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Dokumentenidentifikation DE4442470C2 11.12.1997
Titel Plotter bzw. Bearbeitungsplotter
Anmelder Walczak, Andrzej, Dipl.-Ing., 61231 Bad Nauheim, DE
Erfinder Walczak, Andrzej, Dipl.-Ing., 61231 Bad Nauheim, DE
Vertreter Harders, G., Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 61184 Karben
DE-Anmeldedatum 29.11.1994
DE-Aktenzeichen 4442470
Offenlegungstag 30.05.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.12.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.12.1997
IPC-Hauptklasse B43L 13/00
IPC-Nebenklasse G01D 9/20   B26D 1/18   B23B 3/20   B26F 3/00   F16H 7/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plotter bzw. Bearbeitungsplotter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit Plottern bzw. Bearbeitungsplottern werden auf dem Plottertisch befindliche Gegenstände, Werkstücke und dergleichen mit unterschiedlichen Wirkeinheiten, wie beispielsweise Zeichenstiften (bei Plottern im eigentlichen Sinne vgl. zum Beispiel DE 39 15 480 C2) bzw. Fräsern, Bohrern, Prägestempeln, Lasern, Dosierpatronen, Meßsonden und ähnlichem (bei Bearbeitungsplottern) bearbeitet oder auf andere Weise einer Einwirkung ausgesetzt. Zu diesem Zweck weisen Plotter Translationseinrichtungen in den Richtungen der x-, y- und z-Achse auf, mit denen die Wirkeinheiten in diesen Richtungen bewegt werden können.

Es wird noch erläutert, daß Bearbeitungsplotter aus numerisch gesteuerten Zeichenmaschinen (also Plotter im eigentlichen Sinne) hervorgegangen sind und wegen ihrer hohen Abeitsgeschwindigkeit und/oder Arbeitsgenauigkeit als Bearbeitungsmaschinen, wie Schneid- und Fräsmaschinen, eingesetzt werden (vgl. zum Beispiel DE 35 39 430 A1). Ferner kann der Bearbeitungsplotter auch durch bloße Umrüstung eines eigentlichen Plotters gebildet werden (vgl. zum Beispiel DE 38 37 493 A1 und DE 42 21 966 A1).

Bei in der Praxis anzutreffenden (nicht durch Schutzrechtschriften) belegten) Plottern fällt auf, daß sie im allgemeinen speziell für ihren Anwendungszweck konstruiert sind. Dadurch fällt das Verhältnis zwischen Genauigkeit, Arbeitsgeschwindigkeit und Preis ungünstig aus. Sie sind entweder aufgrund ihrer Bauart zu teuer oder zu langsam, oder sie nutzen im allgemeinen ihre inhärente Genauigkeit nicht aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines massearmen und damit schnellen Plotters bzw. Bearbeitungsplotters, der einfach und damit kostengünstig herstellbar ist und trotzdem eine gute Genauigkeit aufweist. Dabei soll der mechanische Antrieb der Forderung der Elektronik genügen, rückartige Beschleunigungen und Stöße zu vertragen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Plotter bzw. Bearbeitungsplotter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale.

Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Der erfindungsgemäße Plotter enthält einen Plottertisch, auf dem die Werkstücke, Gegenstände oder ähnliches gehalten werden können. Die zur Einwirkung kommenden Wirkeinheiten, die oben genannt sind, befinden sich dabei an Translationseinrichtungen, die über dem Plottertisch in allen Raumrichtungen, also entlang der x-, y- und z-Achse bewegt werden können und dadurch zur beliebigen Einwirkung auf die Gegenstände bzw. Werkstücke gebracht werden können. Dabei ist für die Bewegung in jeder dieser Raumrichtungen ein Antrieb vorgesehen.

Die Bewegung in einer Raumrichtung der y-Achse, die von der vorderen Kante des Plotters nach hinten führt, wird dabei über einen ersten Antriebsmotor bewirkt, der über einen ersten Schraubenfederantrieb die erste Translationseinrichtung in Richtung dieser y-Achse bewegt.

Die Bewegung in der zweiten Raumrichtung der x-Achse, die parallel zur vorderen Kante des Plotters quer zum Betrachter verläuft, wird über einen zweiten Antriebsmotor bewirkt, der über einen zweiten Schraubenfederantrieb eine zweite Translationseinrichtung in Richtung der x-Achse bewegt. Der zweite Antriebsmotor wirkt über eine Zahnwelle auf den Schraubenfedeantrieb ein, wobei sich die Zahnwelle über die gesamte Länge des Bewegungswegs entlang der y-Achse erstreckt. Diese Zahnwelle ist gemeinsam mit ihrem Antriebsmotor am unteren Teil des Plotters befestigt, so daß er die Bewegung der Translationseinrichtung nicht mitmacht, wodurch die zu bewegende Masse der Translationseinrichtung verringert wird.

Der Antrieb für die Translationseinrichtung in Richtung der z-Achse kann beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise als Schraubenfederantrieb, magnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb.

Die in dem erfindungsgmäßen Plotter eingesetzten Schraubenfederantriebe (vgl. Anspruch 6) können aus Schraubenfedern bestehen, in deren Windungen Zugseile angeordnet sind, die an mindestens zwei Anlenkpunkten an den Windungen der Schraubenfedern befestigt sind. Mit Ausnahme des Antriebs für die y-Achse können sie mit bekannten Antriebsmitteln angetrieben werden, beispielsweise durch Zahnräder, Zahnwellen, Zahnstangen, Schrauben, Schnecken, Rollen, Keilscheiben oder dergleichen. Solche Schraubenfederantriebe sind aus der FR 13 07 724 und FR 24 73 138 grundsätzlich bekannt und nach der DE 44 37 280 C2 insbesondere bezüglich des Aufbaus und des Eingreifens des Antriebselements bei gekrümmter Führung des innerhalb der Schraubenfeder befindlichen Zugseils weiter ausgestaltet.

Der Plottertisch kann beispielsweise bewegliche Segmente enthalten, die aus Rechteck-Flachprofilen gebildet werden (vgl. Anspruch 5). Sie können vorzugsweise auf einem Rahmen des Plottertischs auf Schienenelementen aufliegen und durch Spannschrauben gehalten werden. Vorzugsweise weisen sie in Richtung quer zu ihrer Längsachse unterschiedlich kombinierbare Breiten auf. Die Segmente können Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungseinrichtungen aufweisen, wobei durch Kombination unterschiedlicher Breiten der Segmente eine große Variation der Anordnung der Befestigungsöffnungen möglich ist.

Der Plottertisch kann auf einem Träger angeordnet sein, wobei ein Rahmen zur Aufnahme der beweglichen Segmente als Teil des Plottertischs auf dem Träger aufliegt (Anspruch 9).

Die zum Antrieb eingesetzten Schraubenfedern oder damit verbundene Seilzüge können über Umlenkrollen geführt werden (vgl. Anspruch 7). Diese und auch Führungen bzw. Laufflächen für die Translationseinrichtungen können über Rechteckprofile an ihren Befestigungspunkten angelenkt sein, die sich bei Belastung federparallelogrammartig parallel verschoben deformieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figurenbeschreibung beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Plotters in Vorderansicht;

Fig. 2 zeigt den gleichen Plotter in einer Seitenansicht;

Fig. 3 zeigt den gleichen Plotter in einer Draufsicht;

Fig. 4 zeigt eine Darstellung einer Schienenbefestigung in einer Seitenansicht; und

Fig. 5 zeigt die gleiche Befestigung in einer Vorderansicht.

Der Plotter weist ein waagerechtes Rahmenteil 22 auf, an dem seitlich nach unten Seitenwände 3 angebracht sind, die eine Verkleidung des Geräteunterteils bilden. Dadurch wird ein für die meisten bekannten Geräte übliches Verkleidungsgehäuse vermieden und die waagerechte Justierung des Plottertischs 2 mittels vier Schrauben, die gleichzeitig seine Befestigung übernehmen, ermöglicht.

Die Seitenwände 3 enthalten eine Abstützung, auf der bewegliche Segmente 16 aufliegen, die die Oberfläche des Plottertisch 2 bilden. Die Segmente 16 bestehen aus Rechteck-Flachprofilen unterschiedlicher Breite, die Öffnungen 18 aufweisen, in denen Befestigungseinrichtungen für die auf dem Plottertisch zu befestigenden Gegenstände befestigbar sind. Die Segmente 16 lassen sich bequem entsprechend der unterschiedlichen Maße der Gegenstände umgruppieren und dadurch flexibel an die Gegenstände anpassen.

Die Seitenwände 3 und/oder die Vorder- und Rückwand 20, 28 weisen Vorsprünge 50 auf, die sich auf einem Träger 48 abstützen, der das Grundgestell des Plotters bildet (Fig. 2).

An dem Träger 48 sind ein erster Antriebsmotor 4 und ein zweiter Antriebsmotor 14 befestigt. Der erste Antriebsmotor 4 treibt über ein Zahnrad eine erste Schraubenfeder 11 an, in deren Inneren ein erstes Zugseil 36a an zwei Anlenkpunkten an den Enden der Schraubenfeder befestigt ist. Von dem Zugseil wird eine Translationseinrichtung 30y bewegt, die die Translation in Richtung der y-Achse bewirkt.

Der zweite Antriebsmotor 14 treibt eine Zahnwelle 13 an, deren axiale Erstreckung der Länge des Translationsweges entlang der y-Achse entspricht. Von der Zahnwelle 13 wird ein zweites Zugseil 36b angetrieben, das über Umlenkrollen 40b, 40c eine zweite Translationseinrichtung in Richtung der x-Achse bewegt.

Die Translation in Richtung der z-Achse wird durch eine dritte Schraubenfeder 9 bewirkt, die zwischen Rollen 15 S-förmig geführt wird, so daß ein Zahnrad 17 in die Schraubenfeder 9 eingreifen kann. Im Inneren der Schraubenfeder 9 ist ein Zugseil in ähnlicher Weise wie bei den übrigen Zugseilen verspannt.

Die Translationseinrichtung 30y, die in Richtung der y-Achse bewegbar ist, ist mit Kugellagern 52 auf zwei Rundschienen 54 geführt. Zumindest eine dieser Rundschienen 54 ist schwenkbar angeordnet, so daß sie sich einer eventuellen Dehnungsdifferenz der Translationseinrichtung 30y anpassen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Befestigung der Rundschienen 54 über Rechteckprofile 58 erfolgt, die seitlich an beiden Enden der Rundschiene angebracht werden. Bei Belastung, beispielsweise in der in Fig. 5 durch Pfeile dargestellten Weise, deformieren sich die Rechteckprofile federparallelogrammartig im Sinne einer Parallelbewegung. Dadurch verkanten die Rundschienen nicht radial, sondern verschieben sich lediglich parallel.


Anspruch[de]
  1. 1. Plotter bzw. Bearbeitungsplotter mit einem Plottertisch zur Aufnahme von Werkstücken und Translationseinrichtungen in Richtung der x-, y- und z-Achse eines Plottertischs für Wirkeinheiten zur Einwirkung auf die Werkstücke,

    mit einem ersten Antriebsmotor (4) für die Translationseinrichtung (30y) in Richtung der y-Achse,

    einem zweiten Antriebsmotor (14) für die Translationseinrichtung (30x) in Richtung der x-Achse,

    wobei beide Antriebsmotoren (4, 14) mit dem Plottertisch in fester Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß

    der erste Antriebsmotor (4) über einen ersten Schraubenfederantrieb (1) die Translationseinrichtung (30y) und der zweite Antriebsmotor (14) über einen zweiten Schraubenfedeantrieb (12) die Translationseinrichtung (30x) bewegt und

    der zweite Schraubenfederantrieb (12) über eine Zahnwelle (13) angetrieben wird, deren axiale Erstreckung der Länge des Bewegungswegs (W) entlang der y-Achse entspricht.
  2. 2. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plottertisch (2) bewegliche Segmente (16) enthält, die zumindest teilweise Öffnungen (18) zur Aufnahme von Befestigungseinrichtungen für die Werkstücke enthält.
  3. 3. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Segmente (16) auf einem Rahmen (22) des Plottertisches (2) aufliegen und durch Spannschrauben (26) gehalten werden.
  4. 4. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Segmente (16) der y-Achse unterschiedlich kombinierbare Breiten aufweisen.
  5. 5. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Segmente (16) aus Rechteck-Flachprofilen bestehen.
  6. 6. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfederantriebe (1, 12) Schraubenfedern aufweisen, in deren Windungen Zugseile (36) angeordnet sind, die an zumindest zwei Anlenkpunkten (38) an den Schraubenfedern befestigt sind.
  7. 7. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfederantriebe (1, 12) und/oder Zugseile (36) über Umlenkrollen (40a, 40b, 40c) geführt werden.
  8. 8. Plotter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrollen (40) an Rechteckprofilen (58) angelenkt sind, die einseitig so an ihren Halterungen befestigt sind, daß sie bei Belastung eine federparallelogrammartige Deformation aufweisen.
  9. 9. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plottertisch (2) und/oder ein Träger (46), auf dem der Plottertisch (2) aufliegt, an belasteten Verbindungsstellen über Rechteckprofile (58) verbunden sind, die bei Belastung eine federparallelogrammartige Deformation aufweisen.






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