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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer Positioniereinrichtung zum Zuordnen und/oder Positionieren von Bürstenkörpern oder Bürsten zu wenigstens einer Bearbeitungsstation sowie mit einer Spanneinrichtung zum Halten von Bürstenkörpern.
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Bei solchen Bürstenherstellungsmaschinen sind zum Zuordnen von Bürstenkörpern oder Bürsten zu Bearbeitungsmaschinen, wie zum Beispiel Stopfmaschinen, Bohrmaschinen, Abscheraggregaten und dergleichen, Positioniereinrichtungen bekannt, die mit Hilfe von Gewindespindeln, Getrieben, Kreuztischen und dergleichen die erforderlichen Positionierbewegungen durchführen. Weiterhin sind für solche Positionierungen sogenannte Linearachsen bekannt, mit welchen lineare Bewegungen durchführbar sind und die auch für mehrachsige Bewegungen kombinierbar sind.
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Beispielsweise kennt man aus der
DE 42 11 974 A1 eine Maschine für die Herstellung von Bürsten, die ein Stopfwerkzeug für das Anbringen von Borstenbündeln in Öffnungen eines Bürstenkörpers umfasst sowie Mittel, um Bürstenkörper gegenüber diesem Stopfwerkzeug in Position zu bringen. Hierzu ist ein Kreuzschlitten vorgesehen, bei dem ein erster Schlittenkörper über Gleitstangen für eine Bewegung in einer ersten Richtung verschiebbar ist. Diese Gleitstangen, die mit ihren Enden in Trägern befestigt sind, formen einen zweiten Schlittenkörper, welcher für eine Bewegung in einer zweiten Bewegungsrichtung über Gleitstangen verschiebbar ist. Diese Gleitstangen wiederum sind verschiebbar durch die Träger gesteckt und an einer Stütze befestigt.
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Ein solcher Kreuzschlitten hat einen komplexen mechanischen Aufbau mit den beiden Schlittenkörpern, ihren jeweiligen Gleitstangen und den zugehörigen Lagerungen und Halterungen.
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Daraus ergibt sich eine große zu bewegende Masse und ein nicht unerheblicher Platzbedarf. Zudem sind Antriebsmittel erforderlich, die die Drehbewegung eines Antriebsmotors in eine Linearbewegung umsetzen. Dies können Nockenscheiben, elektrisch angetriebene Gewindeachsen oder auch Zahnräder mit Zahnstangen sein. Diese mechanischen Antriebsmittel unterliegen zudem einem Verschleiß, so dass sie gewartet werden müssen. Des Weiteren ist bei derartigen Antriebsmitteln stets ein Spiel vorhanden, so dass die Genauigkeit der Positionierung begrenzt ist.
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Insgesamt ist der Aufwand für die notwendigerweise präzise Positionierung der Bürsten oder Bürstenkörper bei den vorbekannten Vorrichtungen vergleichsweise groß und außerdem sind solche Positioniereinrichtungen anwendungsbezogen aufgebaut und erfordern zum Umrüsten auf andere Bürstenmuster einen erheblichen Aufwand.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bürstenherstellungsmaschine mit einer Positioniereinrichtung zu schaffen, die bei geringem mechanischen Aufwand eine sehr präzise und schnelle Positionierung ermöglicht und die flexibel für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar und mit geringem Aufwand umstellbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, dass die Positioniereinrichtung eine Planarpositioniereinrichtung aufweist mit einem plattenförmigen Stator und einem mit der Spanneinrichtung oder einem Werkzeug mittelbar oder unmittelbar verbundenen, auf dem plattenförmigen Stator in zwei Koordinatenrichtungen beliebig bewegbaren Planar-Läufer zum Positionieren der Spanneinrichtung in zumindest einer Ebene.
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Mit einer solchen Planarpositioniereinrichtung können in einer Ebene beliebige Positionierungen vorgenommen werden. Es handelt sich dabei um in zwei Koordinatenrichtungen arbeitende Direktantriebe, die entweder wie Schrittmotoren gesteuert oder aber geregelt als Servosysteme betrieben werden können. Der Antrieb und die Führung sind berührungsfrei durch ein Luftkissen und damit verschleißfrei. Es lassen sich damit Bürstenherstellungsmaschinen realisieren, bei denen der plattenförmige Stator eine Art Tisch bildet, der seitlich angeordnete Bearbeitungsstationen aufweist. Mit Hilfe des auf dem plattenförmigen Stator in zwei Koordinatenrichtungen beliebig bewegbaren Läufers können Bürstenkörper oder Bürsten den einzelnen Bearbeitungsstationen zugeführt und dort auch positioniert werden.
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Systembedingt ist dabei eine sehr hohe Positioniergenauigkeit und eine hohe Dynamik gegeben, so dass auch eine hohe Positionierpräzision erfordernde Bürsten, insbesondere Zahnbürsten, damit hergestellt werden können.
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Als Bearbeitungsstationen können beispielsweise wenigstens eine Bohrmaschine zum Bohren von Bündellöchern in die Bürstenkörper und/oder wenigstens eine Stopfeinrichtung zum Einstopfen von Borstenbündeln mit Befestigungsankern in die Bündellöcher und/oder wenigstens eine Abscherstation vorgesehen sein. In aller Regel werden bei der Herstellung von Zahnbürsten Bürstenkörper mit bereits eingespritzten Bündellöchern verwendet, so dass der Planarpositioniereinrichtung bevorzugt ein oder mehrere Stopfeinrichtungen und für die Nachbearbeitung erforderliche Maschinen zugeordnet sind. Bei mehreren Stopfeinrichtungen, insbesondere zum Einstopfen unterschiedlicher Borstenbündel, können bei einer ersten Stopfeinrichtung Bündellöcher mit einer ersten Größe gestopft und bei einer oder weiteren Stopfeinrichtungen können dann im Durchmesser, der Form, der Länge und dergleichen andere Borstenbündel gestopft werden. Der Planar-Läufer mit dem oder den gehaltenen Bürstenkörpern führt dabei eine Loch-Zu-Loch-Bewegung aus und das Stopfwerkzeug in üblicher Weise eine Stopfbewegung.
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Damit sind hohe Stopfzyklen mit beispielsweise mehr als fünfzehn Stopfvorgängen pro Sekunde präzise durchführbar.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass der die Bürstenkörper tragende Läufer bei einem feststehenden Arbeitswerkzeug eine Seitenpositionierbewegung und zusätzlich auch eine Arbeitshubbewegung oder Bearbeitungsbewegung durchführt.
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Die Spanneinrichtung kann als Mehrfachspanneinrichtung ausgebildet sein, so dass in einer Arbeitsstellung des Läufers nacheinander mehrere Bürstenkörper gestopft werden können.
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Dadurch verbleibt zum Wechseln der Bürsten beziehungsweise Bürstenkörper mehr Zeit.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Planar-Läufer mit wenigstens einer Hubeinrichtung für eine zusätzliche Bewegungsachse verbunden ist, welche die Spanneinrichtung, ein Werkzeug oder ein Modul für eine weitere Bewegungsachse trägt.
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Weiterhin kann der Planarläufer mit wenigstens einem Rotationsmodul verbunden sein, welches die Spanneinrichtung, ein Werkzeug oder ein Modul für eine weitere Bewegungsachse trägt.
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Schließlich können auch mehrere Planarpositioniereinrichtungen zum Positionieren der Spanneinrichtung in mehr als zwei Achsen miteinander verbunden sein. Die Lage der zusätzlichen Bewegungsachsen in Relation zur Planarebene kann dabei beliebig sein. Damit lassen sich auch komplizierte Bewegungsabläufe realisieren.
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Wenn der Planarläufer mit einer oder mehreren Modulen für zusätzliche Bewegungsachsen ausgebildet ist, kann es vorteilhaft sein, wenn einem Planarläufer ein oder mehrere Hilfs-Planarläufer zugeordnet sind und wenn der oder die Hilfs-Planarläufer mit verstellbaren Einrichtungen des Haupt-Planarläufers in Antriebsverbindung stehen.
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Jede zu den Planarachsen zusätzliche Bewegungsachse erfordert einen entsprechenden Bewegungsantrieb, der das Gesamtgewicht des Planar-Läufers erhöht und damit dessen Dynamik reduziert.
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Durch die vorerwähnten, neben dem Haupt-Planarläufer vorzugsweise auf dem gleichen Stator befindlichen Hilfs-Planarläufer ist ein praktisch seitlich ausgelagerter Antrieb für eine zusätzliche Bewegungsachse, zum Beispiel eine Rotation um die Z-Achse, vorhanden, der mit dem zu drehenden Teil des Haupt-Planarläufers in Antriebsverbindung steht, im übrigen aber die Planar-Positionierbewegungen nicht beeinträchtigt.
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Für eine Bürstenfertigung ist es vorteilhaft, wenn einem plattenförmigen Stator mehrere, unabhängig voneinander aktivierbare Planar-Läufer zugeordnet sind. Die Planar-Läufer lassen sich unabhängig voneinander auf dem gemeinsamen Stator positionieren, so dass während einer Bearbeitungsphase, bei der ein Planar-Läufer zum Beispiel bei einer Stopfstation aktiviert ist, sich ein anderer Planar-Läufer beispielsweise in einer Endlade- und Beladeposition befindet, wo beispielsweise gestopfte Bürsten entnommen und zu stopfende Bürstenkörper beladen werden. Für den Wechselvorgang beim Stopfen werden die beiden Planar-Läufer nebeneinander positioniert, während der Stopfvorgang noch läuft. Nach einer Bewegungssynchronisation erfolgt dann praktisch nahtlos durch seitliches Parallelverschieben der beiden Planarläufer der Übergang des Stopfwerkzeuges von der fertig gestopften, von der Spanneinrichtung des einen Planar-Läufers gehaltenen Bürste zu dem bereitgestellten, zu stopfenden Bürstenkörper, der vom anderen Planar-Läufer gehalten wird.
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Es können auch mehr als zwei Planar-Läufer gleichzeitig eingesetzt und unabhängig voneinander positioniert werden, so dass auch komplexe Fertigungsabläufe realisierbar sind.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
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Es zeigt zum Teil etwas schematisiert:
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1 eine Seitenansicht einer Stopfeinrichtung mit einer Planarpositioniereinrichtung mit einem plattenförmigen Stator und zwei Planar-Läufern,
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2 eine gegenüber 1 um 90° gedrehte Seitenansicht der Planarpositioniereinrichtung,
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3 eine Aufsicht der in 1 und 2 gezeigten Anordnung,
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4 eine Seitenansicht einer Planarpositioniereinrichtung mit Haupt-Planarläufer und einem Hilfs-Planarläufer,
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5 eine gegenüber 4 um 90° gedrehte Seitenansicht,
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6 eine Aufsicht der in 4 und 5 gezeigten Anordnung,
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7 eine Seitenansicht sowie
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8 eine Aufsicht einer Bürstenherstellungsmaschine mit einer Stopfstation und einem Abscheraggregat sowie einer Planarpositioniereinrichtung und
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9 eine Bürstenherstellungsmaschine mit einem runden, plattenförmigen Stator und an dessen Umfang angeordneten Bearbeitungsstationen.
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Eine in den 1 bis 3 gezeigte Bürstenherstellungsmaschine 1 weist eine Stopfeinrichtung 2 auf, mit der Bürstenkörper 3 mit Borstenbündeln 4 bestückt werden können. Die Stopfeinrichtung 2 weist ein Stopfwerkzeug 5 auf, das eine Stopfbewegung gemäß dem Doppelpfeil Pf 1 ausführen kann. Die Loch-Zu-Loch-Positionierbewegung, mittels der die einzelnen Bürstenkörper 3 jeweils mit einem Bündelloch in mit dem Stopfwerkzeug 5 fluchtende Stopfposition gebracht werden, erfolgt mit Hilfe einer Planarpositioniereinrichtung 6. Diese weist einen plattenförmigen Stator 7 und einen oder mehrere Planar-Läufer 8 als Aktoren auf. Die Planar-Läufer können in der planaren Ebene in zwei Achsen (X, Y) beliebig und unabhängig voneinander positioniert werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich auf dem Planar-Läufer 8 ein Aufbau 9, der gemäß dem Doppelpfeil Pf 2 gegenüber dem Läufer 8 drehbar ist. Außerdem ist der Aufbau 9 gemäß dem Doppelpfeil Pf 3 höhenverstellbar. Am oberen Ende des höhenverstellbaren und drehbaren Aufbaus 9 befindet sich eine Spanneinrichtung 10, mittels der Bürstenkörper 3 gehalten werden können. Im Ausführungsbeispiel sind Spanneinrichtungen 10 mit Vierfachhalterung zum gleichzeitigen Aufnehmen von vier Bürstenkörpern 3 vorgesehen. Es handelt sich hierbei um runde Bürstenkörper, wie sie für Elektrozahnbürsten eingesetzt werden. Die Vierfachhalterung ist gemäß dem Doppelpfeil Pf 4 verdrehbar, so dass nacheinander die vier eingespannten Bürstenkörper in Stopfposition verdreht werden können.
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Die Spanneinrichtung ist, wie in 1 angedeutet, insgesamt verschwenkbar zwischen einer Stopfposition und einer strichliniert eingezeichneten Be- und Entladeposition gemäß dem Doppelpfeil Pf 5.
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Die Loch-zu-Loch-Positionierbewegung erfolgt einerseits durch eine Seitenbewegung der Läufer 8 gemäß dem Doppelpfeil Pf 6 in 3 und andererseits durch die Hubbewegung des Aufbaus 9 gemäß dem Pfeil Pf 3 in 2. Über die Drehpositionierung des Aufbaus 9 gemäß dem Pfeil Pf 2 (3) wird die jeweilige Längsstellung der Borstenbündel und damit deren Schränkung eingestellt. Schließlich wird noch über die Positionierbewegung des Läufers 8 gemäß dem Pfeil Pf 7 ein Tiefenausgleich vorgenommen, was insbesondere bei geschränkten Borstenbündeln oder Bürstenkörper mit gewölbter Borstenfeldoberfläche erforderlich ist.
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Somit können alle für das Stopfen von Bürsten notwendigen Positionierbewegungen, auch für komplizierte Bürstenmuster, vorgenommen werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 sind zwei Planarpositioniereinrichtungen 6 mit dem vorbeschriebenen, gleichen Aufbau vorgesehen, die im Wechsel der Stopfeinrichtung zugeordnet werden können. Während sich der eine Planar-Läufer 8 vor der Stopfeinrichtung 2 befindet, kann die Spanneinrichtung 10 des anderen Planar-Läufers 8 mit zu stopfenden Bürstenkörpern 3 bestückt beziehungsweise zuvor die gestopften Bürsten entnommen werden. Zum Entnehmen und Einlegen von Bürsten beziehungsweise Bürstenkörpern wird die Spanneinrichtung gemäß dem Pfeil Pf 5 in 1 nach oben verschwenkt.
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Ist die Spanneinrichtung 10 des gerade nicht in Stopfposition befindlichen Planar-Läufers 8 mit Bürstenkörpern bestückt, wird der Läufer 8 nahe an den in Stopfposition befindlichen Planar-Läufer gefahren und an die laufende Positionierbewegung des in Stopfposition befindlichen Planar-Läufers 8 synchronisiert. Nachdem die Bürsten fertiggestopft sind, erfolgt dann ein schneller Positionswechsel der beiden Planar-Läufer 8, indem diese parallel soweit verschoben werden, bis der mit neuen Bürstenkörpern 3 bestückte Planar-Läufer sich in Stopfposition befindet und der Planar-Läufer mit den fertig gestopften Bürsten in einer seitlich dazu versetzten Stellung.
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In den 2 und 3 ist gut erkennbar, dass sich rechts neben dem in Stopfposition befindlichen Planar-Läufer 8 eine Freifläche befindet, in deren Bereich der Planar-Läufer mit den fertiggestopften Bürsten verschoben werden kann. Der vorbeschriebene Ablauf setzt sich dann in umgekehrter Bewegungsrichtung fort, dass heißt, dass rechtsseitig fertige Bürsten entnommen und neue Bürstenkörper bestückt werden und dass anschließend der gerade in Stopfposition befindliche Läufer nach links verschoben wird, während parallel dazu der neu beladene Läufer parallel ebenfalls nach links vor das Stopfwerkzeug 5 gebracht wird.
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Die 4 bis 6 zeigen eine Bürstenherstellungsmaschine 1a mit einer Stopfeinrichtung 2 und einer Planarpositioniereinrichtung 6, die ebenfalls einen drehbaren Aufbau 9 aufweist. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 befindet sich hier jedoch der Drehantrieb für den Aufbau 9 nicht auf der Planarpositioniereinrichtung 6, sondern es ist hier ein Hilfs-Planarläufer 8a seitlich neben dem Haupt-Planarläufer 8 angeordnet. Dieser Hilfs-Planarläufer 8a ist über eine Antriebsverbindung 11 mit dem drehbaren Aufbau 9 verbunden. Durch entsprechende Planar-Positionierbewegungen gemäß dem Doppelpfeilen Pf 8 und Pf 9 in 6 des Hilfs-Planarläufers 8a lässt sich der Aufbau 9 entsprechend dem Doppelpfeil Pf 2 verdrehen. Eine Entkopplung bezüglich der anderen Positionierbewegungen des Planarläufers 8 kann über eine entsprechende gestaltete Antriebsverbindung 11 oder durch eine Bewegungssynchronisation des Hilfs-Planarläufers 8a erfolgen.
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In 7 und 8 ist eine Bürstenherstellungsmaschine 1b gezeigt, bei der eine Stopfeinrichtung 2 und dieser nachgeschaltet eine Abscherstation 12 vorgesehen sind. Die beiden Bearbeitungsstationen sind an einer Längsseite des plattenförmigen Stators 7 nebeneinander angeordnet.
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Nach dem Stopfen der Bürstenkörper 3 bei der Stopfeinrichtung 2 wird der Planar-Läufer 8 in die in 7 und 8 strichliniert gezeichnete Position vor der Abscherstation 12 gebracht, wo die eingestopften Borstenbündel an ihren Nutzungsenden abgeschert und gegebenenfalls profiliert werden. Die fertigen Bürsten werden dann entnommen und es werden dann zu stopfende Bürstenkörper 3 eingespannt. Der Planar-Läufer 8 wird dann wieder in die Stopfposition bei der Stopfeinrichtung 2 verfahren. Das Entladen und Beladen von Bürsten beziehungsweise Bürstenkörpern kann auch im Bereich der Stopfeinrichtung 2 erfolgen.
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Werden zwei Planar-Läufer 8 eingesetzt, so besteht die Möglichkeit, dass gleichzeitig eine Bearbeitung bei der Stopfeinrichtung 2 sowie der Abscherstation 12 erfolgt. Es kann dabei ausgenützt werden, dass die Bearbeitungszeit bei der Abscherstation 12 kürzer ist als bei der Stopfeinrichtung 2, so dass nach dem Abscheren noch genügend Zeit verbleibt, um die fertigen Bürsten zu entladen und neue, zu stopfende Bürstenkörper 3 einzuspannen.
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In 8 ist strichliniert angedeutet, dass der plattenförmige Stator 7 bei Verwendung von zwei Planar-Läufern 8 etwas größer ausgebildet sein kann, so dass gegenüberliegend zu der Seite, wo die Bearbeitungseinrichtungen 2 und 12 angeordnet sind, genügend Platz für die Rückführung der Planar-Läufer 8 vorhanden ist. Die Rücklaufbewegung ist durch die drei Pfeile Pf 8 angedeutet. Der mit zu stopfenden Bürstenkörpern 3 bestückte Planar-Läufer 8 kann dadurch bereits in eine Stopfbereitschaftsstellung gebracht werden, während noch Bürstenkörper des anderen Planar-Läufers 8 bei der Stopfeinrichtung 2 gestopft werden. Der Wechsel der beiden Planar-Läufer 8 kann dadurch bei der Stopfeinrichtung 2 sehr schnell vorgenommen werden.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 ist eine Bürstenherstellungsmaschine 10 gezeigt, bei der die Planarpositioniereinrichtung 6 einen runden, plattenförmigen Stator 7 aufweist, um den herum eine Reihe von Bearbeitungsstationen, im Ausführungsbeispiel Stopfeinrichtung 2 bis 2c und Abscherstationen 12 bis 12b angeordnet sind.
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Es besteht hierbei die Möglichkeit, dass ein einzelner Planar-Läufer 8 nacheinander den einzelnen Bearbeitungsstationen zugführt und dort jeweils die von ihm in Spanneinrichtungen 10 gehaltenen Bürstenkörper beziehungsweise Bürsten bearbeitet werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass mindestens eine der Anzahl der Bearbeitungsstationen entsprechende Anzahl von Planar-Läufern 8 vorgesehen ist, die im Wechsel reihum den einzelnen Bearbeitungsstationen zugeordnet werden können. Durch den Pfeil Pf 9 ist die Umlaufrichtung der Planar-Läufer 8 auf dem plattenförmigen, feststehenden Stator 7 angedeutet.
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Der oder die Planar-Läufer 8 sind jeweils mit einem ein Rotationsmodul aufweisenden Aufbau 9 ausgerüstet, so dass die Spanneinrichtung 10 jeweils dem Bearbeitungswerkzeug bei den einzelnen Bearbeitungsstationen zugewandt werden kann. Somit führen diese Rotationsmodule die Roationspositionierbewegung aus, während die Planar-Läufer 8 Positionierbewegungen in der Planarebene entsprechend den X-und Y-Koordinaten durchführen.
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Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass bei Einsatz mehrerer Planar-Läufer 8 alle beliebige und voneinander unabhängige Positionierbewegungen durchführen können. Da dies über die elektronische Steuerung erfolgt, sind mechanische Antriebsverbindungen nicht erforderlich. Einerseits ist dadurch ein erheblich geringer, mechanischer Aufwand vorhanden und andererseits ist eine praktisch beliebige Anpassung und Umstellung der Positionierbewegungen der Planar-Läufer 8 bei den einzelnen Bearbeitungsstationen beziehungsweise auch beim Wechsel von einer zur nächsten Bearbeitungsstation möglich.
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Die Versorgungsleitungen der einzelnen Planar-Läufer 8 können bei umlaufenden Planar-Läufern 8 über drehbare Anschlusskupplungen erfolgen. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Planar-Läufer 8 zunächst für einen Bearbeitungsdurchlauf in eine Richtung für weniger als eine Umdrehung oder wenige Umdrehungen umlaufen zu lassen und dann im Anschluss daran in umgekehrter Drehrichtung, so dass eine Versorgung der Planar-Läufer 8 auch über Kabel erfolgen kann, die vorzugsweise zentral zu dem Stator 7 zugeführt werden.
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Versorgungsleitungen sind einerseits zum Zuführen von Luft für die Luftlagerung der Planar-Läufer 8 und andererseits zur Stromversorgung und elektronischen Ansteuerung der Planar-Läufer 8 erforderlich.
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Erwähnt sei noch, dass die Planarebene des Stators 7 beliebig angeordnet sein kann. Neben einer horizontalen Anordnung, wo die Planar-Läufer oberhalb auf der horizontalen Statorplatte 7 laufen kann auch jede andere Stellung, wobei auch über Kopf-Anordnungen möglich sind, vorgesehen sein, da die Planar-Läufer 8 magnetisch an dem Stator 7 gehalten werden.
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Auch dadurch ist eine hohe Flexibilität bei der Anordnung der Bürstenherstellungsmaschine möglich, da deren Lage an die vorgegebenen Platzverhältnisse anpassbar ist.
