-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Kunststoffwerkstückes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Bei Kunststoffwerkstücken ist deren an den Spritzgießprozess anschließende Bearbeitung (z. B. Fräsen, Stanzen, etc.) vielfach bekannt. Beispielsweise müssen bei Armaturenabdeckungen für Kraftfahrzeuge Ausnehmungen eingebracht und Schwächschnitte – beispielsweise für eine Airbagabdeckung – durchgeführt werden. Bei weichen Kunststoffoberflächen (sogenannten Häuten) werden Schwächungsschnitte oftmals mit einem Messer eingebracht.
-
Bei sogenannten Hartplastikteilen (z. B. Polypropylen) ist es bekannt, Schnitte durch Fräsvorrichtungen mit hochgenauen Portalanlagen zu erzeugen. Solche hochgenauen Portalanlagen sind jedoch sehr teuer und relativ inflexibel in Bezug auf die Bauteillage und die Aufnahme des Bauteils.
-
Die Verwendung sogenannter Heißmesser für Schwächungen bei Hartplastik-Materialien ist ebenfalls problematisch, da diese Verfahren zu einer Sichtbarkeit und zur Bildung eines Grates beim Entfernen des Messers aus dem Werkstück neigen. Eine Bearbeitung mittels Laservorrichtungen ist in der Regel teuer, es entstehen möglicherweise giftige Dämpfe und es besteht die Neigung zur Sichtbarkeit des eingebrachten Schwächungsschnittes bei Airbagabdeckungen.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit der Einbringung von Schwächungsschnitten in großer, harten Kunststoffwerkstücken, insbesondere sogenannten I-Tafeln, wie sie insbesondere bei Fahrzeugen in günstigeren Preissegmenten verwendet werden. Speziell bei einfache ausgeführten Fahrzeugen auf manchen lokalen Märkten haben sich solche „Hartplastik”-Elemente für I-Tafeln durchgesetzt. Diese Kunststoffwerkstücke bestehen beispielsweise aus einem billigeren Polypropylen-Material und weisen typischerweise Verwerfungen auf, die teilweise auch größeren Ausmaßes sein können. Diese Verwerfungen erschweren eine Bearbeitung mit hochpräzisen Bearbeitungsmaschinen (Portalmaschinen), weil sich das Bauteil eventuell nicht in einer Lage befindet, in der es vermutet wird.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Kunststoffwerkstückes, insbesondere aus einem Hartplastik-Material, anzugeben, welches Verwerfungen aufweisen kann und sich daher mit hochpräzisen Bearbeitungsmaschinen nur schwer bearbeiten lässt.
-
Die vorgenannte Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
-
Demgemäß ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Robotvorrichtung vorgesehen, die mit mehreren Bewegungsachsen beweglich ist. Die Robotvorrichtung weist zumindest einen Robotarm auf, an dem eine Bearbeitungseinrichtung vorgesehen ist. Die Bearbeitungseinrichtung ist über ein Befestigungselement an dem Robotarm befestigt und weist ein Anlageelement mit einer Anlagefläche zur Anlage an dem zu bearbeitenden Kunststoffwerkstück auf. Das Befestigungselement kann mittels der beweglichen Robotvorrichtung entsprechend der Programmierung der Robotvorrichtung entlang eines vorgegebenen Weges über das entsprechend eingespannte Werkstück verfahren werden.
-
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Anlageelement in Bezug auf das Befestigungselement in Richtung des Kunststoffwerkstückes beweglich angeordnet und dabei – ebenfalls in Richtung des Kunststoffwerkstückes – federvorgespannt ist.
-
Mit dieser Vorgehensweise ist die tatsächliche Lage der Bauteilwand, die beispielsweise eine Verwerfung aufweist, sekundär. Aufgrund der beweglichen Anordnung und der Federvorspannung werden Verwerfungen beim Überfahren einfach ausgeglichen, wobei die Federvorspannung die Anlagefläche der Bearbeitungsvorrichtung mit einer bestimmten Kraft, die von der Federkonstante abhängt, gegen das Kunststoffwerkstück presst. Damit kann die Verfahrbewegung für die Robotvorrichtung gemäß den an sich vorgegebenen Konstruktionsdaten für das Kunststoffwerkstück programmiert werden. Die Verwerfung kann sich innerhalb der Bewegungsmöglichkeiten des Anlageelements bewegen.
-
Weiterhin ermöglicht der Bewegungstoleranzausgleich den Einsatz von einfachen Bewegungsautomaten ohne besondere Genauigkeitsanforderungen. Überdies ist der Einsatz von hochgenauen Produktaufnahmen bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung für das Erreichen der gewünschten Genauigkeit in der resultierenden Restwandstärke nicht mehr erforderlich. Dennoch wird weiterhin der Einsatz von Oberflächen schonenden Materialien (z. B. Gummierung) auf der Produktaufnahme ermöglicht.
-
Vorzugsweise kann die Beweglichkeit zwischen dem Befestigungselement und dem Anlageelement mittels eines Schlittens realisiert sein, der vorzugsweise am Befestigungselement entlang gleitet.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bearbeitungseinrichtung in Form einer Fräseinrichtung vorgesehen, die eine Frässpindel mit einem Antriebsmotor und einer Fräswelle aufweist, an deren Spitze ein Fräskopf angeordnet ist. Die Fräswelle durchragt vorzugsweise das Anlageelement, wobei der Fräskopf von der Anlagefläche eine vorgegebene Distanz beabstandet ist. Diese Distanz entspricht der Eintauchtiefe der Fräsvorrichtung in das Werkstück.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Anlageelement in seiner Dimension (Dicke) einstellbar, sodass die vorgegebene Distanz zwischen der Spitze des Fräskopfes und der Anlagefläche je nach Anwendungsfall – in einer optionalen Ausführungsform auch während der Produktbearbeitung automatisch – verändert werden kann.
-
Insgesamt lässt sich damit die Einbringung eines definierten Schwächungsschnittes in ein Werkstück (z. B. ein Hartplastik-Element) vornehmen, vorausgesetzt, dass die Dicke des Hartplastikelementes den vorgegebenen Annahmen entspricht. Dies ist jedoch in der Regel der Fall.
-
Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen in
-
1 eine schematische Perspektivdarstellung einer an einer Robotvorrichtung angeordneten Bearbeitungseinrichtung,
-
2 eine Detailansicht aus 1 mit dem vorderen Teil eines Robotarms, an dem die Bearbeitungseinrichtung angeordnet ist,
-
3 eine weitere perspektivische Schemadarstellung der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinrichtung,
-
4 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinrichtung,
-
5 eine weitere perspektivische Schemadarstellung der Bearbeitungseinrichtung und
-
6 eine letzte perspektivische Schemadarstellung der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinrichtung in einer Richtung von unten.
-
Die in der konkreten Ausführungsform beschriebene Vorrichtung zur Bearbeitung eines Kunststoffwerkstückes umfasst gemäß 1 eine Robotvorrichtung 10, bei der es sich vorliegend um eine Sechsachsen Robotvorrichtung handelt, die mittels einer Grundplatte 12 am Boden befestigt ist.
-
Am vorderen Ende eines Robotarms ist ein vorderes Drehgelenk 14 angeordnet, an dem eine Bearbeitungseinrichtung 16 mittels einer Bearbeitungsplatte 18 befestigt ist.
-
An der Bearbeitungsplatte 18 ist ein Schlitten 20 hin und her beweglich gehalten (Beweglichkeit dargestellt durch den Doppelpfeil). Der Schlitten 20 kann sich innerhalb einer vorgegebenen Distanz, die durch Anschläge festgelegt ist, bewegen.
-
Zwischen dem Schlitten 20 und einer oberen Abstützplatte 24 ist eine Spiralfeder 22 zwischengeschaltet, die den Schlitten 20 in Richtung des nicht dargestellten Kunststoffwerkstückes vorspannt (in den Figuren nach unten). Am Schlitten 20 ist eine Halteplatte 26 angeordnet, an der wiederum ein Gehäuse 28 befestigt ist. In diesem ist eine Spindelbearbeitungsvorrichtung mit einem Spindelgehäuse 30 aufgenommen. Die Spindelbearbeitungsvorrichtung weist an ihrem hinteren Ende (in den Figuren oben) einen Spindelantrieb 32 auf, der eine am anderen Ende der Spindelvorrichtung austretende Spindelwelle 34 drehantreibt. An der vorderen Spitze der Spindelwelle ist ein Fräskopf 38 vorgesehen, mit dem ein eingespanntes Kunststoffwerkstück (nicht dargestellt) bearbeitet werden kann.
-
Die Halteplatte 26 weist an ihrem unteren Ende eine rechtwinklig abknickende Befestigungslasche 35 auf, die eine zentrale Bohrung besitzt. In den Figuren unterhalb der Befestigungslasche 35 ist ein Distanzstück 36 angeordnet, welches ebenfalls eine Bohrung aufweist, die mit der Bohrung der Befestigungslasche 35 koaxial fluchtend ausgerichtet ist.
-
Die Besonderheit des Distanzstückes 36 liegt nun darin, dass es in seiner Dicke verstellbar ausgeführt ist (z. B. durch Lösen und verdrehen). An der unteren Fläche des Distanzstückes 36 ist eine Anlagefläche 40 vorgesehen, die sich bei der Bearbeitung des Werkstückes gegen dieses abstützt.
-
Die Spindelwelle 34 durchragt die beiden Bohrungen der Befestigungslasche 35 wie auch des Distanzstückes 36 derart, dass der Fräskopf 38 über das Distanzstück bzw. deren Anlagefläche 40 übersteht. Der Überstand definiert die Eindringtiefe des Fräskopfes 38 in das zu bearbeitende Kunststoffwerkstück.
-
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst über das verstellbare Distanzstück 36 die Bearbeitungstiefe eingestellt, mit der der Fräskopf 38 in das Werkstück eindringen soll. Anschließend wird die Robotvorrichtung 10 mit der Bearbeitungseinrichtung 16 entlang eines vorgegebenen, programmierten Weges über ein eingespanntes und vorliegend nicht dargestelltes Kunststoffwerkstück geführt. Dabei drückt der Robotarm die Bearbeitungseinrichtung 16 derart gegen das Werkstück, dass sich die Anlagefläche 40 mit der durch die Feder bestimmten Kraft an dem Werkstück anlagert. Dadurch wird die gesamte an der Halteplatte 26 angeordnete Einrichtung entgegen der Federvorspannung der Spiralfeder 22 geringfügig nach hinten gedrückt.
-
Diese Vorspannung wird beim Bewegen der Robotvorrichtung 10 aufrecht erhalten, wobei die Halteplatte 26 sich bei Überfahren einer Verwerfung des Kunststoffwerkstückes in Richtung des Doppelpfeils bewegen kann und damit automatisch angleicht. Die maximale Toleranz hinsichtlich der Verwerfung bestimmt sich insofern aus dem halben Hub, den der Schlitten zurücklegen kann.
-
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Robotarm nicht mit einer absoluten Genauigkeit über das Werkstück geführt werden muss und unerwartet auftretende Verwerfungen ohne Weiteres ausgeglichen werden können. Es tritt also nicht der Fall auf, dass die Robotvorrichtung die Bearbeitungseinrichtung bei einer entsprechenden Verwerfung entweder zu fest auf das Werkstück drückt oder dass sich die Anlagefläche vom Werkstück abhebt. Weiterhin werden besonders die vom Bewegungsautomaten verursachten Führungsungenauigkeiten des Werkzeuges durch den ermöglichten Bewegungstoleranzausgleich im Werkzeug ausgeglichen. Bei Vorliegen einer definierten Wandstärke können damit genaue Schwächungsschnitte eingebracht werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Robotvorrichtung
- 12
- Grundplatte des Robotarms
- 14
- Vorderes Drehgelenk
- 16
- Bearbeitungseinrichtung
- 18
- Befestigungsplatte
- 20
- Schlitten
- 22
- Spiralfeder
- 24
- Abstützplatte
- 26
- Halteplatte
- 28
- Gehäuse
- 30
- Spindelgehäuse
- 32
- Spindelantrieb
- 34
- Spindelwelle
- 35
- Befestigungslasche
- 36
- Einstellbares Distanzstück
- 38
- Fräskopf
- 40
- Anlagefläche