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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anpressvorrichtung für eine Oberflächenbearbeitungsvorrichtung,
und insbesondere eine Anpressvorrichtung für eine Bandfinishvorrichtung.
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Die
DE 295 14 753 U1 beschreibt
eine übliche
Oberflächenbearbeitungsvorrichtung
in Gestalt einer Bandfinishvorrichtung zur Oberflächenbearbeitung
eines Werkstücks.
Die Bandfinishvorrichtung hat ein Band und eine Anpressvorrichtung,
die dazu vorgesehen ist, das Band gegen das Werkstück zu drücken. Die
Anpressvorrichtung wird durch einen pneumatisch betätigten Kolben
angetrieben, wobei ein Druck zwischen dem Band und dem Werkstück pneumatisch
gesteuert wird.
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DE 198 50 216 A1 offenbart
eine Anpressvorrichtung bei einem Verfahren zur Feinbearbeitung eines
zylindrischen Werkstücks,
bei dem ein Abstützorgan
direkt an die Werkstückoberfläche angedrückt wird.
Mindestens ein Andrückelement
in der Form eines konkaven Körpers
wird dann an die Werkstückoberfläche angedrückt.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anpressvorrichtung
anzugeben.
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Ein
Aspekt der Erfindung zur Lösung
des Problems betrifft eine Anpressvorrichtung zum Andrücken eines
Bandes gegen ein Werkstück.
Die Anpressvorrichtung hat ein blattförmiges biegbares Andrückelement
und zwei parallele Umlenkelemente zur Führung des Bands, die an zwei
gegenüberliegenden
Rändern
bzw. Abschnitten des Andrückelements
angeordnet sind.
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Der
besondere Vorteil der Erfindung ist, dass das Andrückelement
dicht an das Werkstück
angepasst wird und das Band über
eine größere Fläche um das
Werkstück
geführt
wird, damit Oberflächenspitzen
abgetragen werden. Dadurch wird der Bearbeitungsprozess beschleunigt,
weil eine größere Bandfläche auf
das Werkstück
gleichzeitig einwirkt, und die Rundheit des Werkstücks ist
wesentlich besser als bei den herkömmlichen Vorrichtungen. Durch den
zangenartigen Aufbau und das flexible Band können mit demselben Werkzeug
unterschiedliche Wellendurchmesser bearbeitet werden, wobei sich das
Werkzeug immer optimal an das Werkstück anlegt und eine maximale
Bearbeitungsfläche
erzielt wird.
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Das
Andrückelement
kann vorzugsweise eine Folie, ein Blech, Leder oder ein Gewebe aufweisen.
In vorteilhafter Weise ist die Reibung zwischen dem Andrückelement
und der Band möglichst
gering, so dass das Band während
der Oberflächenbearbeitung
nicht ins Schwingen gerät.
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Vorzugsweise
sind die Umlenkelemente durch einen zangenartigen Aufbau gelenkig
miteinander verbunden sind. In vorteilhafter Weise ist der Abstand
zwischen den Umlenkachsen dadurch variabel, und das Andrückelement
passt sich noch besser an die Werkstückoberfläche an. Außerdem wird durch den zangenartigen
Aufbau eine Aufrüstung oder
ein Austausch einer herkömmlichen
Oberflächenbearbeitungsvorrichtung
mit der erfindungsgemäßen Anpressvorrichtungen
vereinfacht.
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Vorzugsweise
sind die Umlenkelemente fest oder einstückig mit dem Andrückelement
verbunden und drehbar angeordnet. Dadurch ist die Herstellung der
Anpressvorrichtung in vorteilhafter Weise vereinfacht.
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Vorzugsweise
ist das Andrückelement
drehbar bezüglich
den Umlenkelementen aufgehängt. Wenn
das Andrückelement
drehbar ist, dann schmiegt sich das Andrückelement in vorteilhafter Weise
noch genauer an die Werkstückoberfläche an, und
eine größere Reibung
zwischen den Umlenkelementen und dem Band wird vermieden.
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Vorzugsweise
sind die Umlenkelemente durch eine Spannvorrichtung, vorzugsweise
eine Feder, voneinander weg vorgespannt. Insbesondere können die
Umlenkelemente durch die Elastizität des Andrückelements selbst voneinander
weg vorgespannt sein, wodurch gegebenenfalls auf eine weitere Feder
verzichtet werden kann.
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Vorzugsweise
sind an den Enden der Umlenkelemente Führungselemente, wie zum Beispiel Unterlegscheiben,
zur seitliche Führung
des Bandes vorgesehen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die Anpressvorrichtung durch einen Schwingantrieb bzw. -aktuator
in ihrer axialen Richtung oszillierend angetrieben wird.
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Vorzugsweise
können
die Umlenkelemente aus Rollen bestehen. Dabei kann das Andrückelement
vorzugsweise an den drehbaren Führungselementen
angeordnet werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Oberflächenbearbeitungsvorrichtung
mit einer erfindungsgemäßen Anpressvorrichtung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
der Erfindung.
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1 zeigt eine perspektivische
Ansicht einer Oberflächenbearbeitungsvorrichtung,
auf die die Anpressvorrichtung gemäß der Erfindung anwendbar ist;
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2 zeigt eine andere perspektivische
Ansicht der Oberflächenbearbeitungsvorrichtung;
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3 zeigt eine Anpressvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 zeigt die Anpressvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung aus einer anderen Perspektive; und
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5 zeigt die Anpressvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Seitenansicht.
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Die 1 zeigt eine Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 mit
einem Gehäuse 2,
während die 2 die Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 ohne
das Gehäuse 2 zeigt,
so dass der Innenaufbau der Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 teilweise erkenntlich
ist.
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Die
in den 1 und 2 gezeigte Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 ist
eine Bandfinishvorrichtung, die eine Oberfläche eines Werkstücks (nicht
gezeigt) poliert, schleift oder anderweitig bearbeitet.
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Die
Bearbeitung des Werkstücks
erfolgt durch ein auf dem Gebiet der Oberflächentechnik übliches
Band bzw. Finishband (jeweils nicht gezeigt) als ein Oberflächenbearbeitungswerkzeug,
das mit einer einstellbaren Drucklast gegen die Werkstückoberfläche gedrückt und
gleichzeitig durch einen nachfolgend beschriebenen Aufbau an der
Oberfläche
bewegt wird.
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Die
Bandfinishvorrichtung hat eine in den 3 und 4 gezeigte erfindungsgemäße Anpressvorrichtung 33,
welche das Oberflächenbearbeitungswerkzeug
gegen das Werkstück
drückt.
(Bei der in den 1 und 2 dargestellten herkömmlichen
Finishvorrichtung ist eine herkömmliche
Anpressvorrichtung 3 als eine Kontaktrolle 3 ausgeführt, um
die ein Bearbeitungswerkzeug (z.B. Band) gewickelt ist. Die Kontaktrolle 3 besteht
vorzugsweise aus Elastomer und kann selbst auch als Oberflächenbearbeitungswerkzeug
ausgeführt
sein.) Ferner zeigen die 1 und 2 eine Aufwickelrolle 6,
die durch einen Aufwickelantrieb 5 angetrieben wird, eine Abwickelrolle 4 sowie
eine Umlenkrolle 7, um die das Band gewickelt ist. Alle
Rollen 4, 6 und 7 sind an einem Schlitten 8 gestützt. Der
Schlitten 8 wiederum ist linear bewegbar an einer Führung 9 gestützt. Die
Führung 9 ist
an einer Einfassung 10 ausgebildet, die an einer beliebigen
Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) ortsfest anbringbar ist. Die gesamte
Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 ist
somit über
die Einfassung 13 ortsfest an der Werkzeugmaschine gestützt, während der
Schlitten 8 relativ zu der Werkzeugmaschine bewegbar ist,
was nachfolgend erläutert
wird.
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In
der Einfassung 10 ist ein elektrischer Antrieb 11 angeordnet.
Der elektrische Antrieb 11 ist fest mit der Einfassung 10 verbunden.
Dem elektrischen Antrieb 11 wird über eine Stromquelle (nicht
gezeigt) eine elektrische Stromstärke zugeführt. Der elektrische Antrieb 11 treibt
dadurch eine Vorschubeinheit 12 an, die fest mit der Führung 9 verbunden
ist. Somit wird der Schlitten 8 durch den elektrischen
Antrieb 11 oder eine Kurve bewegt.
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Die
Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 hat
des weiteren eine Regelvorrichtung (nicht gezeigt). Die Regelvorrichtung
regelt den elektrischen Antrieb 11 derart, dass sich eine
gewünschte Soll-Drucklast
zwischen dem Oberflächenbearbeitungswerkzeug
und dem Werkstück
einstellt.
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Diese
Regelung wird vorzugsweise durch eine Zufuhr einer entsprechenden
elektrischen Stromstärke,
oder allgemein einer elektrischen Leistung, in den elektrischen
Antrieb 11 verwirklicht.
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Die
Soll-Drucklast kann zum Beispiel ein Soll-Druck oder eine Soll-Druckkraft
sein. Wenn dem elektrischen Antrieb 11 z.B. die entsprechende Stromstärke bzw.
Leistung tatsächlich
zugeführt
wird, dann drückt
das Oberflächenbearbeitungswerkzeug mit
der Soll-Kraft bzw. mit dem Soll-Druck gegen das Werkstück.
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Die
in den 3 bis 5 gezeigte Anpressvorrichtung
gemäß der Erfindung
wird näher
beschrieben.
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Die
Anpressvorrichtung 33 hat ein blattförmiges biegbares Andrückelement 18 und
zwei parallele Umlenkelemente 15, 16 zur Führung des
Bands, die an zwei gegenüberliegenden
Rändern
des Andrückelements 18 angeordnet
sind. Dadurch ist es möglich,
dass das Andrückelement 18 optimal
an das Werkstück
angepasst wird und das Band über
eine größere Fläche um das
Werkstück
führt,
damit Oberflächenspitzen
abgetragen werden. Dadurch wird der Bearbeitungsprozess beschleunigt,
weil eine größere Bandfläche auf
das Werkstück
gleichzeitig einwirkt, und die Rundheit des Werkstücks ist
wesentlich besser als bei den herkömmlichen Vorrichtungen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist das Andrückelement 18 ein
dünnes
Blech. Alternativ kann das Andrückelement
eine Folie, Leder oder ein Gewebe aufweisen. Dabei ist zu beachten,
dass die Reibung zwischen dem Andrückelement 18 und der Band
möglichst
gering ist, damit das Band während der
Oberflächenbearbeitung
nicht ins Schwingen gerät.
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Die
Umlenkelemente 15, 16 sind durch einen zangenartigen
Aufbau 20, 21 gelenkig miteinander verbunden.
Dadurch ist der Abstand zwischen den Umlenkachsen 15, 16 variabel,
und das Andrückelement 18 passt
sich noch besser an die Werkstückoberfläche an.
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Viele
herkömmliche
Oberflächenbearbeitungsvorrichtungen,
wie sie zum Beispiel in den 1 und 2 gezeigt sind, verfügen ferner über einen Bolzen 17,
um das in den 1 und 2 gezeigte herkömmliche
Anpressteil 3 in der Form einer Rolle aufzunehmen. Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel
kann der Bolzen 17 auch als ein Gelenk des zangenartigen
Aufbaus 20, 21 verwendet werden, so dass eine
Aufrüstung
oder ein Austausch der herkömmlichen
Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 3 mit
der erfindungsgemäßen Anpressvorrichtung 33 vereinfacht
ist.
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Die
Umlenkelemente 15, 16 sind fest mit dem Andrückelement 18 verbunden
und drehbar angeordnet. Wenn die Umlenkelemente 15, 16 drehbar sind,
dann schmiegt sich das Andrückelement 18 noch
genauer an der Werkstückoberfläche an,
und eine größere Reibung
zwischen den Umlenkelementen und dem Band wird vermieden. In der 5 ist ferner ersichtlich,
dass das Band durch die drehbare Aufhängung des Andrückelements 18 tangential
zu den Umlenkelementen 15, 16 geführt wird.
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Alternativ
können
die Umlenkelemente 15, 16 einstückig mit
dem Andrückelement 18 ausgeführt und
drehbar angeordnet sind, zum Beispiel wenn das Andrückelement 18 ein
dünnes
Blech ist, das an seinen Rändern
um zwei starre Achsen gebogen ist. Dadurch wäre die Herstellung der Anpressvorrichtung vereinfacht.
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Die
Umlenkelemente 15, 16 sind durch eine Spannvorrichtung,
in diesem Fall durch eine Torsionsfeder 19, voneinander
weg vorgespannt.
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Anstelle
einer separaten Spannvorrichtung 19 oder zusätzlich zu
dieser kann auch die Elastizität des
Andrückelements 18 selbst
genutzt werden, um die Umlenkelemente 15, 16 voneinander
weg vorzuspannen, zum Beispiel wenn das Andrückelement 18 aus einem
dünnen
Blech mit Eigenspannung besteht. Gegebenenfalls kann dann auf eine
Torsionsfeder 19 verzichtet werden.
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An
den Enden der Umlenkelemente 15, 16 sind Führungselemente,
vorzugsweise Unterlegscheiben 22, zur seitliche Führung des
Bandes vorgesehen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die Anpressvorrichtung 33 durch einen Schwingantrieb bzw. – aktuator
(nicht gezeigt) in ihrer axialen Richtung oszillierend angetrieben
wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf das hierbei gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern sie kann zum Beispiel folgendermaßen abgewandelt werden.
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Falls
die Führungselemente 22 drehbar
sind, wie zum Beispiel drehbare Unterlegscheiben, dann kann das
Andrückelement 18 direkt
an den drehbaren Führungselementen
angeordnet sein.
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Die
Umlenkelemente 15, 16 können auch aus Rollen bestehen.
In diesem Fall ist das Andrückelement 18 drehbar
bezüglich
den Umlenkelementen 15, 16 aufgehängt. In
vorteilhafter Weise können
dadurch Schwingungen unterdrückt
werden, und die Führung
des Bandes ist erleichtert.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anpressvorrichtung
wird nachfolgend beschrieben.
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Die
Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 bewegt
die Anpressvorrichtung 33 gegen das zu bearbeitende Werkstück, welches
zum Beispiel eine Welle ist. Das Werkstück drückt gegen das Band und somit
auch gegen das Andrückelement 33.
Dabei wird das Andrückelement 18 entsprechend
konkav gebogen und passt sich optimal der Werkstückoberfläche an. Die Umlenkelemente 15, 16 drehen
sich entsprechend der Durchbiegung des Andrückelements 18. Gleichzeitig
schließt
sich der zangenartige Aufbau 20, 21 entsprechend
der Durchbiegung des Andrückelements 18.
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Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anpressvorrichtung 33 ist,
dass sich die bewegliche Anpressvorrichtung 33 dicht an
das Werkstück anpasst
und das Band über
eine größere Fläche um das
Werkstück
führt,
damit Oberflächenspitzen
abgetragen werden. Dadurch wird der Bearbeitungsprozess beschleunigt,
weil eine größere Bandfläche auf das
Werkstück
gleichzeitig einwirkt, und die Rundheit des Werkstücks ist
wesentlich besser als bei den herkömmlichen Vorrichtungen 3.
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Der
Betrieb sowie die Regelung der Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 werden
nachfolgend näher
beschrieben, wodurch die Druckkraft der Anpressvorrichtung 33 gegen
das Werkstück
und somit auch die Durchbiegung des Andrückelements 18 gesteuert
bzw. geregelt werden.
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Eine
Haspel mit dem umwickelten Band (nicht gezeigt) wird zunächst an
der Abwickelrolle 4 angeordnet. Ein freies Ende des Bands
wird um die Umlenkrolle 7 sowie um die Anpressvorrichtung 33 gewickelt
und anschließend
an der Aufwickelrolle 6 befestigt.
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Die
Regelvorrichtung führt
dem elektrischen Antrieb 11 dann die entsprechende elektrische
Leistung oder elektrische Stromstärke zu. Infolgedessen bewegt
sich der Schlitten 8 zu dem Werkstück und drückt die Kontaktkontrolle 10 mit
der Soll-Drucklast gegen das Werkstück.
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Gleichzeitig
wird die Aufwickelrolle 6 durch den Aufwickelantrieb 5 gedreht,
um das Band um die Aufwickelrolle 6 zu wickeln. Diese Bandbewegung wird
als ein Vorschub des Bands bezeichnet. Zusätzlich treibt der Schwingantrieb
bzw. -aktuator die Anpressvorrichtung 33 in deren axialer
Richtung oszillierend an.
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Infolgedessen
wird das Band durch eine Überlagerung
der Vorschubbewegung und der oszillierenden Bewegung an der Oberfläche des
Werkstück
bewegt und mit der Soll-Drucklast gegen das Werkstück gedrückt, wodurch
eine ausgezeichnete Oberflächengüte erzielt
wird. Darüber
hinaus erwärmt
sich die Werkstückoberfläche nur
gering, so dass Weichhautbildung, Eigenspannungen, Gefügeveränderungen
und Risse vermieden werden.
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Der
besondere Vorteil dabei ist, dass für den Betrieb der Oberflächenbearbeitungsvorrichtung 1 einzig
elektrische Energie aber keine weitere oder zusätzliche Antriebsenergie wie
z.B. Druckluft erforderlich ist.
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Außerdem kann
die Soll-Drucklast zwischen dem Oberflächenbearbeitungswerkzeug und
dem Werkstück
ständig
konstant gehalten werden. Die Solldrucklast kann entsprechend den
Band- und Werkstückeigenschaften
stufenlos geregelt werden, da sie elektronisch geregelt wird. Herkömmliche pneumatische
Steuerungen weisen relativ große Druckschwankungen
auf, was zu einer ungleichmäßigen Drucklast
und somit ungleichmäßigen Oberflächengüte führen kann.
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Die
Steuerung bzw. Regelung kann folgendermaßen abgewandelt oder weitergebildet
werden.
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Vorzugsweise
ist eine Stromstärkenmessvorrichtung
vorgesehen, die dem elektrischen Antrieb 11 zugeführte elektrische
Stromstärke
misst und ein Signal entsprechend der gemessenen Stromstärke der
Regelvorrichtung zuführt.
Die Regelvorrichtung bestimmt dann aus der gemessenen Stromstärke eine
Drucklast zwischen dem Oberflächenbearbeitungswerkzeug
und dem Werkstück.
Hierbei kann die Regelvorrichtung auf eine Tabelle, eine Kennlinie, Drucklasteichung
oder eine sonstige Abbildung bezug nehmen, oder sie kann die Drucklast
aus einer mathematischen Formel berechnen. Auf der Grundlage der
bestimmten Drucklast elektrischen Antrieb regelt die Regelvorrichtung
den elektrischen Antrieb 11 derart, dass sich die Soll-Drucklast
einstellt.
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Zusätzlich kann
die dem elektrischen Antrieb 11 zugeführte Leistung oder Stromstärke auf
der Grundlage der gemessenen Stromstärke geregelt werden. Dadurch
wird die Drucklast zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und Werkstück noch
genauer auf die Soll-Drucklast eingestellt.
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Alternativ
bestimmt die Regelvorrichtung aus der Soll-Drucklast eine dem elektrischen
Antrieb 11 zuzuführende
Leistung. Die Soll-Drucklast kann über eine Eingabevorrichtung
in die Regelelektronik eingegeben werden. Die Regelelektronik bestimmt
auf der Grundlage der eingegebenen Soll-Drucklast die dem elektrischen
Antrieb 11 zuzuführende
Leistung aus einer Tabelle, Kennlinie, Drucklasteichung oder aus
einer sonstigen Abbildung.
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Alternativ
ist eine Drucklastmessvorrichtung zum Messen der Drucklast zwischen
dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück vorgesehen. Die Drucklastmessvorrichtung
sendet ein Signal entsprechend der gemessenen Drucklast zu der Regelvorrichtung.
Dadurch kann die Regelvorrichtung die dem elektrischen Antrieb 11 zugeführte elektrische
Leistung bzw. Stromstärke
auf der Grundlage der gemessenen Drucklast regeln, wodurch die Drucklast
zwischen dem Band und dem Bearbeitungswerkzeug noch genauer auf
die Soll-Drucklast geregelt wird.
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Die
Drucklastmessvorrichtung kann beliebig im Kraftfluss angeordnet
sein, das heißt
sie kann zum Beispiel direkt an der Anpressvorrichtung 33,
der Einfassung 10, der Vorschubeinheit 12 oder
dem elektrischen Antrieb 11 sein, da zum Beispiel die Druckkraft im
Kraftfluss zwischen elektrischem Antrieb 11 und dem Werkstück im wesentlichen
gleich ist.
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Vorzugsweise
ist die Vorschubeinheit 12 des elektrischen Antriebs 11 eine
Gewindespindel. Dadurch können
gleichzeitig ein großen
Hub und ein angemessener Druck erzeugt werden.
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Der
Aufbau ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass der elektrische Antrieb
ein Spindelmotor oder dergleichen ist. Es ist auch denkbar, dass
der elektrische Antrieb ein Linearmotor oder ein Piezoaktuator ist.
Im Falle eines Piezoaktuators regelt die Regelvorrichtung eine auf
den Piezoaktuator aufgebrachte elektrische Spannung anstelle der
elektrischen Stromstärke,
wie dies z.B. bei einem Elektromotor der Fall ist.
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Zusätzlich kann
die Regelvorrichtung den Aufwickelmotor 5, der das Band
um die Aufwickelrolle 9 wickelt, so steuern, dass der Vorschub
des Bands eine konstante Geschwindigkeit aufweist. Dadurch wird
in vorteilhafter Weise eine einheitliche Oberflächengüte erzielt. Im Gegensatz dazu
erhöht sich
bei den herkömmlichen
Oberflächenbearbeitungsvorrichtungen
der Bandvorschub im Verlaufe des Bearbeitungsprozesses, da sich
das Band um die Aufwickelrolle 4 mit immer größerer werdenden Durchmesser
aufwickelt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die hierbei dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
da innerhalb des in den Ansprüchen
definierten Umfangs der Erfindung weitere Abwandlungen und Äquivalente
für einen
Fachmann offensichtlich sind.