WO2014033253A1 - Vorrichtung und verfahren zum schleifen von werkstücken, insbesondere schweisselektroden - Google Patents

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WO2014033253A1
WO2014033253A1 PCT/EP2013/067981 EP2013067981W WO2014033253A1 WO 2014033253 A1 WO2014033253 A1 WO 2014033253A1 EP 2013067981 W EP2013067981 W EP 2013067981W WO 2014033253 A1 WO2014033253 A1 WO 2014033253A1
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rotation
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grinding wheel
bearing
workpiece
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PCT/EP2013/067981
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Elmar Lange
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Matuschek Messtechnik Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/18—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centreless means for supporting, guiding, floating or rotating work
    • B24B5/24—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor involving centreless means for supporting, guiding, floating or rotating work for grinding conical surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/30—Features relating to electrodes
    • B23K11/3063—Electrode maintenance, e.g. cleaning, grinding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/16—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding sharp-pointed workpieces, e.g. needles, pens, fish hooks, tweezers or record player styli

Definitions

  • the invention relates to a device for grinding solid workpieces, with
  • a first bearing for rotatably supporting the grinding wheel about a first axis of rotation
  • the invention further relates to a method for grinding solid workpieces, in which
  • the grinding wheel is rotatably mounted in a first bearing about the first axis of rotation.
  • the invention relates to an apparatus and a method for grinding the welding electrodes for resistance welding.
  • high current electric currents are introduced into the sheets by two electrodes pressed against the outer surfaces of the sheets to be welded together.
  • the metal of the sheets is melted and forms a weld nugget, which connects adjacent sheets firmly together.
  • the welding electrodes are usually made of copper or copper alloys.
  • the ideal shape and cleanliness of the surface of the welding electrodes is an essential prerequisite for producing a welding spot with high and reproducible quality. Even welding a few spot welds, for example ten to twenty spot welds, can adversely affect the surfaces of the welding electrodes due to deposits and wear, so that the welding spots produced do not have the desired strength. For this reason, welding electrodes are reworked at regular intervals, so that their surfaces have an optimum shape during each welding process and are free from contamination.
  • One known method for reworking the surfaces of the welding electrodes is the grinding of the welding electrodes.
  • DE 297 13 087 U1 discloses a device in which a conical grinding wheel rotates about an axis of rotation and at the same time is pivotable circumferentially about a second axis running obliquely to the axis of rotation.
  • the skew angle of the second axis corresponds to the taper angle of the grinding wheel and the flexible bristles are pressed against the grinding wheel substantially at the intersection of the second axis with the surface of the grinding wheel.
  • the company AMDP S.A.S. from Croissy-sur-Seine offers a grinding device for welding electrodes, in which a flat grinding wheel attached to a rigid axis of rotation, which is rotated by a drive motor in rotation.
  • the drive motor is located in a housing whose upper end is pivotally mounted on a frame.
  • a wobble drive moves the lower end of the housing on a circular path, so that in the
  • Housing recorded rotational axis performs a wobbling motion to generate a conical electrode surface with the grinding wheel on the electrode.
  • This device has a stationary position of the tumbling grinding wheel, so that the welding electrodes for processing e.g. must be pressed against the grinding wheel by a robot arm carrying the welding tongs with the electrodes. This requires a very complex programming of the robot arm.
  • the object of the invention is to provide an improved apparatus and method of the above type for solid workpieces, which automatically allow the production of non-planar surfaces. If the machined workpiece is a welding electrode, the device and the method should enable the production of a cone-shaped or cap-shaped electrode surface which is optimally suited for the welding process, if possible at high speed.
  • the first bearing is rotatable about a second axis of rotation by means of a bearing rotation device, wherein the first axis of rotation is inclined to the second axis of rotation, so that the grinding wheel abuts obliquely against the surface of the workpiece and when turning about the second axis of rotation essentially conical Surface abuts the workpiece when it is in contact with the grinding wheel surface at a distance from the second axis of rotation.
  • the machine-side bearing shell which rotatably supports the grinding wheel about its axis of symmetry, is rotatably supported by the bearing rotation device, wherein the bearing plane of the bearing rotation device is tilted to the bearing plane of the first bearing for the grinding wheel.
  • the first axis of rotation of the first bearing for the grinding wheel wobbles, that is, this first axis of rotation moves along a conical surface, the tip of this conical surface lies at the intersection of the first axis of rotation and the second axis of rotation.
  • the surface of the grinding wheel extends in the plane of the grinding wheel substantially perpendicular to the first axis of rotation about which the grinding wheel rotates.
  • a first actuator may cause the rotation of the first bearing by means of the bearing rotation device.
  • the bearing rotation device may comprise a first bearing holder in which the first bearing is arranged and which is rotatable about the second rotation axis. The actuator can then engage the first bearing holder.
  • the second axis of rotation is inclined by less than 15 °, in particular by less than 10 ° to the first axis of rotation of the grinding wheel.
  • a position adjustment device which moves the bearing substantially along or parallel to the second axis of rotation.
  • the second axis of rotation is perpendicular, although in practice the orientation of the second axis of rotation may be arbitrary.
  • the welding electrode is also perpendicular during grinding parallel to the second axis of rotation, then the plane of the grinding wheel is inclined by the amount of inclination of the first to second axes of rotation to the horizontally extending radial plane of the welding electrode. This assumes that the Surface of the grinding wheel substantially perpendicular to its own axis of rotation, ie the first axis of rotation of the device runs.
  • the height of the surface of the grinding wheel at each location which has a distance from the second axis of rotation, changes continuously and periodically.
  • the aim is to keep the workpiece in a fixed position during the grinding process.
  • the position adjustment for the first bearing, which stores the grinding wheel the position of the grinding wheel surface, which is in contact with the workpiece can be adjusted at any time such that after a rotation of the bearing rotating device by 360 °, the family of contact lines between inclined grinding wheel and workpiece forms a flat cone whose cone axis is substantially perpendicular and thus parallel to the second axis of rotation for the bearing rotating device.
  • a robotic arm for grinding simple workpieces such as welding electrodes is very expensive.
  • the position adjustment device may include:
  • connection shaft rotatable about the second axis of rotation, which is axially displaceable and is connected to the first bearing holder
  • a second bearing holder connected to the connecting shaft
  • a mounting pin which is attached to the retaining ring and is pivotally mounted in an abutment.
  • the first bearing for the grinding wheel is connected to a retaining ring via the bearing rotating device and a connecting shaft.
  • the retaining ring has a second bearing in which the connecting shaft is mounted.
  • the third axis of rotation of this second bearing is inclined to the second axis of rotation of the connecting shaft. The inclination is transferred to a mounting pin which is attached to the retaining ring and is pivotally mounted in an abutment.
  • the amount of the inclination angle of the third rotation axis to the second rotation axis of the connection shaft may correspond to the amount of the inclination angle of the first rotation axis to the second rotation axis of the connection shaft.
  • the retaining ring is thus inclined according to the bearing of the grinding wheel to the axis of rotation of the connecting shaft.
  • the attachment pivoting of the retaining ring can be mounted in practice on an abutment pivotally but at a constant height, wherein the abutment is within the diameter of the grinding wheel.
  • the amount of inclination of the retaining ring corresponds to the amount of inclination of the grinding wheel and within the diameter of the grinding wheel a point fixedly connected to the retaining ring in the region of the abutment is at a constant height, this kinematics is transferred to the grinding wheel. As a result, even a point in the area of the grinding wheel is constantly at a height during the tumbling movement of its first axis of rotation.
  • the workpiece is a welding pin in the form of a cylindrical pin whose axis of symmetry extends substantially parallel to the second axis of rotation and passes through the point of constant height in the region of the grinding wheel
  • the grinding wheel moves in such a cyclic manner due to the bearing rotating device and the position adjusting device.
  • the contact lines between the grinding wheel and the workpiece form a cone on the end face of the workpiece during one revolution of the bearing rotating device. With an inclination of the second axis of rotation of less than 10 ° to the first axis of rotation of the cone is very dull with an opening angle of more than 160 °.
  • the mounting pin may also be slidably mounted in the abutment in its axial direction.
  • the positional displacement is compensated during the rotation of the connecting shaft.
  • displacement of the center of the grinding wheel to the second rotation axis of the connecting shaft also occurs, so that the radial distance of the contact point of the workpiece from the center of the grinding wheel changes during machining, thereby using a larger area of the grinding wheel for machining the workpiece becomes.
  • the device may comprise a tilt adjustment device with which the amount of the angle of inclination between the first axis of rotation and the second axis of rotation is adjustable. This makes it possible to change the angle at which the grinding wheel contacts the workpiece.
  • the cone angle of the machined by turning the bearing rotating device by means of the grinding wheel cone is so changeable.
  • the tilt adjustment device can be changed manually and / or at standstill of the grinding wheel in the simplest embodiment. As a result, can be adjusted by operating the tilt adjustment another angle of the cone, which generates the grinding wheel in a complete revolution of the bearing rotating device.
  • the inclination adjusting device may also be configured so that at any time the amount of the inclination angle between the first rotation axis and the second rotation axis corresponds to the amount of the inclination angle between the second rotation axis and the third rotation axis. Consequently, the inclination adjustment device is designed such that both incline be adjusted simultaneously to the same amounts.
  • the tilt angle adjustment range may be in practice between 0 ° and a maximum value of about 8 to 10 °.
  • the inclination adjustment device is designed in practice such that the inclination adjustment can take place during the rotation of the grinding wheel and during the machining of a workpiece.
  • the inclination adjustment device makes it possible to set different angles of inclination to the radial plane of the workpiece for the grinding wheel in successive revolutions of the bearing rotation device. Consequently, the grinding wheel can not only produce a surface along a blunt cone with a fixed cone angle, but can produce a curved, approximately spherical cap surface by continuous or stepwise variation of the angle of inclination during machining.
  • Such a surface is particularly advantageous for a welding electrode for aluminum resistance welding.
  • kugelkalottenförmigen In a slightly spherical, kugelkalottenförmigen
  • Electrode surface without soiling and with homogeneous structure can achieve best welding results.
  • the tilt adjustment device may comprise:
  • the fourth axis of rotation and the fifth axis of rotation are each inclined to the second axis of rotation of the connecting shaft
  • a second actuator which causes rotation of the connecting shaft relative to the first and second bearing holders.
  • both bearing holders are rotatably mounted on the connecting shaft, wherein the rotational axis of the bearing holder is inclined to the axis of rotation of the connecting shaft.
  • the amount of the inclination angle between the fourth rotation axis and the second rotation axis may correspond to the amount of the inclination angle between the fifth rotation axis and the second rotation axis. This results in a symmetry of the inclination angle with respect to the axis of symmetry of the connecting shaft.
  • the angles of inclination of the axes of rotation of the mutually rotatably mounted parts may each have the same amount. In a practical embodiment, this amount is 4 °.
  • the first axis of rotation of the grinding wheel is inclined by 4 ° to the fourth axis of rotation of the first bearing holder.
  • the fourth axis of rotation of the first bearing holder is in turn inclined by 4 ° to the second axis of rotation of the connecting shaft.
  • these two angles can be inclined in the same direction.
  • the total inclination of the first axis of rotation of the grinding wheel is 8 ° with respect to the second axis of rotation of the connecting shaft.
  • the inclination angles can also be opposite to one another when the first bearing holder is rotated by 180 ° relative to the connecting shaft, so that the inclination angles cancel each other out.
  • this rotational position of the inclination angle of the first axis of rotation of the grinding wheel to the second axis of rotation of the connecting shaft is 0 °.
  • the angle of inclination between the fifth axis of rotation of the second bearing holder relative to the second axis of rotation of the connecting shaft is 4 °
  • the inclination angle of the third axis of rotation of the retaining ring to the fifth axis of rotation of the second bearing holder is also 4 °.
  • the rotational movement of the first bearing holder and the rotational movement of the second bearing holder can be coupled together. In other words, upon rotation of the first bearing holder by the coupling of the second bearing holder is rotated.
  • the intermediate storage can be coupled together by being fixed against rotation on the connecting shaft.
  • the inclined to the radial plane of the connecting shaft bearing rings of the two intermediate bearings rotate at the two ends of the connecting shafts.
  • the coupling of the two bearing holders is such that their inclined axis of rotation for storage on the connecting shaft, that is, the fourth axis of rotation and the fifth axis of rotation, lie in a common plane in each rotational position of the bearing holder. In this way it is ensured that the kinematics and angular position of the upper bearing holder to which the bearing for the grinding wheel is attached is transferred to the lower bearing holder with the bearing for the retaining ring.
  • an adjustment of the inclination angle amounts of the first rotation axis of the grinding wheel and the third rotation axis of the retaining ring is respectively synchronized with respect to the second rotation axis.
  • the Amount of the inclination angle of the first axis of rotation to the second axis of rotation and the amount of inclination angle of the third axis of rotation to the second axis of rotation are identical at all times and the first and third axes of rotation extend in a common plane.
  • the first actuator and the second actuator may be driven by a common drive motor.
  • a transmission for example via a mechanical transmission
  • the speed of the common drive motor, which is connected to the transmission input shaft can be translated into two output speeds, which may differ slightly (eg by 1 - 4%). This results in a continuous tilt adjustment.
  • At the same output speeds results in a constant angle of inclination, which can be adjusted by rotating the transmission output shafts to each other.
  • first actuator for the rotation of the first bearing in particular of the first bearing holder, and the second actuator for rotating the connecting shaft with the two intermediate bearings may be numerically controlled, so that predefined programs can run during the grinding process, the movement of the
  • the connecting shaft is rotated at least once by an amount of 180 ° with respect to the two bearing holders.
  • the inclination of the grinding wheel undergoes the entire inclination range from 0 ° to the maximum inclination angle (8 ° in the example described above).
  • the entire assembly with the two bearing stops and the connecting shaft is rotated continuously, so that slowly increasing or decreasing inclination, the grinding wheel in rapid succession such that their contact lines form with the workpiece conical surfaces with different inclination.
  • a spiral-shaped line of successive machining points is formed on the surface of the workpiece, which together form approximately a spherical cap-shaped surface.
  • the grinding wheel is rotated to process the surface of the workpiece at a much higher speed than the connecting shaft or the bearing holder.
  • a pressing drive may further be provided, with which the grinding wheel is pressed against the workpiece.
  • the pressure drive displaces the grinding wheel in
  • the power and thus the torque of the grinding drive is detected during the machining of the workpiece.
  • the Andschreibantrieb can be controlled so that upon reaching a predetermined value of the torque of the grinding wheel drive the Andschreibantrieb is stopped.
  • the pressing drive can be formed in practical embodiments of any linear drive, which displaces the abutment for the retaining ring in the direction of the second axis of rotation of the connecting shaft.
  • a threaded spindle with a motor-driven adjusting nut has proven itself as a pressure drive in practice.
  • the pressing force of the Andschreibantriebs is proportional to the torque of the grinding wheel drive via the friction coefficient of the grinding wheel.
  • the power and thus the torque of the grinding wheel drive can be determined in a simple manner from the values of the currents and voltages picked up by the drive motor.
  • a control of the Andschreibantriebs on this torque value is therefore very accurate and ensures optimum pressure for machining the workpiece surface.
  • the Andschreibantrieb also has the advantage that the grinding wheel is not stationary and can be moved against the workpiece. It is only necessary in this case to bring the workpiece in a predetermined position and to move the grinding wheel with the Andschreibantrieb against the workpiece.
  • the displacement of the grinding wheel for starting and performing the grinding operation on the two welding electrodes can then be done by the pressing drive, so that the robot arm is not complicated to program to cause the relative movement between the electrodes and the grinding wheel during the grinding process.
  • the structure of the proposed device with a first bearing which is rotatable about the second axis of rotation for generating the conical surface on the end face of the workpiece by means of the bearing rotary device, very compact. It can be arranged in any orientation, so that they can be mounted in each case in a production hall, where the space is the most favorable.
  • the device can also be arranged with a horizontal axis of rotation of the grinding wheel. The surface of the grinding wheel then runs approximately vertically. This has the advantage that sanding dust does not collect on the surface of the grinding wheel but falls down. The risk of contamination of the grinding wheel surface is thereby reduced.
  • the invention is achieved in that the first bearing for the grinding wheel is rotated about a second axis of rotation, wherein the first axis of rotation is inclined to the second axis of rotation, so that the grinding wheel abuts obliquely against the surface of the workpiece and when turning around the second axis of rotation is a substantially conical one Surface abuts the workpiece when it is in contact with the grinding wheel surface at a distance from the second axis of rotation.
  • the first bearing can be moved by a position adjustment device substantially along the second axis of rotation. Further, in practice, by means of a tilt adjustment, the amount of the inclination angle between the first rotation axis and the second rotation axis can be adjusted.
  • the position adjustment device may be coupled to the recliner such that the position adjustment device effects periodic bearing movement coupled to rotation of the first bearing about the second axis of rotation at an amplitude that increases as the inclination angle increases.
  • the bearing disc performs a movement in which form with a complete rotation of the first bearing about the second axis of rotation, the contact lines of the grinding wheel with the workpiece a conical set, wherein the cone angle increases with the inclination angle.
  • the first side of the grinding wheel may press against a first workpiece
  • the second, opposite side of the grinding wheel may press against a second workpiece.
  • the welding gun can be supplied in the open position of the grinding device such that the end face of the first electrode of the first side of the planar
  • the pressure drive the first grinding wheel in a first direction parallel to the second axis of rotation to the first electrode and push against the first electrode until it is completely processed by the grinding wheel and their front side receive the desired conical or cap shape when changing the angle Has.
  • the pressure drive can shift the grinding wheel in the opposite direction parallel to the second axis of rotation to the second electrode and press against the second electrode until it is completely processed by the grinding wheel. Operating or moving the welding gun is not required during this entire process.
  • Fig. 1 shows a sectional side view of the grinding device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a perspective top view of the grinding device from FIG. 1.
  • FIG. 3 and 4 show a sectional side view and a front view of the grinding device from the preceding figures with maximum inclination of the grinding wheel, corresponding to FIG. 1.
  • Fig. 5 and Fig. 6 show a sectional side view and a front view of the grinding apparatus of the preceding figures with medium inclined position of the grinding wheel.
  • FIGS. 7 and 8 show a sectional side view and a front view of the grinding device from the preceding figures with a minimal inclination of the grinding wheel.
  • Fig. 9 shows an isolated perspective view of the Andschreibantriebs.
  • Fig. 10 shows an isolated perspective view of the drives for the connecting shaft and the coupling shaft.
  • Fig. 1 1 shows an isolated perspective view of the grinding wheel drive.
  • Fig. 12 shows a schematic sketch of a simplified form of the actuators for the bearing rotation and for the tilt adjustment.
  • FIGS 1 and 2 show a grinding device according to the invention for machining a workpiece, in this case a welding electrode 6 made of copper or a copper alloy, by means of a grinding wheel 7.
  • the flat grinding wheel 7 has an upper side and a lower side parallel to each other and perpendicular to the axis of rotation run and have the abrasive material. Both the flat top and the flat bottom can form a grinding surface of the grinding wheel 7.
  • the grinding wheel 7 is preferably made of an elastic base material, is embedded in the abrasive material.
  • the welding electrode 6 is usually attached to an electrode holder of a welding gun, which is supported by a robot arm. The robot arm may move the welding gun to various positions in space, including the position where the welding electrode 6 contacts the grinding wheel 7 as shown in FIG.
  • a welding gun usually has two mutually pushable welding electrodes on two opposite electrode holders. The second electrode on the lower electrode holder can be pressed from below against the underside of the grinding wheel 7. Welding tongs and electrode holders are not
  • the entire device is mounted on a mounting base with an upper mounting plate 42 and a lower mounting plate 43 (see Fig. 2).
  • the two mounting plates 42,43 are through four struts 44-47 in the region of the corners of the mounting plates 42, 43 connected to each other.
  • the lower ends of the struts 44-47 form feet of the mounting frame.
  • the grinding wheel 7 is rotatably supported by a first bearing 8 about a first axis of rotation 1.
  • the first bearing 8 is disposed on a first bearing holder 9 fixed to the upper end of a hollow connecting shaft 10.
  • a second bearing holder 1 1 At the lower end of the connecting shaft 10 is a second bearing holder 1 1 with a second bearing 12.
  • the second bearing 12 supports a retaining ring 13 about a third axis of rotation 3 rotatable to the connecting shaft 10.
  • On the retaining ring 13, a mounting pin 14 is attached, which is pivotally and axially slidably received in an abutment 15.
  • the abutment 15 consists of a ball with
  • the mounting pin 14 is e.g. firmly connected by a press fit, a threaded connection or a bond with the retaining ring 13.
  • the abutment 15 is attached to a lifting rod 16, which can be moved by a linear drive 17 up and down and consequently parallel to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10.
  • the linear drive 17 thus forms a pressure drive, which presses the grinding wheel 7 against the workpiece 6.
  • the lifting rod 16 of the linear drive 17 is formed by a threaded spindle which is held in a rotatable spindle nut 30.
  • a drive motor 31 rotates via a toothed belt 32 and a gear pulley 40 on the spindle nut 30 and thus causes a raising and lowering of the lifting rod 16.
  • the drive motor 31 with toothed belt 32 and linear drive 17 with lifting rod 16 are shown in isolation in FIG.
  • the two bearing holders 9 and 1 1 are connected to each other via a coupling shaft 18.
  • the coupling shaft 18 is in turn hollow and disposed within the connecting shaft 10.
  • the coupling shaft 18 ensures that the rotational movements of the two bearing holder 9 and 1 1 are coupled together. Turns one of the two bearing holder 9 and 1 1 by an angular amount in one direction, the other is rotated by the same amount in the same direction.
  • the ends of the coupling shaft 18 are connected via slotted, elastic connecting elements 19, 20 with the bearing holders 9 and 1 1, because by means of a Ne Trentsverstellvorraum described below, the angle between the coupling shaft 18 and the bearing holders 9 and 1 1 is changed.
  • the connecting elements 19, 20 may alternatively be formed as universal joints.
  • the connecting shaft 10 When the connecting shaft 10 is rotated synchronously with the coupling shaft 18 and the two bearing holders 9 and 11 attached thereto at a uniform angular velocity, it can be seen that the first axis of rotation 1 of the grinding wheel 7 is on a conical surface the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 moves. At the same time, the third axis of rotation 3 of the second bearing 12 rotates on the retaining ring 13 so that it changes its orientation in space.
  • the fixedly connected to the retaining ring 13 mounting pin 14 is supported in the abutment 15. In this case, the retaining ring 13 performs a wobbling motion, which substantially corresponds to the tumbling motion of the grinding wheel 7.
  • the connecting shaft 10 Since the mounting pin 14 of the retaining ring 13 is mounted in the abutment 15, in this case the connecting shaft 10 is raised and lowered. In the illustrated position, the connecting shaft 10 is at its uppermost position, so that it is lowered on further rotation of the bearing holder 9 and 1 1.
  • the adjustment of the cone angle of the ground surface of the workpiece 6 is achieved in that the inclination of the first axis of rotation 1 of the grinding wheel 7 to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 can be varied.
  • the first bearing holder 9 is rotatably mounted on the connecting shaft 10 via a first intermediate bearing 22.
  • the first intermediate bearing 22 has a fourth axis of rotation 4, which in turn is inclined to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10.
  • two bearings are arranged, namely the first bearing 8, whose inner bearing ring is fixed to the grinding wheel 7, and the first intermediate bearing 22, whose inner bearing ring is fixed to the connecting shaft 10.
  • the bearing plane of the first intermediate bearing 22 is pivoted to the horizontal plane, that is to the radial plane perpendicular to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 by 4 °. Consequently, the fourth axis of rotation 4 of the first intermediate bearing 22 is pivoted to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 by 4 °.
  • the plane of the first bearing 8 is again pivoted to the plane of the first intermediate bearing 22 by 4 °. Consequently, the first axis of rotation 1 of the grinding wheel 7 is also pivoted to the fourth axis of rotation 4 of the first intermediate bearing 22 by 4 °.
  • Position of the connecting shaft 10 and the bearing holder 9 add these inclinations, so that the entire inclination of the first axis of rotation 1 of the grinding wheel 7 to the vertical second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 has an angle of 8 °.
  • Fig. 1 and Figures 3 and 4 show this position, in which the grinding wheel 7 has the maximum inclination to the horizontal and radial plane of the connecting shaft 10.
  • All axes of rotation 1-5 extend in the sectional planes of Figures 1 and 3.
  • the projections of these axes of rotation 1-5 are therefore in the rotated by 90 ° cutting plane of FIG. 4 on a straight line.
  • the contact line of the upper surface of the grinding wheel 7 moves with the workpiece 6 along a conical surface with an opening angle of 164 °.
  • the connecting shaft 10 can be rotated with respect to the first bearing holder 9. When rotated by 90 °, the inclination of the first axis of rotation 1 of the grinding wheel 7 halves to the vertical second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10. This position is shown in Figures 5 and 6.
  • the axes of rotation 1, 3 4 and 5 extend in vertical planes, which are respectively pivoted by 45 ° to the sectional planes in Fig. 5 and Fig. 6.
  • the projection of the fourth axis of rotation 4 of the intermediate bearing 22 in the sectional plane of Fig. 5 has an inclination to the second, vertical axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 of 2 °.
  • the projection of the first axis of rotation 1 of the grinding wheel 7 in the sectional plane of Fig. 5, for the projection of the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 also at an angle of 2 °, so that the entire inclination of the grinding wheel 7 to the horizontal radial plane of the connecting shaft 10 in the cutting plane of Fig. 5 has an angle of 4 °.
  • the fourth axis of rotation 4 of the first intermediate bearing 22 is inclined to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 to the right.
  • the first axis of rotation 1 of the first bearing 8 is inclined to the fourth axis of rotation 4 of the first intermediate bearing 22 in the opposite direction to the left. Both inclinations cancel each other so that the first axis of rotation 1 of the first bearing 8 for the grinding wheel 7 is substantially parallel to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10.
  • the inclination between the surface of the grinding wheel 7 and the end face of the workpiece 6 has a
  • Storage holder 9, 1 1 are rotated because the retaining ring 13 is rotatably mounted in a horizontal plane.
  • the second bearing holder 1 1 is rotatably attached to the connecting shaft 10 via a second intermediate bearing 23 about a fifth axis of rotation 5.
  • the fifth axis of rotation 5 has to the second axis of rotation 2 of the intermediate shaft 10 at an angle of 4 ° and also the third
  • Rotary axis 3 of the second bearing 12 in the bearing holder 1 1 has to the fifth axis of rotation 5 of the second intermediate bearing 23 at an angle of 4 °.
  • Stock holder 9 and 1 1 by means of the coupling shaft 18 ensures that the axis of rotation 1 of the first bearing 8 and the axis of rotation 3 of the second bearing 12 to extend at any time in the same vertical plane.
  • the inner bearing shells of the first intermediate bearing 22 and the second intermediate bearing 23, which are fixed at the upper and lower ends of the connecting shaft 10 at an inclination of 4 ° to the radial plane of the connecting shaft 10, are coupled together by the connecting shaft 10 in the direction of rotation.
  • both bearing inner rings of the intermediate bearings 22 and 23 are rotated synchronously.
  • Their axes of rotation 4 and 5 are at any time in the same vertical plane, wherein the plane of the axes of rotation 4 and 5 of the intermediate bearings 22 and 23 can be rotated to the plane of the axes of rotation 1 and 3 by rotating the coupling shaft 18 with respect to the intermediate shaft 10 ,
  • the grinding wheel drive 24 is shown isolated in FIG. 11. It consists of an electric motor 24, which drives the drive shaft 25 extending within the coupling shaft 18 via a toothed belt 33.
  • the rotational speed of the grinding slide 7 is a multiple of the rotational speed of the coupling shaft 18 or the connecting shaft 10th
  • a first gear 26 is fixed on the connecting shaft 10 (see FIG. 1).
  • the first gear 26 meshes via two arranged on a common shaft 41 idler gears 27, 28 with a first drive gear 29 on the motor shaft of a first electric drive motor 34. Consequently, the electric drive motor 34 forms the first actuator for rotating the connecting shaft 10 about its axis of rotation.
  • the first drive gear 29 has an elongated toothing and meshes with the vertically displaceable intermediate gear 28.
  • the two vertically displaceable intermediate gears 27, 28 are displaced by the Andschreibantrieb 17 in the vertical direction, ie parallel to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10.
  • a second gear 35 is fixed (see Fig. 1), which via intermediate gears 36,37 (Fig. 10) with a second
  • Drive gear 38 meshes on the motor shaft of a second electric drive motor 39.
  • the second drive gear 38 also has an elongated toothing and meshes with the vertically displaceable intermediate gear 37 which is fixedly connected to the intermediate gear 36 is.
  • This pair of intermediate gears 36, 37 is moved by the Andschreibantrieb 17 in the vertical direction, ie parallel to the axis of the connecting shaft 10 and the coupling shaft 18.
  • the two electric drive motors 34, 39 are computer controlled. They can either rotate at the same rotational speed or at a different rotational speed.
  • both shafts namely the connecting shaft 10 and the coupling shaft 18 are rotated at the same rotational speed, results in a constant inclination angle of the first axis of rotation 1 of the grinding wheel 7 to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10, the tumbling motion of the grinding wheel 7 with a constant inclination to the horizontal, and by the position adjusting device with the retaining ring 13, the height position of the grinding wheel 7 is controlled in synchronism with the tumbling motion, so that the grinding wheel 7 works a cone around the point 21 on the surface of the grinding wheel 7.
  • the coupling shaft 18 also rotates to the connection shaft 10.
  • the inclination angle of the first rotation axis 1 of the grinding wheel 7 to the second rotation axis 2 of the connection shaft 10 and consequently the third rotation axis 3 changes periodically of the retaining ring 13 to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10.
  • the surface produced on the workpiece 6 can thereby be varied and approximated to the shape of a spherical cap, for example, with a slow and continuous angle change.
  • the second drive motor 39 thus forms the second actuator, which can cause a rotation of the connecting shaft 10 relative to the coupling shaft 18, at the ends of the first bearing holder 9 and the second bearing holder 1 1 are attached. This rotation is achieved in that the second actuator 39 rotates at a different angular speed than the first actuator. At the same angular velocity, no rotation takes place.
  • the second rotation axis 2 of the connection shaft does not have to be vertical as in the described embodiment.
  • the surface of the grinding wheel 7 is in operation with a slight inclination to the vertical plane, ie upright, so that grinding dust does not deposit on the surface.
  • the meaning of the terms “up”, “down”, “right”, “left”, “vertical” and “horizontal” as used in this specification changes such that the upper one End of the second axis of rotation, for example, the end is near the grinding wheel and means "perpendicular" parallel to the second axis of rotation 2.
  • the skew angles between the axes of rotation of the intermediate bearings and the connecting shaft or between the axes of rotation of the bearing and the intermediate storage are not limited to the 4 ° of the embodiment but can be varied in wide angular ranges.
  • the radial distance of the workpiece 6 to the center of the grinding wheel 7 changes periodically slightly during this rotation, and the grinding surface 7 of the grinding wheel 7 extends over the grinding wheel 7 over a wider annular band. Consequently, the wear is distributed over a fairly wide area of the grinding wheel 7.
  • This movement of the grinding wheel 7 to the axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 can also be observed at the opposite end of the connecting shaft 10 by a movement of the retaining ring 13. It is compensated by the axial displaceability of the fastening pin 14 in the abutment 15.
  • the pressure drive 17 can be used during the grinding process.
  • the workpiece 6 may be displaced radially to the point 21 during grinding or during successive grinding operations.
  • the grinding wheel 7 also has the angle to the radial surface of the workpiece 6 set at a distance from the point 21 relative to the angle set by the abovementioned adjusting devices. Since the height compensation by means of the retaining ring 13 but is designed for the point 21, the height compensation will no longer work in a shifted to the point 21 workpiece 6. This has a fixed abutment 15 with the result that the grinding wheel 7 lifts depending on the position of the various Versteilvoriquesen of the workpiece 6 or pressed with too much force against the workpiece 6. This incorrect altitude of the grinding wheel 7 can be compensated by the Andrückantrieb 17.
  • the Andschreibantrieb 17 can be controlled so that at any time a predetermined torque of the grinding wheel drive 24 prevails.
  • the Andschreibantrieb 17 displaces the abutment 15 such that the grinding wheel 7 is pressed at any time with optimal pressure against the workpiece 6.
  • the wear area of the grinding wheel 7 is increased and the service life of the grinding wheel 7 is increased.
  • the workpiece 6 is pressed exclusively against the upper side of the grinding wheel 7. It should be noted that the workpiece 6 can also be pressed against the lower side of the grinding wheel 7, wherein the workpiece 6 is also machined along a conical surface, optionally with an adjustable angle.
  • welding tongs have two electrodes which are pressed against the grinding wheel 7 successively from both sides. When machining the upper welding electrode 6, it can be pressed against the grinding wheel 7 from above as shown in the drawings. If the lower welding electrode ground, it can be pressed from below against the grinding wheel 7.
  • the welding electrodes can be positioned with the welding gun on both sides of the grinding wheel 7, wherein the pressure drive 17, the grinding wheel 7 parallel to the second axis of rotation 2 of the connecting shaft 10 moves and so first one side of the grinding wheel against one of the welding electrodes and then the second, opposite side the grinding wheel 7 presses against the second welding electrode.
  • the grinding wheel 7 can be selectively moved according to any movement patterns within the kinematics of the arrangement to realize the desired machining of the workpiece.
  • both actuators 34 'and 39' may be formed by the transmission output shafts of a transmission 49 which is driven by a single common drive motor 48.
  • the common drive motor 48 drives the transmission input shaft 50.
  • the transmission may be provided with two only slightly different gear sets, which transmit the rotation of the transmission input shaft to two transmission output shafts 34 'and 39'.
  • the transmission input shaft 50 rotates at the speed n 0 , which may be smaller than the rotational speeds n- 1 and n 2 of the transmission output shafts.
  • a cheaper Drive motor 48 can be used at high speed and low torque.
  • the speed n- ⁇ of the first transmission output shaft 34 ' may differ from the speed n 2 of the second transmission output shaft 39', for example, by 1% to 4%. This results in 100 revolutions of the first transmission output shaft 34 'between 1 and 4 revolutions of the first transmission input shaft 34' relative to the second transmission input shaft 39 '.
  • the two gear output shafts 34 'and 39' can then be coupled to the connecting shaft 10 and the coupling shaft 18 itself via a suitable coupling means (eg gear wheel, toothed belt, etc.). Also in this embodiment, it is possible to have both transmission output shafts 34 'and 39' rotate at the same speed, so that a constant angle is processed. For example, this constant angle can be manually changed in magnitude by rotating the two transmission output shafts 34 'and 39' relative to one another.
  • a suitable coupling means eg gear wheel, toothed belt, etc.
  • the transmission 49 can also be designed as a superposition gearbox with two drive motors such that a first motor applies the torque to drive the connecting shaft 10 and the coupling shaft 18 and that a second motor 10 and 18 imposes a speed difference to said shafts.
  • This drive variant has all adjustment possibilities of the solution described above with position-controlled drives, but comes with two simple, variable-speed motors.
  • indications describing a spatial orientation such as e.g.
  • top”, “bottom”, “right”, “left”, “vertical” and “horizontal”, refer only to the illustrations in the accompanying drawings.
  • the second axis of rotation 2 extends from top to bottom, that is perpendicular.
  • the second axis of rotation 2 occupy an arbitrary position in space.
  • the orientations and positions of the other components of the device then shift accordingly. This is one of the advantages of described grinding device. Since a tumbling motion of the grinding wheel 7 is caused only by rotating the bearing rotating device about a first rotation axis 1 of the grinding wheel 7 inclined second rotation axis 2 and not by a tumbling of the housing of the drive motor for the grinding wheel, the device described can be arranged in any orientation in space be adapted to the given space.
  • a substantially horizontal alignment of the second axis of rotation 2 may be useful, in which the grinding wheel 7 stands upright and grinding dust falls down by gravity.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken (6), mit • einer Schleifscheibe (7), • einem ersten Lager (8) zur drehbaren Lagerung der Schleifscheibe (7) um eine erste Drehachse (1), • einem mit der Schleifscheibe (7) gekoppelten Schleifscheibenantrieb (24) zum Drehen der Schleifscheibe (7). Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, welche automatisch die Herstellung von nicht-ebenen Oberflächen ermöglichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das erste Lager (8) mittels einer Lagerdrehvorrichtung um eine zweite Drehachse (2) drehbar ist, wobei die erste Drehachse (1) zur zweiten Drehachse (2) geneigt ist, so dass die Schleifscheibe (7) schräg gegen die Oberfläche des Werkstücks (6) anliegt und beim Drehen um die zweite Drehachse (2) eine im Wesentlichen konische Fläche an dem Werkstück (6) anschleift, wenn dieses mit der Schleifscheibenoberfläche im Abstand zur zweiten Drehachse (2) in Kontakt steht. Eine Positionsverstellvorrichtung kann vorgesehen sein, die das erste Lager (8) im Wesentlichen entlang bzw. parallel zu der zweiten Drehachse (2) bewegt. Ferner kann mittels einer Neigungsverstellvorrichtung der Betrag des Neigungswinkels zwischen der ersten Drehachse (1) und der zweiten Drehachse (2) verstellt werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Schleifen von Werkstücken, insbesondere Schweißelektroden
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schleifen von festen Werkstücken, mit
• einer ebenen Schleifscheibe,
· einem ersten Lager zur drehbaren Lagerung der Schleifscheibe um eine erste Drehachse,
• einem mit der Schleifscheibe gekoppelten Schleifscheibenantrieb zum Drehen der
Schleifscheibe. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schleifen von festen Werkstücken, bei dem
• eine ebene Schleifscheibe durch einen Schleifscheibenantrieb in Drehung um eine
erste Drehachse versetzt wird,
• die Schleifscheibe in einem ersten Lager um die erste Drehachse drehbar gelagert wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schleifen der Schweißelektroden für das Widerstandsschweißen. Beim Widerstandsschweißen von Metallblechen werden elektrische Ströme mit hoher Stromstärke durch zwei gegen die äußeren Oberflächen der miteinander zu verschweißenden Bleche gedrückten Elektroden in die Bleche eingeleitet. Hierdurch wird das Metall der Bleche aufgeschmolzen und bildet eine Schweißlinse, welche aneinandergrenzende Bleche fest miteinander verbindet. Die Schweißelektroden bestehen üblicherweise aus Kupfer oder Kupferlegierungen.
Insbesondere beim Aluminium-Widerstandsschweißen ist die ideale Form und die Reinheit der Oberfläche der Schweißelektroden eine wesentliche Voraussetzung für die Erzeugung eines Schweißpunktes mit hoher und reproduzierbarer Qualität. Schon durch das Schweißen einiger Schweißpunkte, zum Beispiel zehn bis zwanzig Schweißpunkte, können die Oberflächen der Schweißelektroden durch Ablagerungen und Verschleiß beeinträchtigt werden, so dass die erzeugten Schweißpunkte nicht die gewünschte Festigkeit aufweisen. Aus diesem Grund werden Schweißelektroden in regelmäßigen Abständen nachgearbeitet, so dass ihre Oberflächen bei jedem Schweißvorgang eine optimale Form aufweisen und frei von Verunreinigungen sind. Ein bekanntes Verfahren zum Nacharbeiten der Oberflächen der Schweißelektroden ist das Schleifen der Schweißelektroden. Zum Schleifen der Enden fexibler Borsten von Bürsten ist aus der Druckschrift DE 297 13 087 U1 eine Vorrichtung bekannt, bei der eine kegelförmige Schleifscheibe um eine Rotationsachse rotiert und gleichzeitig um eine zur Rotationsachse schräg verlaufende zweite Achse umlaufend verschwenkbar ist. Der Schrägstellungswinkel der zweiten Achse entspricht dem Kegel- winkel der Schleifscheibe und die flexiblen Borsten werden im wesentlichen im Schnittpunkt der zweiten Achse mit der Oberfläche der Schleifscheibe gegen die Schleifscheibe gedrückt.
Hierdurch ergibt sich bei senkrechtem Verlauf der zweiten Achse durch die betragsgleichen Schrägstellungswinkel und Kegelwinkel im Wesentlichen eine horizontal verlaufende Oberfläche der Schleifscheibe im Kontaktbereich mit den Borsten. Durch das umlaufende Verschwen- ken der Schleifscheibe kann die Richtung der Schleifbewegung der Oberfläche der Schleifscheibe geändert werden, so dass die Enden der flexiblen, sich durch die Schleifscheibe in deren Drehrichtung verbiegenden Borsten von allen Seiten her beschliffen werden und so dass sich ein schleifergebnis mit etwa halbkugelig abgerundeten Enden der Borsten ergibt. Ein derartiges Vorgehen ist bei festen, nicht flexiblen Werkstücken nicht möglich, da diese nicht durch die Schleifkraft verbogen werden.
Die Firma AMDP S.A.S. aus Croissy-sur-Seine bietet eine Schleifvorrichtung für Schweißelektroden an, bei denen eine ebene Schleifscheibe an einer starren Drehachse befestigt, welche durch einen Antriebsmotor in Drehung versetzt wird. Der Antriebsmotor befindet sich in einem Gehäuse, dessen oberes Ende an einem Gestell schwenkbar befestigt ist. Ein Taumelantrieb bewegt das untere Ende des Gehäuses auf einer Kreisbahn, so dass die in dem
Gehäuse aufgenommene Drehachse eine Taumelbewegung ausführt, um mit der Schleifscheibe an der Elektrode eine kegelförmige Elektrodenoberfläche zu erzeugen. Diese Vorrichtung weist eine ortsfeste Position der taumelnden Schleifscheibe auf, so dass die Schweißelektroden für die Bearbeitung z.B. durch einen die Schweißzange mit den Elektroden tragenden Roboterarm gegen die Schleifscheibe gedrückt werden müssen. Dies erfordert eine sehr aufwändige Programmierung des Roboterarms.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren der oben genannten Art für feste Werkstücke zu schaffen, welche automatisch die Herstellung von nichtebenen Oberflächen ermöglichen. Wenn das bearbeitete Werkstück eine Schweißelektrode ist, sollen die Vorrichtung und das Verfahren die Erzeugung einer optimal für den Schweißvorgang geeigneten, kegel- oder kappenförmigen Elektrodenoberfläche, möglichst mit hoher Geschwindigkeit, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste Lager mittels einer Lagerdrehvorrichtung um eine zweite Drehachse drehbar ist, wobei die erste Drehachse zur zweiten Drehachse geneigt ist, so dass die Schleifscheibe schräg gegen die Oberfläche des Werkstücks anliegt und beim Drehen um die zweite Drehachse eine im Wesentlichen konische Fläche an dem Werkstück anschleift, wenn dieses mit der Schleifscheibenoberfläche im Abstand zur zweiten Drehachse in Kontakt steht.
Mit anderen Worten ist die maschinenseitige Lagerschale, die die Schleifscheibe um ihre Symmetrieachse drehbar lagert, mittels der Lagerdrehvorrichtung drehbar gehalten, wobei die Lagerebene der Lagerdrehvorrichtung zur Lagerebene des ersten Lagers für die Schleifscheibe gekippt ist. Beim Drehen mittels der Lagerdrehvorrichtung taumelt die erste Drehachse des ersten Lagers für die Schleifscheibe, das heißt, diese erste Drehachse bewegt sich entlang einer Kegelfläche, wobei die Spitze dieser Kegelfläche im Schnittpunkt der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse liegt. Die Oberfläche der Schleifscheibe erstreckt sich in der Ebene der Schleifscheibe im Wesentlichen senkrecht zur ersten Drehachse, um welche die Schleifscheibe dreht. Dieses Taumeln der ersten Drehachse des ersten Lagers für die Schleifscheibe ermöglicht es, die Oberfläche der Schleifscheibe schräg gegen die Oberfläche des Werkstücks zu halten, wenn das Werkstück in einer Richtung parallel zur zweiten Drehachse und mit einem Abstand zu dieser zugeführt wird, wobei sich die Schrägstellung der Schleifscheibe mit der Drehung der Lagerdrehvorrichtung verändert. Die Schleifscheibe kann dabei mit einem konstanten Schrägstellungswinkel die Oberfläche des Werkstücks anschleifen, so dass eine im Wesentlichen konische Fläche an dem Werkstück erzeugt wird. In der Praxis kann ein erster Stellantrieb die Drehung des ersten Lagers mittels der Lagerdrehvorrichtung bewirken. Auf diese Weise kann das Taumeln der ersten Lagerachse automatisiert werden, und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann motorisch angetrieben eine konische Oberfläche des Werkstücks erzeugen. In der Praxis kann die Lagerdrehvorrichtung einen ersten Lagerhalter aufweisen, in dem das erste Lager angeordnet ist und der um die zweite Drehachse drehbar ist. Der Stellantrieb kann dann an dem ersten Lagerhalter angreifen.
In der Praxis ist die zweite Drehachse um weniger als 15°, insbesondere um weniger als 10° zur ersten Drehachse der Schleifscheibe geneigt.
Ferner kann in der Praxis eine Positionsverstellvorrichtung vorgesehen sein, die das Lager im Wesentlichen entlang bzw. parallel zu der zweiten Drehachse bewegt. Um die Wirkung der Positionsverstellung zu erläutern, wird davon ausgegangen, dass die zweite Drehachse senkrecht verläuft, obwohl in der Praxis die Orientierung der zweiten Drehachse beliebig sein kann. Wenn man davon ausgeht, dass die Schweißelektrode während des Schleifens parallel zur zweiten Drehachse ebenfalls senkrecht ausgerichtet ist, dann ist die Ebene der Schleifscheibe um den Betrag der Neigung der ersten zur zweiten Drehachse zu der waagerecht verlaufenden, radialen Ebene der Schweißelektrode geneigt. Dies setzt voraus, dass die Oberfläche der Schleifscheibe im Wesentlichen senkrecht zu ihrer eigenen Drehachse, also der ersten Drehachse der Vorrichtung, verläuft. Bei einem Drehen der Lagerdrehvorrichtung um die zweite Drehachse ändert sich die Höhe der Oberfläche der Schleifscheibe an jedem Ort, der einen Abstand zur zweiten Drehachse aufweist, kontinuierlich und periodisch. Es wird ange- strebt, das Werkstück während des Schleifvorgangs in einer festen Position zu halten. Durch die Positionsverstellvorrichtung für das erste Lager, welches die Schleifscheibe lagert, kann die Lage der Schleifscheibenoberfläche, die in Kontakt mit dem Werkstück steht, zu jeder Zeit derart eingestellt werden, dass nach einer Umdrehung der Lagerdrehvorrichtung um 360° die Schar der Kontaktlinien zwischen schräggestellter Schleifscheibe und Werkstück einen flachen Kegel bildet, dessen Kegelachse im Wesentlichen senkrecht und damit parallel zur zweiten Drehachse für die Lagerdrehvorrichtung verläuft.
Mit teuren, mehrachsigen Industrierobotern lässt sich eine derartige Kinematik durch geeignete Programmierung erzeugen. Ein Roboterarm für das Schleifen von einfachen Werkstücken wie Schweißelektroden ist aber sehr teuer. Unter Anderem ist es eine Zielsetzung der Erfindung, eine kostengünstige Vorrichtung zum Schleifen von Werkstücken wie Schweißelektroden vorzuschlagen.
Aus diesem Grund kann in der Praxis die Positionsverstellvorrichtung folgendes aufweisen:
• eine um die zweite Drehachse drehbare Verbindungswelle, die axial verschiebbar ist und mit dem ersten Lagerhalter verbunden ist,
• einen zweiten Lagerhalter, der mit der Verbindungswelle verbunden ist,
• einen Haltering mit einem zweiten Lager, an dem der zweite Lagerhalter um eine dritte Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die dritte Drehachse zu der zweiten Drehachse der Verbindungswelle geneigt ist,
• einen Befestigungszapfen, der an dem Haltering befestigt ist und schwenkbar in an einem Widerlager gelagert ist.
Mit anderen Worten ist das erste Lager für die Schleifscheibe über die Lagerdrehvorrichtung und eine Verbindungswelle mit einem Haltering verbunden. Der Haltering weist ein zweites Lager auf, in dem die Verbindungswelle gelagert ist. Die dritte Drehachse dieses zweiten Lagers ist zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle geneigt. Die Neigung überträgt sich auf einen Befestigungszapfen, der an dem Haltering befestigt ist und schwenkbar in einem Widerlager gelagert ist.
In der Praxis kann der Betrag des Neigungswinkels der dritten Drehachse zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle dem Betrag des Neigungswinkels der ersten Drehachse zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle entsprechen. Der Haltering ist folglich entsprechend dem Lager der Schleifscheibe zur Drehachse der Verbindungswelle geneigt. Der Befestigungs- zapfen des Halterings kann in der Praxis an einem Widerlager schwenkbar aber in konstanter Höhe gelagert sein, wobei sich das Widerlager innerhalb des Durchmessers der Schleifscheibe befindet. Da der Betrag der Neigung des Halterings dem Betrag der Neigung der Schleifscheibe entspricht und innerhalb des Durchmessers der Schleifscheibe ein fest mit dem Haltering verbundener Punkt im Bereich des Widerlagers sich auf einer konstanten Höhe befindet, überträgt sich diese Kinematik auf die Schleifscheibe. Dies führt dazu, dass sich auch ein Punkt im Bereich der Schleifscheibe während der taumelnden Bewegung ihrer ersten Drehachse konstant auf einer Höhe befindet. Insbesondere wenn das Werkstück eine Schweißelektrode in Form eines zylindrischen Zapfens ist, dessen Symmetrieachse sich im Wesentli- chen parallel zur zweiten Drehachse erstreckt und im Bereich der Schleifscheibe durch den Punkt konstanter Höhe verläuft, bewegt sich die Schleifscheibe aufgrund der Lagerdrehvorrichtung und der Positionsverstellvorrichtung derart zyklisch, dass die Kontaktlinien zwischen Schleifscheibe und Werkstück bei einer Umdrehung der Lagerdrehvorrichtung einen Kegel auf der Stirnfläche des Werkstücks bilden. Bei einer Neigung der zweiten Drehachse von weniger als 10° zur ersten Drehachse ist der Kegel sehr stumpf mit einem Öffnungswinkel von mehr als 160°.
In der Praxis kann der Befestigungszapfen ferner in seiner axialen Richtung verschiebbar in dem Widerlager gelagert sein. Hierdurch wird die Positionsverlagerung bei der Drehung der Verbindungswelle kompensiert. Gleichzeitig entsteht beim Drehen der Verbindungswelle auch eine Verlagerung des Mittelpunkts der Schleifscheibe zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle, so dass sich der radiale Abstand des Kontaktpunktes des Werkstück zum Mittelpunkt der Schleifscheibe bei der Bearbeitung ändert und dadurch ein größerer Bereich der Schleifscheibe für die Bearbeitung des Werkstück eingesetzt wird.
Schließlich kann die Vorrichtung in der Praxis eine Neigungsverstellvorrichtung aufweisen, mit der der Betrag des Neigungswinkels zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse verstellbar ist. Hierdurch lässt sich der Winkel, mit dem die Schleifscheibe das Werkstück kontaktiert, verändern. Der Kegelwinkel des durch Drehen der Lagerdrehvorrichtung mittels der Schleifscheibe bearbeiteten Kegels ist so veränderbar. Die Neigungsverstellvorrichtung kann in der einfachsten Ausführungsform manuell und/oder beim Stillstand der Schleifscheibe veränderbar sein. Hierdurch lässt sich durch Betätigen der Neigungsverstellvorrichtung ein anderer Winkel des Kegels einstellen, den die Schleifscheibe bei einer kompletten Umdrehung der Lagerdrehvorrichtung erzeugt.
In der Praxis kann auch die Neigungsverstellvorrichtung so ausgebildet sein, dass zu jeder Zeit der Betrag des Neigungswinkels zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse dem Betrag des Neigungswinkels zwischen der zweiten Drehachse und der dritten Drehachse entspricht. Folglich ist die Neigungsverstellvorrichtung derart ausgebildet, dass beide Nei- gungswinkel simultan auf die gleichen Beträge eingestellt werden. Der Neigungswinkelverstellbereich kann in der Praxis zwischen 0° und einem Maximalwert von etwa 8 bis 10° liegen.
Insbesondere ist die Neigungsverstellvorrichtung in der Praxis derart ausgebildet, dass die Neigungsverstellung während der Rotation der Schleifscheibe und während der Bearbeitung eines Werkstücks erfolgen kann.
Durch die Neigungsverstellvorrichtung kann folglich der Neigungswinkel der Schleifscheibe in Bezug auf die zweite Drehachse während des Schleifens kontinuierlich zwischen 0 und einem Maximalwert, z.B. 8°, verstellt werden. Diese Neigungsverstellvorrichtung erlaubt es folglich, für die Schleifscheibe bei aufeinanderfolgenden Umläufen der Lagerdrehvorrichtung unterschiedliche Neigungswinkel zur radialen Ebene des Werkstücks einzustellen. Die Schleifscheibe kann folglich nicht nur eine Oberfläche entlang eines stumpfen Kegels mit festem Kegelwinkel herstellen, sondern durch kontinuierliche oder schrittweise Veränderung des Neigungswinkels während der Bearbeitung eine gekrümmte, näherungsweise kugelkalottenförmige Oberfläche erzeugen.
Eine derartige Oberfläche ist insbesondere für eine Schweißelektrode für das Aluminium- Widerstandsschweißen sehr vorteilhaft. Bei einer leicht balligen, kugelkalottenförmigen
Elektrodenoberfläche ohne Verschmutzungen und mit homogener Struktur lassen sich beste Schweißergebnisse erzielen.
Auch in diesem Fall ist die Realisierung der Neigungsverstellvorrichtung mittels eines mehrachsigen Roboterarms möglich, aber sehr teuer. In der Praxis wird angestrebt, die Neigungs- verstellvorrichtung mit einfachen mechanischen Mitteln auf kostengünstige Weise zu realisieren.
Zu diesem Zweck kann die Neigungsverstellvorrichtung folgendes aufweisen:
• ein erstes Zwischenlager, mit dem der erste Lagerhalter an der Verbindungswelle um eine vierte Drehachse drehbar befestigt ist;
• ein zweites Zwischenlager, mit dem der zweite Lagerhalter an der Verbindungswelle um eine fünfte Drehachse drehbar befestigt ist,
• die vierte Drehachse und die fünfte Drehachse sind jeweils zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle geneigt,
· einen zweiten Stellantrieb, der eine Drehung der Verbindungswelle gegenüber dem ersten und zweiten Lagerhalter bewirkt.
Mit anderen Worten sind beide Lagerhalter drehbar an der Verbindungswelle befestigt, wobei die Drehachse der Lagerhalter zur Drehachse der Verbindungswelle geneigt ist. Insbesondere kann in der Praxis der Betrag des Neigungswinkels zwischen der vierten Drehachse und der zweiten Drehachse dem Betrag des Neigungswinkels zwischen der fünften Drehachse und der zweiten Drehachse entsprechen. Hierdurch entsteht eine Symmetrie der Neigungswinkel in Bezug auf die die Symmetrieachse der Verbindungswelle.
In der Praxis können vorzugsweise die Neigungswinkel der Drehachsen der zueinander drehbar gelagerten Teile jeweils den gleichen Betrag aufweisen. In einer praktischen Ausführungsform ist dieser Betrag 4°. So ist die erste Drehachse der Schleifscheibe um 4° zur vierten Drehachse des ersten Lagerhalters geneigt. Die vierte Drehachse des ersten Lagerhalters ist wiederum um 4° zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle geneigt. Je nach Drehstellung des Lagerhalters zur Verbindungswelle können diese beiden Winkel in die gleiche Richtung geneigt sein. In diesem Fall beträgt die Gesamtneigung der ersten Drehachse der Schleifscheibe 8° in Bezug auf die zweite Drehachse der Verbindungswelle. Die Neigungswinkel können aber auch zueinander entgegengesetzt sein, wenn der erste Lagerhalter zur Verbin- dungswelle um 180° gedreht wird, so dass die Neigungswinkel sich gegenseitig neutralisieren. In dieser Drehstellung beträgt der Neigungswinkel der ersten Drehachse der Schleifscheibe zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle 0°. Durch kontinuierliches Drehen des Lagerhalters zur Verbindungswelle lassen sich kontinuierlich beliebige Zwischenwerte des Neigungswinkels der ersten zur zweiten Drehachse erreichen.
Am anderen Wellenende der Verbindungswelle ist der zweite Lagerhalter entsprechend ausgebildet. So beträgt der Neigungswinkel zwischen der fünften Drehachse des zweiten Lagerhalters gegenüber der zweiten Drehachse der Verbindungswelle 4°, und der Neigungswinkel der dritten Drehachse des Halterings zur fünften Drehachse des zweiten Lagerhalters beträgt ebenfalls 4°. In der Praxis können die Drehbewegung des ersten Lagerhalters und die Drehbewegung des zweiten Lagerhalters miteinander gekoppelt sein. Mit anderen Worten wird bei Drehung des ersten Lagerhalters durch die Kopplung der zweite Lagerhalter mitgedreht.
Auch die Zwischenlager können miteinander gekoppelt sein, indem sie drehfest an der Verbindungswelle befestigt sind. Bei Drehung der Verbindungswelle drehen sich die zur radialen Ebene der Verbindungswelle geneigten Lagerringe der zwei Zwischenlager an den beiden Enden der Verbindungswellen mit. Die Kopplung der zwei Lagerhalter ist derart, dass ihre geneigte Drehachse zur Lagerung an der Verbindungswelle, das heißt die vierte Drehachse und die fünfte Drehachse, in jeder Drehstellung der Lagerhalter in einer gemeinsamen Ebene liegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kinematik und Winkelstellung des oberen Lagerhalters, an dem das Lager für die Schleifscheibe befestigt ist auf den unteren Lagerhalter mit dem Lager für den Haltering übertragen wird. Mit anderen Worten erfolgt eine Verstellung der Neigungswinkelbeträge der ersten Drehachse der Schleifscheibe und der dritten Drehachse des Halterings jeweils in Bezug auf die zweite Drehachse synchron. Der Betrag des Neigungswinkels der ersten Drehachse zur zweiten Drehachse und der Betrag des Neigungswinkels der dritten Drehachse zur zweiten Drehachse sind jederzeit identisch und die erste und dritte Drehachse verlaufen in einer gemeinsamen Ebene. Hierdurch ist auch bei Verstellen der Neigungswinkel gewährleistet, dass an einem vorbestimmten Punkt im Bereich der Schleifscheibe bei einem Drehen der Lagerdrehvorrichtung die Oberfläche der Schleifscheibe sich auf einer Kegelfläche bewegt, deren Achse im Wesentlichen den genannten Punkt schneidet. Auch bei Verstellen des Kegelwinkels durch die Neigungsverstellvorrichtung ändert sich die Lage des Punkts nicht. Bei einer praktischen Ausführungsform können der erste Stellantrieb und der zweite Stellantrieb von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben werden. Über ein Getriebe, zum Beispiel über ein mechanisches Getriebe, kann die Drehzahl des gemeinsamen Antriebsmotors, der mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, in zwei Abtriebsdrehzahlen übersetzt werden, die geringfügig (z.B. um 1 - 4 %) voneinander abweichen können. Hierdurch ergibt sich dann eine kontinuierliche Neigungsverstellung. Bei gleichen Abtriebsdrehzahlen ergibt sich ein konstanter Neigungswinkel, der durch Verdrehen der Getriebeausgangswellen zueinander verstellbar sein kann.
Bei einer anderen Ausführungsform können der erste Stellantrieb für die Drehung des ersten Lagers, insbesondere des ersten Lagerhalters, und der zweite Stellantrieb zur Drehung der Verbindungswelle mit den zwei Zwischenlagern numerisch gesteuert sein, so dass während des Schleifvorgangs vordefinierte Programme ablaufen können, die die Bewegung der
Schleifscheibe vorgeben. Insbesondere wird die Verbindungswelle während eines Schleifvorgangs in Bezug auf die zwei Lagerhalter mindestens einmal um einen Betrag von 180° gedreht. Während dieses Vorgangs durchläuft die Neigung der Schleifscheibe den gesamten Neigungsbereich von 0° bis zum maximalen Neigungswinkel (bei dem oben beschriebenen Beispiel 8°). Dabei wird die gesamte Anordnung mit den zwei Lagerhalten und der Verbindungswelle kontinuierlich gedreht, so dass bei langsam zunehmender oder abnehmender Neigung die Schleifscheibe in schneller Folge derart taumelt, dass ihre Kontaktlinien mit dem Werkstück Kegelflächen mit unterschiedlicher Neigung bilden. Am Ende der Bearbeitung entsteht auf der Oberfläche des Werkstücks eine Spiralförmige Linie aufeinanderfolgender Bearbeitungspunkte, die zusammen näherungsweise eine kugelkalottenförmige Fläche bilden. Die Schleifscheibe wird zur Bearbeitung der Oberfläche des Werkstücks mit einer sehr viel höheren Drehzahl als die Verbindungswelle oder die Lagerhalter gedreht.
In der Praxis kann ferner ein Andrückantrieb vorgesehen sein, mit dem die Schleifscheibe gegen das Werkstück gedrückt wird. Der Andrückantrieb verlagert die Schleifscheibe im
Wesentlichen parallel zur zweiten Drehachse der Verbindungswelle. Vorzugsweise wird während der Bearbeitung des Werkstücks die Leistung und damit das Drehmoment des Schleifantriebs erfasst. Der Andrückantrieb kann derart gesteuert werden, dass bei Erreichen eines vorbestimmten Werts des Drehmoments des Schleifscheibenantriebs der Andrückantrieb angehalten wird. Der Andrückantrieb kann in praktischen Ausführungsfor- men von einem beliebigen Linearantrieb gebildet werden, der das Widerlager für den Haltering in Richtung der zweiten Drehachse der Verbindungswelle verlagert. Beispielsweise hat sich eine Gewindespindel mit einer motorisch antreibbaren Stellmutter als Andrückantrieb in der Praxis bewährt. Die Andrückkraft des Andrückantriebs ist über den Reibkoeffizienten der Schleifscheibe proportional zum Drehmoment des Schleifscheibenantriebs. Mit geeigneten Antriebsmotoren lässt sich die Leistung und damit das Drehmoment des Schleifscheibenantriebs auf einfache Weise aus den Werten der von dem Antriebsmotor aufgenommenen Ströme und Spannungen ermitteln. Eine Steuerung des Andrückantriebs über diesen Drehmomentwert ist folglich sehr präzise und stellt eine optimale Andrückkraft zur Bearbeitung der Werkstückoberfläche sicher.
Der Andrückantrieb hat zusätzlich den Vorteil, dass die Schleifscheibe nicht ortsfest ist und gegen das Werkstück bewegt werden kann. Es ist in diesem Fall lediglich erforderlich, das Werkstück in eine vorbestimmte Position zu bringen und die Schleifscheibe mit dem Andrückantrieb gegen das Werkstück zu bewegen. Beim Bearbeiten der gegenüberliegenden Elektro- den einer Schweißzange reicht es, mit einem Roboterarm, der die Schweißzange trägt, die Elektroden auf eine bestimmte Position auf beiden Seiten der Schleifscheibe zu bewegen. Die Verlagerung der Schleifscheibe zum Beginnen und Durchführen des Schleifvorgangs an den zwei Schweißelektroden kann dann durch den Andrückantrieb erfolgen, so dass der Roboterarm nicht aufwändig zu Programmieren ist, um die Relativbewegung zwischen Elektroden und Schleifscheibe während des Schleifvorgangs zu veranlassen. Zudem ist der Aufbau der vorgeschlagenen Vorrichtung mit einem ersten Lager, das zur Erzeugung der Kegelfläche an der Stirnseite des Werkstücks mittels der Lagerdrehvorrichtung um die zweite Drehachse drehbar ist, sehr kompakt. Sie kann in beliebigen Orientierungen angeordnet werden, so dass sie jeweils dort in einer Fertigungshalle angebracht werden kann, wo die Platzverhältnisse am günstigsten sind. Außerdem kann die Vorrichtung auch mit einer liegenden Drehachse der Schleifscheibe angeordnet werden. Die Oberfläche der Schleifscheibe verläuft dann etwa senkrecht. Dies hat den Vorteil, dass Schleifstaub sich nicht auf der Oberfläche der Schleifscheibe sammelt sondern herunterfällt. Die Gefahr eines Verschmutzens der Schleifscheibenoberfläche wird dadurch reduziert.
In Bezug auf das Verfahren wird die Erfindung dadurch gelöst, dass das erste Lager für die Schleifscheibe um eine zweite Drehachse gedreht wird, wobei die erste Drehachse zur zweiten Drehachse geneigt ist, so dass die Schleifscheibe schräg gegen die Oberfläche des Werkstücks anliegt und beim Drehen um die zweite Drehachse eine im Wesentlichen konische Fläche an dem Werkstück anschleift, wenn dieses mit der Schleifscheibenoberfläche im Abstand zur zweiten Drehachse in Kontakt steht. In der Praxis kann das erste Lager durch eine Positionsverstellvorrichtung im Wesentlichen entlang der zweiten Drehachse bewegt werden. Ferner kann in der Praxis mittels einer Neigungsverstellvorrichtung der Betrag des Neigungswinkels zwischen der ersten Drehachse und der zweiten Drehachse verstellt werden.
Schließlich kann die Positionsverstellvorrichtung mit der Neigungsverstellvorrichtung gekoppelt sein, so dass die Positionsverstellvorrichtung eine mit der Drehung des ersten Lagers um die zweite Drehachse gekoppelte, periodische Lagerbewegung mit einer Amplitude bewirkt, die bei zunehmendem Neigungswinkel zunimmt. Insbesondere bei einer Koppelung der oben beschriebenen Art führt die Lagerscheibe eine Bewegung aus, bei der mit einer vollständigen Drehung des ersten Lagers um die zweite Drehachse die Kontaktlinien der Schleifscheibe mit dem Werkstück eine kegelförmige Schar bilden, wobei der Kegelwinkel mit dem Neigungswin- kel zunimmt.
Bei einem ersten Schleifvorgang kann die erste Seite der Schleifscheibe gegen ein erstes Werkstück drücken und bei einem zweiten Schleifvorgang kann die zweite, gegenüberliegende Seite der Schleifscheibe gegen ein zweites Werkstück drücken. Dies ist insbesondere beim Schleifen der zwei einander gegenüberliegenden Schweißelektroden an einer Schweißzange von Vorteil. Die Schweißzange kann in geöffneter Stellung derart der Schleifvorrichtung zugeführt werden, dass die Stirnseite der ersten Elektrode der ersten Seite der ebenen
Schleifscheibe zugewandt ist und die Stirnseite der zweiten Elektrode der zweiten Seite. Nun kann der Andrückantrieb die Schleifscheibe zunächst in einer ersten Richtung parallel zur zweiten Drehachse zur ersten Elektrode hin verlagern und solange gegen die erste Elektrode drücken, bis diese vollständig durch die Schleifscheibe bearbeitet ist und ihre Stirnseite die gewünschte konische oder bei Veränderung des Winkels kappenförmige Form erhalten hat. Anschließend kann der Andrückantrieb die Schleifscheibe in der entgegengesetzten Richtung parallel zur zweiten Drehachse zur zweiten Elektrode hin verlagern und solange gegen die zweite Elektrode drücken, bis diese vollständig durch die Schleifscheibe bearbeitet ist. Ein Betätigen oder Bewegen der Schweißzange ist während dieses gesamten Vorgangs nicht erforderlich.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schleifvorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Draufsicht der Schleifvorrichtung aus Fig. 1. Fig. 3 und 4 zeigen eine geschnittene Seitenansicht und eine Vorderansicht der Schleifvorrichtung aus den vorangehenden Figuren mit maximaler Schrägstellung der Schleifscheibe, entsprechend der Fig. 1.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen eine geschnittene Seitenansicht und eine Vorderansicht der Schleifvorrichtung aus den vorangehenden Figuren mit mittlerer Schrägstellung der Schleifscheibe.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine geschnittene Seitenansicht und eine Vorderansicht der Schleifvor- richtung aus den vorangehenden Figuren mit minimaler Schrägstellung der Schleifscheibe.
Fig. 9 zeigt eine isolierte perspektivische Darstellung des Andrückantriebs.
Fig. 10 zeigt eine isolierte perspektivische Darstellung der Antriebe für die Verbindungswelle und die Koppungswelle.
Fig. 1 1 zeigt eine isolierte perspektivische Darstellung des Schleifscheibenantriebs.
Fig. 12 zeigt eine schematische Skizze einer vereinfachten Form der Stellantriebe für die Lagerdrehung und für die Neigungsverstellung.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Schleifvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks, im vorliegenden Fall einer Schweißelektrode 6 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mittels einer Schleifscheibe 7. Die ebene Schleifscheibe 7 weist eine Oberseite und eine Unterseite auf, die zueinander parallel und senkrecht zur Drehachse verlaufen und die abrasives Material aufweisen. Sowohl die ebene Oberseite als auch die ebene Unterseite können eine Schleiffläche der Schleifscheibe 7 bilden. Die Schleifscheibe 7 besteht vorzugsweise aus einem elastischen Grundstoff, in den abrasives Material eingelagert ist. Die Schweißelektrode 6 ist üblicherweise an einem Elektrodenhalter einer Schweißzange befestigt, welche von einem Roboterarm getragen wird. Der Roboterarm kann die Schweißzange in verschiedene Positionen im Raum bewegen, unter anderem in die Position, in der die Schweißelektrode 6 die Schleifscheibe 7 wie in Fig. 1 gezeigt kontaktiert. Eine Schweißzange weist üblicherweise zwei gegeneinander drückbare Schweißelektroden an zwei einander gegenüberliegenden Elektrodenhaltern auf. Die zweite Elektrode am unteren Elektrodenhalter kann von unten gegen die Unterseite der Schleifscheibe 7 gedrückt werden. Schweißzange und Elektrodenhalter sind in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt.
Die gesamte Vorrichtung ist auf einem Montagegestellt mit einer oberen Montageplatte 42 und einer unteren Montageplatte 43 montiert (s. Fig. 2). Die zwei Montageplatten 42,43 sind durch vier Streben 44-47 im Bereich der Ecken der Montageplatten 42, 43 miteinander verbunden. Die unteren Enden der Streben 44-47 bilden Standfüße des Montagegestells.
Die Schleifscheibe 7 wird mittels eines ersten Lagers 8 um eine erste Drehachse 1 drehbar gelagert. Das erste Lager 8 ist an einem ersten Lagerhalter 9 angeordnet, der an dem oberen Ende einer hohlen Verbindungswelle 10 befestigt ist. Am unteren Ende der Verbindungswelle 10 befindet sich ein zweiter Lagerhalter 1 1 mit einem zweiten Lager 12. Das zweite Lager 12 lagert einen Haltering 13 um eine dritte Drehachse 3 drehbar zur Verbindungswelle 10. An dem Haltering 13 ist ein Befestigungszapfen 14 befestigt, der schwenkbar und axial verschiebbar in einem Widerlager 15 aufgenommen ist. Das Widerlager 15 besteht aus einer Kugel mit
Gelenkauge, in das der Befestigungszapfen 14 axial verschiebbar eingesteckt ist. Der Befestigungszapfen 14 ist z.B. durch einen Presssitz, eine Gewindeverbindung oder eine Verklebung fest mit dem Haltering 13 verbunden. Das Widerlager 15 ist an einer Hubstange 16 befestigt, die durch einen Linearantrieb 17 nach oben und unten und folglich parallel zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 bewegt werden kann. Mittels dieser Hubstange 16 wird die Schleifscheibe 7 auf das Werkstück 6 zu oder von dem Werkstück 6 fort bewegt. Der Linearantrieb 17 bildet folglich einen Andrückantrieb, der die Schleifscheibe 7 gegen das Werkstück 6 drückt. Im vorliegenden Fall wird die Hubstange 16 des Linearantriebs 17 von einer Gewindespindel gebildet, die in einer drehbaren Spindelmutter 30 gehalten ist. Ein Antriebsmotor 31 dreht über einen Zahnriemen 32 und ein Zahnrad eine Riemenscheibe 40 auf der Spindelmutter 30 und bewirkt so ein Anheben und Absenken der Hubstange 16. Der Antriebsmotor 31 mit Zahnriemen 32 und Linearantrieb 17 mit Hubstange 16 sind isoliert in Fig. 9 dargestellt.
Die zwei Lagerhalter 9 und 1 1 sind über eine Kopplungswelle 18 miteinander verbunden. Die Kopplungswelle 18 ist ihrerseits hohl und innerhalb der Verbindungswelle 10 angeordnet.
Durch die Kopplungswelle 18 ist gewährleistet, dass die Drehbewegungen der zwei Lagerhalter 9 und 1 1 miteinander gekoppelt sind. Dreht sich einer der zwei Lagerhalter 9 und 1 1 um einen Winkelbetrag in eine Richtung, wird der andere um den gleichen Betrag in die gleiche Richtung mitgedreht. Die Enden der Kopplungswelle 18 sind über geschlitzte, elastische Verbindungselemente 19, 20 mit den Lagerhaltern 9 und 1 1 verbunden, weil mittels einer weiter unten beschriebenen Neigungsverstellvorrichtung der Winkel zwischen der Kopplungswelle 18 und den Lagerhaltern 9 und 1 1 verändert wird. Die Verbindungselemente 19, 20 können alternativ als Kardangelenke ausgebildet sein.
Wenn die Verbindungswelle 10 synchron mit der Kopplungswelle 18 und den beiden daran befestigten Lagerhaltern 9 und 1 1 mit einer einheitlichen Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, ist zu erkennen, dass die erste Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 sich auf einer Kegelfläche um die zweite Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 bewegt. Dabei verändert sich die Orientierung der gegen das Werkstück 6 anliegenden Oberfläche der Schleifscheibe 7. Gleichzeitig dreht sich die dritte Drehachse 3 des zweiten Lagers 12 am Haltering 13, so dass dieser seine Orientierung im Raum ändert. Der mit dem Haltering 13 fest verbundene Befestigungszapfen 14 stützt sich in dem Widerlager 15 ab. Hierbei führt der Haltering 13 eine taumelnde Bewegung aus, die im Wesentlichen der taumelnden Bewegung der Schleifscheibe 7 entspricht. Da der Befestigungszapfen 14 des Halterings 13 in dem Widerlager 15 gelagert ist, wird hierbei die Verbindungswelle 10 angehoben und abgesenkt. In der dargestellten Position befindet sich die Verbindungswelle 10 an ihrer obersten Position, so dass sie bei weiterem Drehen der Lagerhal- ter 9 und 1 1 abgesenkt wird.
Aufgrund der gewählten Geometrie, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Neigung der ersten Drehachse 1 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 den gleichen Betrag aber eine entgegengesetzte Orientierung in Bezug auf die Neigung der dritten Drehachse 3 des Halterings 13 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 aufweist, wird auf der dem Widerlager 15 gegenüberliegenden Seite ein Punkt 21 im Bereich der Schleifscheibe 7 erzeugt, der sich während der Drehung der Lagerhalter 9 und 1 1 in einer konstanten Höhe befindet. Die Schleifscheibe 7 taumelt um diesen Punkt 21 , so dass sie bei einer vollen Umdrehung der Lagerhalter 9 und 1 1 das Werkstück 6 auf einer Kegelfläche mit stumpfem Kegelwinkel bearbeitet. Die Schar der Kontaktlinien der Schleifscheibe 7 mit der zylindrischen Schweißelektrode, welche das Werkstück 6 bildet, ergibt die Kegelfläche mit der Kegelachse in dem Punkt 21 .
Die Verstellung des Kegelwinkels der angeschliffenen Oberfläche des Werkstücks 6 wird dadurch erreicht, dass die Neigung der ersten Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 variiert werden kann. Hierzu ist der erste Lagerhalter 9 über ein erstes Zwischenlager 22 an der Verbindungswelle 10 drehbar gelagert. Das erste Zwischenlager 22 weist eine vierte Drehachse 4 auf, welche ihrerseits zu der zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 geneigt ist. In dem Lagerhalter 9 sind folglich zwei Lager angeordnet, nämlich das erste Lager 8, dessen innerer Lagerring an der Schleifscheibe 7 befestigt ist, und das erste Zwischenlager 22, dessen innerer Lagerring an der Verbindungswelle 10 befestigt ist. Die Lagerebene des ersten Zwischenlagers 22 ist zur horizontalen Ebene, das heißt zur radialen Ebene senkrecht auf die zweite Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 um 4° verschwenkt. Folglich ist die vierte Drehachse 4 des ersten Zwischenlagers 22 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 um 4° verschwenkt.
Die Ebene des ersten Lagers 8 ist zur Ebene des ersten Zwischenlagers 22 wiederum um 4° verschwenkt. Folglich ist die erste Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 zur vierten Drehachse 4 des ersten Zwischenlagers 22 ebenfalls um 4° verschwenkt. In der in Fig. 1 dargestellten Position der Verbindungswelle 10 und des Lagerhalters 9 addieren sich diese Schrägstellungen, so dass die gesamte Schrägstellung der ersten Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 zur vertikalen zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 einen Winkel von 8° aufweist. Die Fig. 1 sowie die Figuren 3 und 4 zeigen diese Stellung, bei der die Schleifscheibe 7 die maximale Neigung zur waagerechten und radialen Ebene der Verbindungswelle 10 aufweist. Alle Drehachsen 1-5 erstrecken sich in der Schnittebenen der Figuren 1 und 3. Die Projektionen dieser Drehachsen 1 -5 liegen folglich in der um 90° gedrehten Schnittebene der Fig. 4 auf einer Geraden. Bei einem Umlauf der Verbindungswelle 10 bewegt sich die Kontaktlinie der oberen Oberfläche der Schleifscheibe 7 mit dem Werkstück 6 entlang einer Kegelfläche mit einem Öffnungswinkel von 164°.
Die Verbindungswelle 10 kann in Bezug auf den ersten Lagerhalter 9 verdreht werden. Bei einer Verdrehung um 90° halbiert sich die Schrägstellung der ersten Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 zur vertikalen zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10. Diese Position ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. In diesen Figuren erstrecken sich die Drehachsen 1 , 3 4 und 5 in vertikalen Ebenen, die jeweils um 45° zu den Schnittebenen in Fig. 5 und Fig. 6 geschwenkt sind. Die Projektion der vierten Drehachse 4 des Zwischenlagers 22 in die Schnittebene der Fig. 5 weist eine Neigung zur zweiten, vertikalen Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 von 2° auf. Die Projektion der ersten Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 in die Schnittebene der Fig. 5 weist zur Projektion der zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 ebenfalls einen Winkel von 2° auf, so dass die gesamte Neigung der Schleifscheibe 7 zur waagerechten radialen Ebene der Verbindungswelle 10 in der Schnittebene der Fig. 5 einen Winkel von 4° aufweist.
In der um 90° gedrehten Schnittebene der Fig. 6 weist die Projektion der vierten Drehachse 4 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 einen Winkel von 2° auf und die Projektion der ersten Drehachse 1 zur vierten Drehachse 4 weist ebenfalls einen Winkel von 2° aber in die entgegengesetzte Richtung auf. Diese Schrägstellungen heben einander auf, so dass die Projektion der Drehachse 1 in Fig. 6 senkrecht verläuft. Die tatsächliche Schrägstellung der Schleifscheibe 7 zur waagerechten Ebene entspricht den in Fig. 5 dargestellten 4°. Folglich bewegt sich bei einem Umlauf der Verbindungswelle 10 und gleichzeitigem synchronem Drehen des Lagerhalters 9 die Kontaktlinie der Schleifscheibe 7 mit dem Werkstück 6 entlang einer Kegelfläche mit einem Öffnungswinkel von 172°. Wird die Verbindungswelle 10 in Bezug auf den ersten Lagerhalter 9 weiter verdreht reduziert sich die Schrägstellung weiter. In den Figuren 7 und 8 ist die Schleifvorrichtung bei einer weiteren Verdrehung der Verbindungswelle 10 zum Lagerhalter 9 um 90° dargestellt, so dass die Verbindungswelle 10 in Bezug auf Ihre Position zum Lagerhalter 9 in Fig. 1 oder 3 um 180° verdreht ist. Nun erstrecken sich alle Drehachsen 1 , 2 und 4 wieder in der vertikalen Schnitt- ebene der Fig. 7. Ihre Projektion auf die um 90 hierzu gedrehte Schnittebene der Fig. 8 liegt wieder auf einer Linie. In dieser Stellung sind die Neigungen der vierten Drehachsen 4 des Zwischenlagers 22 und der zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 bei gleichem Betrag in entgegengesetzte Richtungen gerichtet. Die vierte Drehachse 4 des ersten Zwischenlagers 22 ist zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 nach rechts geneigt. Dagegen ist die erste Drehachse 1 des ersten Lagers 8 zur vierten Drehachse 4 des ersten Zwischenlagers 22 in die entgegengesetzte Richtung nach links geneigt. Beide Neigungen heben sich auf, so dass die erste Drehachse 1 des ersten Lagers 8 für die Schleifscheibe 7 im Wesentlichen parallel zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 verläuft. In diesem Fall weist die Neigung zwischen der Oberfläche der Schleifscheibe 7 und der Stirnfläche des Werkstücks 6 einen
Winkel von 0° auf. Unter der Voraussetzung, dass die zweite Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 und damit auch die hierzu parallele erste Drehachse 1 senkrecht verläuft, liegt in diesem Fall die Schleifscheibe 7 waagerecht, das heißt in einem Winkel von 90° zu den Drehachsen 1 und 2. In dieser Relativposition von Verbindungswelle 10 und Lagerhalter 9 und 1 1 zueinander ändert sich auch nicht die Höhe des Punkts 21 im Bereich der Schleifscheibe 7, wenn die
Lagerhalter 9, 1 1 gedreht werden, weil der Haltering 13 in einer waagerechten Ebene drehbar gelagert ist.
Entsprechend ist der zweite Lagerhalter 1 1 über ein zweites Zwischenlager 23 um eine fünfte Drehachse 5 drehbar an der Verbindungswelle 10 befestigt. Die fünfte Drehachse 5 weist zur zweiten Drehachse 2 der Zwischenwelle 10 einen Winkel von 4° auf und auch die dritte
Drehachse 3 des zweiten Lagers 12 im Lagerhalter 1 1 weist zur fünften Drehachse 5 des zweiten Zwischenlagers 23 einen Winkel von 4° auf. Durch die Drehkopplung der zwei
Lagerhalter 9 und 1 1 mittels der Kopplungswelle 18 ist gewährleistet, dass sich die Drehachse 1 des ersten Lagers 8 und die Drehachse 3 des zweiten Lagers 12 zu jederzeit in der gleichen vertikalen Ebene erstrecken.
Auch die Lagerinnenschalen des ersten Zwischenlagers 22 und des zweiten Zwischenlagers 23, welche jeweils am oberen und am unteren Ende der Verbindungswelle 10 mit einer Neigung von 4° zur radialen Ebene der Verbindungswelle 10 befestigt sind, sind durch die Verbindungswelle 10 in Drehrichtung miteinander gekoppelt. Durch Drehen der Verbindungswelle 10 werden beide Lagerinnenringe der Zwischenlager 22 und 23 synchron gedreht. Auch ihre Drehachsen 4 und 5 befinden sich zu jederzeit in der gleichen vertikalen Ebene, wobei die Ebene der Drehachsen 4 und 5 der Zwischenlager 22 und 23 zur Ebene der Drehachsen 1 und 3 durch Drehen der Kopplungswelle 18 in Bezug auf die Zwischenwelle 10 verdreht werden kann.
Bei in den Zeichnungen vertikaler Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 nimmt die Ebene des untersten zweiten Lagers 12 zu jeder Zeit eine Neigung zur Horizontalen ein, deren Betrag dem der Neigung des ersten Lagers 8 für die Schleifscheibe 7 zur Horizontalen entspricht, aber in eine entgegengesetzte Richtung weist. Dies führt wiederum zu dem oben erläuterten Effekt, dass unabhängig davon, welche Neigung mittels der Neigungsverstellvorrichtung durch Verdrehen der Verbindungswelle 10 in Bezug auf die zwei Lagerhalter 9 und 1 1 an der Kopplungswelle 18 eingestellt wird, der Punkt 21 im Bereich der Schleifscheibe 7 bei feststehendem Widerlager 15 sich stets auf gleicher Höhe befindet.
Durch die Neigungsverstellvorrichtung wird die Neigung der Schleifscheibe 7 zum Werkstück 6 verstellt. Es ist möglich, mit einer kontinuierlich taumelnden Schleifscheibe 7, deren Neigungs- winkel langsam und stetig zwischen dem minimalen Wert (0°) und dem maximalen Wert (8°) verstellt wird, eine kugelkalottenförmige Oberfläche auf der feststehenden Schweißelektrode 6 zu erzeugen.
Während dieses Vorgangs ist stets sichergestellt, dass ein guter Schleifkontakt zwischen der Schleifscheibe 7 und dem Werkstück 6 besteht, da der Andrückantrieb 17 die Schleifscheibe 7 mit konstanter Kraft, geregelt über ein konstantes Drehmoment des Schleifscheibenantriebs 24, gegen das Werkstück 6 drückt.
Der Schleifscheibenantrieb 24 ist in Fig. 1 1 isoliert dargestellt. Er besteht aus einem Elektromo- tor 24, der die innerhalb der Kopplungswelle 18 verlaufende Antriebswelle 25 über einen Zahnriemen 33 antreibt. Die Drehgeschwindigkeit der Schleifschiebe 7 beträgt ein vielfaches der Drehgeschwindigkeit der Kopplungswelle 18 oder der Verbindungswelle 10.
Schließlich sind in Fig. 10 die Antriebe für die Verbindungswelle 10 und die Kopplungswelle 18 dargestellt. Oberhalb des zweiten Lagerhalters 1 1 ist auf der Verbindungswelle 10 ein erstes Zahnrad 26 befestigt (siehe Fig. 1 ). Das erste Zahnrad 26 kämmt über zwei auf einer gemeinsamen Welle 41 angeordnete Zwischenzahnräder 27, 28 mit einem ersten Antriebszahnrad 29 auf der Motorwelle eines ersten elektrischen Antriebsmotors 34. Folglich bildet der elektrische Antriebsmotor 34 den ersten Stellantrieb zum Drehen der Verbindungswelle 10 um ihre Drehachse 2. Das erste Antriebszahnrad 29 weist eine längliche Zahnung auf und kämmt mit dem vertikal verschiebbaren Zwischenzahnrad 28. Die zwei vertikal verschiebbaren Zwischenzahnräder 27, 28 werden durch den Andrückantrieb 17 in vertikaler Richtung, also parallel zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 verschoben. Am unteren Ende der Kopplungswelle 18 unterhalb des Halterings 13 ist ein zweites Zahnrad 35 befestigt (s. Fig. 1 ), das über Zwischenzahnräder 36,37 (Fig. 10) mit einem zweiten
Antriebszahnrad 38 auf der Motorwelle eines zweiten elektrischen Antriebsmotors 39 kämmt. Das zweite Antriebszahnrad 38 weist ebenfalls eine längliche Zahnung auf und kämmt mit dem vertikal verschiebbaren Zwischenzahnrad 37, das fest mit dem Zwischenzahnrad 36 verbunden ist. Auch dieses Paar Zwischenzahnräder 36, 37 wird durch den Andrückantrieb 17 in vertikaler Richtung, also parallel zur Achse der Verbindungswelle 10 und der Kopplungswelle 18 verschoben. Die zwei elektrischen Antriebsmotoren 34, 39 sind computergesteuert. Sie können sich entweder mit gleicher Drehgeschwindigkeit oder mit voneinander abweichender Drehgeschwindigkeit drehen.
Wenn beide Wellen, nämlich die Verbindungswelle 10 und die Kopplungswelle 18, mit gleicher Drehgeschwindigkeit gedreht werden, ergibt sich bei konstantem Neigungswinkel der ersten Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 die taumelnde Bewegung der Schleifscheibe 7 mit konstanter Neigung zur Horizontalen, und durch die Positionsverstellvorrichtung mit dem Haltering 13 wird die Höhenposition der Schleifscheibe 7 synchron zur taumelnden Bewegung gesteuert, so dass die Schleifscheibe 7 einen Konus um den Punkt 21 auf der Oberfläche der Schleifscheibe 7 herum bearbeitet.
Drehen die zwei Zahnräder 26 und 35 sich mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit, so dreht sich auch die Kopplungswelle 18 zur Verbindungswelle 10. Dadurch ändert sich periodisch der Neigungswinkel der ersten Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 und folglich auch der dritten Drehachse 3 des Halterings 13 zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10. Hierdurch ändert sich, wie erläutert, der Winkel des Konus, der um den Punkt 21 auf der Oberfläche der Schleifscheibe 7 geschliffen wird. Die an dem Werkstück 6 erzeugte Oberfläche kann dadurch variiert werden und beispielsweise bei einer langsam und kontinuierlichen Winkeländerung an die Form einer Kugelkalotte angenähert werden.
Der zweite Antriebsmotor 39 bildet folglich den zweiten Stellantrieb, der eine Verdrehung der Verbindungswelle 10 gegenüber der Kopplungswelle 18 bewirken kann, an deren Enden der erste Lagerhalter 9 und der zweite Lagerhalter 1 1 befestigt sind. Diese Verdrehung wird dadurch erreicht, dass der zweite Stellantrieb 39 mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit dreht als der erste Stellantrieb. Bei gleicher Winkelgeschwindigkeit erfolgt keine Verdrehung.
Es sei angemerkt, dass die zweite Drehachse 2 der Verbindungswelle nicht wie in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vertikal verlaufen muss. Wenn die zweite Drehachse 2 beispielsweise horizontal verläuft, verläuft die Oberfläche der Schleifscheibe 7 im Betrieb mit einer geringen Neigung zur senkrechten Ebene, also aufrecht, so dass Schleifstaub sich nicht auf der Oberfläche ablagert. Bei einer Änderung der Ausrichtung der zweiten Drehachse 2 ändern sich natürlich die Bedeutung der in dieser Zeichnungsbeschreibung verwendeten Begriffe "oben", "unten", "rechts", "links", "senkrecht" und "waagerecht" derart, dass das obere Ende der zweiten Drehachse z.B. das Ende nahe der Schleifscheibe ist und "senkrecht" parallel zur zweiten Drehachse 2 bedeutet. Auch sind die Schrägstellungswinkel zwischen den Drehachsen der Zwischenlager und der Verbindungswelle bzw. zwischen den Drehachsen der der Lager und der Zwischenlager nicht auf die 4°des Ausführungsbeispiels beschränkt sondern können in weiten Winkelbereichen variiert werden.
Da der Kontakt zwischen der Schleifscheibe 7 und dem Werkstück 6 zur Erzeugung einer konischen oder kugelkalottenförmigen Oberfläche auf dem Werkstück 6 immer im Bereich des Punktes 21 entsteht, besteht die Gefahr, dass auf der Schleifscheibe 7 im Bereich des Punktes 21 eine ausgeprägt Rille entsteht. Diesem Effekt wird bereits dadurch entgegen gewirkt, dass das Werkstück 6 in Bezug auf die zweite Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 fest steht, die erste Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 aber zur zweiten Drehachse 2 geneigt ist und um diese zweite Drehachse 2 gedreht wird. Dabei verläuft die zweite Drehachse 2 nicht durch den Mittelpunkt der Schleifscheibe 7, so dass sich der Mittelpunkt der Schleifscheibe 7 kreisförmig um die zweite Drehachse 2 bewegt. Dies hat zur Folge, dass der radiale Abstand des Werkstücks 6 zum Mittelpunkt der Schleifscheibe 7 sich bei dieser Drehung periodisch leicht ändert und dass die beim Schleifen wirksame Oberfläche der Schleifscheibe 7 sich über einen breiteren ringförmigen Streifen auf der Schleifscheibe 7 erstreckt. Folglich ist der Verschleiß auch über einen recht breiten Bereich der Schleifscheibe 7 verteilt. Diese Bewegung der Schleifscheibe 7 zur Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 ist auch an dem gegenüberliegenden Ende der Verbindungswelle 10 durch eine Bewegung des Halterings 13 zu beobachten. Sie wird durch die axiale Verschiebbarkeit des Befestigungszapfens 14 im Widerlager 15 kompensiert. Um den Verschleiß über einen noch größeren Bereich der Schleifscheibe 7 zu verteilen, kann während des Schleifvorgangs der Andrückantrieb 17 verwendet werden. Das Werkstück 6 kann während des Schleifens oder bei aufeinanderfolgenden Schleifvorgängen zum Punkt 21 radial verschoben werden. Die Schleifscheibe 7 weist auch in einem Abstand zum Punkt 21 den jeweiligen mit den oben genannten Versteilvorrichtungen eingestellten Winkel zur radialen Fläche des Werkstücks 6 auf. Da der Höhenausgleich mittels des Halterings 13 aber auf den Punkt 21 ausgelegt ist, wird bei einem zum Punkt 21 verschobenen Werkstück 6 die Höhenkompensation nicht mehr funktionieren. Dies hat bei feststehendem Widerlager 15 zur Folge, dass die Schleifscheibe 7 je nach Stellung der verschiedenen Versteilvorrichtungen von dem Werkstück 6 abhebt oder mit zu großer Kraft gegen das Werkstück 6 gedrückt wird. Diese falsche Höhenlage der Schleifscheibe 7 kann durch den Andrückantrieb 17 ausgeglichen werden. Wie bereits erwähnt, kann der Andrückantrieb 17 so gesteuert werden, dass jederzeit ein vorbestimmtes Drehmoment des Schleifscheibenantriebs 24 herrscht. Der Andrückantrieb 17 verlagert dabei das Widerlager 15 derart, dass die Schleifscheibe 7 jederzeit mit optimaler Andrückkraft gegen das Werkstück 6 gedrückt wird. Durch das Verlagern der Symmetrieachse des Werkstücks 6 zu dem Punkt 21 wird der Verschleißbereich der Schleifscheibe 7 vergrößert und die Standzeit der Schleifscheibe 7 erhöht.
In den Zeichnungen wird das Werkstück 6 ausschließlich gegen die obere Seite der Schleif- scheibe 7 gedrückt. Es ist zu beachten, dass das Werkstück 6 auch gegen die untere Seite der Schleifscheibe 7 gedrückt werden kann, wobei das Werkstück 6 auch entlang einer Konusfläche, ggf. mit verstellbarem Winkel, bearbeitet wird. In der Praxis weist eine Schweißzange zwei Elektroden, die nach einander von beiden Seiten gegen die Schleifscheibe 7 gedrückt werden. Beim Bearbeiten der oberen Schweißelektrode 6 kann diese wie in den Zeichnungen darge- stellt von oben gegen die Schleifscheibe 7 gedrückt werden. Wird die unteren Schweißelektrode geschliffen, kann sie von unten gegen die Schleifscheibe 7 gedrückt werden. Dabei können die Schweißelektroden mit der Schweißzange auf beiden Seiten der Schleifscheibe 7 positioniert werden, wobei der Andrückantrieb 17 die Schleifscheibe 7 parallel zur zweiten Drehachse 2 der Verbindungswelle 10 verlagert und so zuerst eine Seite der Schleifscheibe gegen eine der Schweißelektroden und danach die zweite, gegenüberliegende Seite der Schleifscheibe 7 gegen die zweite Schweißelektrode drückt.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform der Erfindung mit den zwei separaten Antriebsmotoren 34 und 39 einerseits zum Drehen Verbindungswelle 10, welche die Lagerdrehvorrichtung bildet, und andererseits zum Drehen der Kopplungswelle 18, deren Drehzahldifferenz zur Verbindungswelle 10 eine Neigungsverstellung bewirkt, ermöglicht die maximale Flexibilität durch numerische Steuerung der Antriebsmotoren 34 und 39. Die Schleifscheibe 7 kann gezielt nach beliebigen Bewegungsmustern innerhalb der Kinematik der Anordnung bewegt werden, um die gewünschte Bearbeitung des Werkstücks zu realisieren.
Es kann aber auch erforderlich sein, mit der oben beschriebenen Vorrichtung während der Lebensdauer der Vorrichtung ausschließlich einen Werkstücktyp in einer einzigen Bearbeitungsweise zu bearbeiten. Hierbei kann die Lagerdrehvorrichtung und die Neigungsverstellvorrichtung bei jedem Bearbeitungszyklus exakt dem gleichen Bewegungsmuster folgen. Dieses Bewegungsmuster kann in der Vorrichtung, beispielsweise durch eine mechanische Koppelung der angetriebenen Wellen 10 und 18 fest vorgegeben werden. Eine derartige Koppelung ist schematisch in Fig. 12 dargestellt. In diesem Fall können beide Stellantriebe 34' und 39' von den Getriebeausgangswellen eines Getriebes 49 gebildet werden, das von einem einzigen gemeinsamen Antriebsmotor 48 angetrieben wird. Der gemeinsame Antriebsmotor 48 treibt die Getriebeeingangswelle 50 an. Das Getriebe kann mit zwei nur geringfügig unterschiedlichen Zahnradsätzen versehen sein, welche die Drehung der Getriebeeingangswelle auf zwei Getriebeausgangswellen 34' und 39' übertragen. Die Getriebeeingangswelle 50 dreht sich mit der Drehzahl n0, die kleiner als die Drehzahlen n-ι und n2 der Getriebeausgangswellen sein kann. Durch Verwendung eines derartigen Untersetzungsgetriebes kann ein preiswerter Antriebsmotor 48 mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment verwendet werden. Die Drehzahl n-ι der ersten Getriebeausgangswelle 34' kann von der Drehzahl n2 der zweiten Getriebeausgangswelle 39' zum Beispiel um 1 % bis 4 % abweichen. Dadurch ergibt sich bei 100 Umdrehungen der ersten Getriebeausgangswelle 34' zwischen 1 und 4 Umdrehungen der ersten Getriebeeingangswelle 34' gegenüber der zweiten Getriebeeingangswelle 39'. Bei einer halben Umdrehung der ersten Getriebeeingangswelle 34' gegenüber der zweiten Getriebeeingangswelle 39' erfolgt eine Neigungsverstellung im gesamten Verstellbereich vom Minimalwert 0° bis zum Maximalwert 8°. Diese Verstellung ist mit 12,5 bis 50 Umläufen der Lagerdrehvorrichtung gekoppelt, so dass beim Durchlaufen des gesamten Verstellbereichs eine festgelegte Anzahl an Umläufen der Lagerdrehvorrichtung vorgegeben ist, welche zu spiralförmigen Schleifspuren auf dem Werkstück (Schweißelektrode) 6 mit unterschiedlichen Kegelwinkeln führt. Diese fest vorgegebene Bewegungskopplung von Lagerdrehvorrichtung und Neigungsverstellvorrichtung ist kostengünstig und stellt eine Elektrodenbearbeitung mit reproduzieraren Bewegungsabläufen und gleichbleibenden Bearbeitungsergebnissen sicher. Die zwei Getrie- beausgangswellen 34' und 39' können dann selbst über ein geeignetes Kopplungsmittel (z.B. Zahnrad, Zahnriemen etc.) mit der Verbindungswelle 10 und der Kopplungswelle 18 gekoppelt sein. Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, beide Getriebeausgangswellen 34' und 39' mit der gleichen Drehzahl drehen zu lassen, so dass ein konstanter Winkel bearbeitet wird. Dieser konstante Winkel kann beispielsweise manuell im Betrag dadurch geändert werden, dass die zwei Getriebeausgangswellen 34' und 39' zueinander verdreht werden.
Das Getriebe 49 kann aber auch als Überlagerungsgetriebe mit zwei Antriebsmotoren derart gestaltet sein, dass ein erster Motor das Drehmoment zum Antrieb der Verbindungswelle 10 und der Kopplungswelle 18 aufbringt und dass ein zweiter Motor den genannten Wellen 10 und 18 eine Drehzahldifferenz aufprägt. Diese Antriebsvariante besitzt alle Verstellmöglichkeiten der oben beschriebenen Lösung mit positionsgesteuerten Antrieben, kommt aber mit zwei einfachen, drehzahlgeregelten Motoren aus.
Beliebige andere Anriebsvarianten sind möglich, welche zum Einen eine Drehbewegung von Verbindungswelle 10 und Kopplungswelle 18 in bezug auf das Werkstück 6 und zum Anderen eine relative Drehbewegung der Verbindungswelle 10 und der Kopplungswelle 18 zueinander bewirken.
Es ist zu beachten, dass Angaben, die eine räumliche Ausrichtung beschreiben, wie z.B.
"oben", "unten", "rechts", "links", "senkrecht" und "waagerecht", sich lediglich auf die Darstellungen in den beigefügten Zeichnungen beziehen. In diesen Zeichnungen verläuft die zweite Drehachse 2 von oben nach unten, also senkrecht. In der Praxis kann die zweite Drehachse 2 eine beliebige Lage im Raum einnehmen. Die Orientierungen und Positionen der anderen Bauteile der Vorrichtung verlagern sich dann entsprechend. Dies ist einer der Vorteile der beschriebenen Schleifvorrichtung. Da eine Taumelbewegung der Schleifscheibe 7 lediglich durch ein Drehen der Lagerdrehvorrichtung um eine zur ersten Drehachse 1 der Schleifscheibe 7 geneigte zweite Drehachse 2 hervorgerufen wird und nicht durch ein Taumeln des Gehäuses des Antriebsmotors für die Schleifscheibe, kann die beschriebene Vorrichtung in beliebiger Orientierung im Raum angeordnet werden und an die gegebenen Platzverhältnisse angepasst werden. Insbesondere kann eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung der zweiten Drehachse 2 sinnvoll sein, bei der die Schleifscheibe 7 aufrecht steht und Schleifstaub durch die Schwerkraft herunter fällt. Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 erste Drehachse
2 zweite Drehachse
3 dritte Drehachse
4 vierte Drehachse
5 fünfte Drehachse
6 Werkstück, Schweißelektrode
7 Schleifscheibe
8 erstes Lager
9 erster Lagerhalter
10 Verbindungswelle
1 1 zweiter Lagerhalter
12 zweites Lager
13 Haltering
14 Befestigungszapfen
15 Widerlager
16 Hubstange
17 Linearantrieb, Andrückantrieb
18 Kopplungswelle
19 Verbindungsstück
20 Verbindungsstück
21 Punkt
22 erstes Zwischenlager
23 zweites Zwischenlager
24 Schleifscheibenantrieb, Elektromotor 25 Antriebswelle
26 erstes Zahnrad
27 erstes Zwischenzahnrad
28 zweites Zwischenzahnrad
29 erstes Antriebszahnrad
30 Spindelmutter
31 Antriebsmotor
32 Zahnriemen
33 Zahnriemen
34 elektrischer Antriebsmotor für Verbindungswelle, erster Stellantrieb
34' erste Getriebeausgangswelle, erster Stellantrieb
35 zweites Zahnrad
36 drittes Zwischenzahnrad
37 viertes Zwischenzahnrad
38 zweites Antriebszahnrad
39 elektrischer Antriebsmotor für Kopplungswelle, zweiter Stellantrieb
39' zweite Getriebeausgangswelle, zweiter Stellantrieb
40 Riemenscheibe
41 Welle
42 obere Montageplatte
43 untere Montageplatte
44-47 Streben
48 Antriebsmotor
49 Getriebe
50 Getriebeeingangswelle n0 Motordrehzahl
n-ι Drehzahl der ersten Getriebeausgangswelle
n2 Drehzahl der zweiten Getriebeausgangswelle

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schleifen von festen Werkstücken (6), mit
• einer ebenen Schleifscheibe (7),
· einem ersten Lager (8) zur drehbaren Lagerung der Schleifscheibe (7) um eine erste Drehachse (1 ),
• einem mit der Schleifscheibe (7) gekoppelten Schleifscheibenantrieb (24) zum Drehen der Schleifscheibe (7),
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (8) mittels einer Lagerdrehvorrichtung um eine zweite Drehachse (2) drehbar ist, wobei die erste Drehachse (1 ) zur zweiten Drehachse (2) geneigt ist, so dass die Schleifscheibe (7) schräg gegen die Oberfläche des Werkstücks (6) anliegt und beim Drehen um die zweite Drehachse (2) eine im Wesentlichen konische Fläche an dem Werkstück (6) anschleift, wenn dieses mit der Schleifscheibenoberfläche im Abstand zur zweiten Drehachse (2) in Kontakt steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Stellantrieb (34, 34') die Drehung des ersten Lagers (8) bewirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerdrehvorrich- tung einen ersten Lagerhalter (9) aufweist, in dem das erste Lager (8) angeordnet ist und der um die zweite Drehachse (2) drehbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehachse (2) um weniger als 15°, insbesondere weniger als 10° zur ersten Drehachse (1 ) geneigt ist, wobei vorzugsweise die untere und/oder die obere Oberfläche der Schleifscheibe (7) rechtwinklig zur ersten Drehachse (1 ) verläuft.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch eine Positionsverstellvorrichtung, die das erste Lager (8) im Wesentlichen in einer Richtung parallel zur zweiten Drehachse (2) bewegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsverstellvorrichtung folgendes aufweist:
• eine um die zweite Drehachse (2) drehbare Verbindungswelle (10), die axial verschieb- bar ist und mit dem ersten Lagerhalter (9) verbunden ist,
• einen zweiten Lagerhalter (1 1 ), der mit der Verbindungswelle (10) verbunden ist,
• einen Haltering (13) mit einem zweiten Lager (12), an dem der zweite Lagerhalter (1 1 ) um eine dritte Drehachse (3) drehbar gelagert ist, wobei die dritte Drehachse (3) zu der zweiten Drehachse (2) der Verbindungswelle (10) geneigt ist, • einen Befestigungszapfen (14), der an dem Haltering (13) befestigt ist und schwenkbar in an einem Widerlager (15) gelagert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Neigungs- Winkels zwischen der ersten Drehachse (1 ) und der zweiten Drehachse (2) dem Betrag des
Neigungswinkels zwischen der zweiten Drehachse (2) und der dritten Drehachse (3) entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungszapfen (14) in dem Widerlager (15) axial verschhiebbar gehalten ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch eine Neigungsverstellvorrichtung, mit der Betrag des Neigungswinkels zwischen der ersten Drehachse (1 ) und der zweiten Drehachse (2) verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsverstellvorrichtung folgendes aufweist:
• ein erstes Zwischenlager (22), mit dem der erste Lagerhalter (9) an der Verbindungswelle (10) um eine vierte Drehachse (4) drehbar befestigt ist;
• ein zweites Zwischenlager (23), mit dem der zweite Lagerhalter (1 1 ) an der Verbindungswelle (10) um eine fünfte Drehachse (5) drehbar befestigt ist,
• die vierte Drehachse (4) und die fünfte Drehachse (5) sind jeweils zur zweiten Drehachse (2) der Verbindungswelle (10) geneigt,
• einen zweiten Stellantrieb (39, 39'), der eine Drehung der Verbindungswelle (10) gegenüber dem ersten und zweiten Lagerhalter (9 und 1 1 ) bewirkt.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellantrieb (34') und der zweite Stellantrieb (39') von einem gemeinsamen Antriebsmotor (48) angetrieben werden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Neigungswinkels zwischen der vierten Drehachse (4) und der zweiten Drehachse (2) dem Betrag des Neigungswinkels zwischen der fünften Drehachse (5) und der zweiten Drehachse (2) entspricht, wobei vorzugsweise die Winkel zwischen erster Drehachse (1 ) und vierter Drehachse (4), zwischen vierter Drehachse (4) und zweiter Drehachse (2), zwischen zweiter Drehachse (2) und fünfter Drehachse (5) und zwischen fünfter Drehachse (5) und dritter Drehachse (3) die gleichen Beträge haben.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellantrieb (34) und der zweite Stellantrieb (39) durch eine Steuerungsvorrichtung numerisch gesteuert sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Andrückantrieb (17) aufweist, mit dem die Schleifscheibe (7) gegen das Werkstück (6) gedrückt wird, wobei vorzugsweise das Drehmoment des Schleifscheibenantriebs (24) erfasst wird und bei Erreichen eines vor bestimmten Werts des Drehmoments der Andrückantrieb (17) angehalten wird.
15. Verfahren zum Schleifen von festen Werkstücken, bei dem
• eine ebene Schleifscheibe (7) durch einen Schleifscheibenantrieb (24) in Drehung um eine erste Drehachse (1 ) versetzt wird,
• die Schleifscheibe (7) in einem ersten Lager (8) um die erste Drehachse (1 ) drehbar gelagert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (8) um eine zweite Drehachse (2) gedreht wird, wobei die erste Drehachse (1 ) zur zweiten Drehachse (2) geneigt ist, so dass die
Schleifscheibe (7) schräg gegen die Oberfläche des Werkstücks (6) anliegt und beim Drehen um die zweite Drehachse (2) eine im Wesentlichen konische Fläche an dem Werkstück (6) anschleift, wenn dieses mit der Schleifscheibenoberfläche im Abstand zur zweiten Drehachse (2) in Kontakt steht.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (8) durch eine Positionsverstellvorrichtung im Wesentlichen entlang der zweiten Drehachse (2) bewegt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Neigungsverstellvorrichtung der Betrag des Neigungswinkels zwischen der ersten Drehachse (1 ) und der zweiten Drehachse (2) verstellt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsverstellvorrichtung mit der Neigungsverstellvorrichtung gekoppelt ist, so dass die Positionsverstellvorrichtung eine mit der Drehung des ersten Lagers (1 ) um die zweite Drehachse (2) gekoppelte, periodische Bewegung des ersten Lagers (1 ) mit einer Amplitude bewirkt, die bei zunehmendem Neigungswinkel zunimmt.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeich- net, dass bei einem ersten Schleifvorgang die erste Seite der Schleifscheibe (7) gegen ein erstes Werkstück (6) drückt und dass bei einem zweiten Schleifvorgang die zweite, gegenüberliegende Seite der Schleifscheibe (7) gegen ein zweites Werkstück drückt.
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