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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Verschieben eines Objektes entlang einer Kurvenlinie, die
parallel der Krümmung einer Oberfläche mit einem vorbestimmten
Profil verläuft, wobei dieses Profil konvex, konkav oder komplex
ausgebildet sein kann.
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Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht
ausschließlich, eine Vorrichtung zur Verschiebung eines
Bearbeitungswerkzeugs, das über die konvexe Oberfläche geführt und mit
dieser Oberfläche in Kontakt gehalten wird, oder auch einer
rbeitsbühne, die eine Person tragen kann, die diese
Oberfläche bearbeitet.
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Es sind bereits zahlreiche Gerüstsysteme oder mobile
Arbeitsbühnen bekannt, die dafür geeignet sind, in der Nähe der
Oberfläche eines Werkstücks mit großen Abmessungen oder einer
analogen Einrichtung montiert zu werden, und die es ermöglichen,
dem Profil dieser Oberfläche zu folgen, um dort Handlungen zur
Bearbeitung, Oberflächenbehandlung oder Kontrolle
durchzuführen. Jedoch sind diese Vorrichtungen im allgemeinen schwierig
zu bauen und zu montieren, relativ teuer und vor allem
schlecht geeignet, um einem konvexen oder sogar komplexeren
Profil des Werkstückes zu folgen, insbesondere wenn dieses
beträchtliche Abmessungen aufweist.
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Es sind weiter Vorrichtungen bekannt, die es ermöglichen,
ausgehend von einem gegebenen Fixpunkt ein Objekt oder Werkzeug
in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen zu bewegen. So
betrifft die FR-A-2 384 437 einen in einer Querrichtung
ausfahrbaren Pantographen, der von einem Stützträger getragen
wird, der über einen Steuerzylinder rechtwinklig zur Bewegung
des Pantographen verfahrbar ist. Ein solcher Apparat ist
speziell für die Positionierung einer Arbeitsbühne an der
Rückseite eines landwirtschaftlichen Zugfahrzeugs ausgelegt und
kann aufgrund dieses Sachverhalts keine Lehre zur
Verwirklichung einer Anlage liefern, die gleichmäßig dem Profil einer
konvexen Oberfläche mit großen Abmessungen folgen kann.
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Schließlich sind weitere Vorrichtungen bekannt, die das
Abtasten des Profils einer beliebigen Oberfläche ermöglichen und
dabei zu jedem Zeitpunkt die X- und Y-Koordinaten der
aufeinander folgenden Punkte der Fläche abbilden. Jedoch erfordert
eine derartige Vorrichtung eine Speicherung dieser Koordinaten
und eine geeignete zeitgetreue Auswertung, was im allgemeinen
die Verwendung einer komplexen und teuren elektronischen
Apparatur erfordert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung zu liefern, die einen sehr einfachen Aufbau aufweist, der
es ermöglicht, dem Profil einer insbesondere konvexen,
konkaven oder komplexen Oberfläche eines zerbrechlichen und
wertvollen Werkstücks mit großen Abmessungen ohne mögliche Störung
und daher ohne die Gefahr eines Anstoßens zu folgen, wobei die
Koordinaten diser Oberfläche nicht gespeichert werden. Dies
soll durch die Verwendung einer vollständig mechanischen
Anlage geschehen, die die Einhaltung eines entsprechenden
Abstandes ohne Kontakt mit der Oberfläche für ein Objekt das
von der Vorrichtung getragen wird, ermöglicht, wie auch immer
die Profilveränderungen der Oberfläche sein mögen.
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Zu diesem Zweck weist die in Rede stehende Vorrichtung einen
vertikalen Stützträger, der in der Nähe der Oberfläche
angeordnet ist, und einen Stützarm auf, der aus mindestens einem
Pantographen besteht, dessen eines Ende, das mit dem
vertikalen Stutzträger verbunden ist, bei Bedarf entlang der Höhe des
letzteren verschiebbar ist und dessen anderes Ende das in
Kontakt mit der Oberfläche zu verschiebende Objekt trägt, und ist
dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens einer der
Gelenkbolzen des Armes des Pantographen bei der Bewegung des Armes
bezüglich des Stützträgers in einer Nut verschiebt, deren
Profil demjenigen der Oberfläche homothetisch ist und die in
einer vertikalen den Arm des Pantographen aufweisenden Ebene
angeordnet ist.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der in Rede stehenden
Vorrichtung ist der Pantograph aus mindestens zwei
benachbarten Scheren gebildet, wobei die beiden Enden der gekreuzten
Streben der ersten Schere frei an den beiden Enden der
ebenfalls gekreuzten Streben der zweiten Schere angelenkt sind und
wobei die vom Stützträger getragenen Enden der ersten Schere
einander gegenüberliegen, während die gegenüberliegenden Enden
der zweiten Schere das zu verschiebende Objekt tragen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eines der Enden
der ersten Schere, das vom Stützträger getragen wird, eine in
Translationsrichtung frei bewegliche und rotatorisch feste
Mutter auf, die mit einer axialen Spindel zusammenwirkt, deren
Drehung die Verschiebung der Mutter auf der sich entlang der
Höhe des Stützträgers vertikal erstreckenden Spindel bewirkt.
Ebenfalls vorzugsweise weist das gegenüberliegende zweite Ende
der ersten Schere eine Führungshülse auf, die frei auf oder
bezüglich der Spindel gleitet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das
gegenüberliegende Ende der zweiten Schere, das an dem entlang der
Oberfläche zu verschiebenden Objekt befestigt ist, mit einem
vertikalen Stab ausgerüstet, der parallel zum Stützträger verläuft
und auf dem eine Führung gleitet, die vom zweiten Ende der
zweiten Schere getragen wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Nut, in der
der Gelenkbolzen der Arme der ersten oder der zweiten Schere
gleitet, in einer ebenen Platte ausgebildet, die vom
Stützträger getragen wird und die in einer den Arm des Pantographen
aufweisenden vertikalen Ebene angeordnet ist.
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Schließlich besteht bei einem besonderen Anwendungsfall der
Erfindung das zu verschiebende Objekt aus einer Arbeitsbühne,
die eine Person zur Bearbeitung der Oberfläche oder eine
beliebige Gerätschaft zur Durchführung dieser Bearbeitung
tragen kann.
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Weitere Eigenschaften einer Vorrichtung zur Steuerung der
Verschiebung eines Objektes in Kontakt mit einer insbesondere
konvexen Oberfläche entlang einer Kurvenlinie sind aus der
nachfolgenden Beschreibung, die lediglich ein
Ausführungsbeispiel darstellt, in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigt
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Fig. 1 u. 2 in schematischer Ansicht ein Ausführungs
beispiel einer erfindungsgejnäßen
Vorrichtung in zwei unterschiedlichen
Stellungen in Kontakt mit einer konvexen
Oberfläche, wobei aus dieser Darstellung
das Steuerprinzip für die Verschiebung
entlang dem Profil dieser Oberfläche
deutlich wird;
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Fig. 3 in detaillierter Ansicht ein besonderes
Ausführungsbeispiel der Vorrichtung; und
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Fig. 4 in schematischer Ansicht von oben die
Vorrichtung nach Fig. 3.
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Die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Vorrichtung
weist einen Pantographenarm 1 auf, der aus zwei
aufeinanderfolgenden Scheren 2 und 3 gebildet wird, deren Streben
gekreuzt und zueinander über die horizontalen Gelenkbolzen 4 und
5, die senkrecht zur Zeichenebene verlaufen, gelenkig sind.
Die beiden Scheren sind weiter miteinander über ihre
gemeinsamen Enden gelenkig verbunden, wobei diese Verbindung über
die Gelenkbolzen 6 und 7, die parallel zu den Bolzen 4 und 5
verlaufen, erfolgt.
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Die den Achsbolzen 6 und 7 gegenüberliegenden Enden der ersten
Schere 2 sind wiederum mit den Achsbolzen 8 und 9, die
parallel zu den vorstehenden sind, gelenkig verbunden, wobei
diese Achsbolzen durch einen Träger 10 getragen werden. Der
Achsbolzen 8 ist fest mit einer Mutter 11 verbunden, die ein
Innengewinde aufweist, das mit einem Außengewinde einer
Gewindespindel 12 in Eingriff steht, wobei diese
Gewindespindel vertikal verläuft und so vom Träger 10 gehalten wird,
daß eine freie Drehung dieser Spindel, verursacht durch einen
Antrieb 13, es der Mutter 11, die selbst drehfest aber
translatorisch bewegbar ist, ermöglicht, sich entlang dem Träger
von oben nach unten oder umgekehrt zu verschieben, wobei
gleichzeitig der Arm des Pantographen 1 bewegt wird. Der
Achsbolzen 9 ist an einer Führungshülse 14 befestigt, die entlang
der Spindel 12 gleiten kann, wodurch eine Verschiebung der
gekreuzten Arme der ersten Schere 2 erfolgt. In Abänderung
dieses Ausführungsbeispiels kann man die Führungshülse 14 und
die Mutter 11 vertauschen.
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Die beiden Enden der zweiten Schere 3, die den Achsbolzen 6
und 7 gegenüberliegen, weisen in analoger Weise zwei parallele
Achsbolzen 15 und 16 auf, wobei der Achsbolzen 15,
entsprechend dem Grundschema von Fig. 1, ein daran angeordnetes
Objekt 17 aufweist, das benachbart der äußeren Oberfläche
eines beliebigen Gegenstandes oder einer beliebigen
Einrichtung verschiebbar ist, wobei diese Oberfläche vorzugsweise ein
konvexes Profil aufweist, das aber gegebenenfalls auch konkav
oder komplex ausgebildet sein kann. Der Achsbolzen 16 weist
eine Führung 19 auf, die frei auf einem Stab 20 gleiten kann,
der vom Objekt 17 getragen wird, wobei sich dieser Stab
parallel zur Spindel 12 erstreckt.
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Entsprechend der Erfindung ist mindestens einer der Achsbolzen
des Arms des Pantographen 1, beispielsweise der Achsbolzen 4,
an den die beiden Arme der ersten Schere 2 angelenkt sind, so
angeordnet, daß er in einer Nut 21 gleiten kann, die in einer
Platte 22 ausgenommen ist, die durch den Träger 10 getragen
wird und sich vertikal in der Ebene des Arms 1 erstreckt. Die
Nut 21 weist eine kontinuierliche Gestalt auf, wobei das
Profil dieser Nut dem der Oberfläche l8, entlang der das Objekt
17 verschoben werden soll, homothetisch ist und wobei diese
Verschiebung als Antwort auf die Verschiebung der Mutter 11
entlang der Gewindespindel 12 erfolgt, und zwar von einem Ende
der Nut 21 zum anderen.
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Entsprechend der Höhenposition der Mutter 11 auf dem Träger 10
verändert sich also die transversale Entfernung, die den
Achsbolzen 4 von der Spindel 12 trennt, wobei allmählich die Arme
der ersten Schere 2 und aufgrund ihrer gelenkigen Verbindung
über die Achsbolzen 6 und 7 gleichzeitig die Arme der zweiten
Schere geöffnet oder geschlossen werden, wodurch sich
gleichzeitig das Objekt 17 von einem festen Referenzpunkt, der durch
die vom Träger 10 getragene Spindel 12 gebildet wird, entfernt
bzw. sich diesem annähert. Da das Profil der Nut 21 durch eine
Ähnlichkeitsabbildung entlang einem horizontalen Vektor direkt
von der Oberfläche 18 abgeleitet ist, kann das zu
verschiebende Objekt 17 in permanentem Kontakt mit der Oberfläche
gehalten werden, unabhängig davon, in welcher Position
bezüglich der Oberfläche sich dieses Objekt gerade befindet.
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Im Verlauf der Verschiebung der Mutter 11 gleiten die Hülse 14
einerseits und die Führung 19 andererseits frei über die
Gewindespindel 12 bzw. den Stab 20, wodurch gleichzeitig
Veränderungen des Öffnungswinkels bzw. des Schließwinkels der
Arme der Scheren 2 und 3 um ihre Achsbolzen 4 und 5 verursacht
werden und wobei eine ausreichende Stabilität des Arms des
Pantographen 1 und des zu verschiebenden Objektes 17, das am
Ende dieses Arms befestigt ist, erreicht wird. Dabei wird für
diesen Arm eine konstante Orientierung in der mit der Platte
22, in der die Nut 21 ausgebildet ist, gemeinsamen Ebene
beibehalten.
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Wie ferner zu ersehen ist, kann die relative Position der
Achsbolzen 15 und 16 bezüglich der Enden der zweiten Schere 3
umgekehrt werden, wie sich insbesondere aus einem Vergleich
der Darstellungen nach Fig. 2 und Fig. 1 ergibt. Ebenso muß
das in Kontakt mit der Oberfläche 18 zu verschiebende Objekt
17 nicht notwendigerweise im Bereich des Achsboizens 15
angeordnet sein, sondern kann an einen beliebigen Punkt des Stabes
20 verschoben sein, wie ebenfalls aus der Darstellung nach
Fig. 2 zu ersehen ist.
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Im Ausführüngsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 sind die
wesentlichen Elemente der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, mit
denselben Bezugszeichen versehen. Die Oberfläche 18 ist hier
als Oberfläche eines Zylinders 23 mit horizontaler Achse
angenommen, der ein Werkstück mit großen Abmessungen von einer
Art darstellt, wie es beispielsweise bei Montageeinheiten im
Luftfahrt- oder Verkehrsbereich oder auch bei
Vorratsbehältern, Zisternen oder Ahnlichem anzutreffen ist. Das
Objekt 17 wird durch eine Arbeitsbühne 24 gebildet, die an der
Stange 20 befestigt ist, auf der die Führung 19 gleitet, wobei
diese Arbeitsbühne die Positionierung eines Arbeiters 25 an
jede Stelle der Oberfläche 18 zur Bearbeitung dieser
Oberfläche ermöglicht, um dort jede gewünschte Operation, wie
beispielsweise spanende Formgebung, Schleifen,
Oberflächenbearbeitung, Wartung oder Säuberung durchzuführen. Wohl
gemerkt, es versteht sich von selbst, daß die Arbeitsbühne 24
in der gleichen Weise der Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs
dienen kann, sei dies nun ferngesteuert oder nicht, um eine
beliebige Bearbeitung der Oberfläche 18 des Werkstücks 23
durchzuführen.
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Der Träger 10, der die Spindel 12 trägt, ist auf einer
horizontalen Platte 26 befestigt, die Stützstreben 27 aufweist,
die zur Aufrechterhaltung des Trägers und der Platte 22 in
einer vertikalen Ebene geeignet sind. Die Platte kann
beispielsweise Räder 28 aufweisen, die es ermöglichen, die
Platte auf dem Boden 29 zu verschieben, um die gesamte
Vorrichtung näher an das Werkstück 23 zu verbringen, bevor die
Arbeitsbühne 24 in die Nähe dieses Werkstücks gebracht wird.
Wohlgemerkt, die Trägerplatte kann auch immobil ausgeführt
sein, ohne den Boden der Erfindung zu verlassen. In der
Darstellung nach Fig. 3 ist ein Getriebemotor 13 auf der
Trägerplatte 26 angeordnet,, wobei dessen Abtriebswelle 30 eine
Kegelritzelpaarung 31 antreibt, um die Spindel 12 in Drehung
zu versetzen.
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Die Arbeitsbühne 24 kann durch einen einzigen Pantographenarm
1 getragen werden. Man erkennt jedoch leicht, daß die
Stabilität der Vorrichtung weitaus verbessert wird, wenn die
Arbeitsbühne freitragend an zwei identischen und parallelen
Pantographenarmen 1a und 1b angeordnet ist, wie schematisch in Fig. 4
gezeigt, wobei die Aciisbolzen 4,5,6,7,8,9,15 und 16 diesen
Armen gemeinsam sind. Weiter weisen diese Arme zwei Muttern
11a und 11b auf, die mit zwei parallelen Antriebsspindeln 12a
und 12h zusammenwirken, die vom Trägergestell getragen und
synchron über einen Getriebemotor 13 angetrieben werden.
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Man erhält so eine Vorrichtung zum Verschieben eines Objektes
in Kontakt mit einer insbesondere konvexen, konkaven oder
komplexen Oberfläche auf einer Kurvenlinie mit einem sehr
einfachen Aufbau, wobei das Objekt, wie das Profil dieser
Oberfläche auch immer aussehen mag, eine konstante
Orientierung beibehält und wobei die Führungsnut des Trägergestells
laterale Verschiebebewegungen des Pantographenarms verursacht,
ohne die Notwendigkeit von komplexen elektronischen
Einrichtungen, die die Koordinaten dieses Profils von einem Ende der
Oberfläche zum anderen speichern. Diese Vorrichtung kann
weiterhin einfach an verschiedene Oberflächenprofile angepaßt
werden, wobei in einfacher Weise die Platte, die die Nut, die
das Abbild jedes gewünschten Profiles darstellt, enthält,
ausgewechselt wird.
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Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich ist,
versteht es sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf das
vorstehend beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist; sie umfaßt vielmehr alle geeigneten Varianten
im Bereich der nachstehenden Ansprüche. Insbesondere kann der
Pantographenarm in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen
dem Stützträger und der Oberfläche, entlang der das Objekt zu
verschieben ist, mehr als zwei gelenkig verbundene
aneinanderfolgende Scheren aufweisen, solange eine genügende mechanische
Stabilität zur freitragenden Aufnahme des Objektes am Ende des
Armes gewährleistet ist.