DE3610966A1 - Materialvorschubeinrichtung fuer plotter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf programmsteuerbare Flachbettkurvenzeichner und/oder -schneider sowie auf Flächenfräsmaschinen mit Fräs- oder auch beispielsweise Laser-Schneideinrichtungen, welche Bearbeitungsgeräte nachfolgend verallgemeinernd unter dem Begriff Plotter zusammengefaßt werden, und betrifft im näheren eine an dem Plotter vorgesehene Materialvorschubeinrichtung zum Vorschub einer auf der Arbeitsfläche des Plotters zu bearbeitenden und über diese abschnitts- bzw. segmentweise in Längsrichtung zu verschiebende Materialbahn, wobei die Vorschubeinrichtung als Bewegungsquelle einen an dem Plotter ohnehin vorhandenen Querträger als längs über die Arbeitsfläche des Plotters hin- und her-, d.h. vor- und zurückbewegbare Führung für das an dieser entlangbewegbare eigentliche Bearbeitungswerkzeug nutzt und eine an dem Querträger gehaltene Greifeinrichtung für den kraftschlüssigen zeitweiligen Kontakt mit der Materialbahn aufweist.

Im spezielleren Sinne sind Plotter Planzeichner zur automatischen graphischen Darstellung von Linienzügen, Schriften und Zeichen und finden ein vielfältiges Einsatzgebiet, so zur Aufzeichnung von Konstruktionsplänen, als Kartiergerät oder allgemein als aufzeichnendes Auswertegerät. Entweder nur mit einer Schreibeinheit oder daneben oder stattdessen mit einer Schneid- oder Trenneinheit ausgerüstet, dienen Plotter als Zeichen-, Schneide- oder kombiniertes Zeichen- und Schneidesystem insbesondere in der Werbung und Graphik zur Herstellung von Aufklebern, Transparenten und Schildern bis hin zu großflächigen Fassadenbeschriftungen, welche Erzeugnisse entweder zu mehreren übereinstimmenden Stücken aus einer längeren Materialbahn kontinuierlich gefertigt oder einstückig aus einer bis zu vielen Metern langen Materialbahn hergestellt werden sollen.

Besitzt der Plotter eine kürzere Arbeitsfläche als die auf ihr zu verarbeitende Materialbahn, muß diese abschnitts- bzw. segmentweise bearbeitet werden. Dazu ist es notwendig, die Materialbahn absatzweise über die Arbeitsfläche des Plotters zu bewegen. Ein dabei auftretendes Problem ist dann der möglichst punktgenaue Anschluß eines neuen Bearbeitungssegments an das fertiggestellte vorausgegangene.

Da die Probleme eines präzisen Materialvorschubs für etliche Anwendungsbereiche von Plottern bislang unbefriedigend gelöst blieben, verzichtet man dort auf einen segmentweisen Vorschub der Materialbahn überhaupt und nahm bis jetzt, beispielsweise für Zeichenplotter für Konstruktionsentwürfe, Plotter mit Arbeitsflächen von vielen Metern Länge in Kauf.

Hinsichtlich von Plottern mit Transporteinrichtung für den zeilen- bzw. für den segmentweisen Weitertransport der zu bearbeitenden Materialbahn sind unterschiedliche Systeme bekannt. Insbesondere bei Zeilendruckern läßt man ortsfeste Zahnräder in randständige Perforationsstreifen, vor allem bei Papierbahnen, eingreifen. Für Materialbahnen ohne Perforationen wurden anfänglich an dem vorderen Ende des Plotters Quetschwalzen als Materialvorschubeinrichtung installiert, welche jedoch systematische Mängel aufweisen. Sowohl wegen einer notwendigen gewissen Balligkeit wenigstens einer der gegeneinanderarbeitenden Walzrollen als auch aus Gründen fehlender Seitenführung der Materialbahn neigt diese, sofern sie nicht mittig zum größten Umfang der balligen Walze(n) und ferner nicht völlig senkrecht in die Walzen einläuft, zum seitlichen Auswandern und zum Schräglauf und, im Falle von Papierbahnen, zum Verknittern. So erschweren oder verhindern ein Auswandern der Materialbahn nach der Seite und/oder ein Schräglauf den präzisen Anschluß eines unbearbeiteten Segments an das bearbeitete vorangehende. Ein zusätzlicher Nachteil eines derartigen und außerhalb der Arbeitsfläche des Plotters gelegenen Materialvorschubeinrichtung liegt darin, daß zu Beginn der Arbeit entweder ein nicht nutzbarer Materialbahnvorlauf oder ein am Anfang der Materialbahn anzuheftendes Vorlaufstück zum Einspannen in die Quetschwalzen erforderlich sind. Im übrigen ist für ein Walzensystem als Vorschubeinrichtung ein eigener Antrieb für die Walzen vonnöten.

Zur Ausschaltung bzw. Verringerung derartiger Nachteile eines Materialvorschubs mittels Quetschwalzen und zur Unabhängigkeit von einem eigenen Antrieb für die Transporteinrichtung bediente man sich schließlich als Bewegungsquelle des an dem Plotter vorhandenen und über seine Arbeitsfläche vor- und zurückbewegbaren Querträgers und sah an dessen Enden starr angeordnete Greifzangen vor, mit denen sich die Materialbahn an ihren Rändern fassen und über die Arbeitsfläche des Plotters ziehen läßt. Doch bedingt auch diese Technik eine Reihe von Nachteilen. Durch den praktisch nur punktuellen Angriff der Zangen an den Rändern der Materialbahn kann es bei flexiblen und vergleichsweise schweren Materialien zu einer Verzerrung der Materialbahn in dem Sinne kommen, daß eine gedachte, zum Querträger zunächst parallel verlaufende Linie der Materialbahn nach dem Weitertransport der Bahn einen leicht bogenförmigen Verlauf mit zurückgebliebener Mitte aufweist. Schließen die Zangen nicht synchron und setzen sie dabei nicht senkrecht auf, besteht die Gefahr, daß die Materialbahn nach der Seite versetzt wird. Da nach dem bekannten Zangenvorschub die untere Zunge einer jeden Zange außerhalb der Ebene der Arbeitsfläche des Plotters und unterhalb dieser angeordnet ist, die zu bearbeitende Materialbahn die Arbeitsfläche infolgedessen beiderseits überragen muß, um von den Zangen erfaßt werden zu können, gehen zwei Randstreifen der Materialbahn für die Bearbeitbarkeit durch den Plotter notwendigerweise verloren. Wegen der an dem Querträger ortsfesten und im Abstand voneinander nicht variabler Anordnung der Zangen lassen sich auch nur Materialbahnen gleicher, d.h. auf den konstanten Abstand der Zangen voneinander angepaßter, Breite verarbeiten.

Wollte man allerdings in der Absicht, Bahnen unterschiedlicher Breite fassen und transportieren zu können, die Zangen an dem Querträger gegeneinander verschieblich anordnen, setzt das voraus, daß die jeweils untere Zangenzunge frei oberhalb der Arbeitsfläche beweglich sein und damit stets oberhalb der Arbeitsfläche verlaufen müßte, mit der Folge, daß die Materialbahn immer auf der unteren Zunge aufläge und mit jeder Bewegung des Querträgers, auch bei nicht fassenden Zangen, längsverschoben würde. Dieser Behinderung wäre auch nicht dadurch zu begegnen, wenn die Zangen während des normalen Plotterbetriebs außerhalb der Materialbahn stünden, da dann beim Gegeneinanderfahren der oberhalb der Materialbahn laufenden Zungen der Zangen es unmöglich wäre, die Materialbahn ohne weiteres zwischen sich zu nehmen. Die bekannte Greifeinrichtung ist also für den Einsatz von Materialbahnen unterschiedlicher Breite nicht geeignet und ließe sich im Sinne einer Breitenanpassung auch nicht weiterentwickeln.

Demgegenüber verfolgt die vorliegende Erfindung das Ziel, bei Nutzung des Vorteils des beweglichen Querträgers als Bewegungsquelle für den Vorschub der Materialbahn die Nachteile der Zangeneinrichtung zu vermeiden und eine Greifeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen maßgenauen, präzisen Materialvorschub gewährleistet, auch in der Breitenführung exakt ist, dabei die Verarbeitung unterschiedlicher Materialbahnbreiten zuläßt und keine für die Plotterarbeit nicht nutzbare Randstreifen der Materialbahn bedingt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Greifeinrichtung die Materialbahn in ihrer gesamten Breite erfaßt und daß hierzu ein Saugbalken vorgesehen ist.

Gemäß der Erfindung ist der Saugbalken an dem als Arm, Brücke, Schlitten, Balkenwagen oder sonst wie ausgebildeten Querträger für das Bearbeitungswerkzeug des Plotters angeordnet, erstreckt sich über die gesamte Arbeitsfläche des Plotters, ist aus einer oberen Stellung, die während des normalen Plotterbetriebes einen Freiraum über der Materialbahn gewährt, für den Materialtransport auf die Materialbahn absenkbar und weist für den kraftschlüssigen Kontakt mit der Materialbahn an seiner Unterseite einen oder mehrere offenliegende Kanäle auf, in denen sich beim Aufliegen auf der Materialbahn ein Unterdruck aufbauen läßt, der die Materialbahn an dem Saugbalken festlegt und mit dem Lauf des Querträgers mitnimmt. Nach Beendigung des Querträgerverschubs und Belüftung des Saugbalkens bewegt sich dieser wieder in seine obere Position. Zur weiteren Nutzung der für die Versorgung des Saugbalkens erforderlichen Saugquelle läßt sich mit dieser vorteilhafterweise zugleich ein Vakuumzylinder als Höhenversetzeinrichtung des Saugbalkens betreiben, wobei der Vakuumzylinder zweckmäßigerweise bei auf ihn wirkendem Unterdruck nach unten arbeitet und beim Abschalten oder Ausfall des Unterdrucks durch eine Rückholfeder mitsamt des mit ihm verbundenen Saugbalkens wieder nach oben gehoben wird. Grundsätzlich ist als Höhenversetzeinrichtung des Saugbalkens aber auch jedweder andere Mechanismus, etwa ein elektrischer oder ein hydraulischer Antrieb, möglich.

Zur Erzeugung des Saugdruckes an der Unterseite des Saugbalkens kann diese eine als Trog ausgebildete Rinne oder Nut in einer ebenen Fläche oder aufgesetzte Saugnäpfe aufweisen.

Will man Materialbahnen greifen, die schmaler sind als der Saugtrog oder die Reihe der Saugnäpfe lang ist, würde sich selbst bei dicht auf der Materialbahn aufsitzendem Saugbalken kein Unterdruck, oder jedenfalls kein ausreichender Unterdruck, ausbilden können, da die von der Materialbahn nicht gedeckten Saugstellen Luft zögen. Ein Ansaugen von Falschluft wird jedoch ausgeschaltet, wenn man die außerhalb der Bahnbreite gelegenen Anteile oder Teile des Saugsystems des Saugbalkens vom Vakuumsystem abtrennt. Dazu bieten sich bei durchgehender Saugrinne in die Rinne vor- oder eindrückbare Verschlußteile, die die Rinne seitlich abdichten, an oder bei einer Saugnapfreihe ein Absperrventil in jeder der einen Saugnapf versorgenden Unterdruckleitung. Mithin ermöglicht ein Saugbalken, Materialbahnen beliebiger Breite abschnittsweise korrekt längs über die Arbeitsfläche des Plotters zu verschieben.

Die Genauigkeit des Versatzes der Materialbahn ist dabei nur von der Genauigkeit des Verschubs des Querträgers des Plotters abhängig, ohne daß sich weitere mechanische Einflüsse bemerkbar machten. So kommt es bei dem sich auf die Materialbahn über deren gesamten Breite senkrecht absenkenden und die gesamte Breite der Bahn ansaugenden Saugbalken weder zu einem seitlichen Versatz der Materialbahn noch zu einer Querverzerrung der Bahn durch die Transportkräfte. Anders als bei einem Materialvorschub durch Quetschwalzen ist es bei einem Saugbalken auch völlig unerheblich, ob der Saugbalken nun völlig senkrecht zur Vorschubrichtung steht oder diesbezüglich Abweichungen einnimmt; folglich ist es nicht notwendig, den Saugbalken unbedingt völlig parallel zum Querträger zu justieren.

Bei entsprechend präzise arbeitender Querträgersteuerung sind mit der Materialbahnvorschubeinrichtung gemäß der Erfindung Anschlußgenauigkeiten, mit denen ein neu zu bearbeitendes Segment oder "window" an das vorangegangene, abgearbeitete anschließt, von 1/100 mm in Längs- und Querrichtung realisierbar und die Ungenauigkeiten sind einzig durch die Maßauflösung des Plotters vorgegeben.

Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt in perspektivischer Darstellung

Fig. 1 einen mit einer Materialvorschubeinrichtung gemäß der Erfindung ausgerüsteten Plotter und

Fig. 2 einen Saugbalken gemäß der Erfindung mit angeschlossenem Vakuumzylinder als Senk- und Hebeeinrichtung für den Saugbalken.

In Fig. 1 betreffen die in dünner Strichführung dargestellten Teile einen konventionellen Zeichen- und Schneideplotter mit einem Balkenwagen als Querträger 1, einen an dem Querträger 1 entlangbewegbaren Bearbeitungskopfwagen 2 mit einer Schreibeinheit 3 und einem Schneidwerkzeug 4; der Querträger 1 ist über die Arbeitsfläche 5 des Plotters vor- und zurückfahrbar. Die an dem Balkenwagen 1 angeordnete Greifeinrichtung gemäß der Erfindung ist in stärkerer Strichführung dargestellt und umfaßt im wesentlichen den Saugbalken 6 und eine an jedem Querträgerende befestigte Absenk- und Hebeeinrichtung , die gemäß der gezeigten Ausführungsform als Vakuumzylinder 7 ausgebildet ist, dessen Kolben 8 an seinem (nicht gezeigten) unteren Ende ein Anschlußglied 9 für die Verbindung mit dem Saugbalken 6 aufweist. Der Saugbalken 6 trägt Bedienungselemente 10, 10′ zur Öffnung und Schließung oder Unterbrechung der auf der Unterseite 11 des Saugbalkens 6 befindlichen Saugstellen. Diese können, wie in Fig. 2 illustriert, als Saugnäpfe 12 ausgebildet oder als durchgehender Saugtrog ausgestaltet sein. Im Falle von Saugnäpfen 12 lassen sich diese zweckmäßigerweise in Reihe an eine einzige Vakuumversorgungsleitung (nicht gezeigt) schalten. Zur Unterbrechung der Saugwirkung für einen Endabschnitt der Saugreihe genügt dann die Schließung eines einzigen Ventils oder Hahnes durch Handhabung eines einzigen Bedienungselementes 10, um die hinsichtlich des geschlossenen Absperrorganes jenseits der Unterdruckquelle gelegenen Saugnäpfe außer Saugleistung zu halten. Liegt die Unterdruckquelle beispielsweise auf der rechten Seite der Fig. 1, wären also durch Schließung des Ventils bei 10′ die links davon nachgeordneten Saugnäpfe von einer Saugfunktion ausgeschlossen. In ganz entsprechender Weise lassen sich bei einem Saugtrog Abschnitte von der Saugleitung abtrennen, wenn man mit einem Bedienungsorgan 10 ein Sperrorgan in den Trogquerschnitt absenkt, beispielsweise einen in den Trog einschwenkbaren Riegel.

Seine Aufgaben erfüllt der Saugbalken folgendermaßen. Bei normalem Plotterbetrieb befindet sich der Saugbalken 6 in seiner oberen Stellung und hält an seiner Saugseite 11 während der Bewegungen des Querträgers 1 einen freien Abstand zu der (nicht gezeigten) Materialbahn ein. Hat das Arbeitswerkzeug 3 bzw. 4 ein vorbestimmtes Segment oder "window" auf der Materialbahn abgearbeitet und soll ein weiteres Segment oder "window" in Arbeit genommen werden, muß die Materialbahn um eben die Längenabmessung eines solchen Segments weitertransportiert werden. Hierzu wird der Saugbalken 6 über eine noch unbearbeitete Fläche der Materialbahn gefahren, worauf die Vakuumzylinder 7 über die Saugleitung 7′ evakuiert werden, so daß sich die Kolben 8 nach unten bewegen und den Saugbalken 6 fest auf die Materialbahn aufsetzen. Danach werden die auf der Materialbahn aufsitzenden Saugnäpfe 12 bzw. der Saugtrog entlüftet, wodurch das Bahnmaterial an dem Saugbalken 6 festgesaugt wird. Nachdem durch Verschub des Querträgers 1 die durch Betätigung der Vakuumzylinder 7 vorübergehend von der Arbeitsfläche 5 abgehobene Materialbahn in ihre neue Position gebracht worden ist. belüftet man zunächst den Saugbalken 6 und anschließend die Vakuumzylinder 7, deren Kolben 8 nun durch die Rückholfeder 17 wieder nach oben gezwungen werden und den Saugbalken 6 in seine obere Position heben. Der Bearbeitungskopfwagen 2 fährt sodann zu seinem Ausgangs- oder Nullpunkt, worauf die Plotterarbeit auf der nachgeschobenen Materialbahn maßgenau fortgesetzt werden kann. Sämtliche der beschriebenen Bewegungs- bzw. Transportabläufe sind, bei entsprechender Ausrüstung des Plotters, programmgesteuert ausführbar.

Einschränkungen hinsichtlich der Materialien, die von dem Saugbalken 6 anzusaugen und zu transportieren sind, bestehen keine. So lassen sich sämtliche für Plotter konventionelle Materialien, wie Papier-, Folien- und Metallbahnen, in jeder üblichen Materialstärke mit der Materialvorschubeinrichtung gemäß der Erfindung über die Arbeitsfläche 5 des Plotters transportieren.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind bei Saugbalken mit Saugnäpfen 12 die Saugnäpfe nicht als weitestgehend elastische Saugglocke ausgebildet, sondern weisen als zentralen Teil einen in geringem Abstand aus der Ebene der Unterseite 11 des Saugbalkens 6 vorragenden und zur Arbeitsfläche 5 des Plotters parallelen ebenen Teller 13 aus einem unelastischen Material auf, in den von einer zentralen Unterdruckleitung 14 radial zum Tellerrand verlaufende Rillen 15 eingelassen sind, und erst eine den Rand des Tellers 13 umgebende Lippe 16 ist aus elastischem Material und dichtet den Saugnapf gegenüber der Materialbahn ab. Der Vorteil dieser Ausgestaltung beruht auf dem besonders verschiebungssicheren Aufsetzen des harten Kernes 13 und der weichen Lippe 16 des Saugnapfes 12 auf der Materialbahn und dient damit der Präzisierung des paßgenauen Materialbahnvorschubs.

Soweit die Erfindung an einem Zeichen- und Schneideplotter näher beschrieben und in Figuren vorgestellt worden ist, und bei derartigen Geräten ihr Hauptanwendungsgebiet erfahren könnte, eignet sie sich in gleicher Weise auch für Flächenfräsmaschinen für Bleche, Kunststoffplatinen und dergleichen mit mechanischem Fräs- oder mit einem Laser- Schneidewerkzeug, sofern dieses Werkzeug an einem längs der Materialbahn vor- und zurückbewegbaren Querträger geführt ist.

Im übrigen kann ein Rüstsatz, wie ihn Abb. 2 darstellt, grundsätzlich an jedem Plotter oder Fräser mit ausreichend stabilem Querträger nachgerüstet werden, von welcher Möglichkeit die vorliegende Erfindung auch ihren experimentellen und äußerst befriedigenden Ausgang genommen hat.

Claims (7)

1. Materialvorschubeinrichtung für Kurvenzeichner, -schneider oder -fräser (Plotter) zum Vorschub einer auf der Arbeitsfläche des Plotters zu bearbeitenden und über diese abschnitts- bzw. segmentweise in Längsrichtung zu verschiebenden Materialbahn, wobei die Vorschubeinrichtung einen längs über der Arbeitsfläche hin- und herbewegbaren Querträger (für das an ihm entlangbewegbare Bearbeitungswerkzeug) und eine an dem Querträger gehaltene Greifeinrichtung für den kraftschlüssigen zeitweiligen Kontakt mit der Materialbahn umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung als von einer oberen Stellung reversibel absenkbarer Saugbalken (6) ausgebildet ist.

2. Materialvorschubeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrheit von Saugnäpfen (12) des Saugbalkens (6).

3. Materialvorschubeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Saugnapf (12) einen als ebenen Teller (13) aus einem unflexiblen Material mit radial von einem zentralen Saugkanal (14) zum Tellerrand hin verlaufenden Rillen (15) oder Nuten ausgebildeten zentralen Teil aufweist.

4. Materialvorschubeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Saugnapf (12) ein Absperrorgan (10) in der ihn versorgenden Unterdruckleitung zugeordnet ist.

5. Materialvorschubeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugbalken (6) eine durchgehende Saugrinne aufweist, die abschnittsweise vermittels von in die Rinne vorbewegbarer Sperrkörper unterteilbar ist.

6. Materialvorschubeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch wenigstens einen Unterdruckzylinder (7) zur Absenkung des Saugbalkens (6) auf die Materialbahn.

7. Materialvorschubeinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Rückholfeder (17) des Unterdruckzylinders (7) zum Anheben des Saugbalkens (6) in seine obere Position.