Antriebseinheit für Bearbeitungswerkzeuge

Abstract

 Die Antriebseinheit (1) mit einem elektronisch gesteuerten Motor umfasst ein Getriebe (9) mit einem oder mehreren Wellenabgängen (11a,11b) zum Anschluss von mindestens einer biegsamen Welle für ein rotierendes Werkzeug. über eine Bedienungstastatur (7) kann das Werkzeug in Betrieb genommen werden, wenn vorerst die gewünschte Drehzahl (n) eingestellt, bestätigt und danach der Motorschalter (run) gedrückt worden ist.

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebseinheit für Bearbeitungswerkzeuge gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Bei der Bearbeitung und insbesondere bei der Nachbearbeitung von Metallwerkstücken nach dem Giessen, Schweissen etc. kommen drehende Werkzeuge, wie Schleifscheiben, Trennscheiben oder Polierscheiben zum Einsatz, die von einer biegsamen Welle angetrieben werden. Solche Werkzeuge und auch die der Kraftübertragung dienenden biegsamen Wellen sind seit langem bekannt. Der Antrieb der biegsamen Welle erfolgt über einen stationär oder mobil angeordneten Elektromotor. Für gröbere Arbeiten, insbesondere in Giessereien oder Schweissbetrieben, kommen Antriebsleistungen von mehreren Kilowatt zur Anwendung. Gleichzeitig genügen aber kleinere Geräte, um Schleif- oder Polierarbeiten am gleichen Werkstück durchzuführen. Beide Arbeitsvorgänge oder -arten erfolgen häufig abwechslungsweise. Für solche Arbeiten ist aus dem Stand der Technik eine Antriebseinheit mit zwei Abtriebswellen für je eine biegsame Welle für eine hohe Leistung bzw. ein grosses Drehmoment erfordernde Werkzeuge mit entsprechend gross dimensionierter Welle und mit je einer biegsamen Welle mit entsprechend höherer Drehzahl für Arbeitsgeräte mit niedriger Leistung vorgesehen. Beide Antriebswellen werden durch einen einzigen Motor angetrieben. Ein Getriebe mit zwei Ausgängen, die einzeln von Hand eingekuppelt werden können, bildet das Verbindungsglied zwischen Elektromotor und Abtrieb zu den biegsamen Wellen. Als Mittel zum Verstellen der Abtriebsdrehzahl ist ein Handrad und zum Einstellen einer gewünschten Drehzahl eine Skala angeordnet. Die einmal eingestellte Drehzahl wirkt, mit entsprechender Übersetzung an beiden Abtrieben. Mit anderen Worten, ist der Abtrieb für die erste Welle für schwere Arbeiten auf eine niedrige Drehzahl eingestellt, so ist auch nach dem Umstellen auf die zweite Welle für leichtere Arbeiten eine entsprechend niedrige Drehzahl eingestellt und umgekehrt. Diese bekannte Antriebseinheit hat sich seit Jahrzehnten in der Praxis bewährt. Anforderungen an erhöhte Sicherheit und insbesondere Entwicklungen im Bereich der Produktehaftpflicht verlangen nach Geräten, die diese Nachteile beseitigen und einen höheren Bedienungskomfort bieten.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Antriebseinheit für eine oder mehrere Abtriebswellen, welche die Nachteile der oben beschriebenen Vorrichtung behebt und insbesondere für die Bedienungsperson einfach und vor allem sicher zu handhaben ist.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Antriebseinheit gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebseinheit sind in den abhängigen Ansprüche definiert.

[0005] Durch den Einsatz eines Elektromotors mit elektronisch regelbarer Drehzahl in Verbindung mit einer Bedienungstastatur bzw. Steuerung, bei der der Motor erst nach abgeschlossener Eingabe der gewünschten Drehzahl und zusätzlich der Bestätigung der letzteren gestartet werden kann, gelingt es, die Maschine vor Fehlbedienung und die Bedienungsperson vor Unfällen zu schützen.
Mit einem zwei Abgänge aufweisenden Getriebe, welches durch eine Drehbewegung der Frontplatte wahlweise den ersten oder zweiten Abtrieb mit dem Elektromotor verbindet, können an den Abtrieben unterschiedliche Drehzahlen bei gleicher Leistung erzeugt werden. Das erfindungsgemässe Getriebe ermöglicht es weiter, die an den Abtrieben angekuppelten biegsamen Wellen mit den daran angeschlossenen Werkzeugen permanent, d.h. auch dann angekuppelt zu belassen, wenn eines der Werkzeuge nicht benutzt wird. In diesem Zustand ist der entsprechende Abtrieb vom Motor abgekuppelt. Durch die Ausgestaltung des Getriebes ist sichergestellt, dass nur das auf Benutzung geschaltete Werkzeug angetrieben wird und zwar zudem mit der auf der Bedienungstastatur eingestellten Drehzahl. Nach jedem Werkzeugwechsel, d.h. nach dem Umschalten des Getriebes auf das andere Werkzeug, wird automatisch die Motor- bzw. dessen Abtriebsdrehzahl alternativ auf die Nenndrehzahl oder die bei der letzten Benutzung des Werkzeugs eingestellte Drehzahl zurückversetzt. Die gewünschte Vorwahl der Arbeitsdrehzahl liegt vor oder kann neu eingestellt werden. Die Drehzahlvorwahl muss immer bestätigt werden, bevor weitergearbeitet werden kann. Eine Rückschaltung auf die Nenndrehzahl bzw. Vorwahl erfolgt auch wenn das Werkzeug nach der Benutzung über eine vorgebbare Zeit, beispielsweise 60 Sekunden, nicht benutzt wird. Dies stellt sicher, dass bei Unterbruch der Arbeit nach der Drehzahlbestätigung nicht versehentlich ein Start ausgelöst werden kann. Mit einem zusätzlichen Ein-/Aus-Knopf kann ein Todmannschalter am Werkzeug aktiviert oder deaktiviert werden, sofern das Werkzeug damit ausgerüstet ist. Die erfindungsgemässe Antriebseinheit kann auch ohne Getriebe mit einer einzigen biegsamen Welle eingesetzt werden.

[0006] Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1

eine perspektivische Darstellung der Vorder- und Oberseite der Antriebseinheit,

Figur 2

einen schematischen Querschnitt durch den Vorderteil der Antriebseinheit,

Figur 3

eine Ansicht der Bedienungstastatur und

Figur 4

Betriebsdiagramm der Antriebseinheit.

[0007] In Figur 1 ist mit Bezugszeichen 1 die Antriebseinheit mit einem Gehäuse 3 bezeichnet, das einen elektrischen Antriebsmotor 5 sowie die Motor- und Antriebssteuerungen aufnimmt. Ein Ständer 7 trägt die Antriebseinheit 1. Das Gehäuse 3 dient als Schallschutz und Staubschutz für den Elektromotor 5 und die Steuerungen und es trägt die Bedienungstastatur 7, welche in Figur 3 vergrössert dargestellt ist. An der Vorderseite des Gehäuses 3 ist ein Getriebe 9 mit zwei Abtrieben 11a, 11b für zwei nicht dargestellte biegsame Wellen, an deren Enden Bearbeitungswerkzeuge wie Schleif- oder Polierscheiben etc. aufgesetzt sind, sichtbar. Der vordere Flansch 13 des Getriebes 9 kann als Handrad 15 wie abgebildet oder mit einem radial abstehenden Hebel ausgebildet sein (vergleiche auch Figur 2). Über dem Getriebe sitzt ein Sensor 17, mit dem die jeweilige Stellung des Handrads 15 bzw. Flansches 13 und damit auch der beiden Wellen detektiert wird. Der Sensor 17 ist über eine Leitung 19 mit einer nicht dargestellten Steuerung, die vorzugsweise hinter der Bedienungstastatur 7 im Gehäuse 3 angeordnet ist, verbunden.
Mit Bezugszeichen 27 ist ein lösbares Rastmittel bezeichnet, welches den Flansch 13 in der eingestellten Position festhält. Selbstverständlich könnte anstelle des Handrads auch ein elektrischer Stellantrieb treten.
Der Flansch 13 ist um eine Achse B drehbar, die um einen Betrag e exzentrisch zur Drehachse A des Antriebmotors 5 liegt. Die Exzentrizität e ermöglicht es, bei einer 180°-Drehung des Flansches 13, das erste Antriebsritzel 21 des ersten Abtriebs 11b aus seiner Freistellung (vergleiche Figur 2 unten) in Eingriff mit dem ersten Abtriebsritzel 23 des Motors 5 zu bringen und gleichzeitig das zweite Antriebsritzel 25 des zweiten Abtriebs 11a ausser Eingriff mit dem zweiten Abtriebsritzel 27 des Antriebsmotors 5 zu bringen. Die Übersetzungsverhältnisse zwischen dem zweiten Abtrieb 11a für schwere Werkzeuge zum ersten Abtrieb 11b für leichte Werkzeuge ist beispielsweise 2,5.

[0008] Nachfolgend wird die Funktionsweise der Antriebseinheit erläutert.
Nach dem Anschliessen der nicht dargestellten flexiblen Wellen und den darauf aufgesetzten Werkzeugen an die Abtriebe 11a und 11b wird durch Drücken des Antriebsknopfs 29 die nicht dargestellte Steuerung eingeschaltet. Es erscheint auf der Bedienungstastatur 7 bzw. im Anzeigefeld 31 für die Nenndrehzahl z.B. die Zahl 500. Die Anzeige der Zahl 500 blinkt. Mit der Taste "+" kann die Drehzahl nun erhöht und mit der Taste "-" kann die Drehzahl reduziert werden. Die Nenndrehzahl n_n ist im dargestellten Beispiel 500. Die neu eingestellte Vorwahl der Arbeitsdrehzahl n blinkt weiter und zwar solange, bis die Taste "enter" gedrückt wird. Wird nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeit, beispielsweise 60 Sekunden, die Taste "run" zum Einschalten des Motors 5 gedrückt und damit das zuvor am Handrad 15 eingekuppelte Werkzeug in Betrieb gesetzt, so wird die eingestellte Drehzahl n auf "Zustand Vorwahl" (blinkend) zurückgesetzt. Mit der Taste "stop" kann das Werkzeug jederzeit ausgeschaltet werden. Es blinken die Ziffern der eingestellten Drehzahl. Bevor eine Wiederaufnahme der Arbeit erfolgen kann, muss die Drehzahl n durch den Knopf "enter" bestätigt werden.
Falls das andere Werkzeug, welches am ersten Abtrieb 11b angeschlossen ist, benötigt wird, so betätigt die Bedienungsperson nach dem Stillsetzen des andern Werkzeugs das Rastmittel 27, dreht am Handrad 15 den Flansch 13 um 180° und bringt so das Antriebsritzel 21 für den ersten Abtrieb 11b in Eingriff mit dem ersten Abtriebsritzel 23 des Motors 5. Der Sensor 17 stellt jede Veränderung am Flansch 13 fest und gibt der Steuerung die notwendigen Signale zur Bestimmung, welcher der beiden Abtriebe 11a oder 11b aktiv ist. Im Anzeigefeld 31 erscheint nun - je nach Ausführung der Antriebseinheit 1 - blinkend die zuletzt für dieses Werkzeug eingestellte Drehzahl n oder Nenndrehzahl n_n. Entweder wird nun die Drehzahl geändert oder durch Drücken der Taste "enter" letztere bestätigt. Verlangt die Bedienungsperson die sogenannte Todmannschaltung, so muss sie dies durch Drücken der Taste "on/off" aktiv tun. Das Ausschalten der Todmannschaltung erfolgt beispielsweise durch anhaltendes Drücken der Taste "on/off" während einer vorgegebenen längeren Zeitdauer, beispielsweise zwei bis fünf Sekunden.

[0009] Das Diagramm in Figur 4 stellt eine Möglichkeit der Funktionsweise der Antriebseinheit 1 bzw. der Steuerung dar.

Ansprüche

1. Antriebseinheit (1) für Bearbeitungswerkzeuge, die mit einer biegsamen Welle mit der Antriebseinheit (1) verbunden sind, umfassend einen Antriebsmotor (5) und Mittel zum Ein- und Verstellen der Abtriebs-Drehzahl (n) an die mindestens eine biegsame Welle sowie einem Motorschalter (on/off) zum Einschalten des Elektromotors (5), dadurch gekennzeichnet, dass

- der Elektromotor (5) eine elektronische Drehzahlsteuerung umfasst,

- die Drehzahlsteuerung mit einer Bedienstastatur (7) verbunden ist,

- die Bedientastatur (7) den Motorschalter (on/off) zum Einschalten des Elektromotors (5) ansteuert, wenn zuvor an einem Hauptschalter (29) die Steuerung eingeschaltet wurde und

- die gewünschte Drehzahl (n) an der Bedientastatur (7) eingestellt und vorerst durch "enter" betätigt worden ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) direkt mit der biegsamen Welle mit dem Werkzeug verbunden ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) mit einem Getriebe (9) verbunden ist, an dem zwei biegsame Wellen permanent ankuppelbar, jedoch nur einzeln und mit unterschiedlicher Drehzahl (n) vom Elektromotor (5) antreibbar sind.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl der anzutreibenden biegsamen Welle am entsprechenden Abtrieb (11a,11b) durch eine manuelle oder motorische Verstellung des Getriebes (9) erfolgt.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebe (9) abtriebsseitig ein die Abtriebe (11a,11b) aufnehmender Flansch (13) drehbar angeordnet ist und dass durch eine Drehung des Flansches (13) mit den beiden angeschlossenen biegsamen Wellen die eine Welle vom Getriebe (9) abgekuppelt und die andere Welle an das Getriebe (9) angekuppelt wird.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (17) zum Feststellen der jeweiligen Position der Abtriebe (11a,11b) mit der Steuerung verbunden ist und nach einer Verstellung des Flansches (13) entweder die Nenndrehzahl (n_n) oder die beim letzten Einsatz des jeweiligen Werkzeugs eingestellte Arbeitsdrehzahl (n) angezeigt wird.

7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nenndrehzahl (n_n) und die eingestellte Drehzahl (n) durch Blinken der Ziffern im Ziffernfeld (31) auf der Bedienungstastatur (7) dargestellt werden und dass nach dem Betätigen der gewählten eingestellten Drehzahl (n) das Blinken der Ziffern durch eine permanente Anzeige abgelöst und die Antriebseinheit (1) betriebsbereit wird.

8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Verstellung des Flansches (13) oder nach einem Arbeitsunterbruch (STOP) auf die blinkende Arbeitsdrehzahl (n) der zur Zeit aktivierten biegsamen Welle zurückgestellt wird.

9. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Betätigung der Taste "ENTER" innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne (t) die Antriebseinheit betriebsbereit ist und nach Ablauf der Zeit (t) eine Umschaltung auf die Nenndrehzahl (n_n) erfolgt.

10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eingestellte Drehzahl (n) nach dem Bestätigen derselben und nach dem Start des Motors (5) nur nach unten korrigierbar ist.

Zeichnung