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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Bearbeitung inbesondere von gekrümmten Oberflächen mit
einem Werkzeug, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Vorrichtungen zum Bearbeiten von
Oberflächen
mittels einer angetriebenen Schleif- oder Polierscheibe sind in
unterschiedlichen Ausführungen
hinlänglich
bekannt. So werden beispielsweise sogenannte Winkelschleifer, Schwingschleifer
oder Exzenterschleifer im Handel vertrieben. Erstere besitzen einen
starr in einem Gehäuse
gelagerten, als Halter für
die Schleif- oder Polierscheibe dienenden Teller, der durch einen
Motor um seine um 90° um
die Längsachse
des Motors abgewinkelte Längsachse antreibbar
ist. Bei den Schwing- und Exzenterschleifern dagegen wird die Schleifscheibe
nicht unmittelbar durch den Motor um eine Längsachse rotiert sondern durch
Zwischenfügen
eines Exzenters in Schwingung versetzt.
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Die bisher bekannten Ausführungen
weisen den Nachteil auf, daß sich
bei der Bearbeitung von gekrümmten
Oberflächen
die jeweilige Arbeitsfläche auf
einen relativ kleinen Bereich beschränkt und daß die Eingriffs- bzw. Auflagefläche des
Schleifwerkzeugs allein durch die Halteposition des Geräts durch die
Bedienperson bestimmt wird. In Folge davon ist insbesondere bei
der Bearbeitung von gekrümmten Oberflächen eine
ständige
manuelle Nachführung und Überwachung
der Halte- bzw.
Eingriffsstellung des Schleifwerkzeugs erforderlich, weshalb bei
der Arbeit mit den bekannten Geräten
nicht nur ein hohes Maß an
Erfahrung und Geschicklichkeit der Bedienperson erforderlich ist,
um das Werkzeug in gleichmäßigem Eingriff
zu halten, sondern auch gekrümmte
Oberflächen
teilweise gar nicht oder zumindest nicht zufriedenstellend, gleichmäßig und
effektiv bearbeitet werden können.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
DE 24 35 042 A1 bekannt.
Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung mit einem rotierenden
Werkzeug wie beispielsweise ein Polier- oder Schleifwerkzeug, bei dem ein Werkzeugteller über eine
Gelenkverbindung mit der Antriebswelle verbunden ist. Der Werkzeugteller
ist in einem Gehäuseteil
gelagert, das relativ zum Gehäuse
der Vorrichtung beweglich und über ein
Kissen an diesem abgestützt
ist.
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Die
US-A-2 854 829 beschreibt ein Kugelgelenk
für einen
drehbaren Werkzeugteller zur Übertragung
eines Antriebsmomentes in geschwenkter Stellung des Werkzeugtellers.
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Die
DE 88 07 656 U1 beschreibt einen Schleifvorrichtungsvorsatz
mit mehreren starren Werkzeugen, die über Zahnräder, Reibräder oder Riemenscheiben ausgehend
von einer Antriebswelle gemeinsam antreibbar sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Bearbeitung von Oberflächen
insbesondere mit einem Schleif- oder Polierwerkzeug dahingehend
zu verbessern, daß sie
insbesondere für
eine Bearbeitung von gekrümmten
Oberflächen
besser geeignet ist und die Anforderungen an die Erfahrung und Geschicklichkeit
der Bedienperson hinsichtlich der Handhabung der Vorrichtung verringert
sind.
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diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer
gattungsgemäßen Vorrichtung
zur Bearbeitung insbesondere von gekrümmtenten Oberflächen mit den
Merkmalenden Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind drei Werkzeuge in einer Dreiecksanordnung, vorzugsweise
in gleichen Abständen
voneinander an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks, an einer
Stirnseite des Gehäuses
vorgesehen, von denen jedes innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs
allseitig schwenkbar in einer Halterung des Gehäuses gelagert und über eine
Gelenkverbindung mit der Antriebseinrichtung verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der
Vorrichtung zur Bearbeitung von Oberflächen insbesondere mit einem
Schleif- oder Polierwerkzeug ist gewährleistet, daß das Schleif-
oder Polierwerkzeug aufgrund der allseitig schwenkbaren Lagerung
im Gehäuse
innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs unabhängig von der Halteposition
der Vorrichtung bzw. des Gehäuses
durch die Bedienperson im Eingriff bleibt, d.h. mit der maximal
möglichen
Auflagefläche
auf der zu bearbeitenden Oberfläche
aufliegt. Das gilt sowohl für
konkave als auch für
konvexe gekrümmte
Oberflächen
(siehe 2). Dadurch sind
die Anforderungen an die handwerkliche Geschicklichkeit einer Bedienperson
bei der Bearbeitung dieser Oberflächenkonturen erheblich verringert.
Außerdem
kann ein Arbeitsbereich der Vorrichtung vergrößert sein, da bei einer geschwenkten
Haltung der Vorrichtung, beispielsweise aufgrund eingeschränkter Zugänglichkeit
eines zu bearbeitenden Oberflächenbereichs,
das Werkzeug immer noch in Eingriff bzw. in Auflage bleibt.
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In der bevorzugten Ausführungsform
mit drei erfindungsgemäß allseitig
schwenkbar gelagerten Werkzeugen ergibt sich durch die Dreipunktauflage eine
noch weiter vergrößerte Arbeitsfläche, die
sich gleichzeitig in Eingriff befinden kann, sowie eine gleichmäßige Verteilung
der Andrückkraft
auf die zu bearbeitende Oberfläche.
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Im folgenden wird eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bearbeitung
von Oberflächen,
bei der drei Werkzeuge vorgesehen sind,
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2 eine
schematische Darstellung des Arbeitsbereichs der Vorrichtung von 1 auf einer gekrümmten Oberfläche,
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3 eine
Draufsicht auf den stirnseiten Gehäuseboden der Vorrichtung von 1 und
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4 eine
vergrößerte Detailansicht
einer Lagerbuchse und einer Kugelwelle der Gelenkverbindung in auseinandergezogener
Stellung.
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Die folgende detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beschränkt
sich auf eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung, bei der drei
Werkzeuge 1 in einer Dreiecksanordnung an einer Stirnseite
eines Gehäuses 2 vorgesehen
sind. Gemäß 3 sind die Werkzeuge in
gleichen Abständen
voneinander an den Ecken eines gleichseitigen Dreieckes angeordnet.
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Es wird im folgenden nur die Ausgestaltung einer
Werkzeughalterung beschrieben, da die Halterungen der weiteren Werkzeuge
den selben Aufbau aufweisen. Die Ausführungen sind jedoch ohne weiteres
auf eine Vorrichtung mit nur einem oder einer von der Ausführungsform
abweichenden Anzahl von Werkzeugen übertragbar.
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Das Gehäuse 2 ist in zwei
Gehäuseteile 2a und 2b zur
Aufnahme einer Antriebseinrichtung 3, beispielsweise eines
Elektromotors, sowie einer oder mehrerer Halterungen 5 für eines
oder mehrere Werkzeuge 1 unterteilt. Die Gehäuseteile
sind durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Schrauben miteinander
verbunden oder einteilig ausgeführt.
Der Gehäuseteil 2b ist
an der Stirnseite der Vorrichtung durch eine Bodenplatte 23 verschlossen,
die mit dem Gehäuseteil 2b durch
eine Schraubverbindung 24 verbunden ist. Die Gehäuseteile
und die Bodenplatte sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial
mit den gewünschten
Eigenschaften (Schlagzähigkeit, Wärme- und
Säurebeständigkeit,
Oberflächenqualität, usw.)
gefertigt.
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Die Werkzeuge 1 sind in
einer Halterung 5 des Gehäuseteils 2b gelagert
und durch diese Lagerung allseitig innerhalb eines durch die Ausgestaltung
der Lagerung vorgegebenen Winkelbereichs α schwenkbar.
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Die Halterung 5 umfaßt dazu
eine kugelige bzw. kugelsegmentförmige
Schale 7, die in einer Aufnahme 8 in der Bodenplatte 23 schwenkbar
aufgenommen ist. Die Schale 7 besitzt eine kugelförmige Außenkontur
und die Aufnahme 8 weist eine Öffnung 10 auf, in
die die Schale 7 von der dem Innenraum des Gehäuses 2 zugewandten
Seite der Bodenplatte 23 her einsetzbar ist. Die Größe der Öffnung 10 sowie
die Innenkontur der Öffnung
sind so gewählt,
daß sie
der Krümmung
und Größe der Außenkontur
der Schale 7 unter Einhaltung eines geringfügigen Spiels entsprechen.
Entsprechend ist die Öffnung 10 mit
einer kugeligen Innenkontur versehen, daß die Schale 7 in
der Aufnahme 8 geführt
schwenkbar ist, aber nicht zur Vorderseite, d.h. aus dem Gehäuse herausfallen
kann. Die kugelige Schale 7 wird zur Innenseite des Gehäuses hin
durch eine Buchse 9 mit einer der kugeligen Außenkontur
der Schale 7 angepaßten
Innenkugelfläche
in ihrer Schwenkbewegung geführt und
am Herausfallen aus der Aufnahme 8 gehindert. Die Buchse 9 weist
einen zylindrischen Außenumfang
auf und ist in eine entsprechende Ausnehmung in der Bodenplatte 23 eingesetzt
und gegen Herausfallen beispielsweise durch Einpressen, Einkleben, Verschrauben
oder durch eine Halteeinrichtung gesichert.
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Die kugelige Schale 7 und
die Buchse 9 sind vorzugsweise aus einem Material mit selbstschmierenden
Eigenschaften, z.B. Messing, Bronze usw., gefertigt oder beschichtet,
so daß eine
zusätzliche Schmierung
der Relativbewegung zwischen Buchse und Schale nicht erforderlich
ist.
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In die kugelige Schale 7 ist
ein Lager, vorzugsweise ein Wälzlager 11 eingesetzt
und wird durch einen Steg bzw. einen Absatz und einen Sicherungsring,
durch zwei Sicherungsringe oder durch Einpressen bzw. Einkleben
in seiner Position in der entsprechenden Lagerausnehmung in der
Schale festgelegt. Das Lager 11 dient der Lagerung des Werkzeugs 1 für dessen
Drehung um die Werkzeuglängsachse 4.
Dazu ist in den Innenring des Lagers 11 eine als Werkzeughalterung
dienende Lagerbuchse 15 eingesetzt und der Lagersitz auf übliche Weise
festgelegt (beispielsweise gemäß 4 durch einen Absatz 26 und
einen in eine Ringnut 27 eingesetzten – nicht dargestellten – Sicherungsring).
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Die Lagerbuchse 15 trägt an ihrer
der Außenseite
des Gehäuses
zugewandten Seite 25 das Werkzeug 1 und ist durch die vorstehend
beschriebene Lagerung in der Halterung 5 des Gehäuses nicht nur
um die Längsachse 4 des
Werkzeugs 1 drehbar sondern auch innerhalb eines bestimmten
Winkelbereichs allseitig schwenkbar, wodurch die Längsachse 4 des
Werkzeugs verschwenkt wird. Die Lagerbuchse 15 ist über eine
Gelenkverbindung 6 mit der Abtriebswelle des Motors 3 verbunden,
so daß die
Drehung bzw. das Drehmoment des Motors 3 in jeder Schwenkstellung
der Lagerbuchse bzw. des Werkzeugs auf dieses übertragbar ist.
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Im folgenden wird diese Gelenkverbindung 6 anhand
der 4 genauer erläutert. Die
Lagerbuchse 15 weist an ihrer der Innenseite des Gehäuses zugewandten
Seite 28 eine kugelförmige
Ausnehmung 29 auf, in die eine Kugelwelle 12 mit
einem entsprechend dieser Ausnehmung kugelförmig ausgebildeten Ende 14 eingesetzt
ist. Diese Kugelgelenkverbindung ermöglicht eine freie Schwenkbewegung
der Lagerbuchse relativ zur Kugelwelle 12 in Abhängigkeit
von der Schwenkbewegung des Werkzeugs in der Halterung 5 im
Gehäuse
bei gleichzeitiger Drehbarkeit von Welle und Lagerbuchse. Die Übertragung des
Drehmoments von der Welle 12 auf die Lagerbuchse 15 erfolgt über eine
form- bzw. kraftschlüssige
Verbindung zwischen der Welle und der Lagerbuchse, die gleichzeitig
die Schwenkbewegung ermöglicht.
Vorzugsweise ist als formschlüssiges
Verbindungselement ein (nicht dargestellter) Stift vorgesehen, der
durch eine quer durch die Kugel am Ende der Welle 12 verlaufende
Bohrung 16 eingesetzt ist. Der Stift steht an beiden Seiten
der Kugel vor und erstreckt sich in eine Nut 30, die quer
durch die kugelartige Ausnehmung 29 in der Lagerbuchse 15 verläuft. Die
Kraftübertragung
zwischen Welle und Buchse kann auch dadurch erreicht werden, daß das kugelförmige Ende
der Welle mit mehreren am Kugelumfang vorgesehenen Kanten ausgebildet
wird und in der kugelförmigen
Innenkontur der Buchse ebenfalls Kanten vorgesehen werden.
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Die Kugelwelle 12 weist
an das kugelförmig ausgebildete
Ende anschließend
eine Abschrägung 31 auf,
die eine freie Schwenkbarkeit innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs
ohne Kollision mit der Lagerbuchse 15 ermöglichen
soll. Am anderen Ende der Kugelwelle ist ein Lagersitz 32 ausgebildet,
an dem die Welle 12 über
ein Lager, vorzugsweise ein Wälzlager
13 im Gehäuse 2 gelagert
ist. Bei einer Ausführung
der Vorrichtung mit nur einem Werkzeug kann die Kugelwelle auch
ohne eine solche Lagerung unmittelbar mit der Abtriebswelle der
Antriebseinrichtung verbunden sein.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform
mit drei Werkzeugen sind die einzelnen Gelenkverbindungen 6 gemeinsam
durch die Antriebseinheit 3 antreibbar und in Drehung versetzbar.
Dazu sind die Kugelachsen 12 über eine Kraftübertragungseinheit 18 miteinander
verbunden. Die Kraftübertragungseinheit
ist vorzugsweise als eine Planetengetriebeanordnung ausgebildet,
bei der jeweils ein außen
verzahntes Planetenrad 19 mit jeder der Kugelachsen 12 drehfest
verbunden ist. Die Planetenräder 19 stehen
mit einem zentral zwischen den Planetenrädern 19 angeordneten
topfförmigen,
mit einer Außenverzahnung 20a versehenen
Zahnrad 20 in Eingriff, das wiederum über ein auf der Abtriebswelle 22 des
Motors 3 sitzendes Ritzel 21, das mit einer am
Innenumfang des topfförmigen
Zahnrads 20 ausgebildeten Innenverzahnung 20b in
Eingriff steht, antreibbar ist. Das topfförmige Zahnrad 20 ist
mit einer Achse 20c im Gehäuse drehbar gelagert. Durch
die Wahl der Anzahl, Anordnung und der Größe der Zahnräder läßt sich
die gewünschte Über- oder
Untersetzung erreichen, um an den Werkzeugen das erforderliche Drehmoment
und die gleichsinnige Drehrichtung zu erhalten.
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Die Lagerbuchse 15 ist an
der das Werkzeug tragenden Seite 25 tellerartig erweitert, um eine
Arbeitsfläche
zu bilden. Die tellerartige Erweiterung kann auch als separates Bauteil
an der Lagerbuchse befestigt werden. Die Größe der tellerartigen Erweiterung
richtet sich nach der gewünschten
Arbeitsfläche
und nach dem Abstand der Werkzeuge voneinander. Im Mittelbereich
der tellerartigen Erweiterung befindet sich eine Ausnehmung 17.
Diese Ausnehmung 17 vergrößert die wirksame Arbeitsfläche des Werkzeugs
insbesondere einer an der Werkzeughalterung angebrachten Schleif-
oder Polierschicht, indem verhindert wird, daß die Arbeitsfläche bei
der Bearbeitung einer gekrümmten
Oberfläche
nur am Mittelpunkt aufliegt. Die Schleif- oder Polierschicht ist zur
leichteren Auswechselbarkeit lösbar
an der tellerartigen Erweiterung der Werkzeughalterung angebracht.
Dies kann durch übliche
Mittel wie eine Klebschicht oder eine Klettverbindung erreicht werden. Es
ist zu beachten, daß auch
die an der Werkzeughalterung anzubringenden Schleif- oder Polierschichten
im Mittelbereich eine Aussparung oder Ausnehmung aufweisen, um eine
punktuelle Auflage im Mittelbereich zu vermeiden.
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Alternativ zu der beschriebenen Ausführungsform
sind verschiedene Abwandlungen möglich.
So kann beispielsweise das zentrale topfförmige Zahnrad 20 der
Kraftübertragungseinrichtung 18 durch
ein außen
verzahntes Zahnrad ersetzt werden, bei dem auch das Ritzel 21 der
Antriebseinrichtung an der Außenverzahnung
angreift. Das zentrale topfförmige
Zahnrad 20 kann durch einen um die Planetenräder herum
gelegten Zahn- oder Reibriemen bzw. eine Kette ersetzt werden, der
bzw. die durch die Antriebseinrichtung antreibbar ist. Die als Zahnräder ausgeführten Planetenräder, das
zentrale Zahnrad oder das Ritzel können durch Reibräder ersetzt werden,
wenn eine kraftschlüssige Übertragung
des Drehmoments ausreichend ist. Ist eine weitere Unter- oder Übersetzung
erforderlich, kann eine zusätzliche Getriebevorrichtung
zwischen die Antriebseinrichtung und die Kraftübertragungseinrichtung zwischengeschaltet
werden.
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Die Gelenkverbindung zwischen dem
Werkzeug und der Antriebseinrichtung kann alternativ zu der beschriebenen
Kugelgelenkverbindung auch als Kreuzgelenk oder eine andere Gelenkverbindung, insbesondere
eine Kardan-Gelenkverbindung verwirklicht werden, insofern sie eine
Drehmomentübertragung
bei gleichzeitiger Winkelverstellbarkeit zwischen angetriebener
und treibender Seite ermöglicht.
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Die Antriebseinrichtung kann wie
beschrieben ein Elektromotor sein, kann aber auch ein Pneumatikmotor,
ein nach einem anderen Prinzip arbeitender Motor oder eine außerhalb
der Vorrichtung befindliche zentrale Antriebseinrichtung sein, deren Drehung über einen
Riemen oder ähnliches
auf die Vorrichtung übertragen
wird.
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Außerdem ist es denkbar, daß eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung
mit der allseitig schwenkbaren Lagerung des Werkzeugs, insbesondere
eine solche, die nur ein Werkzeug aufweist, nicht nur als Schleif-
oder Poliereinrichtung ausgestaltet wird, sondern durch Ersetzen
der Schleif- oder Polierschicht und durch entsprechende Ausgestaltung
der Werkzeughalterung auch als Schraub- oder Bohrvorrichtung ausgeführt wird.
Hierbei bietet sich ebenfalls der Vorteil einer vielseitigen Handhabung
bzw. Haltung der Vorrichtung in unterschiedlichen Arbeitswinkeln
bei im Eingriff bleibendem Werkzeug.