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Dokumentenidentifikation DE10028057C2 31.10.2002
Titel Bearbeitungsmaschine
Anmelder Fooke GmbH, 46325 Borken, DE
Erfinder Fooke, Johannes, 46325 Borken, DE
Vertreter Habbel & Habbel, 48151 Münster
DE-Anmeldedatum 06.06.2000
DE-Aktenzeichen 10028057
Offenlegungstag 24.01.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.10.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2002
IPC-Hauptklasse B23Q 1/44
IPC-Nebenklasse B23Q 1/70   
IPC additional class // B23K 26/00,G12B 3/00  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der WO 86/00039 ist eine derartige Bearbeitungsmaschine bekannt.

Es besteht einerseits das Bedürfnis, die Positionier- und Wiederholgenauigkeit der Halterung zu optimieren. Hierzu ist eine möglichst steife und stabile Ausgestaltung der drei Antriebsstränge erforderlich. Andererseits besteht das Bedürfnis, die Halterung und damit den Werkzeugkopf möglichst schnell beschleunigen zu können, um auf diese Weise hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Die besonders stabile Ausgestaltung der Antriebsstränge, die zugunsten einer hohen Präzision der Bearbeitung gewünscht ist, steht dem Bedürfnis nach einer möglichst leichten und damit schnell zu beschleunigenden Ausgestaltung der Bearbeitungsmaschine entgegen, da die steifere und stabilere Ausgestaltung der Bearbeitungsmaschine üblicherweise mit einer Gewichtserhöhung einhergeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Bearbeitungsmaschine dahingehend zu verbessern, daß diese bei möglichst geringem Gewicht möglichst steif ausgebildet ist, so daß einerseits hohe Beschleunigungswerte für den Werkzeugkopf erzielbar sind und andererseits eine exakte Positionierung und hohe Wiederholgenauigkeit mit der Bearbeitungsmaschine möglich sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, die Bewegungen, die zwischen dem einzelnen Antriebsstrang und der Halterung für den Bearbeitungskopf erfolgen, über ein Reduktionsgetriebe zu verringern. Auf diese Weise werden in dem Maße, in dem das Reduktionsgetriebe untersetzt ist, Ungenauigkeiten, die hinsichtlich der Lage des Antriebsstranges im Raum auftreten, in verringertem Maße auf die Halterung des Bearbeitungskopfes übertragen.

Auf überraschende Weise hat sich herausgestellt, daß durch das vorgesehene Getriebe Gewicht eingespart werden kann:

Zunächst bedeutet die Anordnung des Getriebes ein zusätzliches Gewicht, welches in der Nähe der Halterung am Antriebsstrang angeordnet ist, so daß dieses zusätzliche Gewicht beispielsweise eine Durchbiegung des Antriebsstranges noch zusätzlich fördert und durch sein zusätzliches Gewicht die Beschleunigungsfähigkeit des Werkzeugkopfes beeinträchtigt. Um die gleiche Positioniergenauigkeit zu erreichen, müßte jedoch unter Verzicht auf das erfindungsgemäß vorgesehene Getriebe der Antriebsstrang erheblich steifer ausgestaltet sein, welches mit einem Mehraufwand an Material einhergeht, das hierdurch letztendlich das Gewicht erheblich größer wäre als bei Verwendung des Reduktionsgetriebes. Durch dieses größere Gewicht würde jedoch nicht nur die Beschleunigungsfähigkeit des Werkzeugkopfes beeinträchtigt werden, sondern auch die Positioniergenauigkeit würde durch die erheblich größere, zu beschleunigende und abzubremsende Masse beeinträchtigt, da beispielsweise Nachschwingungen in verstärktem Maße auftreten könnten.

Vorteilhaft kann an jedem Antriebsstrang ein derartiges Reduktionsgetriebe vorgesehen sein, so daß der erwähnte Präzisionsgewinn in größtmöglichem Umfang bei der Bearbeitungsmaschine erzielt wird. Je nach Anwendungsfall kann jedoch vorgesehen sein, das Reduktionsgetriebe nur an einem oder an zwei der insgesamt drei Antriebsstränge vorzusehen, wenn Bewegungen, die durch den oder die anderen Antriebsstränge an der Halterung bewirkt werden, demgegenüber unkritisch sind, so daß hier kein Präzisionsgewinn hinsichtlich der Positioniergenauigkeit erforderlich ist und stattdessen unter Verzicht auf das Reduktionsgetriebe die zu beschleunigenden Massen möglichst gering gehalten werden können.

Vorteilhaft kann jeder Antriebsstrang an die Halterung über ein lediglich einachsiges Gelenk anschließen, so daß eine hochpräzise und hochdynamische Steuerung der Bearbeitungsmaschine möglich ist.

Vorteilhaft kann das Reduktionsgetriebe als Kegelradgetriebe ausgestaltet sein, beispielsweise mit einer Spiralverzahnung, die einen gleichmäßigen Übergang von einem zum nächsten Zahnpaar ermöglicht und damit "Rattermarken" am Werkstück vermeiden hilft. Derartige Kegelradgetriebe sind handelsüblich, so daß es sich um problemlos erhältliche und preiswerte Serienteile handelt, die eine kostengünstige Ausgestaltung der Bearbeitungsmaschine begünstigen.

Das Prinzip einer überlagerten translatorischen und rotatorischen Bewegung des Antriebsstranges, welches aus den gattungsgemäßen Bearbeitungsmaschinen bekannt ist, ist erfindungsgemäß um eine zusätzliche Schwenkbewegung erweitert worden, welche der rotatorischen Bewegung des Antriebsstranges überlagert ist, wobei die Halterung des Werkzeugkopfes gegenüber dem Antriebsstrang verschwenkt wird. Um die vorzugsweise lediglich eine Achse des Gelenkes, mit welchem die Halterung an den Antriebsstrang anschließt.

Wenn das Reduktionsgetriebe zwischen der Halterung und dem Antriebsstrang, im Verbund mit den beiden anderen Antriebssträngen vorgesehen ist, wird eine mehrachsige Bewegung der Halterung ermöglicht, ohne daß es hierzu zusätzlicher Antriebsmotoren bedarf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert.

Dabei ist in der Zeichnung mit 1 allgemein eine Bearbeitungsmaschine bezeichnet, die in der Zeichnung lediglich ausschnittsweise ersichtlich ist. Die Bearbeitungsmaschine 1 weist eine Bearbeitungskabine auf, von der Wandungen 2 erkennbar sind. Auf einem Bearbeitungstisch 3 kann ein Werkstück angeordnet werden. Dieses Werkstück kann mit dem Arbeitskopf der Bearbeitungsmaschine 1 bearbeitet werden, wobei der Bearbeitungskopf beispielsweise als Bohrer, Fräser, Laserschneider oder als Vermessungseinrichtung zur mechanischen oder optischen Abtastung ausgestaltet sein kann, oder beispielsweise eine Schweißeinrichtung aufweisen kann.

Dieser erwähnte Arbeitskopf ist an einer Halterung 4 anbringbar, wobei die Halterung 4 von drei Antriebssträngen 5 getragen wird. Jeder Antriebsstrang 5 ist kardanisch gelagert und sowohl rotatorisch als auch translatorisch angetrieben. Die Rotationsbewegung eines Antriebsstranges 5 wird mittels eines Reduktionsgetriebes 6, welches als spiralverzahntes Kegelradgetriebe ausgestaltet ist, in eine Schwenkbewegung geringeren Ausmaßes umgesetzt, wobei die Halterung 4 diese Schwenkbewegung um eine Achse eines Gelenkes 7 ausführt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist der obere der drei Antriebsstränge 5 kein Reduktionsgetriebe auf, sondern diese sind lediglich in den beiden unteren Antriebsstränge 5 vorgesehen, so daß die Steuerung der Bearbeitungsmaschine 1 vereinfacht ist und Kosten und Gewicht der beweglichen Bauteile der Bearbeitungsmaschine 1 möglichst gering gehalten werden können. Diese beiden Kegelradgetriebe setzen die Rotationsbewegung der unteren Antriebsstränge 5 zu lediglich 1/5 in eine Schwenkbewegung um die Gelenke 7 um. Die Torsionssteifigkeit der Antriebsstränge 5 wird auf diese Weise um das Fünffache verbessert, da Störgrößen, die aufgrund der Torsionssteifigkeit in die Positionierung der Halterung 4 eingehen, auf 1/5 reduziert werden.

Die Antriebsstränge 5 können vorteilhaft als Hohlwellen ausgestaltet sein. Die Antriebsmotoren für die Antriebsstränge 5 sind vorteilhaft außerhalb der Bearbeitungskabine angeordnet, so daß keine Kabelstränge oder Kabelbäume zu Antriebsmotoren innerhalb der Kabine geführt werden müssen, die zu Motoren führen, welche zur Positionierung der Halterung 4 dienen.


Anspruch[de]
  1. 1. Bearbeitungsmaschine, mit drei stabförmigen Antriebssträngen,

    wobei jeder Antriebsstrang gelenkig - wie etwa kardanisch - gelagert ist,

    und wobei jeder Antriebsstrang rotatorisch um seine Längsachse und translatorisch in Richtung seiner Längsachse angetrieben ist,

    und wobei die Antriebsstränge jeweils mit ihrem einen Ende gemeinsam die Halterung für einen Bearbeitungskopf tragen,

    und wobei jeder Antriebsstrang über ein Gelenk an die Halterung anschließt,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß an wenigstens einem Antriebsstrang (5) ein Reduktionsgetriebe (6) vorgesehen ist, welches eine Dreh- oder Schwenkbewegung des Antriebsstranges (5) um seine Längsachse in eine demgegenüber geringere Dreh- oder Schwenkbewegung der Halterung (4) umsetzt.
  2. 2. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebsstrang (5) an die Halterung (4) über ein einachsiges Gelenk (7) anschließt.
  3. 3. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Gelenks (7) quer zur Längsachse des Antriebsstranges (5) verläuft.
  4. 4. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgetriebe (6) als Kegelradgetriebe ausgestaltet ist.
  5. 5. Bearbeitungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebsstrang (5) ein Reduktionsgetriebe (6) aufweist.






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