EP0278231B1 - Steinbearbeitungsvorrichtung - Google Patents
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- EP0278231B1 EP0278231B1 EP88100255A EP88100255A EP0278231B1 EP 0278231 B1 EP0278231 B1 EP 0278231B1 EP 88100255 A EP88100255 A EP 88100255A EP 88100255 A EP88100255 A EP 88100255A EP 0278231 B1 EP0278231 B1 EP 0278231B1
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- EP
- European Patent Office
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- tool
- working apparatus
- bores
- oscillating
- working
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C23/00—Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
- E01C23/06—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road
- E01C23/08—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road for roughening or patterning; for removing the surface down to a predetermined depth high spots or material bonded to the surface, e.g. markings; for maintaining earth roads, clay courts or like surfaces by means of surface working tools, e.g. scarifiers, levelling blades
- E01C23/085—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road for roughening or patterning; for removing the surface down to a predetermined depth high spots or material bonded to the surface, e.g. markings; for maintaining earth roads, clay courts or like surfaces by means of surface working tools, e.g. scarifiers, levelling blades using power-driven tools, e.g. vibratory tools
- E01C23/0855—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road for roughening or patterning; for removing the surface down to a predetermined depth high spots or material bonded to the surface, e.g. markings; for maintaining earth roads, clay courts or like surfaces by means of surface working tools, e.g. scarifiers, levelling blades using power-driven tools, e.g. vibratory tools moved rectilinearly, e.g. scabblers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
- B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
- B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
- B28D1/26—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by impact tools, e.g. by chisels or other tools having a cutting edge
- B28D1/265—Scabbling machines or scabbling tools
Definitions
- the invention relates to a stone processing device for stagnation of stones with a plurality of processing tools in a common height-adjustable tool holder in the form of a swing frame and a tool block attached to it, each tool held in a bore in the tool block being individually acted upon by an eccentric articulation of the tool holder in order to achieve this Machining the surface of a stone pushed underneath.
- a device with the features of the preamble of claim 1 is already known from DE-A 2 301 653.
- a well-known surface treatment for stones is faltering.
- certain tools known as stick chisels are used, which are used not only in manual operation, but also together with processing machines, usually one or more chisels being arranged in one device and being driven either mechanically, pneumatically or electrically.
- This surface treatment is not only used for natural stone products, but also for concrete stones, whereby the creation of natural stone-like surfaces is striven for, which has the character of a surface hand-worked by stonemasons.
- Stone processing devices for processing stone surfaces with a large number of processing tools in a common height-adjustable tool holder have long been known from DE-C 5 043 and 60 817. A large number of processing tools are then arranged in a row next to one another and individually subjected to mechanical force. The stone surface to be machined is shifted horizontally under the machining tools. The stone surfaces processed with such devices have a regularly repeating structure since the tool holder cannot be moved horizontally.
- a processing device In order to process the surface of concrete blocks and in particular of concrete block paving in such a way that the impression of a natural stone made in manual stonemasonry is created, a processing device is to be created in which a large number of tools individually process the surface simultaneously in a random distribution.
- stone surfaces in particular concrete blocks
- a finer or coarser surface structure being obtained by appropriately adjusting the machining intensity via the feed speed of the stone and can achieve the height adjustment of the swing frame and its horizontal swing width.
- the swing frame is provided on its upper side with guide bolts which are mounted in guide sleeves on the cross slide, and that connecting rods are swingably supported on one side on the cross slide, which on their other side carry a bearing for unbalanced shafts.
- These unbalanced shafts mounted on the oscillating frame are in turn supported by eccentrics in the other end of the connecting rods.
- two unbalanced shafts are used which are driven in such a way that the unbalances mounted on them rotate in opposite directions to one another.
- the counter-balanced unbalances create a directional vibration, due to which the firing pins mounted in the tool block are moved up and down and hit the individual tools guided in the tool plate in an irregular distribution.
- the force with which the firing pin strikes the tool can be adjusted by adjusting the height of the swing frame above the stone to be machined.
- the guide sleeves receiving the guide bolts are designed as pendulum sleeves, the pendulum sleeves being pivotably mounted on the cross slide.
- a mass balance weight is also attached to the guide bolts.
- the bearings for the pendulum sleeves are attached to the cross slide via swing bearings, which serve to further dampen vibrations.
- the mass balance weight attached to the guide pin consists of a beam weight that rigidly connects the two guide pins together. This bar weight is interchangeable so that it can be adapted to changes in mass, e.g. result from tool blocks of different sizes. In this way it is achieved that with the help of beam weights of different sizes, the masses to be moved by the unbalances can always be adapted to the mass of the unbalances, which also enables a working mode in which relatively little vibration energy is transmitted into the construction frame of the machining device.
- the tool block is provided with a plurality of perpendicular bores corresponding to the predetermined grid distribution of the tools, in which the firing pin is guided and biased against the respective tool by a spring. This prestressing by the spring is maintained in each case by a cover closing the bore.
- Special chisels can be used as tools in the holes in the tool plate.
- the tools consist of steel nails which are inserted into the tool plate in such a way that their heads come to lie in countersunk extensions of the bores in the tool plate.
- machining pins made of steel nails unevenness of the stone layers can be compensated and, above all, the chamfers on the stone edges can be machined equally well as the horizontal surfaces.
- the bores in the tool plate are also countersunk from the outside of the plate in such a way that only a short one, the pin or.
- the corresponding bore section of the needle diameter remains.
- a special embodiment of the invention provides that the grid distribution of the holes for the machining pins or steel nails in the tool block from a field with at least four rows and more than 20 holes in a row there, the holes are offset from row to row a distance of about 1/3 to 1/4 of a hole spacing.
- the cross slide is slidably mounted on horizontally extending shafts in such a way that the cross slide carries out an oscillating movement with a stroke of at least the distance between two adjacent tools or machining pins.
- the shafts carrying the cross slide are held on oscillating bearings which, together with vertical slides arranged in the base frame, can be moved vertically in order to be able to adjust the tool holder on the oscillating frame according to the thickness of the stones.
- the stone processing device is mounted in a base frame 10, which consists of supports 13 connected to a lower cross member 11 and an upper cross member 12. From the upper to the lower cross member 13 parallel to the supports 13 guide rods 14 which are fixed to the cross members 11 and 12 in brackets 15.
- a vertical slide 18 is mounted adjustable in height within the frame 10.
- guide sleeves 19 are attached to the frame-like vertical slide on both sides, which are displaceable on the guide rods 14.
- an Upper cross member 13 mounted spindle 20 which runs down through the vertical slide 18 and is screwed into a flange nut 21 in the lower region of the vertical slide, the vertical slide 18 can be adjusted to any desired height.
- a plurality of swing bearings 22 are attached, which may consist of hydraulic bearings, for example.
- a support plate 23 is attached to the top of the oscillating bearing 22. This support plate carries two clamping blocks 24 symmetrically to the spindle 20 on its upper side.
- two identical base frames 10 are arranged at a distance from one another and connected to one another by shafts 25, which are fixed in the clamping blocks 24.
- the actual processing unit is mounted horizontally displaceably on these shafts 25.
- this processing unit consists of a cross slide 30 which consists of a base plate 31 and a stiffening frame 32 projecting downwards. Bearing webs 33 run parallel to the lateral end faces of the stiffening frame 32. Guide sleeves 34 are attached on the inside of the end faces of the stiffening frame 32 in the central plane.
- the base plate 31 is provided with a bore 35 over the guide sleeves 34.
- the swing frame 43 extends over the entire working width and carries roller bearings 50 on both sides, in which an unbalanced shaft 51 is mounted on each side.
- unbalanced shafts 51 On the unbalanced shafts 51, 50 unbalances 52 are fastened between the individual roller bearings, these being mounted on the shafts according to FIG. 2 in such a way that they lie symmetrically to the center plane through the oscillating frame 43 and the guide bolts 42.
- the unbalanced shafts 51 are driven on one side via a toothed belt wheel 55 and are connected to one another on the other side of the oscillating frame via spur gears 56, so that they carry out an opposite symmetrical rotational movement which initiates a directed vertical vibration in the oscillating frame due to the effect of the unbalances .
- the vertical vibration is controlled with the aid of the connecting rods 44, which are mounted on the unbalanced shafts 51 via eccentrics 58.
- the unbalanced shafts 51 are shrunk into the eccentrics 58, which in turn are rotatably mounted in the connecting rods 44.
- This eccentric mounting of the unbalanced shafts 51 in the connecting rods 44 forces the oscillating frame 43 to move vertically relative to the cross slide 30, the oscillating frame being guided in the cross slide 30 by the guide bolts 42 and the guide sleeves 34.
- a tool block 60 is fastened along the lower edge of the oscillating frame 43, in which the machining tools and firing pins are accommodated, which carry out their own movement due to the vertical oscillating movement of the oscillating frame 43 and apply force to the tools.
- bearings 36 are mounted on swing bearings 37 on the top of the cross slide on both sides of the respective bore 34, in which the opposite pivot pins of the pendulum sleeve 134 are pivotably held.
- the swing frame 43 extends over the entire working width and carries roller bearings 50 on both sides, in which the unbalanced shaft 51 is mounted on each side of the swing frame.
- This unbalance shaft 51 is connected in one piece to an unbalance 52.
- the roller bearings 50 With the help of the roller bearings 50, the unbalances are mounted in such a way that they lie symmetrically to the center plane through the oscillating frame 43 and the guide bolts 42, as can be clearly seen from FIG. 6.
- pins 53 are eccentrically attached, which are supported on both sides in the connecting rods 44.
- the unbalanced shafts are driven on the right side in the illustration via a V-belt wheel 55 and are connected to one another on the other side of the oscillating frame via a dual toothed belt drive, so that they carry out an opposite symmetrical rotary movement which occurs in the oscillating frame due to the action of the eccentric Pin 52 initiates a directional vertical vibration.
- the dual toothed belt drive used to synchronize the rotary movement is shown in detail in FIG. 6.
- This drive comprises two spur gears 56 mounted on the unbalance shaft 51 and two idling spur gears 57, which are attached above and below the unbalance on one side of the swing frame.
- the toothed belt is guided from a spur gear 56 to a free-running spur gear 57 and steered around the second spur gear 56 in such a way that it executes an opposite rotational movement with respect to the first spur gear. From the second spur gear 56, the toothed belt runs freely over the second de spur gear 57 back to the first spur gear 56.
- the tool block consists of a mounting plate 61 which is fastened along the lower edge of the swing frame 43.
- the actual tool holder which consists of a plate block 62 and a tool plate 63, is screwed against the mounting plate.
- the plate block 62 is preferably made of plastic, e.g. B. made of polyamide and has a plurality of holes 64 evenly distributed over the plate block.
- the holes are preferably made in a grid that consists of at least four rows with more than 20 holes, with a preferred embodiment having two grids with a total of 8 Rows and about 25 holes in a row are used.
- the individual holes are offset from row to row by a distance that is smaller than the distance between the holes.
- a displacement at a distance of about 1/3 to 1/4 of a hole spacing has proven to be particularly advantageous.
- the tool plate attached to the underside of the plate block 62 is provided with holes in the same grid distribution as the plate block 62. These holes are adapted to the tools used, which consist for example of processing pins in the form of steel nails 65.
- the bores 66 in the tool plate 63 on the side facing the plate block are countersunk to a depth such that the head 67 located at the upper end of the steel nail 65 comes to rest fully in the countersunk part. Furthermore, the bores 66 are countersunk from the underside of the tool plate to a depth such that only a short section, which corresponds to the diameter of the machining pin or the steel nail, remains. This measure ensures that the steel nail can move freely with a certain lateral deflection in the bore 66, which is particularly advantageous for the desired structuring of the bush stone surface as well as for the durability of the processing pins.
- firing pins 70 which are longitudinally displaceable in the bores 64 and which are designed as solid steel bodies and correspond in length to approximately half the height of the plate block 62.
- Compression springs 71 are inserted into the bores 64 via the firing pin and are held in the bores 64 by means of covers 72. These covers 72 are clamped against the mounting plate 61 when the plate block 62 is screwed to it.
- the firing pin 70 is moved up and down in the bore 64 and strikes against the steel nails 65, which are lifted by the stone pushed past and to be machined under the tool block 60, so that the up and swinging firing pin 70 directly hit the head 67 of the individual steel nail 65.
- the height position of the tool block 60 above the stone to be machined which can be adjusted with the help of the vertical slide 18, is of essential importance for the machining intensity, so that the grain size can be influenced by the height adjustment.
- the machining intensity and thus the structure of the stone surface are further influenced by the horizontal vibration width of the cross section 30 and the frequency of the vibration movement.
- the feed rate of the stone to be processed has a third factor.
- the granularity of the surface can be varied within a wide range by adjusting the three main factors influencing the machining intensity.
- An additional range of variation results from the fact that different tool blocks are used, which differ both in the distance between the machining pins and their intrinsic diameters and in the weight of the firing pin.
- the actual parts of the processing device that are subject to wear are the processing pins or steel nails, which must be replaced from time to time.
- the plate block 62 is unscrewed from the mounting plate 61 and the covers 72 are removed via the holes 64 which are assigned to the machining pins or steel nails to be renewed.
- the compression spring 71 and the firing pin 70 have been removed, the steel nail or pin can be easily replaced.
- the firing pins and compression springs are reinserted and the bore 64 is closed with the cover 72.
- the invention therefore provides for mass compensation to provide a mass balance weight in the form of a beam weight 90 on the upper side of the guide bolts 42, which weight can be of different weights and is fixed to the guide bolts with the aid of screws 91. With the help of different beam weights, it is possible to adapt the mass of the oscillating frame and the tool block with the parts attached to them in relation to the mass of the unbalances and to carry out the desired mass compensation without having to change the mass of the unbalances.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Steinbearbeitungsvorrichtung zum Stocken von Steinen mit einer Vielzahl von Bearbeitungswerkzeugen in einer gemeinsamen höhenverstellbaren Werkzeughalterung in Form eines Schwingrahmens und eines daran befestigten Werkzeugblockes, wobei jedes in einer Bohrung im Werkzeugblock gehalterte Werkzeug durch eine exzentrische Anlenkung der Werkzeughalterung einzeln kraftbeaufschlagt ist, um die Oberfläche eines darunter vorbeigeschobenen Steines zu bearbeiten.
- Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist schon aus der DE-A 2 301 653 bekannt.
- Eine bekannte Oberflächenbearbeitung bei Steinen ist das Stocken. Hierzu werden bestimmte, als Stockmeißel bekannte Werkzeuge benutzt, die nicht nur im Handbetrieb, sondern auch zusammen mit Bearbeitungsmaschinen eingesetzt werden, wobei in der Regel ein oder mehrere Meißel in einem Gerät angeordnet und entweder mechanisch, pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden. Diese Oberflächenbearbeitung findet nicht nur bei Natursteinprodukten, sondern auch bei Betonsteinen Verwendung, wobei die Erstellung von natursteinähnlichen Oberflächen angestrebt wird, die den Charakter einer von Steinmetzen handbearbeiteten Oberfläche hat.
- Steinbearbeitungsvorrichtungen zur Bearbeitung von Steinoberflächen mit einer Vielzahl von Bearbeitungswerkzeugen in einer gemeinsamen höhenverstellbaren Werkzeughalterung sind bereits lange durch die DE-C 5 043 und 60 817 bekannt. Danach werden eine Vielzahl von Bearbeitungswerkzeugen in einer Reihe nebeneinander angeordnet und einzeln mechanisch kraftbeaufschlagt. Die zu bearbeitende Steinoberfläche wird unter den Bearbeitungswerkzeugen horizontal verschoben. Die mit derartigen Vorrichtungen bearbeiteten Steinoberflächen zeigen eine regelmäßig sich wiederholende Struktur, da die Werkzeughalterung horizontal nicht verschiebbar ist.
- Aus diesem Grund ist es auch bekannt, ein Bearbeitungswerkzeug mit einem oder mehreren Stockmeißel horizontal verschiebbar an einer Portalkonstruktion anzubringen und während der Bearbeitung quer zur Transportrichtung des zu bearbeitenden Steines zu verschieben. Wegen der während der Bearbeitung nicht zu unterdrückenden Schwingungserscheinungen kann an der erwähnten Portalkonstruktion in der Regel nur ein Bearbeitungswerkzeug mit einem einzigen Meißel angebracht sein. Damit wird die Bearbeitung großer Steinflächen sehr zeitaufwendig.
- Um die Oberfläche von Betonsteinen und insbesondere von Betonsteinpflaster derart zu bearbeiten, daß optisch der Eindruck eines in handwerklicher Steinmetzarbeit hergestellten Natursteines entsteht, soll eine Bearbeitungsvorrichtung geschaffen werden, bei der eine Vielzahl von Werkzeugen einzeln in einer durch Zufall bedingten Verteilung die Oberfläche gleichzeitig großflächig bearbeiten.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
- - daß am Schwingrahmen eine Vielzahl von Unwuchten gelagert ist;
- - daß der Schwingrahmen in einem horizontal verfahrbahren Querschlitten höhenverschiebbar gelagert ist;
- - daß der Werkzeugblock mit einer der vorgegebenen Rasterverteilung der Werkzeuge entsprechenden Vielzahl von senkrecht verlaufenden Bohrungen versehen ist, in welchen Schlagbolzen geführt und durch eine Druckfeder gegen das jeweilige lose in einer Werkzeugplatte gehalterte Werkzeug vorgespannt sind;
- - daß in Bohrungen der Werkzeugplatte als Werkzeuge Bearbeitungsstifte oder Stahlnägel eingesetzt sind, deren Köpfe in senkrechten Erweiterungen der Bohrungen liegen und
- - daß die Werkzeuge durch die von den Unwuchten in Schwingung versetzen Schlagbolzen beaufschlagt sind.
- Mit einer derartigen, gemäß der Erfindung aus gestalteten Bearbeitungsvorrichtung lassen sich Steinoberflächen, insbesondere von Betonsteinen, derart großflächig bearbeiten, daß der gewünschte Eindruck einer handwerklich gestockten Steinoberfläche entsteht, wobei sich eine feinere oder grobere Oberflächenstruktur durch eine entsprechende Einstellung der Bearbeitungsintensität über die Vorschubgeschwindigkeit des Steines und die Höheneinstellung des Schwingrahmens sowie dessen horizontale Schwingbreite erzielen läßt.
- Zur Einleitung der vertikalen Schlagkraft ist vorgesehen, daß der Schwingrahmen an seiner Oberseite mit Führungsbolzen versehen ist, welche in Führungsmuffen am Querschlitten gelagert sind, und daß am Querschlitten Pleuelstangen einseitig schwingbar gelagert sind, welche an ihrer anderen Seite ein Lager für Unwuchtwellen tragen. Diese am Schwingrahmen gelagerten Unwuchtwellen sind ihrerseits über Exzenter in dem anderen Ende der Pleuelstangen gelagert. Vorzugsweise finden dabei zwei Unwuchtwellen Verwendung, die derart angetrieben werden, daß sich die darauf befestigten Unwuchten gegenläufig zueinander drehen. Durch die gegenläufige Drehung der Unwuchtwellen und deren exzentrische Lagerung in den Pleuelstangen entsteht durch die gegenläufigen Unwuchten eine gerichtete Schwingung, aufgrund derer die im Werkzeugblock gelagerten Schlagbolzen auf- und abbewegt werden und auf die einzelnen, in der Werkzeugplatte geführten Werkzeuge in unregelmäßiger Verteilung aufschlagen. Durch die Höheneinstellung des Schwingrahmens über dem zu bearbeitenden Stein kann die Wucht, mit der der Schlagbolzen auf das Werkzeug aufschlägt, eingestellt werden.
- Beim Betrieb einer solchen Steinbearbeitungsvorrichtung hat sich gezeigt, daß die Abstimmung der an der Bewegung teilnehmenden Massen verhältnismäßig kritisch ist, wenn die Masse der Unwucht gegenüber der Masse des Schwingrahmens mit den daran befestigten sonstigen Massen sowie die des Werkzeugblocks nicht sorgfältig aufeinander abgestimmt sind. Eine unerfreuliche Begleiterscheinung einer Fehlabstimmung der Massen sind Resonanzerscheinungen, die auch das Grundgestell der Bearbeitungsvorrichtungen umfassen, insbesondere, wenn zur Änderung der Bearbeitungstiefe die Drehzahl der Unwuchten geändert wird. Diese Resonanzerscheinungen machen sich insbesondere auch durch unerwünschte Querschwingungen des Querschlittens bemerkbar.
- Da je nach der Art der Oberflächenbearbeitung und der Große der zu bearbeitenden Steinoberflächen unterschiedlich breite bzw. lange und damit verschiedene Massen aufweisende Werkzeugblöcke Verwendung finden, wäre es notwendig, auswechselbare Unwuchten zu benutzen, um zumindest einen angenäherten Massenausgleich zu erhalten. Diese Maßnahme ist jedoch im praktischen Einsatz nicht durchführbar.
- Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, sind die die Führungsbolzen aufnehmenden Führungsmuffen als Pendelmuffen ausgebildet, wobei die Pendelmuffen am Querschlitten schwenkbar gelagert sind. Ferner ist an den Führungsbolzen ein Massenausgleichsgewicht angebracht.
- Die Lager für die Pendelmuffen sind am Querschlitten über Schwinglager befestigt, die der weiteren Schwingungsdämpfung dienen. Das an dem Führungsbolzen angebrachte Massenausgleichsgewicht besteht aus einem Balkengewicht, das die beiden Führungsbolzen starr miteinander verbindet. Dieses Balkengewicht ist austauschbar, um es an Massenänderungen anpassen zu können, die sich z.B. durch unterschiedlich große Werkzeugblöcke ergeben. Auf diese Weise wird erreicht, daß mit Hilfe unterschiedlich großer Balkengewichte immer die von den Unwuchten zu bewegenden Massen an die Masse der Unwuchten angepaßt werden kann, wodurch sich auch ein Arbeitsbetrieb ermöglicht, bei dem verhältnismäßig wenig Schwingenergie in den Konstruktionsrahmen der Bearbeitungsvorrichtung übertragen wird.
- Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Werkzeugblock mit einer der vorgegebenen Rasterverteilung der Werkzeuge entsprechenden Vielzahl von senkrecht verlaufenden Bohrungen versehen ist, in welchen die Schlagbolzen geführt und durch eine Feder gegen das jeweilige Werkzeug vorgespannt sind. Diese Vorspannung durch die Feder wird jeweils durch einen die Bohrung verschließenden Deckel aufrechterhalten.
- Als Werkzeuge können spezielle Meißel in die Bohrungen der Werkzeugplatte eingesetzt werden. Es ist jedoch bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, daß die Werkzeuge aus Stahlnägel bestehen, die in die Werkzeugplatte derart eingesetzt sind, daß deren Köpfe in angesenkten Erweiterungen der Bohrungen in der Werkzeugplatte zu liegen kommen. Mit derartigen, z. B. aus Stahlnägeln bestehenden Bearbeitungsstiften, können Unebenheiten der Steinlagen ausgeglichen und vor allen Dingen auch die Fasen an den Steinrändern gleichermaßen gut wie die waagrechten Oberflächen bearbeitet werden.
- Zur Unterstützung der Unregelmäßigkeit der Bearbeitung der Steinoberfläche durch die Bearbeitungsstifte oder Stahlnägel ist ferner vorgesehen, daß die Bohrungen in der Werkzeugplatte auch von der Außenseite der Platte her derart angesenkt sind, daß nur ein kurzer, dem Stift-bzw. Nadeldurchmesser entsprechender Bohrungsabschnitt stehen bleibt. Dadurch wird durch verkürzte Führung dem Stahlnagel bzw. dem Bearbeitungsstift ein größeres seitliches Spiel gegeben und das Entstehen von Mustern während der Bearbeitung vermieden.
- Für eine großflächige Bearbeitung von in Bahnen nebeneinander durch die Bearbeitungsvorrichtung transportierten Betonpflastersteinen sieht eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Rasterverteilung der Bohrungen für die Bearbeitungsstifte bzw. Stahlnägel in dem Werkzeugblock aus einem Feld mit zumindest vier Reihen und mehr als 20 Bohrungen in einer Reihe besteht, wobei die Bohrungen von Reihe zu Reihe einen Abstand von etwa 1/3 bis 1/4 eines Bohrungsabstandes versetzt sind.
- Zur Einstellung der horizontalen Schwingweite des Schwingrahmens ist vorgesehen, daß der Querschlitten auf horizontal verlaufenden Wellen derart verschiebbar gelagert ist, daß der Querschlitten eine oszillierende Bewegung mit einem Hub von zumindest dem Abstand zweier benachbarter Werkzeuge bzw. Bearbeitungsstifte ausführt.
- Die den Querschlitten tragenden Wellen sind auf Schwinglagern gehaltert, welche zusammen mit im Grundgestell angeordneten Vertikalschlitten vertikal verfahrbar sind, um die Werkzeughalterung am Schwingrahmen entsprechend der Dicke der Steine verstellen zu können.
- Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. Es zeigen:
- Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Steinbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
- Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 1;
- Fig. 3 eine Stirnansicht auf einen der seitlichen Vertikalschnitte im Grundgestell der Bearbeitungsvorrichtung;
- Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Werkzeugblock.
- Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Steinbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
- Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 11-11 der Fig. 5.
- Gemäß Fig. 1 und 3 ist die Steinbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung in ein Grundgestell 10 montiert, welches aus mit einem unteren Querträger 11 und einem oberen Querträger 12 verbundenen Stützen 13 besteht. Von dem oberen zum unteren Querträger verlaufen parallel zu den Stützen 13 Führungsstangen 14, welche an den Querträgern 11 und 12 in Halterungen 15 befestigt sind. Innerhalb des Gestellrahmens 10 ist ein Vertikalschlitten 18 höhenverstellbar montiert. Zu diesem Zweck sind am rahmenartigen Vertikalschlitten beiderseits Führungsmuffen 19 angebracht, die auf den Führungsstangen 14 verschiebbar sind. Mit Hilfe einer im oberen Querträger 13 gelagerten Spindel 20, welche durch den Vertikalschlitten 18 nach unten verläuft und im unteren Bereich des Vertikalschlittens in eine Flanschmutter 21 eingeschraubt ist, läßt sich der Vertikalschlitten 18 auf jede gewünschte Höhe einstellen.
- Auf der Oberseite des Vertikalschlittens 18 sind mehrere Schwinglager 22 befestigt, die beispielsweise aus Hydrolagern bestehen können. Auf der Oberseite der Schwinglager 22 ist eine Auflagerplatte 23 angebracht. Diese Auflagerplatte trägt auf ihrer Oberseite symmetrisch zur Spindel 20 zwei Klemmböcke 24.
- Zur Montage der eigentlichen Bearbeitungseinheit werden zwei gleichartige Grundgestelle 10 in einem Abstand voneinander angeordnet und durch Wellen 25 miteinander verbunden, die in den Klemmböcken 24 fixiert sind. Auf diesen Wellen 25 ist die eigentliche Bearbeitungseinheit horizontal verschiebbar gelagert.
- Diese Bearbeitungseinheit besteht gemäß den Fig. 1 und 2 aus einem Querschlitten 30, welcher aus einer Grundplatte 31 und einem nach unten ragenden Versteifungsrahmen 32 besteht. Parallel zu den seitlichen Stirnseiten des Versteifungsrahmens 32 verlaufen Lagerstege 33. Auf der Innenseite der Stirnseiten des Versteifungsrahmens 32 sind in der Mittelebene Führungsmuffen 34 angebracht. Über den Führungsmuffen 34 ist die Grundplatte 31 mit einer Bohrung 35 versehen.
- Auf der Oberseite der Grundplatte 31 sind parallel zu den Stirnkanten und in einem dem Abstand der Wellen 25 entsprechenden Abstand weitere Führungsmuffen 38 montiert, durch welche die beiden Wellen 25 verlaufen. Damit ist der Querschlitten 30 auf den Wellen 25 zwischen den Grundgestellen 10 horizontal verschiebbar. An einer der Führungsmuffen 38 ist ein Mitnehmer 39 befestigt, an welchem eine Schubstange 40 angreift, an deren freiem Ende eine nicht dargestellte Kurbel wirksam ist, um die für die Bearbeitung eines Steines erforderliche horizontale Schwingbewegung des Querschlittens einzuleiten. Durch die Führungsmuffen 34 und die Bohrungen 35 verlaufen Führungsbolzen 42, welche an einem Schwingrahmen 43 befestigt sind. Dieser Schwingrahmen 43 hängt über Pleuelstangen 44 am Querschlitten 30, welche für die Steuerung der vertikalen Schwingbewegung des Schwingrahmens 43, wie nachfolgend erläutert, benötigt werden.
- Der Schwingrahmen 43 erstreckt sich über die gesamte Arbeitsbreite und trägt auf beiden Seiten Rollenlager 50, in welchen auf jeder Seite jeweils eine Unwuchtwelle 51 gelagert ist. Auf den Unwuchtwellen 51 sind zwischen den einzelnen Rollenlagern 50 Unwuchten 52 befestigt, wobei diese auf den Wellen gemäß Fig. 2 derart montiert sind, daß sie symmetrisch zu der Mittelebene durch den Schwingrahmen 43 und die Führungsbolzen 42 liegen. Die Unwuchtwellen 51 werden auf der einen Seite über ein Zahnriemenrad 55 angetrieben und stehen auf der anderen Seite des Schwingrahmens über Stirnräder 56 miteinander in Verbindung, so daß sie eine gegenläufige symmetrische Drehbewegung ausführen, die in den Schwingrahmen durch die Wirkung der Unwuchten eine gerichtete Vertikalschwingung einleitet.
- Die Steuerung der Vertikalschwingung erfolgt mit Hilfe der Pleuelstangen 44, die auf den Unwuchtwellen 51 über Exzenter 58 gelagert sind. Zu diesem Zweck sind die Unwuchtwellen 51 in die Exzenter 58 eingeschrumpft, welche ihrerseits in den Pleuelstangen 44 drehbar gelagert sind. Durch diese exzentrische Lagerung der Unwuchtwellen 51 in den Pleuelstangen 44 wird für den Schwingrahmen 43 eine vertikale Schwingbewegung relativ zum Querschlitten 30 erzwungen, wobei der Schwingrahmen durch die Führungsbolzen 42 und die Führungsmuffen 34 im Querschlitten 30 geführt ist.
- Entlang der unteren Kante des Schwingrahmens 43 ist ein Werkzeugblock 60 befestigt, in dem die Bearbeitungswerkzeuge und Schlagbolzen untergebracht sind, welche durch die vertikale Schwingbewegung des Schwingrahmens 43 eine Eigenbewegung ausführen und die Werkzeuge mit Kraft beaufschlagen.
- Gemäß den Fig. 5 und 6 sind innerhalb des Versteifungsrahmens 32 in der Grundplatte 31 des Querschlittens 30 Bohrungen 34 angebracht, in welche Pendelmuffen 134 ragen.
- Zur schwenkbaren Lagerung der Pendelmuffen 134 sind auf der Oberseite des Querschlittens beiderseits der jeweiligen Bohrung 34 Lager 36 auf Schwinglagern 37 montiert, in welchen die einander gegenüberliegenden Drehzapfen der Pendelmuffe 134 schwenkbar gehalten sind.
- Der Schwingrahmen 43 erstreckt sich über die gesammte Arbeitsbreite und trägt auf beiden Seiten Rollenlager 50, in welchen auf jeder Seite des Schwingrahmens jeweils die Unwuchtwelle 51 gelagert ist. Diese Unwuchtwelle 51 ist einstückig mit einer Unwucht 52 verbunden. Mit Hilfe der Rollenlager 50 sind die Unwuchten derart montiert, daß sie symmetrisch zu der Mittelebene durch den Schwingrahmen 43 und die Führungsbolzen 42 liegen, wie aus Fig. 6 klar erkennbar ist. An den beiden äußeren Enden der Unwuchtwelle 51 sind exzentrisch Zapfen 53 angebracht, welche auf beiden Seiten in den Pleuelstangen 44 gelagert sind. Die Unwuchtwellen werden auf der in der Darstellung rechten Seite über ein Keilriemenrad 55 angetrieben und stehen auf der anderen Seite des Schwingrahmens über einen Dual-Zahnriementrieb miteinander in Verbindung, so daß sie eine gegenläufige symmetrische Drehbewegung ausführen, die in den Schwingrahmen durch die Wirkung der exzentrischen Zapfen 52 eine gerichtete Vertikalschwingung einleitet.
- Der zur Synchronisation der Drehbewegung verwendete Dual-Zahnriementrieb geht aus Fig. 6 im Detail hervor.
- Dieser Antrieb umfaßt zwei auf der Unwuchtwelle 51 gelagerte Stirnräder 56 und zwei leerlaufende Stirnräder 57, die oberhalb und unterhalb der Unwucht auf einer Seite des Schwingrahmens befestigt sind.
- Der Zahnriemen wird vom einen Stirnrad 56 zum einen freilaufenden Stirnrad 57 geführt und derart um das zweite Stirnrad 56 gelenkt, daß dieses gegenüber dem ersten Stirnrad eine gegenläufige Drehbewegung ausführt. Vom zweiten Stirnrad 56 verläuft der Zahnriemen über das zweite freilaufende Stirnrad 57 zurück zum ersten Stirnrad 56. Durch die Verwendung eines derartigen Zahnriemens wird ein hoher Gleichlauf der beiden Unwuchten sichergestellt, wobei sich die dem Zahnriemen eigene geringe Nachgiebigkeit günstig auswirkt.
- In Fig. 4 ist ein Teilschnitt durch den Werkzeugblock 60 dargestellt, aus welchem der Aufbau des Bearbeitungswerkzeugs im einzelnen hervorgeht. Der Werkzeugblock besteht aus einer Montageplatte 61, die längs der Unterkante des Schwingrahmens 43 befestigt ist. Gegen die Montageplatte ist der eigentliche Werkzeughalter geschraubt, welcher aus einem Plattenblock 62 und aus einer Werkzeugplatte 63 besteht. Der Plattenblock 62 ist vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. aus Polyamid, hergestellt und hat eine Vielzahl von gleichmäßig über dem Plattenblock verteilten Bohrungen 64. Die Bohrungen sind vorzugsweise in einem Raster angebracht, der zumindest aus vier Reihen mit mehr als 20 Bohrungen besteht, wobei für eine bevorzugte Ausführungsform zwei Raster mit zusammen 8 Reihen und etwa 25 Bohrungen in einer Reihe Verwendung finden. Die einzelnen Bohrungen sind von Reihe zu Reihe gegeneinander versetzt und zwar um einen Abstand, der kleiner als der Bohrungsabstand ist. Eine Versetzung in einem Abstand von etwa 1/3 bis 1/4 eines Bohrungsabstandes hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch die Auswahl des Abstandes der einzelnen Bohrungen kann man die Feinheit der Bearbeitung beeinflussen, so daß es, je nachdem, ob man eine feinere oder grobere Bearbeitung wünscht, den Bohrungsabstand kleiner oder größer wählt. Die auf der Unterseite des Plattenblocks 62 angebrachte Werkzeugplatte ist mit Bohrungen in derselben Rasterverteilung wie der Plattenblock 62 versehen. Diese Bohrungen sind den verwendeten Werkzeugen angepaßt, die beispielsweise aus Bearbeitungsstiften in Form von Stahlnägeln 65 bestehen. Bei der Verwendung derartiger Stahlnägel 65 sind die Bohrungen 66 in der Werkzeugplatte 63 auf der dem Plattenblock zugekehrten Seite bis zu einer Tiefe angesenkt, daß der am oberen Ende des Stahlnagels 65 befindliche Kopf 67 im angesenkten Teil voll zu liegen kommt. Ferner sind die Bohrungen 66 von der Unterseite der Werkzeugplatte her bis zu einer Tiefe angesenkt, daß nur ein kurzer , dem Durchmesser des Bearbeitungsstiftes bzw. des Stahlnagels entsprechend hoher Abschnitt stehen bleibt. Durch diese Maßnahme erreicht man, daß sich der Stahlnagel mit einer gewissen seitlichen Auslenkung in der Bohrung 66 frei bewegen kann, was sich besonders vorteilhaft für die gewünschte Strukturierung der gestockten Steinoberfläche als auch für die Haltbarkeit der Bearbeitungsstifte auswirkt. Die Kraftbeaufschlagung der Stahlnägel bzw. der Bearbeitungsstifte erfolgt mit Hilfe von in den Bohrungen 64 längsverschiebbaren Schlagbolzen 70, welche als massive Stahlkörper ausgebildet sind und in ihrer Länge etwa der halben Höhe des Plattenblockes 62 entsprechen. Über den Schlagbolzen sind Druckfedern 71 in die Bohrungen 64 eingelegt , welche mit Hilfe von Deckeln 72 in den Bohrungen 64 festgehalten werden. Diese Deckel 72 werden gegen die Montageplatte 61 verspannt, wenn der Plattenblock 62 mit dieser verschraubt wird.
- Durch das Einleiten der vertikalen Schwingung in den Schwingrahmen 43 werden die Schlagbolzen 70 in der Bohrung 64 auf- und abbewegt und schlagen gegen die Stahlnägel 65, welche von dem unter dem Werkzeugblock 60 vorbeigeschobenen und zu bearbeitenden Stein angehoben werden, so daß die auf- und abschwingenden Schlagbolzen 70 unmittelbar auf den Kopf 67 der einzelnen Stahlnagel 65 auftreffen.
- Es ist offensichtlich, daß die mit Hilfe der Vertikalschlitten 18 einstellbare Höhenlage des Werkzeugblockes 60 über dem zu bearbeitenden Stein für die Bearbeitungsintensität von wesentlicher Bedeutung ist, so daß durch die Höheneinstellung die Struktur in ihrer Körnigkeit beeinflußbar ist. Eine weitere Beeinflussung der Bearbeitungsintensität und damit der Struktur der Steinoberfläche ergibt sich durch die horizontale Schwingweite des Querschnitts 30 und die Frequenz der Schwingbewegung. Schließlich wirkt sich als dritter Faktor die Vorschubgeschwindigkeit des zu bearbeitenden Steines aus. Durch die Verwendung der einzelnen frei beweglichen Bearbeitungsstifte bzw. Stahlnägel und eine geeignete Abstimmung der Einflußfaktoren lassen sich die Oberflächen von Betonsteinplatten oder Betonpflastersteinen so vorteilhaft bearbeiten, daß sie optisch den Eindruck einer Natursteinoberfläche bzw. einer handwerklichen Steinmetzarbeit bieten. Auch Unebenheiten der Steinlagen werden ausgeglichen und vor allen Dingen die Fasen an den Steinen gleichermaßen gut wie die waagrechten Oberflächen bearbeitet.
- Wie sich aus dem Vorausstehenden ergibt, läßt sich die Körnigkeit der Oberfläche leicht durch Verstellung der drei wesentlichen Einflußfaktoren für die Bearbeitungsintensität in weiten Bereichen variieren. Eine zusätzliche Variationsbreite ergibt sich dadurch, daß unterschiedliche Werkzeugblöcke benutzt werden, die sich sowohl im Abstand der Bearbeitungsstifte und deren Eigendurchmesser als auch im Gewicht der Schlagbolzen unterscheiden.
- Die eigentlichen, dem Verschleiß unterliegenden Teile der Bearbeitungsvorrichtung sind die Bearbeitungsstifte bzw. Stahlnägel, die von Zeit zu Zeit zu erneuern sind. Zu diesem Zweck wird der Plattenblock 62 von der Montageplatte 61 abgeschraubt und die Deckel 72 über denjenigen Bohrungen 64 abgenommen, welche den zu erneuernden Bearbeitungsstiften oder Stahlnägeln zugeordnet sind. Nach der Herausnahme der Druckfeder 71 und der Schlagbolzen 70 kann der Stahlnagel bzw. Stift leicht ausgetauscht werden. Nach dem Austausch werden die Schlagbolzen und Druckfedern wieder eingelegt und die Bohrung 64 mit dem Deckel 72 verschlossen.
- Je nach der Größe der Steinoberflächen und der Art der Bearbeitung können unterschiedliche Werkzeugblöcke 60 Verwendung finden, wobei diese auch unterschiedliche Massen haben. Dadurch verändert sich die Masse des schwingenden Teils im Verhältnis zur Masse der Unwuchten, was sich als nachteilig auswirkt, wenn das Massengleichgewicht gestört wird. Um eine Massenkompensation vorzunehmen, sieht deshalb die Erfindung vor, auf der Oberseite der Führungsbolzen 42 ein Massenausgleichsgewicht in Form eines Balkengewichtes 90 vorzusehen, das unterschiedlich schwer sein kann und mit Hilfe von Schrauben 91 an den Führungsbolzen fixiert ist. Mit Hilfe unterschiedlicher Balkengewichte ist es möglich, die Masse des Schwingrahmens und des Werkzeugblockes mit den daran befestigten Teilen im Verhältnis zur Masse der Unwuchten an diese anzupassen und die gewünschte Massenkompensation durchzuführen, ohne daß die Masse der Unwuchten geändert werden muß.
- Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß mit Hilfe der Erfindung nicht nur sehr massive Betonsteine, wie z. B. Betonpflastersteine, sondern auch verhältnismäßig dünne Platten bearbeitet werden können, die üblicherweise bei einer mechanischen Bearbeitung bruchgefährdet sind. Durch die großflächige, sehr dichte Bearbeitung der Steinoberfläche werden keine extremen Punktkräfte in das Material eingeleitet, so daß die Bruchgefahr besonders bei Platten erheblich reduziert wird.
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