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Die Erfindung betrifft einen Bearbeitungsplotter für
plattenförmige Materialien, der einen Maschinentisch zur Auflage einer
Materialplatte und ein numerisch gesteuertes Werkzeug zur
Bearbeitung der Materialplatte aufweist, wobei die Materialplatte
während der Bearbeitungsphase auf dem Maschinentisch durch von
einem Unterdrucksystem gelieferten Unterdruck gehalten wird.
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Bei Bearbeitungsplottern handelt es sich um numerisch- bzw.
computergesteuerte X-Y-Werkzeugmaschinen für leichte,
planliegende Materialien, die im Folgenden allgemein als
Materialplatten bezeichnet werden. In Bearbeitungsplottern wirkt ein
bewegliches Werkzeug durch maschinengesteuerte Relativbewegungen zu
der aufgelegten Materialplatte sequentiell darauf ein. Die
Bearbeitung der Materialplatte (Werkstück) wird in der Regel im
Zuge von bahnenmäßig gesteuerten Bewegungen im Wesentlichen
sukzessiv und fortlaufend durchgeführt, bis die Materialplatte
in der gewünschten Weise bearbeitet ist.
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Bearbeitungsplotter sind aus numerisch gesteuerten
Großzeichenmaschinen hervorgegangen, und sie werden aufgrund ihrer hohen
Arbeits- und Verfahrgeschwindigkeiten zunehmend als
computergesteuerte Produktionsmaschinen für kleinste bis mittlere
Seriengrößen eingesetzt. Bearbeitungsplotter werden in der Literatur
und in der Praxis häufig auch als "Flachbettplotter",
"X-Y-Plotter" oder als "Samplemaker" bezeichnet.
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Im Zusammenhang mit dem Einsatz von Bearbeitungsplottern in
industriellen Produktionsprozessen werden die zu bearbeitenden
Materialplatten in der Regel als Vielzahl von Platten- oder
Bogenzuschnitten bereitgestellt. Bislang wurden die
Materialplatten zur Bearbeitung jeweils manuell auf den Maschinentisch
des Bearbeitungsplotters aufgelegt.
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Aus dem Bereich der Druckmaschinen sind automatische
Materialzuführungen bekannt. Die dort zu findenden verschiedenen
Konstruktionen sind aber regelmäßig auf biegeschlaffe Materialien
beschränkt. Ferner sind sie aufgrund ihrer an die Anforderungen
der Druckindustrie angepassten Konstruktionen technisch sehr
aufwendig. So verwenden z. B. alle bekannten Zuführeinrichtungen
eigene Unterdrucksysteme zum Erfassen der Materialien und
benötigen hierfür eigene starke Vakuumpumpen. Derartige automatische
Materialzuführungen für Druckmaschinen lägen daher im Hinblick
auf ihre Leistungsmerkmale in Gegenüberstellung zu ihren
Herstellungs- und/oder Betriebskosten für einen Einsatz im
Zusammenhang mit Bearbeitungsplottern in einer notwendig ungünstigen
Relation zu dem vergleichsweise preisgünstigen
Bearbeitungsplotter, d. h. die aus der Druckindustrie bekannten Vorrichtungen
liegen kostenmäßig in der gleichen Größenordnung wie der
Bearbeitungsplotter selbst.
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Es ist Aufgabe der Erfindung einen im Betrieb einfacher und
effizienter betreibbaren Bearbeitungsplotter zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Merkmale dienen die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen aufgeführt.
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Der Bearbeitungsplotter ist mit einer Einrichtung zum
automatischen Zuführen von zu bearbeitenden Materialplatten versehen,
die zwei parallele Hebearme aufweist, die einen selektiv mit dem
Unterdrucksystem des Bearbeitungsplotters verbindbaren
Saugbalken tragen. Die Hebearme sind in Drehlagern schwenkbar um eine
horizontale Achse an dem Bearbeitungsplotter gelagert, so dass
durch Schwenken der Hebearme mittels eines Antriebs der
Saugbalken aus einer Aufnahmestellung über einer Materialplatte auf
einem Stapel vor dem Bearbeitungsplotter in eine Stellung über
dem Maschinentisch zur Ablage der Materialplatte darauf
schwenkbar beweglich ist. In der Aufnahmestellung wird der Saugbalken
mit Unterdruck aus dem in dem Bearbeitungsplotter ohnehin
vorhandenen Unterdrucksystem beaufschlagt, so dass eine anliegende
Materialplatte von dem Saugbalken festgehalten wird. Danach wird
der Antrieb betätigt, um die Hebearme nach oben zu schwenken, so
dass der Saugbalken über dem Maschinentisch liegt. Darauf wird
der Saugbalken von dem Unterdrucksystem getrennt und belüftet,
so dass die Materialplatte auf dem Maschinentisch aufliegt und
der Saugbalken weggeschwenkt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Bearbeitungsplotter ist besonders
vorteilhaft, da automatisch ein ganzer Stapel von Materialplatten
aufeinanderfolgend bearbeitet werden kann, wobei lediglich ein
mechanisch relativ einfach realisierbarer Hebearmmechanismus mit
einem Saugbalken benötigt wird, der allerdings keine gesonderte
Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck benötigt, sondern mit
dem in dem Bearbeitungsplotter ohnehin vorhandenen
Unterdrucksystem verbindbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die beiden Hebearme
jeweils im Wesentlichen U-förmig mit einem kürzeren und einem
längeren Schenkel geformt. Der kürzere Schenkel ist jeweils
unterhalb der Ebene des Maschinentisches in einem Drehlager an
dem Bearbeitungsplotter gelagert. An dem gegenüberliegenden
längeren Schenkel des U-förmigen Hebels ist der Saugbalken
aufgehängt. Eine solche Anordnung ermöglicht einen mechanisch
besonders einfachen und vorteilhaften Aufbau, da so mit einem
Axialantrieb, der auf die kürzeren Schenkel der U-förmigen Hebearme
einwirkt, in einfacher Weise eine Schwenkbewegung aus einer
ersten Aufnahmestellung, in der die längeren Schenkel der U-
förmigen Hebearme von dem Bearbeitungsplotter fortgeschwenkt
sind, in eine Ablagestellung möglich ist, in der die äußeren
Enden der längeren Schenkel der U-förmigen Hebearme nahe
oberhalb des Maschinentisches liegen, so dass der daran aufgehängte
Saugbalken eine aufgenommene Materialplatte darauf ablegen kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher erläutert, in denen:
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Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen
Bearbeitungsplotter mit einem Hebearm in Aufnahmestellung zeigt;
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Fig. 2 eine Ansicht wie Fig. 1 mit teilweise hochgeschwenkten
Hebearmen zeigt;
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Fig. 3 eine Ansicht wie Fig. 1 mit nach oben geschwenkten
Hebearmen in Ablagestellung zeigt; und
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Fig. 4 den Bearbeitungsplotter aus den vorhergehenden Figuren
in perspektivischer Darstellung zeigt.
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Fig. 1 bis 3 zeigen eine schematische Draufsicht auf den
Bearbeitungsplotter von der Seite, wobei in dieser Ansicht
jeweils nur ein Hebearm 5 zu sehen ist. Der Bearbeitungsplotter 1
hat einen Maschinentisch 14, auf den Materialplatten von einem
Stapel 15 vor dem Bearbeitungsplotter 1 aufzulegen sind. Der
Bearbeitungsplotter 1 ist dazu mit einer Einrichtung zum
Zuführen von Materialplatten versehen, die zwei parallele Hebearme 5
aufweist, die um eine horizontale Achse schwenkbar in Drehlagern
2 an dem Bearbeitungsplotter 1 gelagert sind. In diesem
Ausführungsbeispiel sind die Hebearme 5 im Wesentlichen U-förmig
ausgebildet, wobei der kürzere Schenkel der U-förmigen Hebearme
unter der Ebene des Maschinentisches 14 an einem Ende des
Bearbeitungsplotters in den Drehgelenken 2 gelagert ist. An dem
gegenüberliegenden Enden der Hebearme 5, d. h. an den längeren
Schenkeln, ist über eine schwenkbar gehaltene Schaukel 6 ein
Saugbalken 7 aufgehängt.
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Zwischen den beiden Hebearmen 5 verläuft eine zentrale
Verbindungsstrebe 3 (siehe Fig. 4), an der etwa in der Mitte zwischen
den beiden Drehlagern 2 ein Anlenkhebel 4 angebracht ist. Durch
Druck bzw. Zug auf diesen Anlenkhebel 4 wird die zentrale Strebe
3 um die von den beiden Drehlagern 2 definierte horizontale
Achse gedreht. Die Verbindungsstrebe 3 ist nahe der durch die
beiden Drehlager 2 definierten horizontalen Drehachse mit den
kürzeren Schenkeln der U-förmigen Hebearme 5 starr verbunden, so
dass ein über den Anlenkhebel 4 auf die Verbindungstrebe 3
ausgeübtes Drehmoment eine Drehung der Verbindungsstrebe 3 und der
damit verbundenen Hebearme 5 um die horizontale Drehachse
bewirkt.
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In der an den längeren Schenkeln der U-förmigen Hebearme 5
aufgehängten Schaukel 6 ist ein länglicher Hohlkasten als
Saugbalken 7 aufgehängt, der vorzugsweise einen rechteckigen
Querschnitt hat und eine Länge hat, die fast dem horizontalen
Abstand zwischen den beiden Hebearmen entspricht. Das Innere des
Saugbalkens 7 kann über eine eigene Schlauchverbindung (nicht
gezeigt) oder über einen durch die Innenräume von Schaukel 6,
Hebearmen 5 und Strebe 3 verlaufende Leitungsverbindung und über
eine weitere Schlauchverbindung mit dem herkömmlichen, an dem
Bearbeitungsplotter befindlichen Unterdrucksystem verbunden
sein. Dabei sind automatisch steuerbare Absperrventile
vorgesehen, um die Unterdruckpumpe des Unterdrucksystems selektiv mit
dem Saugbalken 7 verbinden zu können, um dadurch eine
Materialplatte gesteuert daran festhalten zu können.
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Die nach unten weisende Seite des Saugbalkens 7 weist eine
Vielzahl von Durchgangsbohrungen auf, die das Innere des Saugbalkens
mit der Umgebungsatmosphäre verbinden. Vorzugsweise befinden
sich im Inneren des Saugbalkens 7 in Längsrichtung nebeneinander
mehrere gegeneinander durch Schieber verschließbare Kammern.
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Durch Betätigung der Schieber kann die Verbindung der einzelnen
Kammern so hergestellt werden, dass entweder nur einzelne
Kammern oder aber alle Kammern gleichzeitig mit dem
Unterdrucksystem in Verbindung stehen. Die mit Durchgangsbohrungen versehene
Grundfläche des Saugbalkens 7 ist so ausreichend bemessen, dass
diese Fläche in Verbindung mit ihrer Gestaltung und in
Verbindung mit dem angelegten Unterdruck des maschineneigenen
Unterdrucksystems ausreichend ist, um auf eine anliegende
Materialplatte eine ausreichend große Haftkraft auszuüben, die die
Schwerkraft der anhaftenden Materialplatte sowie alle eventuell
zusätzlich auftretenden Trägheits-, Reibungs- und Scherkräfte
während des Materialtransports übersteigt.
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Der Anlenkhebel 4 auf der zentralen Strebe 3 ist über eine
Kniehebelmechanik mit einem Axialantrieb (Linearantrieb) 11
verbunden, und zwar in der Weise, dass ein Schenkel 8 des Kniehebels
um eine horizontale Achse schwenkbar mit dem Gestell unterhalb
des Maschinentisches 14 verbunden ist und der zweite Schenkel 9
des Kniehebels um eine horizontale Achse schwenkbar mit dem
Anlenkhebel 4 verbunden ist, und das Kniegelenk 10 der Schenkel
8, 9 schwenkbar mit einem Schubstangenende 12 des Axialantriebs
11 verbunden ist. Der Axialantrieb 11 ist mit seinem von dem
Schubstangenende 12 abgewandten Ende 13 um eine horizontale
Achse schwenkbar mit dem Gestell unterhalb des Maschinentisches
14 verbunden.
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In der eingefahrenen Stellung des Axialantriebs 11 kann die
Unterseite des Saugbalkens 7 flächig den Boden hinter dem
Gestell des Bearbeitungsplotters berühren, und in einer
ausgefahrenen Stellung des Axialantriebs 11 berührt die Unterseite des
Saugbalkens 7 flächig die Oberfläche des Maschinentisches 14.
Der Axialantrieb 11 kann so gesteuert werden, dass der
Saugbalken 7 an jedem Punkt seiner in etwa elliptisch verlaufenden
Schwenkbewegung um die zentrale Drehachse angehalten werden
kann. Die Steuersignale zum Betreiben des Axialantriebs 11
werden aus der numerischen Steuerung des Bearbeitungsplotters über
geeignete elektrische und elektronische Komponenten geliefert.
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Geeignete Schalter und Sensoren an der Mechanik der Einrichtung
zum Zuführen sowie an der Hohlkammer des Saugbalkens 7 melden
der zentralen numerischen Steuerung Informationen über den Stand
der Bewegung und über die ordnungsgemäße und sichere Funktion
der Einrichtung.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des Bearbeitungsplotters
beschrieben. Zunächst wird ein Stapel 15 von Materialplatten in
den Schwenkbereich der Zuführeinrichtung geschoben. Der Stapel
15 liegt dann so, dass er unterhalb des angehobenen Saugbalkens
7 und zwischen den parallelen Hebearmen 5 liegt. Der Stapel 15
kann sich z. B. auf einer Palette gepackt befinden, wobei die
Stapelhöhe inklusive der Höhe der Palette in der Regel das 1,3-
fache der Höhe der Tischfläche der Maschine nicht übersteigen
sollte. Der Stapel der Materialplatten wird nur so weit an den
Bearbeitungsplotter herangeschoben, dass der Saugbalken 7 sich
bei seiner Absenkbewegung bei der jeweils verbliebenen
Stapelhöhe nur auf den vorderen, dem Bearbeitungsplotter zugewandten
Hälfte der obersten Materialplatte absenken kann. Dadurch wird
die obere Materialplatte zunächst an der vorderen Seite
angehoben, was die Gefahr des Anhaftens der unmittelbar darunter
liegenden Materialplatte verringert.
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Dann wird ein Arbeitszyklus des Bearbeitungsplotters gestartet.
Mit einer Einfahrbewegung (d. h. Kontraktion) des Axialantriebs
11 wird der zwischen den Hebearmen 5 hängende Saugbalken 7 so
weit abgesenkt, bis er mit seiner Unterseite flächig auf der
obersten Materialplatte des Stapels 15 aufliegt. Diese Stellung
ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Sensor meldet das Aufliegen des
Saugbalkens 7, woraufhin die Absenkbewegung des Saugbalkens 7
beendet wird. Zugleich wird ein Ventil in der Verbindung des
Saugbalkens mit dem Unterdrucksystem des Bearbeitungsplotters
geöffnet, so dass der Saugbalken 7 mit Unterdruck beaufschlagt
wird. Über die Durchgangsbohrungen an der Unterseite der
Hohlkammer(n) des Saugbalkens 7 entwickelt sich ein Unterdruck
zwischen der Saugbalkenunterseite und der Oberseite der
Materialplatte, und die resultierende Kraft drückt die Materialplatte an
die Unterseite des Saugbalkens 7.
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Daraufhin wird die Schubstange 12 des Axialantriebs 11
ausgefahren, wodurch sich entsprechend der Stellung der
dazwischenliegenden Kniehebelmechanik ein Drehmoment auf den Anlenkhebel 4 an
der zentralen Strebe 3 ergibt. Durch das Drehmoment auf die
Strebe 3 werden die damit verbundenen Hebearme 5 angehoben und
geschwenkt. Damit wird der zwischen den Hebearmen 5 schwenkbar
aufgehängte Saugbalken 7, an dessen Unterseite aufgrund der
Druckdifferenz die Materialplatte anhaftet, ebenfalls angehoben
und geschwenkt. Dabei ist es bevorzugt, dass der Saugbalken so
auf der Materialplatte in Anlage ist, so dass die Materialplatte
zunächst nur auf einer Seite angehoben wird, und zwar auf der
dem Bearbeitungsplotter zugewandten Seite. Durch diese
einseitige Anhebung wird das ungewollte Anhaften zwischen der obersten
Materialplatte und der unmittelbar darunter liegenden
Materialplatte verhindert.
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Durch weitere Bewegung des Axialantriebs und der Schubstange 12
wird der Hebelmechanismus 8, 9 weiterbewegt, wie in Fig. 2
gezeigt, wodurch eine entsprechende Schwenkbewegung auf den
Anlenkhebel 4, die Strebe und damit auf die Hebearme 5 übertragen
wird.
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Sobald die Materialplatte auf dem Maschinentisch 14 aufliegt,
wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Ausfahrbewegung des
Axialantriebs 11 beendet und der Saugbalken 7 von dem Unterdrucksystem
getrennt. Sobald der Druck zwischen dem Inneren des Saugbalkens
7 und der Umgebungsatmosphäre wieder ausgeglichen ist, fährt die
Schubstange 12 des Axialantriebs 11 wieder ein, wodurch sich der
Saugbalken 7 von der Oberseite der Materialplatte auf dem
Maschinentisch 14 abhebt. Anschließend wird der Saugbalken in die
in Fig. 1 dargestellte Aufnahmestellung zur Aufnahme der
nächsten Materialplatte zurückgefahren.
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Der Bearbeitungsplotter kann zusätzlich geeignete Sensoren oder
Einrichtungen haben, um die jeweilige Lage der aufgelegten
Materialplatte auf dem Maschinentisch 14 zu registrieren oder durch
Verschieben der Materialplatte zu verändern, z. B. durch optisch-
elektronische Einrichtungen und/oder ein Transportband auf der
Maschinentischfläche und seitliche Anschläge bzw. Schieber.
Weiterhin kann der Bearbeitungsplotter eine weitere Einrichtung
aufweisen, die entsprechend der beschriebenen Einrichtung zum
Zuführen von Materialplatten ausgestaltet ist und zum
automatischen Entnehmen der Materialplatte nach ihrer Bearbeitung von
dem Maschinentisch dient. Diese Einrichtung zum Entnehmen der
Materialplatte entspricht weitgehend der vorstehend
beschriebenen Einrichtung zum Zuführen, mit dem Unterschied, dass ihre
Arbeitsrichtung so ist, dass sie eine Materialplatte von dem
Maschinentisch 14 entfernt und auf eine vor dem
Bearbeitungsplotter befindliche Palette ablegt.