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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen
Positionieren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie
ein Verfahren zum automatischen Positionieren nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 14, insbesondere mit einem Balken-Spannsystem,
auf dem Befestigungselemente angeordnet sind, die in alle Richtungen
verschoben werden können.
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Derartige
Positioniersysteme sind im Stand der Technik aus der
DE 44 44 339 C1 bekannt.
Ferner ist im Stand der Technik ein Positioniersystem bekannt, bei
dem die Befestigungselemente jeweils mittels eines Antriebs und
eines Zahnriemens positioniert werden, was in der Regel mit einer
CNC-Steuerung durchgeführt
wird. Als nachteilig an diesem Positioniersystem wird es empfunden,
dass für
das Positionieren der Befestigungselemente auf diesem Balken für jeden
Balken ein weiterer Antrieb notwendig ist. So werden bei einer großen Werkzeugmaschine
mit beispielsweise 12 verschieblichen Balken und 4 Befestigungselementen
pro Balken insgesamt 60 (12 × 4
+ 12) Antriebe benötigt.
Die Vielzahl von Antrieben mindern einerseits die Betriebssicherheit, verkomplizieren
das Positioniersystem und erhöhen vor
allem die Anschaffungskosten.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren für
ein automatisches Positioniersystem bereitzustellen, die in der
Lage sind, auf einfache und betriebssichere Weise die Befestigungselemente
in jede beliebige Stellung auf einem Basisteil zu fahren, wobei
die Herstellungskosten dieses Positioniersystems gesenkt werden.
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Diese
Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche 1 und
14 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die
Vorrichtung zum automatischen Positionieren von mindestens einem in
einem rechtwinkligen Koordinatensystem verschieblichen Befestigungselement
auf einer Basiskonstruktion aus Schienen und mindestens einem Balkensystem,
das mindestens ein Befestigungselement trägt, dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Befestigungselement und das mindestens
eine Balkensystem über
jeweils mindestens eine Klemmvorrichtung verfügen, dass ein einziger Antrieb
mindestens ein Transmissionsmittel je Koordinatenrichtung antreibt,
und das mindestens eine Befestigungselement durch Festklemmen des
Befestigungselementes und des Balkensystems an den Transmissionsmitteln
in allen Richtungen (X, Y, Z) in die gewünschte Position fährt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum automatischen Positionieren von mindestens einem in einem rechtwinkligen
Koordinatensystem verschieblichen Befestigungselement auf einer
Basiskonstruktion aus Schienen und mindestens einem Balkensystem
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Antrieb über Winkeltriebe
mindestens ein Transmissionsmittel je Koordinatenrichtung (X, Y,
Z) antreibt und das mindestens eine Befestigungselement und das
mindestens eine Balkensystem an den Transmissionsmitteln festgeklemmt
werden und das mindestens eine Befestigungselement in alle gewünschten
Richtungen (X, Y, Z) positionierbar ist.
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Vorteilhaft
ist es dabei, dass dieser einzige Antrieb mindestens ein Transmissionsmittel
antreibt, wobei das Transmissionsmittel vorteilhaft ein Zahnriemen,
ein Stahlband, eine Kette, eine Welle oder etwas ähnliches
ist.
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Vorteilhaft
ist es auch, dass auf der Basiskonstruktion mindestens ein Führungssystem,
z.B. eine Führungsschiene,
angeordnet ist, die zur Führung
der Balkensysteme dienen.
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In
vorteilhafter Weise ist die Basiskonstruktion mit einer ebenen Fläche ausgerüstet, z.B.
in Form einer Platte.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass senkrecht zu mindestens einer Führungsschiene
mindestens ein längs
der Führungsschiene
verschieblicher Balken angeordnet ist, auf dem mindestens ein Befestigungselement
verschieblich angeordnet ist.
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Vorteilhaft
ist es auch, dass jedes einzelne Befestigungselement mindestens
eine Klemmvorrichtung aufweist, die das Befestigungselement an einem
Transmissionsmittel an beliebigem Ort festklemmt.
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Dabei
kann die Klemmvorrichtung vorteilhaft elektrisch, pneumatisch oder
hydraulisch angesteuert werden.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass der Antrieb an einer der Längsseiten der Basiskonstruktion
angeordnet ist.
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Vorteilhaft
ist es auch, dass an einem Ende eines jeden Balkens ein Winkeltrieb
angeordnet ist, durch den ein zweites Zahnriemenrad angetrieben wird,
mit dem ein zweites Transmissionsmittel bewegt wird.
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In
vorteilhafter Weise sind die Befestigungselemente als Vakuumsauger,
Balkenbacken oder Balkensysteme auf einer Basisplatte angeordnet,
die zur Aufnahme von unterschiedlichen Elementen geeignet sind.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass mindestens ein Führungssystem in mindestens
einer Koordinatenrichtung (x, y, z) ausgerichtet ist, so dass das
verschiebliche Befestigungselement in alle Richtungen im Raum verschoben
werden kann.
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Weitere
Ausgestelungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Im
nun Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im Detail
näher beschrieben.
Es zeigt
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1:
eine schematische perspektivische Darstellung des automatischen
Positioniersystems, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einer Basisplatte
(17) angeordnet ist;
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2:
eine perspektivische Unteransicht eines Balkensystems (1),
auf dem Befestigungselemente (2) angeordnet sind;
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3:
eine perspektivische Teilansicht des Endes eines Balkensystems (1)
mit einem Führungsschlitten
(3);
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4:
eine perspektivische Draufsicht des Endes eines Balkensystems (1)
mit dem Antrieb (5).
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Die 1 zeigt
eine schematische perspektivische Draufsicht auf das erfindungsgemäße automatische
Positioniersystem mit den wesentlichen Bauelementen des Gesamtsystems.
Das automatische Positioniersystem besteht im Wesentlichen aus einer
Basiskonstruktion 17, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Platte darstellt, die mindestens eine ebene Fläche aufweist.
Auf der Basiskonstruktion 17 ist mindestens eine Linearführung 4, 4' an den Längsseiten
der Basisplatte 17 angebracht, auf der die einzelnen Balkensysteme 1 geführt werden.
Die automatische Positioniervorrichtung besteht ferner aus einem
oder mehreren zueinander parallelen, in Richtung einer der Bearbeitungsachsen,
zum Beispiel der x-Achse, verschiebbaren Balkensystemen 1,
auf denen in Längsrichtung,
der y-Richtung, ein oder mehrere verschiebbare Befestigungselemente 2,
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Vakuumsauger ausgebildet sind, angeordnet sind. Die Balken und
die Befestigungselemente werden mittels eines Führungsschlittens 3 und
entsprechenden Linearführungen 4 auf
dem Maschinenbett, also der Basiskonstruktion, in den Linearführungen
bzw. den Balkensystemen geführt.
Die Befestigungselemente 2 können völlig unterschiedlich ausgeführt werden, beispielsweise
als Balkenbacken oder andere Balkensysteme, mit denen Werkstücke befestigt
werden können
und in beliebiger Richtung verschoben werden.
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Mittels
eines seitlich an der Basiskonstruktion 17 montierten Antriebs 5 wird
ein Zahnriemensystem 6 angetrieben, das in x-Richtung über den
gesamten Verfahrbereich des Balkensystems verläuft. An der Stirnseite jedes
Balkens 1 wird dieser Zahnriemen 6 über ein
erstes Zahnriemenrad 7 durch Umlenkrollen zwangsgeführt. Dieses
Zahnriemenrad 7 sitzt auf der Welle eines 90°-Winkeltriebs 8,
Durch das Winkelgetriebe 8 wird ein zweites Zahnriemenrad 9,
in einem bestimmten, freiwählbaren Übersetzungsverhältnis 1
: 1 angetrieben, welches ein zweites Zahnriemensystem in y-Richtung
antreibt. Jeder Balken 1 und jedes Balkenelement 2 ist
mit einem Klemmsystem 11 ausgerüstet. Das Klemmsystem ist so
angeordnet, dass es sowohl den Untertrum 15 als auch den
Obertrum 15' der
Zahnriemen 6, 10 in x-Richtung bzw. in y-Richtung überdeckt
und je nach Bedarf am entsprechenden Trum festgeklemmt werden kann.
Das Klemmsystem 11 ist so ausgebildet, dass es in Linearführungen
des Balkensystems 1 einerseits geführt wird und andererseits das
Transmissionsmittel 6, 10 auf der Ober- und Unterseite
umschließt.
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Im
Ausgangszustand sind nun sowohl die Balkensysteme 1 als
auch die Befestigungselemente 2 fest positioniert. Die
Position wird durch eine Klemmeinheit 12 auf den Linearführungen 4 gehalten.
Bei Eingabe einer neuen Position durch die Steuerung der CNC-Einheit,
die hier nicht gezeigt ist, werden ein oder mehrere Balkensysteme
bzw. Befestigungselemente zunächst
bei den anzusteuernden Balkensystemen die Klemmungen mit den Linearführungen 4 gelöst. Gleichzeitig
wird die Klemmeinheit 12 für das Klemmen auf den Zahnriemen
aktiviert. Je nachdem, ob nun in positiver oder in negativer Koordinaten-Richtung
(x-y-z) positioniert werden soll, wird entweder auf dem Obertrum 15 oder
auf dem Untertrum 15' geklemmt.
Es kann natürlich
auch der Antrieb reversiert werden, das heißt, die Drehrichtung des Antriebs 5 wird
umgekehrt. Der Antrieb 5 führt dann den Zahnriemen 6 in
x-Richtung um die vorgegebene kleinste Distanz für die Positionierung eines Balkensystems 1.
Durch die Klemmung auf dem Zahnriemen 6 werden alle zu
positionierenden Balken 1 zwangsläufig um diese vorgegebene geringste Positionierdistanz
verschoben. Hat nun der erste Balken 1 die ihm zugeordnete
Position erreicht, bleibt der Antrieb 5 stehen, die Zahnriemenklemmung
für dieses
Balkensystem wird gelöst
und die Positionierklemmung auf der Linearführung 4, 4' wird aktiviert. Die
restlichen zu positionierenden Balken 1 bleiben über die
Zahnriemenklemmung mit dem System verbunden.
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Der
Antrieb 5 verfährt
nun den Zahnriemen 6 um den nächsten durch die Steuerung
vorgegebenen Weg. Hat der nächste
Balken 1 nun eine Position erreicht, wird wie zuvor beschrieben
verfahren. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle zu positionierenden Balken 1 ihre
vorbestimmte Position erreicht haben. Während der Positionierung des
Balkensystems 1 ist es nicht möglich, die Befestigungselemente 2,
die sich auf diesem Balken befinden, in y-Richtung zu verfahren
und zu positionieren, da sich das Zahnriemenrad 7 an der
Stirnseite des Balkens und somit auch der Zahnriemen 10 für die y-Bewegung nicht dreht.
Sobald aber die Klemmung zwischen Balken 1 und Zahnriemen 10 gelöst ist und
der Balken fest auf der Linearführung
geklemmt ist, wird das Zahnriemenrad 7 der Stirnseite des
Balkens durch den Antrieb 5 über den zwangsgeführten Zahnriemen 6 in Bewegung
gesetzt und damit auch der Zahnriemen 10 über das
Winkelgetriebe 8 für
die y-Richtung.
Dadurch können
nun die einzelnen Befestigungselemente 2, die auf dem Balkensystem
angeordnet sind, genauso wie die Balken selbst positioniert werden.
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Diese
vorbeschriebene Vorgehensweise der Positionierung der einzelnen
Befestigungselemente bzw. der Balkensysteme 1 wird so oft
beliebig wiederholt, bis sämtliche
Befestigungselemente an vorgegebenem Ort und Stelle positioniert
sind.
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In 2 ist
ein Balkensystem 1 in perspektivischer Darstellung von
unten gezeigt. An den Enden jedes Balkensystems 1 ist ein
Führungsschlitten 3, 3' angeordnet,
der an seiner Unterseite Führungsnuten 14, 14' aufweist, die
in den längsseitig
angeordneten Linearführungen 4, 4' in x-Richtung gleiten.
Etwa in der Mitte der Führungsnut 14 ist
eine erste Klemmvorrichtung 12 angeordnet, die den Führungsschlitten 3 bzw.
das zugehörige
Balkensystem 1 an beliebiger Längs-Position festklemmt und
in dieser Position hält.
Der Führungsschlitten
weist ferner eine hier nicht sichtbare Umlenkung, z.B. ein 90°-Winkelgetriebe,
auf, das eine Rotationsbewegung des ersten Zahnriemenrades 7 auf
das zweite Zahnriemenrad 9 überträgt, wobei das zweite Zahnriemenrad 9 ein zweites
Transmissionsmittel 10 antreibt. Das zweite Transmissionsmittel 10 wird
von einer jedem Befestigungselement 2 zugeordneten Klemmvorrichtung 11 oberseitig
und unterseitig umgeben, so dass einmal für eine Transmissionsbewegung
in positiver y-Richtung und einmal in negativer y-Bewegungsrichtung festgeklemmt
werden kann. Die Befestigungselemente 2 können somit
in beliebiger vernünftiger
Anzahl auf dem Balkensystem 1 hin und her verschoben werden.
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Die 3 zeigt
das Ende eines Balkensystems 1 in perspektivischer Unteransicht.
Durch die Rotation des ersten Zahnriemenrads 7, das durch den
hier nicht gezeigten Antrieb 5 mittels des Transmissionsmittels 6 in
Rotation versetzt wird, wird gleichzeitig über das 90°-Winkelgetriebe das zweite Zahnriemenrad 9 in
Rotation versetzt, so dass bei Klemmung des Untertrums 15 oder
des Obertrumms 15' auf
dem zweiten Transmissionsmittel 10 das Befestigungselement 2 von
dem Führungsschlitten 3 an eine
vorbestimmte Stelle in y-Richtung
hin- und hergeführt
wird. Die weiteren Funktionen wurden weiter oben bereits beschrieben.
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Die 4 zeigt
in perspektivischer Draufsicht das Ende eines Balkensystems 1 in
der Nähe des
Antriebs 5. Bei Rotation des Antriebs 5 wird das Transmissionsmittel,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Zahnriemen, in eine positive oder negative x-Richtung gedreht.
Dabei wird das erste Zahnriemenrad 7 ebenfalls bewegt und
bei gelöster
Klemmvorrichtung 12 der Führungsschlitten 3 in
x-Richtung gefahren. Der Antrieb 5 ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ein kräftiger
Servomotor, der elektrisch betrieben wird. Im hier nicht gezeigten
Extremfall ist für
eine Bewegung des Befestigungselements in z-Richtung ein weiterer
Winkeltriebnotwendig.
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Infolge
der erfindungsgemäßen Gesamtkonstruktion
benötigt
dieses automatische Positioniersystem lediglich einen Antrieb 5,
mit dem sämtliche Befestigungselemente 2 in
ihre jeweiligen vorbestimmten Positionen mittels einer Steuerung für die entsprechenden
Klemmvorrichtungen geführt
werden kann.
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Obwohl
nur mit einem Antrieb 5 gearbeitet wird, können mehrere
Elemente 1, 2 gleichzeitig verfahren werden. Die
Positionierzeiten sind damit nur unwesentlich länger als bei Systemen mit mehreren Antrieben.
Da sowohl auf dem Untertrum 15 als auch auf dem Obertrum 15' der Zahnriemen 6, 10 geklemmt
werden kann, sind gleichzeitige Positionierungen in unterschiedliche
Richtungen möglich.
Bei den bis heute bekannten Systemen sind Positionierungen innerhalb
eines Systems in verschiedenen Richtungen nur nacheinander durchführbar, da
der Antrieb seine Drehrichtung ändern
muss.