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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Arbeiten auf bahnförmigem Material nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bekannte Vorrichtungen zum Arbeiten auf weichem, bahnförmigen Material, wie Gewebe, Papier oder dergleichen, umfassen häufig einen Arbeitstisch mit einem flachen Bett, das eine Trägerfläche definiert, auf die das bahnförmige Material gespannt wird. Ein Arbeitswerkzeug, das von einem Schlitten oberhalb der Trägerfläche getragen wird, führt den Arbeitsvorgang auf dem Material durch. Der Schlitten ist über der Trägerfläche in einer Koordinatenrichtung parallel zu der Trägerfläche beweglich, während das Werkzeug, das auf dem Schlitten montiert ist, relativ zu dem Schlitten und der Trägerfläche in einer anderen Koordinatenrichtung parallel zu der Trägerfläche beweglich ist. Zusammengesetzte Bewegungen des Schlittens und des Werkzeugs ermöglichen es, daß das Werkzeug in irgendeine Koordinatenposition in dem Bereich der Trägerfläche, die von dem Schlitten überstrichen wird, geführt wird. Eine genaue Positionierung des Schlittens und des davon getragenen Werkzeugs kann durch numerische Kontrolle erreicht werden, die entweder über einen on-line-Datengenerator oder über vorher programmierte Daten arbeitet. Die Vorrichtung kann mit verschiedensten Arbeitswerkzeugen versehen sein, beispielsweise Plotter-Schreibfedern oder -stiften, Tintenspritzdüsen, Lichtköpfen, Abtastköpfen und Schneid- oder Bohrwerkzeugen.
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Der Arbeitstisch bekannter Vorrichtungen umfaßt allgemein ein Bett, das eine Auflageebene definiert, auf die das bahnförmige Material, das zu bearbeiten ist, in gespanntem Zustand gelegt wird. Das Material, aus dem das Bett besteht, kann aus einer Vielzahl von Trägermaterialien ausgewählt sein, beispielsweise hartem Stahlblech mit einer glatten planen Oberfläche oder, wie in der US-PS 34 77 322 beschrieben, eine nachgiebige Gummiplatte.
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Da Betten dieses Typs eine feste Materialauflageebene für das bahnförmige, darauf gespannte Material liefern, macht das Bettmaterial einen großen Teil der Gesamtkosten des Arbeitstisches aus. Bei der Herstellung der Arbeitstische muß die Auflageebene des Betts geschliffen und präzise innerhalb geringer Toleranzen geebnet werden, um mit dem Werkzeug zusammenarbeiten zu können. Ein derart gestaltetes Bett erfordert bei der Handhabung große Aufmerksamkeit, damit Beschädigungen der Bettoberfläche vermieden werden, wenn die Vorrichtung in und außer Betrieb ist.
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Die Spannbreiten der Materialauflagefläche, die durch die Betten der bekannten Vorrichtungen definiert werden, sind relativ klein im Vergleich zur Länge des bahnförmigen Materials, das bearbeitet werden soll. Um es daher einem Werkzeug zu ermöglichen, einen Arbeitsvorgang auf dem gesamten Materialstreifen vorzunehmen, muß das Material über die Materialauflagefläche abschnittsweise durch geeignete Einrichtungen gefördert werden. Eine Vorrichtung mit einer Vorschubeinrichtung in einer Plottermaschine ist in der US-PS 38 44 461 beschrieben. Hierbei bleibt das Bett stationär, während das Material relativ zu der Auflagefläche verschoben wird, wobei zwischen der Auflagefläche und dem Material, das relativ hierzu bewegt wird, Reibung erzeugt wird. Wenn die während des Vorschubs erzeugte Reibung reduziert werden kann, wird die erforderliche Leistung einschließlich der Kosten für die Teile zur Durchführung dieses Vorgangs reduziert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einen verbesserten Arbeitstisch aufweist, der billiger in der Herstellung und unempfindlicher bei der Handhabung ist.
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Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise eine Materialabstützeinrichtung, die an dem Werkzeugschlitten angeordnet ist und auf der dem Arbeitswerkzeug, das mit dem Werkzeugschlitten in der ersten Koordinatenrichtung bewegt wird, abgewandten Seite der Materialbahn angeordnet ist. Die Materialabstützeinrichtung liefert eine Abstützung für das Material in der Materialverlaufsebene, während das Arbeitswerkzeug einen Bearbeitungsvorgang auf dem Material durchführt.
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Vorteilhafterweise wird erreicht, daß beim abschnittsweisen Materialvorschub sehr viel weniger Reibung erzeugt wird als bei bekannten Vorrichtungen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer automatisch gesteuerten Plottereinrichtung.
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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Plottereinrichtung von Fig. 1.
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Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2.
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Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2.
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Fig. 5 zeigt eine Ansicht eines Werkzeugkopfs und Werkzeugschlittens von Fig. 4, wobei sich das Arbeitswerkzeug in Arbeitsposition und die Kolben einer Reibkupplungseinheit in Freigabeposition befinden.
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Fig. 6 zeigt eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 5, bei der jedoch das Arbeitswerkzeug außer Betrieb und die Reibkupplungseinheit in Betrieb sind.
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Fig. 1 zeigt eine automatisch gesteuerte Plottereinrichtung 10 mit einem Plotterkopf 12, der eine grafische Information auf weichem bahnförmigen Material S, beispielsweise Plotterpapier, in einer einzelnen Lage oder in Vielfachlagen mit zwischenliegendem Kohlepapier aufzeichnet. Anstelle einer Plottereinrichtung kann irgendein automatisch gesteuertes System verwendet werden, das ein Instrument oder ein Werkzeug aufweist, das von einem Schlitten zum Positionieren über dem bahnförmigen Material S gehalten wird, das seinerseits stationär relativ zu dem Schlitten während der Betätigung des Werkzeugs gehalten wird. Als Werkzeug können daher auch beispielsweise Fotobelichtungsköpfe, Abtastköpfe und dergleichen verwendet werden.
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Die Plottereinrichtung 10 umfaßt ein Steuergerät 14, das Plottersteuerbefehle erzeugt, und einen Plotter 16, der auf die Steuerbefehle anspricht und bewirkt, daß der Plotterkopf 12 auf dem Material S, das von einem Plottertisch 17 in ausgebreitetem Zustand gehalten wird, eine grafische Information zeichnet. Das Steuergerät 14 liest ein Plotterprogramm von einem Loch- oder Magnetband 20 und konvertiert das Programm in Motorsteuerbefehle, die auf einen Antriebsmotor auf dem Plotter 16 über ein Verbindungskabel 22 übertragen werden.
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Der Plotterkopf 12 ist über dem Plottertisch 17 oberhalb der Materialverlaufsfläche 18, die in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie längs ihrer Kante dargestellt ist, mittels eines X-Schlittens 26 und eines Y-Schlittens 28 aufgehängt. Der X-Schlitten 26 ist in Richtung der X-Koordinate auf einem Satz von Zahnstangen 30 und 32 hin- und herfahrbar, die mit einem X-Antriebsmotor 34 in Eingriff stehen, der durch Steuersignale von dem Steuergerät 14 betätigt wird. Der Y-Schlitten 28 ist auf dem X-Schlitten 26 zur Bewegung relativ zu dem X-Schlitten 26 in Richtung der Y-Koordinate montiert und wird durch einen Y-Antriebsmotor 36 und eine Schraubenspindel 37 verschoben, die den Y-Antriebsmotor 36 mit dem Y-Schlitten 28 verbindet. Der Y-Antriebsmotor 36 wird ebenfalls über Steuersignale von dem Steuergerät 14 betätigt. Gemeinsame Bewegungen der Schlitten 26 und 28 ermöglichen es dem Plotterkopf 12, zu irgendeiner Koordinatenposition über dem ausgebreiteten bahnförmigen Material S in der Materialverlaufsebene 18 verschoben zu werden.
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Wie aus den Fig. 4 bis 6 ersichtlich, umfaßt der Plotterkopf 12 ein Arbeitswerkzeug 24 in Form eines Plotterstiftes, der betätigt wird, wann immer eine Linienspur T oder ein grafisches Bild auf dem Material S anzubringen ist. Der Plotterstift ist in Richtung zum Material S hin- und herbeweglich mittels einer Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt) in Plotterkopf 12, die von dem Steuergerät 14 gesteuert wird, um den Plotterstift 24 zwischen einer angehobenen Position oberhalb des Materials S (wie in Fig. 6 dargestellt) und einer abgesenkten Position in Eingriff mit dem Material S (wie in Fig. 5 dargestellt) entsprechend Steuersignalen von dem Steuergerät 14 zu bewegen.
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Entsprechend Fig. 4 ist der Plottertisch 17 bettlos und umfaßt mit Abstand zueinander angeordnete koplanare Lippen 50 und 52, die die Materialverlaufsebene 18 definieren. Bei der dargestellten Plottereinrichtung 10 werden die koplanaren Lippen 50 und 52 aus erhöhten, geraden und parallelen Seitenflächen 54, 56 an gegenüberliegenden Enden der Tischoberseite 48 gebildet. Die Seitenflächen 54 und 56 sind flach und koplanar, um die Materialverlaufsebene 18 zu definieren. Wie in Fig. 3 angedeutet, ist die erhöhte Seitenfläche 56 langgestreckt und erstreckt sich über die gesamte Stirnseite des Plottertisches 17 in der Y-Koordinatenrichtung, während die Seitenfläche 54 am gegenüberliegenden Ende entsprechend ausgebildet ist. Zwischen den beiden Seitenflächen 54, 56 bildet die Tischoberseite einen Raum 57, der in den Fig. 4 bis 6 durch das Material S aus bahnförmigem Material überspannt wird, wenn dieses zwischen den koplanaren Oberseiten der Lippen 50, 52 gestreckt wird. Die Seitenflächen 54, 56 sind vorzugsweise glatt und hart und besitzen einen niedrigen Reibungskoeffizienten bezüglich des bahnförmigen Materials, um zu ermöglichen, das zu spannende Material S unter Zug anzuordnen, so daß es in der Materialverlaufsebene 18 gehalten wird. Stahl, Aluminium oder Plastikmaterial können verwendet werden, um die erhöhten Seitenflächen 54, 56 zu bilden.
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Wie in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt ist, wird das Material S auf Rollen oder Zuführspulen 38 und 40 gehalten, die von Armen an gegenüberliegenden Längsseiten des Plottertisches 17 aufgenommen werden. Ein Drehmomenterzeuger 42 ist antriebsmäßig mit einer Spule 38 und ein anderer Drehmomenterzeuger 44 mit der anderen Spule 40 verbunden, um einen Abschnitt des Materials S in straffem Zustand zwischen den koplanaren Lippen 50 und 52 des Plottertisches 17 anzuordnen. Die Betätigung der Drehmomenterzeuger 42, 44 wird durch das Steuergerät 14 vorgenommen.
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Um sicherzustellen, daß das Segment aus Material S zwischen den Lippen 50, 52 in gestrafftem Zustand in der Materialverlaufsebene 18 bleibt, während der Plotterkopf 12 einen Plotvorgang auf dem Material vornimmt, ist eine Halteeinrichtung in der Plottereinrichtung 10 zum straffen Halten des Materials S an jeder der Stirnseiten des Plottertisches 17 vorgesehen. Wie etwa aus den Fig. 1, 2 und 4 ersichtlich ist, umfaßt die Halteeinrichtung zwei Klemmeinrichtungen 58, 60, die von dem Plottertisch 17 auf der Seite der Materialverlaufsebene 18 gegenüber den Lippen 50 und 52 getragen werden, um mit dem Material S in Eingriff zu stehen und dieses fest gegen die entsprechenden Lippen 50, 52 zu drücken. Jede Klemmeinrichtung 58, 60 umfaßt zwei Klemm-Motoren oder elektrische Solenoide 62, 64, die an gegenüberliegenden Seiten des Plottertisches 17 befestigt sind, und einen langgestreckten Klemmstab 66, der an beiden Enden an den auf- und abbeweglichen Teilen der Solenoide 62, 64 befestigt ist. Jeder langgestreckte Klemmstab 66 besitzt eine plane Fläche, die auf die zugeordnete Lippe 50, 52 gerichtet ist. Während die Solenoide 62, 64 auf dem Plottertisch 17 relativ zu der Materialverlaufsebene 18 befestigt sind, erlauben ihre auf- und abbeweglichen Teile eine Bewegung senkrecht zu der Materialverlaufsebene 18 und damit zur Bewegung der Klemmstange 66 in und außer Klemmeingriff mit dem Material S.
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Während des Betriebs werden die Solenoide 62, 64 jeder Klemmeinrichtung 58, 60 in Synchronisation durch das Steuergerät 14 betätigt, um die langgestreckten Klemmstäbe 66 in Klemmeingriff mit dem Material S zu bewegen, das sich über die entsprechenden Lippen 50, 52 hinwegerstreckt. Vorzugsweise ist die planare Fläche des Klemmstabes 66 eine Fläche mit hohem Reibungskoeffizienten, so daß dann, wenn sich der Klemmstab 66 in Klemmposition mit dem Material S befindet, sich die Fläche mit hoher Reibung in Reibeingriff mit einer Seite des Materials S befindet, das in der Materialverlaufsebene 18 mit der anderen Seite des Materials S in direktem Kontakt mit dem gegenüberliegenden Abschnitt der Lippe 50 bzw. 52 aufgespannt ist. Eine Rückstellfeder innerhalb jedes Solenoids 62, 64 zieht den Klemmstab 66 aufwärts und von dem Material S weg, wenn die Solenoide 62, 64 außer Betrieb gesetzt werden. Wenn der Klemmstab 66 aus der Materialverlaufsebene 18 herausbewegt wird, bewegt sich seine plane Fläche aus dem Reibeingriff mit dem Material S heraus.
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Wie aus den Fig. 2 bis 6 ersichtlich, ist eine Materialabstützung 70 an dem X-Schlitten 26 auf der Seite der Materialverlaufsebene 18 gegenüber von dem Plotterkopf 12 zur Bewegung mit dem X-Schlitten 26 in der X-Koordinatenrichtung aufgehängt. Die Materialabstützeinrichtung 70 umfaßt eine Platte 72, die C-Form in der Ansicht von Fig. 2 gesehen besitzt. Die Platte 72 wird von dem X-Schlitten 26 durch Seitenplatten 74 getragen, die sich vertikal zwischen der Platte 72 und der Unterseite des X-Schlittens 76 erstrecken, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Länge der langgestreckten Platte 72 und der Abstand zwischen den Platten 74 ist ausreichend, um die Breite des Materials S aufzunehmen. Die Platte 72 besitzt einen langgestreckten Mittelabschnitt, der eine plane Fläche 75 definiert, die sich in der Y-Koordinatenrichtung benachbart zu der Materialverlaufsebene 18 erstreckt und mit der Fläche 75 direkt gegenüber dem Bewegungspfad des Plotterwerkzeugs 24 längs des X-Schlittens 26 angeordnet ist. Es ist daher ersichtlich, daß der gleiche Abschnitt der planen Fläche 75 der Platte 72 immer direkt unterhalb oder in Ausrichtung mit dem Plotterwerkzeug 24 angeordnet ist ohne Rücksicht auf die Position des Plotterkopfes 12 längs der Y-Koordinatenachse. Die plane Fläche 75 der Platte 72, die in dieser Weise angeordnet ist, liefert eine tragende Abstützung für das Material S in der Materialverlaufsebene 18, während das Werkzeug einen Plottervorgang auf dem Material S durchführt. Somit liefert die Fläche 75 nicht nur eine geeignete Materialabstützung für Plotterwerkzeuge, die nie mit dem Material während des Plotvorgangs in Kontakt gelangen, wie beispielsweise Tintenspritzdüsen, sondern die Fläche 75 ist auch insbesondere dazu geeignet, als Materialabstützung für Plotterwerkzeuge wie Schreibfedern und -stifte zu dienen, die während des Plotvorgangs gegen das Material gedrückt werden müssen. Aus diesem Grunde wird die Platte 72 vorzugsweise aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten wie die erhöhten Seitenflächen 54, 56 hergestellt, so daß das Material S leicht über die Platte 72 gleiten kann, wenn der X-Schlitten 26 und der Plotterkopf 12 sich während eines Plotvorgangs in der X-Koordinatenrichtung hin- und herbewegen.
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Die Plottereinrichtung 10 arbeitet auf einem begrenzten Segment des Materials S zu irgendeinem Zeitpunkt, wobei dieses Segment der Papierabschnitt ist, der zwischen den beiden Lippen 50 und 52 straff gehalten wird. Eine Schalteinrichtung ist an der Plottereinrichtung 10 zum präzisen Weiterschalten oder Verrücken des Materials S über die Lippen 50, 52 vorgesehen. Daher kann das Plotterwerkzeug 24 auf dem Plotterkopf 12 auf einanderfolgenden Segmenten des Materials S arbeiten und einen kontinuierlichen Plot oder eine Spur T erzeugen. Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, umfaßt die Schalteinrichtung ein Paar von Reibkupplungseinheiten 76, die an den gegenüberliegenden Enden des X-Schlittens 26 zur freigebbaren Kopplung des Materials S an dem X-Schlitten 26 montiert sind. Bei Kopplung mit dem X-Schlitten 26 wird das Material S über den offenen Raum 57 verschoben, wenn der Schlitten 26 in der X-Koordinatenrichtung bewegt wird.
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Aus den Fig. 4 bis 6 ist ersichtlich, daß jede Kopplungseinheit 76 einen Antriebsmotor oder einen elektrischen Solenoid 78 mit einem beweglichen Teil oder Kolben 80 umfaßt. Ein Reibschuh 82 aus Material mit hohem Reibungskoeffizienten, wie Gummi, Kork oder dergleichen, ist in fester Position am unteren Ende des Kolbens 80 montiert und besitzt eine Oberfläche mit hoher Reibung parallel zu der Materialverlaufsebene 18 und dieser zugekehrt. Der Kolben 80 ist zwischen einer koppelnden und einer Freigabeposition bezüglich eines gegenüberliegenden Abschnitts der Platte 72 auf- und abbeweglich. Wenn die Kopplungseinheit 76 sich in der koppelnden Position befindet, wie in Fig. 5 dargestellt, ist der Reibschuh 82 mit hohem Reibungskoeffizienten des Kolbens 80 in Reibeingriff mit der Oberseite des Materials S angeordnet, das sich über der Platte 72 befindet, wobei die Unterseite des Materials in direktem Kontakt mit dem seitlichen Ende der Platte 72 unterhalb des Reibschuhs 82 ist.
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Die Bewegung des X-Schlittens 26 von einem Längsende des Plottertisches 17 zum anderen mit Hilfe des Antriebsmotors 34, während die Kopplungseinheiten 76 in gekoppelter Position und die Klemmeinrichtungen 58, 60 außer Betrieb sind, schiebt das Material S über den Plottertisch 17 und positioniert ein neues Segment über dem Raum 57. Damit das Material S in der Materialverlaufsebene 18 während des Vorschiebens aufgespannt bleibt, werden die Drehmomenterzeuger 42, 44, die mit den Spulen 38, 40 verbunden sind, in geeigneter Weise in Betrieb gesetzt, um Zug auf das Material S auszuüben. Die Drehmomenterzeuger 42, 44 werden nach Vervollständigung des Vorschubs wieder außer Betrieb gesetzt, während die Klemmeinrichtungen 58, 60 in Betrieb genommen werden. Wenn jede Kopplungseinheit 76 in ihre Freigabeposition bewegt wird, wie in den Fig. 4 und 6 dargestellt ist, befindet sich der Reibschuh 82 in einem Abstand oberhalb der Materialverlaufsebene 18, so daß seine Reibfläche außer Eingriff mit dem Material ist und der X-Schlitten 26 erneut frei ist, das Plotten weiterzuführen.
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Während eines Plot-Vorgangs, der auf einem Segment des Materials S durchgeführt wird, wird das Material S fest in Arbeitsposition über die Tischöffnung 57 gespannt im wesentlichen in der Materialvorlaufsebene 18 durch die Klemmeinrichtungen 58, 60 in deren Klemmposition gehalten. Der Plotterkopf 12 erzeugt eine Spur T auf dem Segment in Ansprache auf Werkzeugpositioniersignale von dem Steuergerät 14. Während des Plotterbetriebes befinden sich die Reibkupplungseinheiten 76 in ihrer Freigabeposition und ihre Kolben 80 sind dementsprechend, wie aus Fig. 4 und 6 ersichtlich, mit Abstand zum Material S angeordnet. Wenn der Plotterkopf 12 seine Tätigkeit auf dem Segment beendet hat, wird der Plotterstift 24 aus dem Eingriff mit dem Material S angehoben und der X-Schlitten 26 an ein Ende des Plottertisches 17 bewegt. Ein Signal von dem Steuergerät 14 bewegt die Kolben 80 der Kopplungseinheiten 76 in ihre gekoppelte Position und die Klemmeinrichtungen 58, 60 werden außer Betrieb gesetzt, um das Material S an den Enden des Plottertisches 17 freizugeben. Der X-Schlitten 26, der nun reibschlüssig mit dem Material S durch die Kopplungseinheiten 76 gekoppelt ist, schiebt das Material S in Richtung zum gegenüberliegenden Ende des Plottertisches 17, wodurch er ein anderes Segment des Materials S in den Arbeitsbereich des Plotterkopfes 12 bringt. Der X-Schlitten 26 hält nach Erreichen der gegenüberliegenden Längsseite des Plottertisches 17 oder in einer anderen gewünschten Position an. Die Klemmeinrichtungen 58, 60 werden dann erneut in Betrieb gesetzt, um das neue Segment über die Lippen 50, 52 des Plottertisches 17 gestreckt zu halten. Die Kolben 80 der Kopplungseinheiten 76 werden dann aufgrund von Signalen von dem Steuergerät 14 in ihre Freigabeposition bewegt und weitere Signale bewirken, daß der X-Schlitten 26 und der Y-Schlitten 28 den Plotterstift 24 in Ploteingriff mit dem Material S positionieren und das Plotten wieder aufnehmen.
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Anstelle der Haltemittel bestehend aus Klemmeinrichtungen, die direkt auf das Material S einwirken, können auch andere Einrichtungen wie Bremsen verwendet werden, die auf die Spulen einwirken, um das Material S gespannt zu halten. Alternativ kann eine Bremse oder Klemmeinrichtung verwendet werden, wobei die Spannung hierbei durch eine Drehmomenterzeugerverbindung mit dem Spulen verwirklicht wird. Um die Reibung mit dem Material S zu minimalisieren, kann die unter diesem befindliche Abstützeinrichtung durch eine Rolle gebildet werden, die an dem X-Schlitten fluchtend mit dem Werkzeug zur Bewegung mit dem Schlitten aufgehängt ist.