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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken,
insbesondere zur schlagenden Bearbeitung, wie z. B. zur Nachbearbeitung
von metallischen Oberflächen bei geschweißten Strukturen.
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Zur
Nachbearbeitung von Schweißnähten ist unter der
Bezeichnung UIT (UI-trasonic Impact Treatment) eine Vorrichtung
bekannt, bei welcher ein Ultraschallregler auf einen oder mehrere
zwischen dem Erreger und der Werkstückoberfläche
beweglich geführte Stifte einwirkt. Die Vorrichtung wird
manuell entlang der Schweißnähte bewegt. Verfahren
und Vorrichtungen sind z. B. in
US
6171415 ,
US 6289736 ,
US 6338765 oder
US 6458225 beschrieben.
Durch die Nachbearbeitung von Schweißnähten mit
einer derartigen Vorrichtung kann die Festigkeit der Schweißnähte
erheblich verbessert werden. Die Vorrichtung ist aber unhandlich
und teuer.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere
metallischen Oberflächen bei geschweißten Strukturen
anzugeben.
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Erfindungsgemäße
Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen
angegeben. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
Einsatz eines Aktuators mit einem mit Druckluft beaufschlagbaren,
langgestreckten Hohlkörper, welcher zwischen zwei in seiner
Längsrichtung beabstandeten Endkörpern seitlich
durch die schlauchförmige flexible Membran abgeschlossen
ist und bei Zufuhr von Druckluft in den Hohlraum unter seitlicher
Aufweitung der Membran den gegenseitigen Abstand der beiden Endkörper verkürzt,
in der Antriebseinrichtung erweist sich unter verschiedenen Aspekten
als sehr vorteilhaft. Derartige Aktuatoren sind an sich bekannt
und z. B. als sogenannte „Fluidic Muscles" von der Firma
Festo erhältlich. Das Funktionsprinzip ist auch als Membrankontraktion bezeichnet.
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Ein
derartiger Aktuator ist kostengünstig erhältlich
und durch den Betrieb mit Druckluft günstig betreibbar
und über gebräuchliche Ventilanordnungen einfach
ansteuerbar. Der Aktuator ist insbesondere bei kleinen Hüben
einer oszillierenden Bewegung vorteilhaft durch hohe erreichbare
Frequenzen und weitgehende Verschleißfreiheit bei gleichzeitig hoher
Aktuatorkraft.
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Die
langgestreckte Form des Aktuators erweist sich als vorteilhaft dahingehend,
dass bei bevorzugter Anordnung der durch den Aktuator beaufschlagten
Werkzeuganordnung diese vorteilhafterweise in Längsrichtung
des Aktuators gegen diesen versetzt angeordnet sein kann und sich
dadurch dem Werkstück zugewandt eine schlanke Bauform der Vorrichtung
ergibt, durch welche auch Flächen in Winkeln in der Regel
gut erreichbar sind. In vorteilhafter Ausführung kann eine
Griffposition für die Hand eines Benutzers an einer den
Aktuator umgebenden umgreifbaren Gehäusewand der Vorrichtung gegeben
sein.
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Durch
Betrieb mit Druckluft als Antriebsmedium ergibt sich zum einen ein
geringes Gewicht der Vorrichtung, so dass diese vorteilhaft als
im Betrieb handgehaltene Vorrichtung ausgeführt sein kann. Zum
anderen kann die aus dem Aktuator abgeleitete Druckluft problemlos
in die Umgebung abgegeben und in vorteilhafter Ausführung
zu der Werkzeuganordnung und der in Bearbeitung befindlichen Werkstückoberfläche
als Kühlmedium umgeleitet werden. In vorteilhafter Ausführung
kann alternativ oder vorzugsweise zusätzlich zu diesem
Abluftstrom Druckluft als Kühlmedium unter Umgehung des
Aktuators zu Werk zeuganordnung und Werkstückoberfläche geleitet
sein. Durch den Betrieb mit Druckluft entfallen vorteilhafterweise
zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung.
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Zur Übertragung
der durch den Aktuator erzeugten Antriebskraft auf die Werkzeuganordnung
ist vorteilhafterweise einer der beiden Endkörper an einem
Gehäuse-Grundkörper der Vorrichtung befestigt und
der andere Endkörper relativ zu dem Gehäuse-Grundkörper
beweglich.
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Die
Werkzeuganordnung enthält wenigstens ein durch den Aktuator,
insbesondere dessen relativ zu dem Gehäuse der Vorrichtung
beweglichen Endkörper angetriebenes, relativ zu einem Gehäuse-Grundkörper
bewegliches Werkzeugteil. In vorteilhafter Ausführung enthält
die Werkzeuganordnung zusätzlich wenigstens ein bezüglich
des Gehäuses feststehendes Teil, welches vorteilhafterweise
zum Austausch eines Werkzeugs lösbar mit dem Gehäuse-Grundkörper
verbunden ist und/oder welches vorteilhafterweise eine Führung
für wenigstens einen Arbeitskörper bilden kann,
der in einem dem Werkstück zugewandten Werkzeugkopf beweglich
geführt ist und auf die Oberfläche eines Werkstücks
einwirkt. Der wenigstens eine Arbeitskörper kann mit dem
von dem Aktuator angetriebenen Teil einteilig ausgeführt oder
mit diesem in fester Bewegungskopplung verbunden sein. In besonders
vorteilhafter Ausführung sind ein oder vorzugsweise mehrere
Arbeitskörper relativ zu dem Gehäuse-Grundkörper
und relativ zu dem angetriebenen Teil beweglich gelagert und auf ihren
dem Werkstück abgewandten Flächen durch das angetriebene
Teil beaufschlagt. Die Arbeitskörper sind vorteilhafterweise
im wesentlichen stiftförmig und wirken mit den dem Werkstück
zugewandten Stirnflächen auf die Werkstückoberfläche
ein. Mehrere stiftförmige Arbeitskörper sind vorteilhafterweise
in einer Reihe nebeneinander angeordnet.
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Die
Vorrichtung ist allgemein von Vorteil, insbesondere zur Erzeugung
einer schlagenden Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere
einer Werkstückoberfläche, wobei das angetriebene
Teil des Werkzeugs direkt oder vorzugsweise über die beweglichen
Arbeitskörper auf die Werkstückoberfläche
einwirkt. Das angetriebene Teil der Vorrichtung schlägt
dann bei der letztgenannten Ausführungsart auf die dem
Werkstück abgewandten Flächen der Arbeitskörper
und die Arbeitskörper schlagen mit ihren dem Werkstück
zugewandten Flächen auf das Werkstück, insbesondere
die Werkstückoberfläche. Im letztgenannten bevorzugten
Fall ist im Betrieb der Vorrichtung vorteilhafterweise der Abstand
der schlagenden Fläche des angetriebenen Teils von der Werkstückoberfläche
größer als die Länge der beweglichen
Arbeitskörper, so dass diese in ihrer Bewegungsrichtung
zwischen der Werkstückoberfläche und dem angetriebenen
Teil hin und her fliegen, wobei die Arbeitskörper in Führungen
geführt beweglich sind. Für die Führung
der Arbeitskörper können an sich bekannte Lösungen,
insbesondere auch aus dem eingangs genannten UIT-Verfahren bekannte Lösungen
eingesetzt sein. Die Arbeitskörper können auch
an wenigstens einer Membran aufgehängt und quer zu ihrer
Arbeitsrichtung abgestützt sein. Die mehreren Arbeitskörper
sind vorzugsweise unabhängig voneinander beweglich geführt.
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Die
Vorrichtung kann insbesondere auch vorteilhaft dafür eingesetzt
sein, ein Werkzeugteil in ein Werkstück einzutreiben, wobei
als Werkstück dabei auch eine Wand oder eine Bodenfläche
sein kann. In besonders vorteilhafter Anwendung ist die Vorrichtung
ein Gerät oder ein Teil desselben zur Bearbeitung metallischer
Oberflächen, insbesondere zur Nachbearbeitung an oder um
geschweißte Strukturen, wie insbesondere Schweißnähte,
um deren Festigkeit in oberflächennahen Bereichen zu verbessern.
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Die
Bewegungsrichtung der Arbeitskörper verläuft vorteilhafterweise
im wesentlichen in in Richtung der Bewegungsrichtung des angetriebenen
Elements, kann dabei aber auch gegen diese geneigt sein, wobei die
Richtungsabweichung vorteilhafterweise nicht mehr als 30° beträgt.
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Eine
Ventileinrichtung zur gesteuerten Zuführung von Druckluft
in den Hohlraum des Aktuators und vorzugsweise auch zur gesteuerten
Abfuhr von Luft aus dem Hohlraum enthält vorteilhafterweise
ein oder mehrere elektrisch steuerbare Ventile. Die Ventile sind
in bevorzugter Ausführung als 2-Wege-Umschaltventile ausgeführt,
welche mit einer vorzugsweise veränderlich vorgebbaren
Taktfrequenz periodisch umgeschaltet werden und in einem ersten Schaltzustand
für eine erste Schaltdauer (Einschaltzeit) Druckluft aus
einer Druckluftquelle in den Hohlraum des Aktuators einleiten und
in einem zweiten Schaltzustand für eine zweite Schaltdauer
(Aussschaltzeit) Luft aus dem Hohlraum ableiten. Das Tastverhältnis
zwischen erster und zweiter Schaltdauer ist vorteilhafterweise veränderbar.
Mit der Variation des Tastverhältnisses kann vorteilhafterweise der
zeitlich gemittelte Druck im Hohlraum und damit ein Arbeitspunkt
des Aktuators veränderlich eingestellt werden. Eine solche
Arbeitspunkteinstellung ist auch bei anderer Ausführung
der Ventile und/oder Variation nur einer Schaltdauer möglich.
Als Arbeitspunkt sei dabei beispielsweise eine über mehrere Taktperioden
gemittelte Auslenkung des beweglichen Endkörpers oder eines
mit diesem bewegungsgekoppelten Teils gegen eine Ruheposition bei
ausgeschaltener Antriebseinrichtung oder eine vergleichbare gemittelte
Größe verstanden. Vorteilhafterweise ist an der
Vorrichtung ein durch den Benutzer betätigbares Stellelement
vorgesehen, mittels dessen eine Veränderung des Arbeitspunktes über die
Veränderung wenigstens einer Schaltdauer möglich
ist. In anderer Ausführung kann ein solches Stellelement
auch einen Strömungswiderstand für die zugeführte
und/oder abgeleitete Druckluft beeinflussen. Vorteilhafterweise
ist alternativ oder zusätzlich auch die Taktfre quenz veränderlich
einstellbar. Ein Arbeitspunkt kann ferner vom Druck der Druckluftquelle
bzw. am Eingang der Ventilanordnung abhängig und durch
dessen Veränderung einstellbar sein.
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Das
Gehäuse der Vorrichtung weist vorteilhafterweise einen
Gehäuse-Grundkörper und ein relativ zu diesem
in Richtung auf das Werkstück zu in begrenztem Umfang verschiebbares
zweites Gehäuseteil auf, wobei die Antriebseinrichtung
mit dem Gehäuse-Grundkörper verbunden ist und
das zweite Teil bei einer bevorzugt handgehalten betreibbaren Vorrichtung
wenigstens eine Griffposition für eine Benutzerhand aufweist
und das zweite Gehäuseteil aus einer Ruheposition entgegen
einer Rückstellkraft, insbesondere einer Federkraft relativ
zu dem Gehäuse-Grundkörper in Richtung des Werkstücks
in eine Arbeitsposition verschiebbar ist. Hierdurch ist eine gute
manuelle Vorgabe einer Andrückkraft der Vorrichtung in
Richtung des Werkstücks möglich und vorteilhafterweise über
eine solche Andrückkraft ein weiterer Parameter zur Beeinflussung
des Bearbeitungsergebnisses gegeben. Bei Anordnung der Vorrichtung
in einer Maschine kann anstelle der wenigstens einen Griffposition
wenigstens eine Position für eine Befestigung in der Maschine
vorgesehen sein.
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Die
Verschiebung zwischen der Ruheposition und der Arbeitsposition ist
vorteilhafterweise in beide Richtungen durch Anschläge
begrenzt. Die Verschiebung aus der Ruheposition in die Arbeitsposition
und/oder die dabei aufgewandte Kraft kann in einer Weiterbildung
zur Ableitung eines Betriebssignals für die Vorrichtung
ausgewertet werden, indem z. B. ein Betrieb nur möglich
ist, wenn eine Mindestverschiebung oder eine Mindestkraft vorliegt und/oder
wenn eine Maximalkraft nicht überschritten wird. Hierfür
können z. B. ein Wegsensor oder Kraftsensor oder Endschalter
mit der Steuereinrichtung in Verbindung stehen.
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Bei
einer Ausführung, bei welcher der dem Werkstück
zugewandte Endkörper des Aktuators fest mit dem Gehäuse-Grundkörper
verbunden und der dem Werkstück abgewandte Endkörper
relativ zum Gehäuse-Grundkörper beweglich ist,
ist vorteilhafterweise ein innerhalb des Hohlraums oder seitlich
der flexiblen Membran von dem beweglichen Endkörper in
Richtung der Werkstückoberfläche durchgehendes Schubelement
vorgesehen, welches die Bewegung des beweglichen Endkörpers
in eine Arbeitsbewegung der Werkzeuganordnung, insbesondere wenigstens
eines Arbeitskörpers der Werkzeuganordnung umsetzt. Die
Richtung der Antriebskraft des Aktuators ist auf das Werkstück
zu gerichtet. Vorzugsweise ist das Schubelement durch den Hohlraum
und durch den ortsfesten Endkörper hindurch geführt.
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Eine
Gegenbewegung des beweglichen Endkörpers und des Schubelements
in Richtung von dem Werkstück weg nach Wegfall oder Verminderung
der Arbeitskraft des Aktuators kann durch die elastische Verformung
der flexiblen Membran, durch die Reaktionskraft auf die Andruckkraft
der Vorrichtung und/oder vorzugsweise überwiegend durch
die Federkraft einer Feder, welche bei der durch die Antriebskraft
bewirkten Bewegung gespannt wird, erfolgen. Die Feder kann insbesondere
auch innerhalb des Hohlraums angeordnet sein.
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In
bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebskraft
eines Aktuators die Werkzeuganordnung oder einen beweglichen Teil
der Werkzeuganordnung in einem ersten Bewegungsabschnitt entgegen
der Arbeitsrichtung der Werkzeuganordnung von dem Werkstück
weg bewegt, wobei eine solche Bewegung entgegen einer Federkraft
einer Federanordnung erfolgt. Die Federanordnung kann vorteilhafterweise
zu Beginn des ersten Bewegungsabschnitts bereits vorgespannt sein.
Am Ende des ersten Bewegungsabschnitts wird die Antriebskraft verringert
oder vorzugsweise vollständig ausgeschaltet und das bewegliche
Teil der Werkzeuganordnung wird unter dem Einfluss der Feder kraft
in einem zweiten Bewegungsabschnitt in Richtung der Werkstückoberfläche
bewegt. Die Bewegung des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung
kann in vorteilhafter Ausführung in dem zweiten Bewegungsabschnitt
schneller erfolgen als in dem ersten Bewegungsabschnitt, wodurch
die Schlagkraft einer am Ende des zweiten Bewegungsabschnitts stattfindenden
Schlageinwirkung der Werkzeuganordnung auf ein Werkstück
stärker sein kann als bei direkter Einwirkung der Antriebskraft
des Aktuators auf die Werkzeuganordnung in Richtung des Werkstücks.
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Die
Federanordnung enthält vorteilhafterweise wenigstens eine
Tellerfeder (einschließlich Sonderbauformen, Membranfeder
o. ä.), welche bei einfachem Aufbau eine besonders hohe
Federkonstante aufweisen kann und dadurch bei geringem Bewegungshub
hohe Beschleunigungen des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung
bewirken kann. Die Tellerfeder ist vorteilhafterweise mit ihrem äußeren Rand
in dem Gehäuse-Grundkörper der Vorrichtung festgelegt
und mit dem Rand ihrer zentralen Öffnung mit dem beweglichen
Teil der Werkzeuganordnung verbunden. Hierdurch ist zugleich das
bewegliche Teil der Werkzeuganordnung an der Verbindungsstelle mit
der Tellerfeder quer zur Bewegungsrichtung zentriert. Vorteilhafterweise
sind wenigstens zwei Tellerfedern in Bewegungsrichtung voneinander
beabstandet vorgesehen, wobei der Abstand vorzugsweise wenigstens
gleich dem Außenradius der Tellerfedern ist. Mit zwei in
Bewegungsrichtung beabstandeten Tellerfedern ergibt sich auf besonders
einfache und vorteilhafte Weise eine Führung des beweglichen
Teils der Werkzeuganordnung quer zu dessen Bewegungsrichtung.
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Eine
vorzugsweise elektronische Steuereinrichtung steuert den Aktuator
der Antriebseinrichtung zeitveränderlich an und variiert
dadurch dessen Antriebskraft, wobei eine solche Variation vorzugsweise durch
Umschalten zwischen wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei Betriebszuständen
erfolgt. Insbe sondere vorteilhaft ist das Ausschalten zwischen Einschaltzustand
und Ausschaltzustand des Aktuators, z. B. bei einem elektrisch betriebenen
Aktuator das An- und Abschalten einer Strom- oder Spannungsquelle
oder bei einem pneumatischen Aktuator das Öffnen und Schließen
eines Eingangsventils, über welches Druckluft von einer
Druckluftquelle zuführbar ist, vorzugsweise mit dem Schließen
und öffnen eines Ausgangsventils, über welches
Druckluft aus dem Hohlraum des Aktuators abgeleitet wird, im Gegentakt
zu dem Eingangsventil. Eingangsventil und Ausgangsventil sind vorteilhafterweise
in einem Umschaltventil vereinigt. Zur Verringerung des Strömungswiderstands
in den Ventilen kann vorteilhafterweise die Parallelschaltung mehrerer
Ventile vorgesehen sein.
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Die
Steuereinrichtung kann sowohl bei der Vorrichtung, insbesondere
in deren Gehäuse integriert angeordnet sein als auch bei
einer über eine vorzugsweise flexible Druckluftleitung
mit der Vorrichtung verbundenen Druckluftquelle angeordnet oder
auf Druckluftquelle und Vorrichtung verfüllt sein. Elektrische
Versorgungs- oder Steuerleitungen können vorteilhaft in
eine flexible Druckluftleitung integriert sein. Vorzugsweise ist
die Steuereinrichtung programmierbar und/oder enthält die
Steuereinrichtung einen Programmspeicher mit wenigstens einem, vorzugsweise
mehreren wählbar gespeicherten Betriebsprogrammen.
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Die
Vorrichtung kann mit einzeln auslösbaren Bewegungen betrieben
sein, welche durch den Benutzer über ein Bedienelement
auslösbar sind. Bevorzugt ist ein getakteter Betrieb mit
fortlaufend zyklisch aufeinander folgenden Bewegungen durch fortwährende
Umschaltung der Ventilanordnung zwischen einem Einschaltzustand
und einem Ausschaltzustand durch die Steuereinrichtung durch die
Steuereinrichtung.
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Die
Umschaltung erfolgt vorteilhafterweise zyklisch mit einer Taktfrequenz
von vorteilhafterweise wenigstens 50 Hz, vorzugsweise wenigstens
100 Hz, insbe sondere wenigstens 200 Hz, wobei die Teiltakte von
Einschaltzeit und Ausschaltzeit unterschiedlich lang sein können
und Einschaltzeit und/oder Ausschaltzeit vorteilhaft veränderlich
einstellbar sind. Die Taktfrequenz ist vorteilhafterweise so hoch
oder die Ausschaltzeit so kurz, dass die Werkzeuganordnung während
der Ausschaltzeit nicht in ihre Ruhelage zurückkehrt. Vorteilhafterweise
ist auch die Einschaltzeit so begrenzt, dass die Werkzeuganordnung
eine zulässige Maximalauslenkung aus der Ruheposition, die
auch durch einen Anschlag begrenzt sein kann, nicht überschreitet.
Vorzugsweise stellt sich im Taktbetrieb eine oszillierende Bewegung
der Werkzeuganordnung zwischen zwei gegenüber einer Ruhestellung
unterschiedlich stark ausgelenkten Umkehrstellungen ein.
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Die
Vorrichtung mit der Bewegung des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung
unter Einwirkung der Antriebskraft entgegen der Arbeitsrichtung
der Werkzeuganordnung unter Anspannung einer Federanordnung und
die Bereitstellung der Kraft für die Bewegung in Arbeitsrichtung
durch die Federanordnung ist mit verschiedenen Arten von Antriebseinrichtungen,
insbesondere auch magnetischen Aktuatoren vorteilhaft realisierbar.
Die Vorrichtung ist besonders vorteilhaft mit dem beschriebenen
und als Fluidic Muscle bekannten Druckluft-Aktuator, wobei sich
ein besonders vorteilhafter Aufbau mit zwischen dem Aktuator und
dem Werkstück angeordneter Federanordnung ergibt. Die Verwendung
von Tellerfedern korrespondiert besonders vorteilhaft mit der Eigenschaft
eines solchen Aktuators, bei kleinen Bewegungshüben eine
besonders hohe Antriebskraft je Druckdifferenz ausüben
zu können. Ein kleiner Bewegungshub ist wiederum vorteilhaft
vereinbar mit kurzen Zeitdauern des ersten und des zweiten Bewegungsabschnitts,
so dass eine kurze Zyklusdauer von erstem und zweitem Bewegungsabschnitt
gegeben ist und eine hohe Taktfrequenz möglich ist. Der Bewegungshub
im zyklischen Taktbetrieb mit einer Taktfrequenz von wenigstens
50 Hz, insbesondere wenigstens 100 Hz, vor zugsweise wenigstens 200 Hz
liegt vorteilhafterweise bei weniger als 1 mm. Die Vorrichtung liegt
dabei vorteilhafterweise nur leicht vibrierend relativ ruhig in
der Hand.
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Bei
einer Umschaltung der Antriebseinrichtung mit dem beschriebenen
Druckluft-Aktuator wird während der Einschaltzeit bei geöffnetem
Eingangsventil Druckluft aus einer Druckluftquelle in den Hohlraum
des Aktuators geleitet und dieser zieht sich unter Aufbringen der
mit Einströmen von Druckluft zunehmenden Antriebskraft
und gleichzeitiger seitlicher Aufweitung in Längsrichtung
zusammen und verstärkt die Spannung der Federanordnung.
Das Maß der Verkürzung des Aktuators in Längsrichtung
hängt u. a. von der Dauer der Einschaltzeit und von der
Situation zu Beginn der Einschaltzeit und vom Druck aus der Druckluftquelle
ab. Während der anschließenden Ausschaltzeit strömt
Druckluft aus dem Hohlraum des Aktuators und der Aktuator streckt
sich wieder in Längsrichtung, insbesondere unter dem Einfluss
der Federkraft, wobei die Haltekraft des Aktuators mit Ausströmen
von Druckluft aus dem Hohlraum des Aktuators abnimmt. Die Strömungsraten
beim Einströmen und Ausströmen von Druckluft sind
zeitlich nicht konstant und es stellt sich vorteilhafterweise ein
Gleichgewichtszustand als Arbeitspunkt ein, welcher u. a. über
die Veränderung von Einschaltzeit und/oder Ausschaltzeit
und/oder Taktfrequenz vorteilhafterweise durch den Benutzer veränderbar
ist. Bei Verwendung einer Ventilanordnung, welche neben einer Einschaltstellung
und einer Ausschaltstellung auch eine Sperrstellung besitzt, in
welchem der Zustand des mit Druckluft gefüllten Aktuators
für eine Haltedauer erhalten bleibt, ergeben sich erweiterte Steuerungsmöglichkeiten.
Eine 2-Wege-Umschaltung ist wegen des besonders einfachen Aufbaus
der steuerbaren Umschalt-Ventile vorteilhaft.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft als Werkzeug mit schlagender
Arbeitsbewegung der Werkzeuganordnung, insbesondere als handhaltbare
Vorrich tung zur Bearbeitung metallischer Werkstückoberflächen
zur Nachbearbeitung von geschweißten Strukturen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:
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1 einen
bei der Erfindung eingesetzten Aktuator,
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2 eine
Vorrichtung mit in Arbeitsrichtung wirkendem Aktuator,
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3 die
Vorrichtung nach 2 in Arbeitsposition,
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4 eine
Werkzeuganordnung mit bewegbaren Arbeitskörpern,
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5 einen
Werkzeugkopf zu 4 in Schrägansicht,
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6 einen
Werkzeuganordnung mit schräg geführten Arbeitskörpern,
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7 einen
Werkzeugkopf zu 6,
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8 einen
weiteren Werkzeugkopf mit schräg geführten Arbeitskörpern,
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9 einen
Schnitt durch eine Vorrichtung mit Tellerfederanordnung,
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10 eine
Schrägansicht von Teilen der Vorrichtung nach 8,
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11 eine
Darstellung einer Vorrichtung mit verschiebbarem Griffteil,
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12 eine
Ausführungsform mit quer abstehendem Griff,
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13 eine
Vorrichtung mit anderer Position einer Federanordnung,
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14 einen
vergrößerten Ausschnitt A aus 13,
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15 eine
Darstellung einer getakteten oszillierenden Bewegung.
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1 zeigt
in geschnittener Ansicht einen pneumatischen Aktuator, bei welchem
ein Hohlraum HR zwischen zwei in einer Längsrichtung LR
beabstandeten Endkörpern E1, E2 seitlich durch eine flexible
Membran ME abgeschlossen ist. Die flexible Membran ist typischerweise
schlauchförmig und in beiden Endkörpern verankert,
beispielsweise geklemmt. Die Verankerung ist in 1 angedeutet,
in den folgenden Figuren der Übersichtlichkeit halber weg
gelassen und durch eine vereinfachte Darstellung des Aktuators ersetzt.
Die beiden Endkörper weisen typischerweise jeweils Befestigungsstrukturen
BS1, BS2 auf, welche weitgehend beliebiger Art sein können
und auf welche daher nicht weiter im Detail eingegangen ist. In
wenigstens einem der Endkörper, im Beispielsfall E1, ist
ein Druckluftkanal LK ausgebildet, über welchen Druckluft
aus einer Druckluftquelle in den Hohlraum HR einführbar
oder unter Überdruck gegen der Umgebung stehende Luft aus dem
Hohlraum HR in eine Senke, insbesondere die Umgebung abgeleitet
werden kann. Der Aktuator besitzt eine in einer Längsrichtung
LR langgestreckte Form und zumindest der Hohlraum HR ist typischerweise
rotationssymmetrisch um eine in Längsrichtung LR weisende
Mittellängsachse SA. Der Hohlraum kann teilweise durch
einen Füllkörper ausgefüllt sein, um
das Fluidvolumen des Hohlraums gering zu halten und die Arbeitsgeschwindigkeit
des Aktuators zu erhöhen.
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Die 1 ist
in einer durch die Mittellängsachse SA gehenden Ebene senkrecht
zur Zeichenebene zweigeteilt dargestellt, wobei in der linken Hälfte
der 1 eine Ruheposition des Aktuators mit im wesentlichen
zur Längsrichtung LR paralleler Membran ME und in der rechten
Hälfte der 1 eine Arbeitsposition des Aktuators
dargestellt ist. Wird ausgehend von der Ruheposition des Aktuators über
den Kanal LK Druckluft in den Hohlraum HR eingeführt, wölbt
sich die flexible Membran ME seitlich nach außen von der
Mittellängsachse SA weg. Durch ein in die Membran ME eingebettetes
zugfestes Gewebe mit schräg verlaufenden gekreuzten Fasern
ist eine seitliche Auswölbung der Membran ME verbunden mit
einer Verkürzung des gegenseitigen Abstands der beiden
Endkörper E1, E2 in Längsrichtung LR. Typischerweise
ist einer der beiden Endkörper in einer für eine
Anmeldung als ortsfest anzusehenden Position gehalten und der zweite
Endkörper bringt auf ein bewegliches Teil eine Antriebskraft
in Längsrichtung. Im Beispiel sei der erste Endkörper
E1 als ortsfest und der zweite Endkörper E2 als beweglich angenommen,
so dass der zweite Endkörper E2 eine Bewegung in Längsrichtung
LR auf den ersten Endkörper E1 hin durchführt,
was durch den Doppelpfeil beim Endkörper E2 angedeutet
ist, wenn Druckluft (oder ein anderes Fluid) in den Hohlraum HR
eingeleitet wird. In der rechten Hälfte der 1 ist
demzufolge bei seitlich ausgewölbter Membran der zweite Endkörper
E2 auf den ersten Endkörper E1 hin verschoben gezeichnet.
Bei einer solchen Verschiebung kann durch den Aktuator eine Antriebskraft
in Längsrichtung erzeugt werden und der Aktuator auf diese Art
in einer Antriebseinrichtung eingesetzt sein. Eine Rückstellung
des Endkörpers E2 in die Ruheposition nach Wegfall des Überdrucks
im Hohlraum HR kann beispielsweise durch die eigene Elastizität
der Membran, durch eine von einer Last ausgehende Rückstellkraft
oder in vorteilhafter Ausführung durch eine Rückholfeder
erfolgen, welche auch in den Hohlraum integriert sein kann. Aktuatoren
der vorstehend beschriebenen und in 1 skizzierten
Art sind in unterschiedlichen Ausführungen beispielsweise
als Fluidic Muscle von der Firma Festo erhältlich.
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2 zeigt
eine erste vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Erzeugung einer schlagenden oder klopfenden Bewegung unter Verwendung
eines pneumatischen Aktuators PA2 der in 1 skizzierten
Art.
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Der
Aktuator PA2 ist in einem Gehäuse GE untergebracht, welches
lediglich schematisch funktionell angedeutet ist und ohne relativ
zueinander bewegliche Gehäuseteile zugleich den Gehäuse-Grundkörper
GK bildet, an welchem der Aktuator mit einem ersten Endkörper
E1 befestigt und somit ortsfest bezüglich des Gehäuse-Grundkörpers
ist. In dieser Ausführungsform ist der feststehende Endkörper
E1 in Längsrichtung LR einem Werkstück bzw. einer
Werkstückoberfläche WO zugewandt und der Endkörper
E2 des Aktuators PA2 der Werkstückoberfläche WO
abgewandt und relativ zu dem Gehäuse in Längsrichtung
beweglich.
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In
dem Gehäuse GE ist eine Ventilanordnung VA angeordnet, über
welche dem Hohlraum HR des Aktuators über einen in Längsrichtung
LR verlaufenden Kanal LK und einen quer zur Längsrichtung
verlaufenden Anschlusskanal QK im ersten Endkörper E1 Druckluft
aus einem Eingangsanschluss DE von einer Druckluftquelle zuführbar
ist und über welche auch Druckluft aus dem Hohlraum HR
zu einer Druckluftsenke, insbesondere in die Umgebung über einen
Ausgangsanschluss DA ableitbar ist. Die Ventilanordnung ist vorteilhafterweise
als Umschaltventilanordnung ausgeführt, welche alternativ
den pneumatischen Aktuator entweder mit dem Eingangsanschluss DE
oder dem Ausgangsanschluss DA verbindet. Die Umschaltung des Strömungswegs
ist in der Ventilanordnung VA schematisch angedeutet mit Pfeilen
für die jeweilige Strömungsrichtung. Mit durchgezogener
Linie ist eine Schalt-Ruhestellung oder Aus schaltstellung eingezeichnet,
in welcher der pneumatische Aktuator mit dem Ausgangsanschluss DA
verbunden ist und mit unterbrochener Linie ist eine Einschaltstellung
eingezeichnet, in welcher der Aktuator mit dem Eingangsanschluss
DE und damit einer Druckluftquelle verbunden ist.
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Die
Steuereinrichtung SE steuert die Ventilanordnung und bei der bevorzugten
Ausführung als Umschaltventilanordnung insbesondere den
Wechsel zwischen einer der beiden alternativen Schaltstellungen.
Die Steuereinrichtung kann insbesondere eine Steuerung der Ventilanordnung
mit einem periodischen Taktsignal vornehmen, welches innerhalb einer
Taktperiode in eine Einschaltzeit und eine Ausschaltzeit unterteilt
ist. Dauer der Taktperiode bzw. Taktfrequenz sowie Aufteilung einer
Taktperiode in Einschaltzeit und Ausschaltzeit können in
vorteilhafter Ausführung veränderbar sein, wofür
an dem Gehäuse GE Bedienelemente BE1, BE2 vorgesehen sein
können, mittels welcher veränderbare Parameter
von dem Benutzer einstellbar sind. Ein Bedienelement kann auch allgemein
als Ein-Aus-Schalter oder Taster vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung
SE und die Ventilanordnung VA sind über eine nicht dargestellte
elektrische Stromversorgung gespeist, welche sowohl durch ein Anschlusskabel
als auch durch eine integrierte Batterie- oder Akku-Einheit gegeben sein
kann. Elektrische Verbindungen zwischen Bedienelementen, Steuereinrichtung
und Ventilanordnung sind durch einfache Linien angedeutet. Ein Anschluss
an eine externe Druckluftquelle ist der Übersichtlichkeit
halber gleichfalls nicht eingezeichnet.
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Die
Steuereinrichtung kann auch ganz oder teilweise an eine Druckluftquelle,
insbesondere einen Kompressor verlagert und über Steuerleitungen
mit der vorzugsweise handgehaltenen Vorrichtung verbunden sein.
Die Steuereinrichtung kann einen programmierbaren Speicher enthalten,
welcher vorzugsweise mehrere Betriebsprogramme mit unterschiedlichen
Parameterkombinationen (z. B. Frequenz, Ein-Aus-Tastverhältnis
usw.) wählbar enthält.
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Der
pneumatische Aktuator enthält eine innere Federanordnung
FI, welche als Druckfeder ausgebildet ist und eine Federkraft in
Richtung der in 2 skizzierten gestreckten Form
des Aktuators bewirkt. Die Federanordnung FI nimmt im Beispielsfall
nur einen Teil der Länge des Aktuators ein und wirkt zwischen
den beiden Endkörpern unter Zwischenfugen eines Körpers
FZ, welcher vorteilhafterweise zugleich als ein Füllkörper
dienen kann, welcher das freie Volumen innerhalb des Hohlraums HR reduziert
und somit die Menge von für einen bestimmten Innendruck
und eine bestimmte Verformung der Membran erforderlichen Druckluft
vorteilhafterweise deutlich verringert.
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Der
der Werkstückoberfläche abgewandte zweite Endkörper
E2 ist, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, in Längsrichtung
LR beweglich. Die Bewegung des Endkörpers E2 wird über
ein Schubelement, welches im skizzierten Ausführungsbeispiel über
den Füllkörper FZ und eine Schubstange DS gebildet
ist, durch den Hohlraum HR und durch den ersten Endkörper
E1 hindurch zu einem Werkzeugkopf WK2 übertragen, welcher
an dem der Werkstückoberfläche WO zugewandten
Ende der Stange DS angeordnet ist. Die Stange DS ist in Gleitführungen
GF in Längsrichtung LR beweglich geführt und seitlich abgestützt.
Die Stange DS verläuft durch den Druckluftkanal LK. Eine
Abdichtung der Durchführung der Stange DS in Richtung der
Werkstückoberfläche WO bzw. des Werkzeugkopfes
WK2 kann durch die Gleitführung GF selbst oder durch eine
zusätzliche Dichtungsmanschette oder, da die Bewegungen
nur von geringem Hub sind, durch eine Membran gebildet sein. Der
Werkzeugkopf WK2 enthält im skizzierten Beispiel einen
Arbeitskörper AK2, welcher auf ein Befestigungsende der
Schubstange DS aufgeschraubt und mittels einer Kontermutter KM,
welche auch eine Abstützung an dem Gehäuse oder
an einem durch das Gehäuse geführten Abschnitt
des ersten Endkörpers E1 in der Ruhestellung nach 2 bewirkt, durch
Kontern gesichert ist. Der Arbeitskörper AK2 ist zur Werkstückoberfläche
WO hin im skizzierten Beispiel verjüngt, um ein kleines
Flächenelement der Werkstückoberfläche
WO gezielt zu beaufschlagen.
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3 zeigt
die Vorrichtung nach 2 ausschnittsweise mit dem Bereich
des Aktuators in einer Arbeitsposition mit seitlich ausgewölbter
Membran ME und verkürztem Abstand der beiden Endkörper E1,
E2. Die Ruheposition des beweglichen Endkörpers E2 ist
durch eine gestrichelte Linie quer zur Längsrichtung angedeutet.
In dieser Arbeitsposition ist der Werkzeugkopf WK2 von der Abstützung
an dem ersten Endkörper EK abgehoben in Richtung der Werkstückoberfläche.
Die Bewegung des Werkzeugkopfes in Richtung der Werkstückoberfläche WO
kann in Form von einzelnen Schlagklopfbewegungen zwischen der in 2 skizzierten
Ruhestellung und der in 3 skizzierten Schlagstellung
mit auf der Werkstückoberfläche WO auftreffendem
Arbeitskörper AK2 und jeweiliger Rückkehr in die
Ruheposition erfolgen. Vorzugsweise ist aber die Ventilanordnung über
die Steuereinrichtung so gesteuert, dass in der Arbeitsstellung
nach 3 der Werkzeugkopf WK2 ständig von der
Ruheposition nach 2 ausgelenkt und von dem Endkörper
E1 in Richtung der Werkstückoberfläche abgehoben
bleibt und mit geringem Hub um eine Mittenstellung in Längsrichtung
LR oszilliert und dabei in kurzer Folge zyklisch mit der Taktfrequenz
auf die Werkstückoberfläche WO schlägt.
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Nach
Beenden des Arbeitsvorgangs drückt die Federanordnung FI
den beweglichen Endkörper E2 wieder in die in 2 skizzierte
Ruheposition, in welcher der Werkzeugkopf WK2 an dem im skizzierten
Beispiel durch den Endkörper E1 gebildeten Ruheanschlag
anliegt.
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Die
Längsbewegung des beweglichen Endkörpers E2 zum
Werkzeugkopf kann auch durch außerhalb des Hohlraums und
des ersten Endkörpers E1 geführte Schubelemente
vom beweglichen Endkörper E2 zum Werkzeugkopf hin erfolgen,
wobei dann eine Abdichtung einer Durchführung entfällt. Die
Anordnung eines Schubelements innerhalb des Hohlraums und die Durchführung
durch den Endkörper E1 ist aber vom gesamten Aufbau her
vorteilhaft.
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Während
bei dem in 2 und 3 skizzierten
Werkzeugkopf WK2 der Arbeitskörper AK2 in seiner Bewegung
in Längsrichtung fest mit der Bewegung des beweglichen
Endkörpers E2 gekoppelt ist, kann in vorteilhafter Ausführung
vorgesehen sein, dass, wie in dem Beispiel nach 4,
in zwei um 90° gegeneinander um die Längsachse
SA gedrehten Ansichten dargestellt in einem Werkzeugkopf WK4 ein
oder mehrere Arbeitskörper AK in Richtung einer Arbeitsrichtung
AR4, welche im Beispiel der 4 parallel
zur Längsrichtung LR verläuft, gehalten sind, deren
Längsbewegung in Arbeitsrichtung AR4 nicht fest mit der
Bewegung des beweglichen Endkörpers gekoppelt ist. Vielmehr
erfolgt eine Übertragung der Bewegung des beweglichen Endkörpers
des pneumatischen Aktuators oder auch eines Aktuators anderer Bauart über
ein bewegliches Teil der Werkzeuganordnung (welches in anderer Betrachtungsweise auch
teilweise oder vollständig als Teil der Antriebseinrichtung
angesehen werden kann), welches in dem Werkzeugkopf WK4 einen Schlagkörper
nach Art eines Hammerkopfes HV bildet. Die Bewegung des beweglichen
Teils der Werkzeuganordnung mit dem Hammerkopf HV ist fest mit der
durch den Aktuator bewirkten Antriebsbewegung, z. B. des beweglichen
Endkörpers des Aktuators gekoppelt. Eine den Arbeitskörpern
AK zugewandte Fläche des Hammerkopfes HV schlägt
auf die diesem zugewandten Stirnflächen der Arbeitskörper
AK und bewirkt dabei eine Kraft auf die Arbeitskörper AK
in Richtung der Werkstückoberfläche. Die Arbeitskörper
AK wirken ihrerseits mit ihren der Werkstückoberfläche
zugewandten Stirnflächen auf die Werkstückoberflä che
ein. Die Arbeitskörper AK sind in einer Führungseinrichtung AF
des Werkzeugkopfes WK4 in Arbeitsrichtung AR4 verschiebbar beweglich
gelagert und können in an sich bekannter Weise in einem
Halteteil EH, welches beispielsweise als Elastomerblock oder Membran ausgeführt
sein kann, gegen Ausfallen aus dem Werkzeugkopf gesichert sein,
auch wenn die Arbeitskörper AK in vorteilhafter Ausführung
als Stifte ausgeführt sind. Die mehreren Arbeitskörper
AK sind innerhalb der Führungen FK unabhängig
voneinander in Arbeitsrichtung AR4 bewegbar. Die Führungen können
in an sich für stiftförmige Körper bekannten Ausführungen
gestaltet sein. Die Arbeitskörper können auch
in Öffnungen von einer oder mehreren Membran als Führungen
eingesetzt sein.
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Vorteilhafterweise
stellt sich im Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei Taktfrequenzen
von wenigstens 50 Hz, insbesondere wenigstens 100 Hz, vorzugsweise
wenigstens 200 Hz eine Arbeitsposition ein, bei welcher die Schlagfläche
des Hammerkopfes HV von der Werkzeugoberfläche WO einen Abstand
einhält, welcher um ein geringes Maß größer
ist als die Länge der Arbeitskörper AK in Arbeitsrichtung
AR4, und wobei bei im wesentlichen in Längsrichtung ortsfestem
Grundkörper GK der Vorrichtung und des mit diesem verbundenen
Werkzeugkopfes WK4 die Arbeitskörper AK zwischen der Schlagfläche
des Hammerkopfes HV und der Werkstückoberfläche
WO in Arbeitsrichtung AR4 hin und her fliegen.
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Der
Werkzeugkopf WK4 ist vorteilhafterweise lösbar an dem Grundkörper
GK befestigt und austauschbar. Hierfür kann beispielsweise
in bevorzugter Ausführung eine klemmende Befestigung in
Form einer Klemmeinrichtung KE, insbesondere einer Klemmhülse
vorgesehen sein, welche gegen den Grundkörper verspannbar
ist und beispielsweise einen Klemmabschnitt des Werkzeugkopfes WK4
radial klemmend aufnimmt. Zum Austausch des Werkzeugkopfes braucht
dann lediglich die Klemmeinrichtung gelockert werden, ohne ganz
entfernt zu werden. Zum Lockern und Anspannen der Klemmeinrichtung
KE können beispielsweise Schrauben KS vorgesehen sein.
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Die
mehreren Arbeitskörper AK in der Werkzeuganordnung nach 4 sind
vorzugsweise in einer Linie hintereinander angeordnet. Es kann auch eine
Werkzeuganordnung mit nur einem relativ zu dem Hammerkopf in Arbeitsrichtung
AR4 beweglich geführten Arbeitskörper vorgesehen
sein.
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Bei
mehreren Arbeitskörpern AK in Anordnung entlang einer Linie
ist die Schlagfläche des Hammerkopfes HV für alle
Arbeitskörper in unterschiedlichen Flächenbereichen
wirksam. Der Hammerkopf HV kann auf die lineare Anordnung mehrerer
Arbeitskörper AK abgestimmt sein und hierfür eine
in einer Richtung langgestreckte und quer dazu schmale Schlagfläche
aufweisen. In einem solchen Fall sind Führungen bzw. Ausrichthilfen
zwischen Werkzeugkopf WK4 und Hammerkopf HV und/oder Grundkörper
GK vorgesehen. Vorteilhafterweise ist der Bereich der Einwirkung
der Schlagfläche des Hammerkopfes auf die der Werkstückoberfläche
WO abgewandten Flächen der Arbeitskörper einsehbar, um
eventuelle Störungen schnell zu erkennen. Der Werkzeugkopf
WK4 bildet hierfür im skizzierten Beispiel eine Gabelform,
welche an den Gabelenden durch die Führungseinrichtung
FK überbrückt ist. Der Werkzeugkopf ist zur Werkstückoberfläche
hin, wie in der Ansicht nach 4(B) verdeutlicht,
verschraubt, wodurch der bearbeitete Flächenbereich besonders vorteilhaft
einsehbar ist.
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5 zeigt
eine Schrägansicht des Werkzeugkopfes WK4 in von der Vorrichtung
gelöster Form ohne Hammerkopf HV. Der Aufnahmeraum für den
Hammerkopf ist mit AH bezeichnet.
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Der
Hammerkopf kann bei einer Antriebseinrichtung nach Art der Ausführung
in 2 und 3 an dem dem Werkstück
zugewandten Ende der Stange DS angeordnet sein, wobei die vom Aktuator
bewirkte Antriebskraft durch Verringern des Abstands der beiden
Endkörper direkt als Schlagkraft des Hammerkopfes auf die
Arbeitskörper wirkt.
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Bei
der Werkzeuganordnung nach 4 und 5 ist
die Arbeitsrichtung AR4 der Arbeitskörper AK parallel zur
Längsrichtung LR des Aktuators gerichtet. In anderer vorteilhafter
Ausführung kann die Arbeitsrichtung der Arbeitskörper
gegen die Längsrichtung des Aktuators geneigt sein, wobei
der Neigungswinkel vorteilhafterweise nicht größer
ist als 30°. In 6 ist ein Beispiel hierfür
in Form eines an dem Grundkörper der Vorrichtung befestigten
Werkzeugkopfes WK6 mit in diesem Fall vier in einer Linie angeordneten
Arbeitskörpern AK skizziert. Die 7 zeigt
den Werkzeugkopf WK6 in von der Vorrichtung gelöster Darstellung.
Insbesondere aus 7 ist ersichtlich, dass die
Arbeitsrichtung AR6 gegen die Längsrichtung LR geneigt
verläuft. Die Neigung gegen die Längsrichtung
LR ist für alle Arbeitskörper AK vorzugsweise
gleich. Im Beispiel des Werkzeugkopfes WK6 nach 6 und 7 ist
die Ebene, in welcher die mehreren Arbeitskörper AK mit
der Arbeitsrichtung AR6 verlaufen, gegen die Längsrichtung
LR geneigt. Im Unterschied dazu ist im Beispiel des in 8 dargestellten
Arbeitskopfes WK8 die Ebene, in welcher die mehreren in einer Reihe
angeordneten Arbeitskörper AK mit der Arbeitsrichtung AR8
liegen, nicht gegen die Längsrichtung LR geneigt, sondern enthält
die Längsrichtung. Innerhalb dieser Ebene ist die Arbeitsrichtung
AR8 der Arbeitskörper AK gegen die Längsrichtung
geneigt. Die Hammerköpfe sind jeweils auf verschiedene
Gestaltungen von Werkzeugköpfen abgestimmt. Die Hammerköpfe
sind hierfür vorteilhafterweise gleichfalls einfach austauschbar befestigt.
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6 zeigt
noch ein weiteres, bei einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung vorteilhaftes Merkmal, welchem zufolge die ohnehin für
den Betrieb des Aktuators benötigte Druckluft auch zur
Kühlung der Werkzeuganordnung und der Werkstückoberfläche herangezogen
werden kann. Insbesondere kann die Abluft aus dem Hohlraum des Aktuators über
den Ausgangsanschluss der Ventilanordnung und weitere strömungsleitende
Einrichtungen dem Werkzeugkopf und dem Arbeitsbereich auf der Werkstückoberfläche
zugeleitet werden. In 6 sind hierzu Kühlluftkanäle
KL in dem Hammerkopf HS vorgesehen, welche vorteilhafterweise neben
den als Schlagflächen für die Arbeitskörper
AK wirkenden Flächenteilen des Hammerkopfes HS münden. Über
die die Kanäle durchströmende Druckluft wird sowohl
der Hammerkopf HS selbst als auch die von diesem beaufschlagten
Enden der Arbeitskörper AK und mit etwas größerem
Abstand auch die Werkstückoberfläche WO luftgekühlt.
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Während
in der in 2 und 3 skizzierten
Vorrichtung die Antriebsbewegung des Aktuators in Richtung der Werkstückoberfläche
gerichtet ist und unmittelbar mit der Bewegung eines Arbeitskopfes AK2
oder eines auf einzeln bewegliche Arbeitskörper einwirkenden
Hammerkopfes wirkt, wobei die Antriebsrichtung des beweglichen Endkörpers
E2 im wesentlichen gleich ist der Arbeitsrichtung der Werkzeuganordnung,
sieht eine bevorzugte Ausführung vor, dass der Aktuator
der Antriebseinrichtung eine Antriebsbewegung im wesentlichen entgegen
der Arbeitsrichtung der Werkzeuganordnung ausübt und hierbei
unter Spannung einer Federanordnung und entgegen deren Federkraft
ein bewegliches Teil der Werkzeuganordnung entgegen der Arbeitsrichtung der
Werkzeuganordnung verschiebt. Nach Verringerung oder insbesondere
Wegfall der Arbeitskraft, insbesondere während die Antriebseinrichtung
ausgeschaltet ist, wird das bewegliche Teil der Werkzeuganordnung
durch die Federkraft der Federanordnung in Arbeitsrichtung der Werkzeuganordnung
bewegt. Die Federanordnung enthält vorteilhafterweise wenigstens
eine, in bevorzugter Aus führung wenigstens zwei in Bewegungsrichtung
des bewegten Teils der Werkzeuganordnung beabstandete Tellerfedern (oder
Sonderbauform Membranfedern).
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9 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer solchen bevorzugten Antriebsform,
bei welcher die Werkzeuganordnung einen Werkzeugkopf nach Art der 6 und 7 enthält.
Dieser ist beispielsweise in der beschriebenen Art mittels einer
Klemmeinrichtung KE an dem Grundkörper GK des Gehäuses der
Vorrichtung befestigt. In Längsrichtung zwischen dem Werkzeugkopf
WK6 und dem Aktuator PA9 sind in Längsrichtung LR beabstandet
eine erste Tellerfeder TF1 und eine zweite Tellerfeder TF2 angeordnet, welche
mit ihren äußeren Rändern durch eine
Distanzhülse DH ortsfest bezüglich des Grundkörpers gehalten
sind. Die inneren Öffnungen der beiden Tellerfedern sind
mit einem Schaft WS der Werkzeuganordnung gleichfalls über
eine Distanzhülse oder eine entsprechende Vorrichtung an
dem Werkzeugschaft gehalten. Der Werkzeugschaft ist mit dem in Längsrichtung
bewegbaren zweiten Endkörper E2 des Aktuators PA9 verbunden.
Der erste Endkörper E1 des Aktuators ist in Längsrichtung
der Werkstückoberfläche WO abgewandt angeordnet
und beispielsweise über einen Haltering HR mit dem Grundkörper
des Vorrichtungsgehäuses verbunden und bezüglich
diesem als ortsfest zu betrachten. Bei dem ersten Endkörper
E1, in welchem ein Druckluftkanal LK zum Zuführen und Abführen
von Druckluft in den Hohlraum des Aktuators vorgesehen ist, ist
eine steuerbare Ventilanordnung VA und eine Steuereinrichtung SE
angeordnet. Der Hohlraum des Aktuators ist teilweise durch einen
Füllkörper FZ ausgefüllt.
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Die
Tellerfedern können in dem in 9 skizzierten
Ausgangszustand spannungsfrei oder in Längsrichtung von
dem Werkstück weg vorgespannt sein. Vorzugsweise ist an
dem Grundkörper GK und/oder an dem beweglichen Teil der
Werkzeuganordnung ein Anschlag LA vorgesehen, welcher eine Verfor mung
der Tellerfedern TF aus der skizzierten Ausgangsposition in Richtung
des Werkstücks verhindert.
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Wird
ausgehend von der skizzierten Ruheposition des Aktuators und der
Werkzeuganordnung dem Hohlraum des Aktuators Druckluft zugeführt,
so verschiebt sich der in Längsrichtung dem Werkstück zugewandte
zweite Endkörper E2 von dem Werkstück weg in Richtung
des ersten Endkörpers E1 bei gleichzeitiger Hufwölbung
der flexiblen Membran ME des Aktuators. Dabei werden die Tellerfedern
TF1, TF2 verformt, insbesondere in Richtung von dem Werkzeugkopf
weg aufgewölbt entgegen der Federspannung der Tellerfedern,
welche mit zunehmender Verformung über kurze Verschiebungsstrecken schnell
ansteigt. Die Verschiebung des zweiten Endkörpers E2 mit
dem beweglichen Teil der Werkzeuganordnung erfolge bis zu einem
oberen Umkehrpunkt, an welchem die Luftzufuhr aus der Druckluftquelle
in den Hohlraum abgebrochen und durch Umschaltung der Ventilanordnung
der Hohlraum mit dem Druckluftausgang der Ventilanordnung verbunden
wird. Druckluft strömt aus dem Hohlraum des Aktuators hinaus,
wodurch sich die Haltekraft des Aktuators verringert und das bewegliche
Teil WS der Werkzeuganordnung, an dessen unterem Ende der Hammerkopf
HS angeordnet ist, und welches mit dem zweiten Endkörper
E2 des Aktuators bewegungsgekoppelt ist, durch die Federkraft der
Tellerfedern in Richtung des Werkstücks bewegt wird. Durch
die Eigenart der Tellerfedern, über kurze Verformungswege
sehr hohe Rückstellkräfte zu erzeugen, erfolgt
die Rückbewegung des beweglichen Teils WS der Werkzeuganordnung
im Regelfall schnell und kann insbesondere schneller erfolgen als
die Bewegung des beweglichen Teils bei Anspannung der Federanordnung
unter Einwirkung der Antriebskraft des Aktuators während
der Zuführung von Druckluft. Die Bewegung des beweglichen
Teils WS der Werkzeuganordnung unter Einwirkung der Antriebskraft
des Aktuators von dem Werkzeugkopf WK6 bzw. von der Werkstückoberfläche
weg sei nachfolgend auch als erster Bewegungsabschnitt, die Bewegung
des beweglichen Teils WS der Werkzeuganordnung in Richtung des Werkzeugkopfes
WK6 unter der Einwirkung der Rückstellkraft der Tellerfederanordnung
als zweiter Bewegungsabschnitt bezeichnet.
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In
einfachster Ausführung kann eine Abfolge eines ersten Bewegungsabschnitts
und eines zweiten Bewegungsabschnitts den Aktuator und das bewegliche
Teil der Werkzeuganordnung wieder in die in 9 skizzierte
Ausgangslage zurückbringen. In bevorzugter Ausführung
ist, wie bereits zu 2 und 3 beschrieben,
vorgesehen, dass die Steuereinrichtung SE die Ventilanordnung VA
in zyklisch aufeinander folgenden Taktperioden mit einer Einschaltzeit,
während der der erste Bewegungsabschnitt erfolgt, und einer
Ausschaltzeit, während welcher der zweite Bewegungsabschnitt
erfolgt, ansteuert, wobei die Taktfrequenz vorteilhafterweise bei
wenigstens 50 Hz, insbesondere wenigstens 100 Hz, vorzugsweise wenigstens
200 Hz liegt. Die Taktfrequenz kann veränderlich sein.
Vorzugsweise erfolgt im eingeschwungenen Zustand einer solchen getakteten Betriebsart
keine Rückkehr des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung
in die in 9 skizzierte Ruhestellung, sondern
das bewegliche Teil der Werkzeuganordnung erreicht während
des zweiten Bewegungsabschnitts lediglich einen unteren Umkehrpunkt,
ab welchem durch Einleitung der nächsten Einschaltzeit
des Aktuators mit damit verbundenem ersten Bewegungsabschnitt wieder
eine Bewegung des beweglichen Teils WS der Werkzeuganordnung von
der Werkstückoberfläche weg bis zu einem oberen
Umkehrpunkt bei der Umschaltung der Ventilanordnung auf den Ausgangsanschluss
für die Dauer einer Ausschaltzeit erfolgt. Im eingeschwungenen Zustand
der getakteten Betriebsart oszilliert das bewegliche Teil WS der
Werkzeuganordnung dann zwischen zwei unterschiedlich stark gegen
die in 9 skizzierte Ruheposition ausgelenkten Umkehrpunkten.
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In 15 ist
eine solche oszillierende Bewegung in einem Diagramm, in welchem
eine Auslenkung SW des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung von
der in 9 skizzierten Ruheposition über der Zeit
t aufgetragen ist, veranschaulicht. Die oszillierende Bewegung mit
alternierend aufeinander folgenden ersten Bewegungsabschnitten BE über
eine Einschaltzeit TE und zweiten Bewegungsabschnitten BA über
eine Ausschaltzeit TA erfolgt zwischen einem oberen Umkehrpunkt
UH und einem unteren Umkehrpunkt UL, welche unterschiedlich weit
von der mit S0 bezeichneten Ruheposition entfernt sind. Der obere
Umkehrpunkt UH kann maximal eine Maximalauslenkung SM erreichen,
der untere Umkehrpunkt UL liegt im Extremfall bei der Ruheposition
S0. Vorzugsweise ist aber der untere Umkehrpunkt UL von der Ruhelage
S0 und der obere Umkehrpunkt UH von der Maximalauslenkung SM beabstandet und
der Hub HU der oszillierenden Bewegung liegt vorteilhafterweise
bei höchstens 50% der maximal zulässigen Auslenkung
SM. Der Abstand des unteren Umkehrpunkts UL von der Ruhelage S0
und der Abstand des oberen Umkehrpunkts UH von der maximal zulässigen
und eventuell durch einen Anschlag begrenzbaren Auslenkung SN betragen
im Taktbetrieb jeweils vorteilhafterweise wenigsten 10% der maximalen
Auslenkung SM gegen die Ruhelage S0.
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Die
Bewegung des beweglichen Teils WS der Werkzeuganordnung verläuft
typischerweise sowohl in den ersten Bewegungsabschnitten BE als auch
in den zweiten Bewegungsabschnitten BA nicht linear über
der Zeit t und die Zeitabhängigkeit ist in ersten Bewegungsabschnitten
typischerweise anders als in zweiten Bewegungsabschnitten. Hieraus läßt
sich in besonders vorteilhafter Weise eine Einstellung eines Arbeitspunkts
der Bewegung, welcher beispielsweise als mittlere Auslenkung UM
zwischen UL und UH angenommen sein kann, vornehmen, indem die Dauer
der Einschaltzeit TE und/oder der Ausschaltzeit TA variiert wird.
Vorteilhafterweise wird der Arbeitspunkt ohne weiteres auch ausgehend
von der Ruheposition mit der getakteten Betriebsart ohne weiteres
Zutun erreicht, insbesondere wenn die Bewegungen während
der Einschaltzeit und/oder der Ausschaltzeit nicht linear, insbesondere
in monoton gekrümmtem Diagrammverlauf über der
Zeit erfolgen. Der Arbeitspunkt ist auch durch Variation des Drucks
am Eingang der Ventilanordnung, insbesondere durch Ansteuerung einer
steuerbaren Druckluftquelle oder durch Eingriffe in die Querschnitte
der Strömungswege veränderbar.
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In 9 sind
als weitere vorteilhafte Merkmale einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung die bereits genannte Luftkühlung über
einen Kanal KK durch den beweglichen Teil WS der Werkzeuganordnung
veranschaulicht, welcher sich in dem Hammerkopf HS fortsetzt. Die
Kühlluft, welche vorteilhafterweise zumindest teilweise
durch aus dem Hohlraum des Aktuators während dessen Ausschaltzeit
ausströmende Luft sein kann, wird über nicht gezeigte Kanäle
von Aussparungen des Halterings HR in den Raum zwischen dem Aktuator
und der Gehäusewand des Gehäuse-Grundkörpers
geleitet.
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In 10 sind
wesentliche Teile der Vorrichtung nach 9, welche
mit dem Grundkörper verbunden oder auch relativ zu diesem
in Längsrichtung beweglich sind, ohne Gehäuse
in Schrägansicht dargestellt. Der erste Endkörper
E1 des Aktuators ist über einen Haltering HR mit dem Gehäuse-Grundkörper
der Vorrichtung verbunden, insbesondere verschraubt. Der bewegliche
Endkörper E2 des Aktuators ist unter Einspannung der Tellerfedern
TF1, TF2 an den Rändern von den inneren Aussparungen der Tellerfedern
mit dem beweglichen Teil WS der Werkzeuganordnung gekoppelt, wobei
dieses bewegliche Teil der Werkzeuganordnung insbesondere einen druck-
und zugfesten Schaft RA bilden kann. Am Ende des beweglichen Teils
der Werkzeuganordnung ist der Hammerkopf HS angeordnet, welcher
in der hierfür vorgesehenen Aufnahme des Werkzeugkopfes
WK6 einliegt und bei der Bewegung mit seiner Schlagfläche
gegen die Arbeitskörper AK6 schlägt, deren Arbeitsrichtung
AR6 gegen die Längsrichtung des Aktuators geneigt verläuft.
Der Werkzeugkopf WK6 ist über die Halte- bzw. Klemmeinrichtung
KE an dem Grundkörper des Gehäuses lösbar
befestigt. Parallel zur Längsrichtung gegen den Haltering
HR versetzt ist eine Ventilanordnung VA mit mehreren Einzelventilen
dargestellt.
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Der
Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
einer Arbeitsrichtung eines Aktuators, die unter der Einwirkung
der Antriebskraft einer Antriebseinrichtung von der Werkstückoberfläche
weg gerichtet ist und mit der Anspannung einer Federanordnung einhergeht
und mit der Bewegung eines beweglichen Teils der Werkzeuganordnung
in Richtung auf die Werkstückoberfläche zu unter
der Einwirkung der zuvor durch die Antriebseinrichtung gespannten Federanordnung
nach Reduzierung oder Wegfall der Antriebskraft ist auch mit anderen
Antriebsarten vorteilhaft durchführbar. Insbesondere kann
hierbei auch eine Antriebseinrichtung mit geringerer Antriebsgeschwindigkeit
beim Spannen der Federanordnung eingesetzt werden, solange die Antriebskraft
zum Spannen der Federanordnung ausreicht. Die für die Bearbeitung
der Werkstückoberfläche günstige schnelle
Bewegung auf die Werkstückoberfläche zu wird dann
günstigerweise durch die Federanordnung gewährleistet.
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Der
Aufbau der Vorrichtung mit der Federanordnung, insbesondere mittels
Tellerfedern, ist auch mit einer direkt auf dem beweglichen Teil
der Werkzeuganordnung befestigten und damit fest an die Bewegung
des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung und des zweiten Endkörpers
gekoppelten Arbeitskörperanordnung beispielsweise wie in 2 oder 3,
möglich anstelle der indirekten Beaufschlagung der Werkstückoberfläche über
die zwischen Hammerkopf HS und Werkstückoberfläche
beweglichen, insbesondere auch relativ zum Hammerkopf HS beweglichen
Arbeitskörper.
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Die
Verwendung von Tellerfedern TF1, TF2 in der Federanordnung ist von
besonderem Vorteil für eine selbst zentrierende Führung
des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung und des beweglichen Endkörpers
E2 des Aktuators. Die Tellerfedern sind mit ihren äußeren
Rändern in den inneren Querschnitt des Grundkörpers
eingepasst und damit nicht nur in Längsrichtung unter Einfügung
der Distanzhülse fixiert, sondern auch quer zur Längsrichtung
an der Innenwand des Grundkörpers GK direkt oder indirekt
abgestützt. Das bewegliche Teil der Werkzeuganordnung ist
in die inneren Öffnungen der Tellerfedern eingepasst und
damit quer zur Längsrichtung zentriert. Insbesondere durch
die beiden in Längsrichtung beabstandeten Tellerfedern
TF1, TF2 ergibt sich eine durch den Abstand gegebene Basis, über welche
auch eventuell auftretende – Kippmomente auf den Schaft
des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung sicher abgefangen werden.
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Der
Hammerkopf HS bzw. ein für einen anderen Werkzeugkopf einzusetzender
Hammerkopf anderer Form ist vorteilhafterweise mit geringem Aufwand
lösbar an dem Schaft des beweglichen Teils der Werkzeuganordnung
befestigt. Das bewegliche Teil WS der Werkzeuganordnung kann auch
ganz oder teilweise als Teil der Antriebseinrichtung angesehen und
dieser zugeordnet werden.
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Anhand
von 11 sind weitere für erfindungsgemäße
Vorrichtungen vorteilhafte Merkmale beschrieben, welche teilweise
auch bereits der Skizze nach 9 entnehmbar
sind.
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Die
Verwendung des beschriebenen pneumatischen Aktuators ermöglicht
vorteilhafterweise eine schlanke, in Längsrichtung langgestreckte
Bauform des Grundkörpers GK der Vorrichtung, welche es
erlaubt, im Längsbereich des Aktuators und/oder des beweglichen
Teils der Werkzeuganordnung eine Griffposition GP1 vorzusehen, an
welcher das Gehäuse im wesentlichen rohrförmig mit
kreisrundem Querschnitt ausgeführt ist und aufgrund der
geringen Querabmessungen des Aktuators einen Außendurchmesser
von typischerweise zwischen 40 und 80 mm aufweist, welcher im Regelfall
ein Umgreifen des rohrförmigen Gehäuseabschnitts
mit einer Benutzerhand ermöglicht.
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Vorteilhafterweise
ist diese mit GR1 bezeichnete Griffposition an einer Gehäusehülse
GH eines Griffteils GG des Gehäuses vorgesehen, wobei dieses
Griffteil GG des Gehäuses relativ zu dem Grundkörper
GK in Längsrichtung entgegen der Rückstellkraft
einer vorzugsweise im inneren des Gehäuses angeordneten
Federanordnung FA verschiebbar ist. In 11(A) ist
die Ruheposition des Griffgehäuseteils GG relativ zum Grundkörper
GK des Gehäuses dargestellt. Der rohrförmige Gehäuseabschnitt
mit der Griffposition GR1 ist vorteilhafterweise als Hüllrohr
um den Grundkörper GK des Gehäuses ausgeführt.
Durch Verschiebung des Griffteils GG des Gehäuses entgegen
der Rückstellkraft der Federanordnung FA in Richtung auf
die Werkstückoberfläche WO zu entsteht automatisch
eine der Rückstellkraft der Federanordnung entsprechende
Andruckkraft, mit welcher der Benutzer die Vorrichtung in Richtung der
Werkstückoberfläche drückt.
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In
vorteilhafter Ausführung ist an der der Werkstückoberfläche
WO abgewandten Seite des Aktuators an dem Gehäuse, bei
relativ zum Grundkörper verschiebbarem Griffteil GG des
Gehäuses an dem Gehäusegriffteil GG eine Griffposition
vorgesehen, welche in 11 mit GR2 bezeichnet ist. Hierfür ist
in dem Beispiel nach 11 an dem Gehäusegriffteil
GG ein Griffbügel HG2 vorgesehen. Durch die Kombination
der ersten Griffposition GR1 und der zweiten Griffposition GR2 kann
die Vorrichtung im handgehaltenen Betrieb besonders sicher und angenehm
geführt werden.
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Die
Möglichkeit der relativen Verschiebung eines Griffgehäuseteils
GG relativ zu einem Gehäuse-Grundkörper GK der
Vorrichtung entgegen einer Rückstellkraft einer Federanordnung
FA kann in vorteilhafter Weiterbildung für eine Sicherheitsfunktion
in der Weise genutzt werden, dass beispielsweise ein Einschalten
der Antriebseinrichtung, im Beispielsfall des pneumatischen Aktuators
also ein Zuführen von Druckluft in den Aktuator, nur dann
möglich ist, wenn eine Mindestverschiebung entsprechend
einer Mindestkraft des Andrückens der Vorrichtung auf die Werkstückoberfläche
gegeben ist. In entsprechender Weise kann zusätzlich oder
alternativ vorgesehen sein, dass bei Überschreiten einer
maximalen Andruckkraft oder bei Überschreiten einer vorgegebenen
Maximalverschiebung zwischen Gehäusegriffteil GG und Grundkörper
GK die Antriebseinrichtung ausgeschaltet wird.
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In 12 ist
schematisch ein weiterer Aufbau einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung hinsichtlich der relativen Anordnung der verschiedenen
Komponenten skizziert, wobei hier eine dem Werkstück abgewandte
Griffposition nicht in Verlängerung des Aktuators liegend,
sondern seitlich weg ragend als Griffposition GQ vorgesehen ist.
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In 13 ist
eine weitere vorteilhafte Ausführung einer Kombination
einer Federanordnung mit einem Aktuator der in 1 skizzierten
Art dargestellt, wobei in 14 ausschnittsweise
ein Bereich des der Werkzeuganordnung abgewandten ersten Endkörpers
E13 mit der bei diesem angeordneten Federanordnung F13 dargestellt
ist. Der Endkörper E13 ist mit dem Gehäusegrundkörper
GK13 fest verbunden. Ähnlich der Ausführung eines
Aktuators nach Art der 2 und 3 ist durch
den Endkörper E13 ein Schubelement durch den Endkörper
und den Hohlraum des Aktuators zu dem der Werkzeuganordnung zugewandten
beweglichen Endkörper E23 geführt und mit diesem
verbunden.
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Das
Schubelement bildet in dem Hohlraum vorteilhafterweise wieder einen
das freie Gasvolumen des Hohlraums reduzierenden Füllkörper
FK13 und im Bereich des ersten Endkörpers E13 eine Druckstange
DS13. Im skizzierten bevorzugten Beispiel weist das Schubelement
in Längsrichtung eine Bohrung LK oder dergleichen auf.
Diese dient als ein Teil des Kanals zur Zuführung und Abführung
von Druckluft in bzw. aus dem Hohlraum des Aktuators. In dem Bereich
des Füllkörpers sind Querkanäle zu der Längsbohrung
LK ausgebildet, welche mit geringem Strömungswiderstand
eine Verbindung in den Hohlraum bei der Membran ME bilden.
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Ein
bewegliches Teil einer Werkzeuganordnung ist ähnlich der
Ausführungsform nach 9 und 10 mit
dem beweglichen Endkörper E23 verbunden. Das bewegliche
Teil der Werkzeuganordnung kann wie im Beispiel nach 2 und 3 direkt
mit einem Arbeitskörper oder wie in 13 mit einem
Schlagkörper HS13 verbunden sein, welcher seinerseits ähnlich
den Ausführungen nach 4 bis 11 mit
einer Schlagfläche auf ein relativ zu dem Grundkörper
GK und zu dem Schlagkörper HS13 in einer Arbeitsrichtung
AR13 beweglichen Arbeitskörper AK13 schlägt. Als
Arbeitskörper ist in 13 eine Art
Meißel dargestellt.
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Das
bewegliche Teil der Werkzeuganordnung ist in einem rohrförmigen
Abschnitt mittels eines mitbewegten Gleitstücks GLA quer
zur Längsrichtung LR abgestützt und in seiner
Bewegung in Längsrichtung geführt. Das Druckelement
ist zugleich an der Durchführung durch den ersten Endkörper und/oder
in einem den Hohlraum abgewandten Bereich nach dem ersten Endkörper
quer zur Längsrichtung in einer zweiten Führung
abgestützt und geführt, so dass sich durch die
in Längsrichtung weit beabstandeten Führungen
eine gute Abstützung gegen eventuelle Kippmomente quer
zur Längsrichtung ergibt.
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Die
Federanordnung F13 ist zum einen gegen den Gehäusegrundkörper
und zum anderen gegen das Schubelement abgestützt, wofür
das Schubelement im skizzierten Beispiel mit einem Stützkörper
GLB verbunden ist, welcher auch zugleich die zweite Führung
für die Bewegung des Schubelements in Längsrichtung
bilden kann. Die Federanordnung ist im skizzierten Beispiel wie
insbesondere aus 14 ersichtlich durch eine Tellerfederanordnung gebildet,
welche für eine geringere Federkonstante und/oder insbesondere
für einen größeren Hub der oszillierenden
Bewegung im Betrieb der Vorrichtung durch eine Säule aus
mehreren abwechselnd gegensinnig ausgerichteten Tellerfedern gebildet
ist. Eine Abstützung des Schubelements quer zur Längsrichtung
kann auch wie zu 9 und 10 beschrieben
durch eine zentrierende Funktion der Federanordnung gegeben sein.
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Die
Federanordnung befindet sich bei dem in 13 und 14 skizzierten
Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise einerseits außerhalb
des Hohlraums des Aktuators, andererseits in einem Bereich, welcher
nicht gegen den Hohlraum des Aktuators abgedichtet zu sein braucht
und vorzugsweise mit dem Hohlraum des Aktuators im wesentlichen
druckausgeglichen ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine druckdichte
Führung zwischen in Längsrichtung relativ zueinander
bewegten Teilen vermieden werden. Der die Federanordnung enthaltende
Raum ist gegen die Umgebung statisch dicht abgeschlossen. Die Anordnung
der Federanordnung außerhalb des Hohlraums des Aktuators
ermöglicht vorteilhafterweise eine einfache Variation der
Federanordnung bei Verwendung von gleichen Aktuatoren.
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Eine
Zuführung und Abführung von Druckluft in bzw.
aus dem Hohlraum erfolgt über einen Kanalabschnitt KK im
Grundkörper zwischen der Ventilanordnung VA und dem Raum
mit der Federanordnung F13 und dem Kanal LK in dem Schubelement.
Anstelle des Kanals LK in dem Schubelement kann auch vor gesehen
sein, dass die Druckluft zwischen der Durchführung im ersten
Endkörper E13 und dem Schubelement, welches dann zumindest
teilweise radial von der Durchführung im Endkörper
beabstandet ist, erfolgen.
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Im
Betrieb der in 13 in einer Ruheposition skizzierten
Vorrichtung wird bei Umschalten der Ventilanordnung in einen Einschaltzustand
und Zuführung von Druckluft in den Hohlraum des Aktuators der
bewegliche zweite Endkörper E23 mit dem damit verbundenen
beweglichen Teil der Werkzeuganordnung und dem Schubelement in Längsrichtung
auf den ersten Endkörper E13 zu verschoben, wobei die Federanordnung
gespannt oder bei bevorzugterweise in der Ruheposition vorgespannter
Federanordnung die Federspannung verstärkt wird. Die Verschiebung
ist vorteilhafterweise durch einen Anschlag begrenzt. Nach Umschalten
der Ventilanordnung in einen Ausschaltzustand wird das Schubelement
mit dem zweiten Endkörper E23 und dem Schlagkörper
HS13 durch die Federanordnung F13 in Richtung des Werkstücks
beschleunigt und der Schlagkörper HS13 schlägt
auf den Arbeitskörper AK13, welcher dadurch seinerseits
auf das Werkstück WS zu beschleunigt wird.
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Die
Handgriffanordnung HG13 kann wieder relativ zum Gehäuse-Grundkörper
entgegen einer Federkraft in Richtung des Werkstücks verschiebbar sein.
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Das
Ausführungsbeispiel nach 13 und 14 soll
auch veranschaulichen, dass einzelne Komponenten in unterschiedlicher
Weise anders zusammengestellt werden können und sich die
Erfindung nicht auf die skizzierten Beispiel beschränkt.
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Die
vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie
die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als
auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung
ist nicht auf die beschriebe nen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei
Weise abwandelbar. Insbesondere kann bei der Variante mit der durch
eine Federanordnung bewirkten Schlagbewegung auch ein anders aufgebauter
Aktuator, z. B. unter Verwendung eines Elektromagneten, eingesetzt
sein. Bei der Ausführung mit dem relativ zum Gehäuse-Grundkörper
verschiebbaren Gehäuse-Griffteil kann eine Stoß-
und/oder Schwingungsdämpfung zwischen den beiden Gehäuseteilen
vorgesehen sein. Neben den Tellerfedern einschließlich deren
Sonderbauformen, wie insbesondere Membranfedern, können
auch andere Federanordnungen mit entsprechender Wirkung vorgesehen
sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6171415 [0002]
- - US 6289736 [0002]
- - US 6338765 [0002]
- - US 6458225 [0002]