bürste 10 solange stabilisiert, bis das Handhabungsgerät 4 das Werkstück 7 in die Bohrung 6 eingeführt hat. Wenn das geschehen ist, ist die Bohrung 6 koaxial zur Bürste 10 ausgerichtet, und das Handhabungsgerät 4 kann die Bohrung 6 auf die Bürste 10 schieben, die dann keine Führung mehr braucht, sondern in der Bohrung 6 geführt ist, und eine Hin- und Her- Bewegung ausführen kann.
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Bürste 10 und Bürstenschaft 19 sind koaxial durch Zylinder 21 und Kolben 22 hindurch geführt. Der Kolben 22 wird mit einer Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Wasser bewegt. Der Kolben 22 besitzt einen Hohlraum 23 in dem die Längsführung 20 arretiert ist und den Bürstenschaft 19 umschließt. Wenn sich der Kolben 22 im oberen Anschlag befindet, bewirkt der Druck im Zylinder 21, eine stabile Lage des Kolbens 22. In dieser Lage schließt die Bürste 10 mit der Vorderseite des Kolbens 22 ab und bildet eine Anordnung mit der die Bohrung 6 des Werkstücks 7 mit dem Handhabungsgerät 4 herangeführt wird und gegen den Druck im Zylinder 21 in Kontakt kommt. Es ist eine Druckentlastung im Zylinder 21 vorgesehen, die bewirkt, dass der Kolben 22 durch den Greifarm 3 des Handhabungsgerätes 4 in Richtung zum Zylinderboden geschoben wird und die Bürste 10 in die Bohrung 6 schiebt.
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In der Längsführung 20 sind Kanäle 24 vorhanden, durch die Hydraulikflüssigkeit (Wasser) gepresst wird, welche die Bürste 10 und die Bohrung 6 kühlt und Schmutz ausspült. Der Kolben 22 wird durch den Druck im Zylinder 21 in die Nichtarbeitsstellung gehalten, der auch zur Aufrechterhaltung eines Schmierfilms 27 erforderlich ist, der zum Schutz der Bürste dient.
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Vorteilhaft ist an der Vorderseite des Kolbens 22 eine Ausnehmung 25 vorhanden, in der eine Buchse 26 gelagert ist, die in Wirkkontakt mit der Bürste 10 steht und sich mit der Bürste 10 dreht. Zwischen Ausnehmung 25 und Buchse 26 ist der Schmierfilm 27 von Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise Wasserfilm 27 aufgebaut, der die Buchse 26 schmiert. Der Schmierfilm 27 wird durch einen Kanal 28 in der Kolbenwand aufrechterhalten. Die Buchse 26 sorgt dafür, dass die sich drehende Bürste 10 sich nicht selbst verschleißen kann, weil sie in die Buchse 26 zurückgezogen ist und nicht darin scheuert.
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Wie 5 zeigt, ist im Zylinder 21 eine seitliche Bohrung 21a vorgesehen, die mit der Bohrung 21b eine Einspeisung des Zylinders 21 mit Hydraulikflüssigkeit (Wasser) ermöglichen. Die seitliche Bohrung 21a ist nahe am Boden des Zylinders 21, etwa in Höhe des Flansches 30 angebracht. Es ist vorgesehen, dass der Kolben 21 nicht über die Bohrung 21a hinaus zurückgeschoben werden kann. Es bleibt stets ein Freiraum 21c im Zylinder 21, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist und die Kanäle 24 und 28 offen hält, so dass die Bohrung 6 sowie die Buchse 26 für Hydraulikflüssigkeit zugänglich sind.
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Die Buchse 26 hat eine schrägte Einlassfläche 29 und kann aus Kunststoff bestehen oder als Keramikeinsatz ausgeführt sein, was den Verschleiß an der Bürste 10 mindert. Die Bürste 10 kann aus Kunststoffborsten oder Metalldraht bestehen und eine kugelige Form haben. Sie passt sich elastisch an die Buchse 26 an, was auch für Sacklochbohrungen mit einem flachen Boden gilt.
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4 und 5 zeigen eine Vorrichtung 5 zum Ausbürsten von Bohrungen 6 mit relativ geringer Tiefe, etwa bis 50 mm. Dementsprechend braucht der Hub des Zylinders 21 nicht größer zu sein als die Tiefe der Bohrung 6, was eine kleine Bauhöhe der Vorrichtung 5 ermöglicht. Die 6 zeigt eine Vorrichtung 5 zum Ausbürsten von relativ tiefen Bohrungen etwa bis 200 mm, was eine größere Bauhöhe erforderlich macht.
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Der Zylinder 21 der Vorrichtung 5 ist mit dem Flansch 30 auf eine Montageplatte 31, vorzugsweise aus Aluminium befestigt, beispielsweise mit Schrauben. Der Bürstenschaft 19 ragt durch die Montageplatte 31 hindurch, an deren Rückseite der Antriebsmotor 9 angeschlossen ist. Die Vorrichtung 5 ist mit der Montageplatte 31 an einer Seitenwand 8 der Behandlungskammer 2 der Reinigungsanlage 1 angebracht.
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Die 1 zeigt, dass der Greifarm 3 in der Behandlungskammer 2 eine Arbeitsbewegung ausführen kann, durch die das Werkstück 7 mit der Vorrichtung 5 korrespondiert.
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Die Zugangsöffnung 11 ist mit einem im Randbereich aufliegenden Schiebedeckel 12 abgedeckt, der durch den Greifarm 3 verschiebbar ist. Wenn die Behandlung mit einem Werkstück 7 mit mehreren Bohrungen 6, beispielsweise ein Zylinderkopf eines Motors erfolgt, kann ein virtuelles Musterbild 18 in einem Steuergerät des Handhabungsgerätes 4 gespeichert werden, nach deren Plan die Behandlungen der Bohrungen 6 mit dem Roboter 4 gesteuert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006026171 A1 [0002]
- DE 102010051686 [0003]
