DE4333734A1 - Vorrichtung zum konturbündigen Abschleifen von Überhöhungen oder Ausschleifen von Defekten in Form kantenfreier Schleifgeometrien - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bandschleifmaschine, die vorzugsweise für Industriero­ boter geeignet ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Gegenwärtig werden manipulatorgeführte Bandschleifmaschinen nur in begrenzten Umfang für Spezialaufgaben, zum Beispiel zur Schaffung eines prüffähigen Ober­ flächenzustandes von Oberflächen /1,2/ oder zum Abschleifen von Schweißnaht­ überhöhungen /3,4/, genutzt. Ursachen für die geringe Akzeptanz sind im wesent­ lichen das kleine Zeitspanvolumen, die Mängel in der Konstruktion der Schleifband­ führungssysteme und der Umstand, daß flexible Schleifmittel nachgiebig auf jede Schleifprozeßänderung reagieren. Die Entwicklung leistungsfähiger Motoren geringer Masse, sowie die Herstellung neuartiger Schleifmittel auf Unterlage bieten neue Einsatzmöglichkeiten für Bandschleifmaschinen. Bisher wurden die bekannten manipulatorgeführten Bandschleifmaschinen ausschließlich zum Abschleifen von Überhöhungen bzw. zum Beschleifen ebener Flächen eingesetzt. Ein zielgerichtetes Einschleifen in das Material in Form kantenfreier Schleifgeometrien ohne zusätzliches modulares Bewegungssystem ist derzeit nicht bekannt und stellt somit eine neue Anwendungsaufgabe dar.

Für die Durchführung von Instandsetzungsarbeiten vor Ort z. B. in Druckbehältern und Rohrleitungen von kerntechnisch oder chemisch hochbeanspruchten Anlagen sind manipulatorgeführte Werkzeugmaschinen erforderlich, die in der Lage sind, Anlagenoberflächendefekte wie Poren, Risse und Korrosionsstellen durch Geo­ metrien mit kantenfreien Übergängen zur unbearbeiteten Materialoberfläche zu beseitigen. Ziel ist dabei die Spannungskonzentration im Werkstoff zu senken und durch eine hohe Oberflächenqualität die Beseitigung des Oberflächendefektes während der Bearbeitung zu überprüfen. Frühere Arbeiten auf diesem Gebiet befaßten sich mit der Entwicklung von manipulatorgeführten Werkzeugen mit festen Schleifkörpern /5 bis 8/.

Im Ergebnis dieser Arbeiten konnten nur mit einem hohen steuerungstechnischen Aufwand und bei einer langen Bearbeitungszeit Oberflächendefekte kantenfrei aus­ geschliffen werden. Bisher war das Einstechschleifen mittels Industrieroboter auf­ grund der sehr hohen Stellbeträge in den einzelnen Achsen nur in Zyklen oder durch ein modulares Bewegungssystem mit dezentraler Steuerung möglich.

Der heutige Stand der Technik, insbesondere die Entwicklung der Robotertechnik, einschließlich leistungsfähiger Steuerungen, wird den Ansprüchen des zielgerichte­ ten Einschleifens in die Materialoberfläche gerecht.

Das nach der Führung des Schleifwerkzeuges erstmals von Popp /9/ beim Schleifen mit festen Schleifkörpern unter Nutzung eines zusätzlichen modularen Bewe­ gungssystems benannte Verfahren "Einstechschleifen mit Zusatzrotation (ESZ)" ist beim manipulatorgeführten Bandschleifen dadurch charakterisiert, daß das Schleif­ band (6) mittels einer balligen Kontaktrolle (3) zum Eingriff gebracht wird. Das Bandschleifwerkzeug erfährt beim ESZ gleichzeitig zur Zustellbewegung (A) eine Rotationsbewegung (B). Diese wird so ausgeführt, daß die Drehachse (b) der Zusatzrotationsbewegung durch den tiefsten Eingriffspunkt des Schleifbandes an der balligen Kontaktrolle verläuft. Sie kann als Drehung in eine Richtung oder als reversierende Drehung um mindestens 180° ausgeführt werden.

Eine weitere den industriellen Erfordernissen entsprechende Anwendungsaufgabe ist das konturbündige Gußputzen mittelgroßer und großer Gußstücke. Hier konnte der Nachweis für die universelle Einsetzbarkeit der robotergeführten Bandschleif­ maschine geführt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum konturbündigen Ab­ schleifen von Überhöhungen oder Ausschleifen von Defekten in Form kantenfreier Schleifgeometrien mittels einer Schleifvorrichtung mit realisierbarer Vorschubbe­ wegung längs/quer, Zustellbewegung und Zusatzrotationsbewegung um eine Dreh­ achse und einem auf Rollen umlaufenden flexiblen Schleifwerkzeug zu entwickeln. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die Segmentierung der Kontakt-, Spann-, Antriebs- oder Umlenkrolle eine Erhöhung der Laufstabilität des Schleifbandes erreicht werden kann und der steuerungstechnische Aufwand z. B. bei der Beseitigung lokaler Oberflächendefekte gering ist, durch daß die Antriebs- (2) und Spannrolle (4) vorzugsweise axialsymmetrisch und die Kontaktrolle (3) vor­ zugsweise zentralsymmetrisch in Bezug auf die Drehachse (b) angeordnet sind.

Beim Bandschleifen führt die Verwendung doppelt gekrümmter Kontaktelemente bei der entsprechenden Schleifaufgabe zu einer Verringerung der notwendigen Anzahl von Gelenken und somit zu einer kürzeren kinematischen Kette als beim Schleifen mit Schleifscheibe oder beim Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide. Ursache dafür ist die Nachgiebigkeit des Schleifbandes im Bereich der ungestützten Abschnitte, die unter axialen Zwangskräften einen zusätzlichen Freiheitsgrat zur Schaffung eines kantenfreien Überganges zur unbearbeiteten Materialoberfläche ermöglicht. Hier wird eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgestellt, das bereits durch Überlagerung von Zustell- und Zusatzrotationsbewegung das Schleifen rotati­ onssymmetrischer kantenfreier Schleifgeometrien ermöglicht, wobei durch die reversierende Rotationsbewegung das Schleifband über die gesamte Breite zum Eingriff kommt und ein einseitiger Verschleiß des Schleifbandes vermieden wird.

Bezüglich des Schleifverfahrens können beim Abschleifen von Überhöhungen durch die Variation des Anstellwinkels zwischen 0 und 90 Grad (Gegenlaufschleifen An­ stellwinkel = 0 Grad, Gleichlaufschleifen Anstellwinkel = 180 Grad),

• - mit dem freien Bandabschnitt im Bereich der balligen und mehrfachsegmentier­ ten Kontaktrolle Unstetigkeiten im Gratverlauf erfaßt werden, so daß das Schleifband an das äußere Segment bzw. die äußeren Segmente gedrückt wird,
• - mit Hilfe des größten (in Bezug auf den Umfang) Segmentes die Grobbear­ beitung
• - und mit Hilfe des freien, ungestützten Bandabschnittes hinter der Kontaktrolle die Feinbearbeitung durch ein konturbündiges Verschleifen durchgeführt werden.

Jedes Segment der balligen Antriebs-, Kontakt- oder Spannrolle kann gemäß Patentanspruch eine unterschiedliche axiale und radiale Krümmung der Oberfläche besitzen und verfügt entsprechend des Umfanges über einen eigenen Lagerbau­ stein. Auf diese Weise ist es möglich, Zwangskräfte in axialer Richtung, d. h. quer zur Umlaufrichtung des Schleifbandes aufzunehmen, ohne daß die Laufstabilität des umlaufenden Schleifbandes gefährdet ist, da jedes Segment in Abhängigkeit des Segmentumfanges mit unterschiedlicher Drehzahl umlaufen kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen (Anlage) zeigt

Fig. 1 Schematische 2D-Darstellung der Roboterbandschleifmaschine,

Fig. 2 Prinzipdarstellung einer balligen, segmentierten Kontaktrolle,

Fig. 3 Drahtmodelldarstellung der Roboterbandschleifmaschine.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die Roboterbandschleifmaschine aus dem An­ triebsmotor (1), der vorzugsweise als Winkelantrieb ausgeführt ist, der Antriebsrolle (2), der balligen, segmentierten Kontakt- (3) und Spannrolle (4) über die das Schleifband (6) geführt wird. Die Bandvorspannung wird vorzugsweise mittels pneu­ matischer Spanneinrichtung (5) realisiert. Zwischen der Antriebsrolle und dem tief­ sten Eingriffspunkt des Schleifbandes an der balligen Kontaktrolle ist das Schleif­ band im Leertrum, während der restliche Bereich des Schleifbandes, der über die Spannrolle verläuft, als Zugtrum definiert ist.

Zum Ausschleifen von Oberflächendefekten in Form kantenfreier rotationssymmetri­ scher Geometrien ist die Bandschleifmaschine so konstruiert, daß die Drehachse (b) durch den tiefsten Eingriffspunkt an der balligen Kontaktrolle verläuft. Durch die axialsymmetrische Anordnung der Antriebs- und Spannrolle in Bezug auf die Dreh­ achse (b) der Zusatzrotationsbewegung ist es möglich, unter Ausnutzung des un­ gestützten Schleifbandabschnittes (7) im Bereich der balligen Kontaktrolle (3) kan­ tenfreie rotationssymmetrische Geometrien mit hoher Exaktheit und Reproduzier­ barkeit herzustellen. Dabei wird der Zustellbewegung (A) eine Zusatzrotationsbewe­ gung (B) überlagert. Die Zusatzrotationsbewegung kann in eine Richtung oder vor­ zugsweise für den Industrierobotereinsatz als reversierende Drehbewegung um min­ destens 180 Grad ausgeführt werden. Bei einer reversierenden Drehbewegung wird das Schleifband gleichmäßig über der gesamten Breite genutzt und ein einseitiger Kornverschleiß vermieden.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der balligen Kontakt- und Spannrolle wird eine hohe Laufstabilität des Schleifbandes auch bei seitlichem Kraftangriff reali­ siert, da jedes Segment in Abhängigkeit des Segmentumfanges mit unterschiedli­ cher Drehzahl umlaufen kann. Wäre das nicht der Fall, so würde das Schleifband bei seitlichem Kraftangriff an der ballig geformten Kontaktrolle sich auf den Kraftan­ griffspunkt zubewegen und im ungünstigsten Fall vom Rollensystem ablaufen.

Bezugszeichenliste

1 Antriebsmotor
2 Antriebsrolle
3 ballige, segmentierte Kontaktrolle
4 ballige, segmentierte Spannrolle
5 Spanneinrichtung
6 Schleifband
7 ungestützter Schleifbandabschnitt
8 Werkstück
9 Grundplatte
10 Koppelflansch
A Zustell- bzw. Einstechvorschubbewegung
B Zusatzrotationsbewegung
b Drehachse
c Schnittbewegung
ESZ Einstechschleifen mit Zusatzrotation.

Literaturverzeichnis

/1/ Röhrich, H.:
Service an Rohrleitungen.
Firmenunterlage Kraftwerk Union AG, 1985
/2/ Reaktor- Service 3.1 "Rohrleitungen"
Firmenunterlage Kraftwerk Union AG, 1985
/3/ N.N.:
Abrasive belts for finishing.
Sheet Metal Industries, 67 (1990) 5
/4/ Lang, H.:
Mit Manipulatoren und Bandschleifern verputzen.
Industrieanzeiger, 106 (1984) 47
/5/ Popp, P.; Kertscher, F.; Konschak, R.:
Entwicklung von Verfahrens- und Systemkonzepten für manipulatorge­ führte Instandhaltungseffektoren zur Instandhaltung von Primärkreislauf­ komponenten.
Forschungsbericht K1146/ 84
Ingenieurhochschule Zittau, Lehrgebiet Fertigungstechnik
/6/ Popp, P.; Kertscher, F.; Konschak, R.; Hollstein, F.; Schmidt, A.; Scholz, St.:
Untersuchungen zum manipulatorgeführten Schleifen an Primärkreislauf­ komponenten in Kernkraftwerken
Forschungsbericht K 13491 85
Ingenieurhochschule Zittau, Lehrgebiet Fertigungstechnik
/7/ Handschick, B.:
Experimentelle Untersuchungen zum Funktionsverhalten der ESE

2

beim Einsatz des Industrieroboters IR

60

E.
Diplomarbeit Nr. 71 87D, Ingenieurhochschule Zittau
/8/ Haas, R.; Krämer, G.; Wellnitz, G.; Lehmann, P.:
Fernbedienbare monitorüberwachte Geräte für Inspektion und Montage von Rohrleitungen.
Konferenz-Einzelbericht: Instandhaltung in Kraftwerken 1990,
Vorträge an der VGB-Konferenz, Technische Vereinigung der Großkraftwerks­ betreiber, Essen, 24.-25.1.1990, (1990)1, Seite 1-12 (Paper-Nr. V17)
/9/ Popp-P.
Schleifen mit Robotern - Schleifverfahren, Schleifwerkzeuge, Sensorik, Steuerung.
Spezialisierte Industrieroboter als Bestandteil von Systemlösungen, Neuentwicklungen, Praxisbeispiele, Erfahrungsberichte,
Schriftenreihe Praxis-Forum, Fachbroschüre Fertigungstechnik,
Band 27/90 (1990) Berlin: Technik und Kommunikation, Seite 79-90.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum konturbündigen Abschleifen von Überhöhungen oder Ausschleifen von Defekten in Form kantenfreier Schleifgeometrien mittels einer Schleifvorrich­ tung mit realisierbarer Vorschubbewegung längs/quer, Zustellbewegung und Zusatz­ rotationsbewegung um eine Drehachse und einem auf Rollen umlaufenden flexiblen Schleifwerkzeug, gekennzeichnet dadurch, daß

   • - eine ballige, segmentierte Kontaktrolle (Fig. 2) ein flexibles Schleifmittel auf Unterlage an die zu bearbeitende Oberfläche drückt,
   • - jedes Segment der balligen Kontaktrolle gegenüber dem jeweils benachbarten Segment eine vorzugsweise unterschiedliche Oberflächengeometrie aufweist,
   • - jedes Segment über einen eigenen Lagerbaustein verfügt,
   • - die Bandschleifvorrichtung (Fig. 1) mit vorzugsweise 3 Rollen, Antriebsrolle (2), ballige, segmentierte Kontaktrolle (3) und ballige, segmentierte Spannrolle (4) ausgeführt ist, auf denen das Schleifband umläuft,
   • - die Antriebs- (2) und Spannrolle (4) vorzugsweise axialsymmetrisch und die Kontaktrolle (3) vorzugsweise zentralsymmetrisch in Bezug auf die Drehachse (b) angeordnet sind,
   • - die ballige, segmentierte Kontaktrolle als Antriebsrolle ausgeführt ist, wobei min­ destens ein Segment angetrieben wird,
   • - der Antriebsmotor vorzugsweise mit einem Winkelgetriebe versehen ist.