EP3649889A1 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung einer oberfläche eines werkstückes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung einer oberfläche eines werkstückes Download PDF

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EP3649889A1
EP3649889A1 EP19206269.3A EP19206269A EP3649889A1 EP 3649889 A1 EP3649889 A1 EP 3649889A1 EP 19206269 A EP19206269 A EP 19206269A EP 3649889 A1 EP3649889 A1 EP 3649889A1
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EP
European Patent Office
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brush
workpiece
stop means
roughness
ring
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Sander Hendrikus Johannes Hofstee
Jan Frederik DODDEMA
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Monti Werkzeuge GmbH
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Monti Werkzeuge GmbH
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Publication date
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    • B05D3/12—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by mechanical means

Definitions

  • the invention relates to a method for machining a surface of a workpiece with the aid of a brush unit, with a brush holder which can be driven in rotation and a ring brush with a bristle ring with bristles projecting outwards, after which the rotating bristles, using an adjustable stopper dipping into the rotating bristle ring, and by Storage of kinetic energy are elastically deformed so that the bristles, after being released, not only work the surface of the workpiece in a rotating but also striking manner as a result of the stored kinetic energy released after passing through the stopping means.
  • the description also goes back to the applicant EP 2 618 965 B1 such a method in which the stopper also acts as an abrasive body for the bristles.
  • the stop means can be adjusted, for example, it is designed to be radially and / or tangentially adjustable. Eccentric adjustment is also possible.
  • the invention is based on the technical problem of further developing such a method for processing a surface of a workpiece with the aid of a brush unit in such a way that desired surface roughness depths can be set in a reproducible manner.
  • a generic method for processing the surface of a workpiece with the aid of a brush unit is characterized in accordance with the invention in that the stop means and / or the ring brush is adjusted depending on the roughness of the surface of the workpiece.
  • the first step according to the invention is that the stop means and / or the ring brush is adjusted as a function of the roughness of the surface of the workpiece.
  • the invention is based on the knowledge that a change in particular the radial position of the stop means in comparison to an axis of the brush holder holding the ring brush and which can be driven in rotation directly influences the roughness of the surface of the workpiece. Because through one Changing the radial position of the stop means in comparison to the axis of the ring brush ultimately changes the kinetic energy with which the bristles hit the surface of the workpiece to be machined.
  • the general rule of thumb is that the smaller the radial distance of the stopper from the axis of the ring brush in question, the higher the kinetic energy. This is because a radially inner arrangement of the stop means leads to an increased and increased deformation of the bristles and consequently increased kinetic energy with which the bristles strike the surface of the workpiece.
  • the stop means is largely adjustable radially in comparison to the said axis of the rotating ring brush or can be adjusted radially in comparison to the said axis.
  • the ring brush can also be placed on the surface and / or can perform an axial movement.
  • the roughness of the surface of the workpiece can in turn be detected tactilely and / or without contact.
  • the surface of the workpiece is actually recorded on the basis of the average roughness R A.
  • This is the arithmetic mean of the measured amount of deviation of the individual measuring point from a center line.
  • the information is made in accordance with DIN ISO 1302, such as this has been described in the introduction.
  • the so-called maximum roughness profile height R z can also be measured and evaluated. This is the sum of the height of a largest profile peak R p and the depth of the largest profile valley R v within a single measurement section.
  • R z is a measure of the scatter of the roughness coordinate values.
  • the procedure can be such that the roughness or roughness of the surface of the workpiece that has not yet been processed with the aid of the ring brush or the bristles is determined and the stop means and / or the ring brush is adjusted accordingly depending on this.
  • the procedure is such that the roughness of the machined surface is recorded.
  • the stop means can be moved accordingly, depending on the measured values determined for the roughness or roughness of the machined surface of the workpiece.
  • the roughness of the surface in question and processed is converted with the aid of a control unit into adjusting movements of the stop means and / or the ring brush depending on the desired roughness profile of the surface.
  • the values for the roughness or roughness of the surface is used as an input variable for controlling the control unit.
  • the stop means and / or the ring brush can now be adjusted accordingly. For example, if the average roughness R a is to be increased, the stop means will be moved radially further inwards with the aid of the control unit. Conversely , a radially outer position of the stop means is possible and conceivable for a reduced average roughness R a .
  • an actual value for the average roughness R alst is compared in the example with a target value of the average roughness R aSoll stored and specified in the control unit.
  • the stop means is then followed up in the sense of a closed control loop.
  • the roughness of the surface of the workpiece can be adapted to the actual requirements, for example a subsequent paint application, a plastic coating, a metal coating, etc.
  • the roughness of the surface can be measured tactilely with the aid of a stylus that mechanically scans the surface. As a rule, however, there is no contact at this point. Then the roughness of the surface can be scanned using, for example, sound waves and preferably using electromagnetic waves. At this point, scanning with electromagnetic waves, and here in particular with the aid of a laser, has proven to be particularly favorable and advantageous.
  • the procedure is usually that the surface of the workpiece to be machined or the already machined surface of the workpiece in question is scanned in the sense of a preferably two-dimensional triangulation method.
  • the laser beam is usually projected onto the surface to be measured as an extremely thin line of light at a defined angle.
  • the originally straight light line of the laser is distorted by the roughness or roughness of the processed surface in the example in proportion to the angle of incidence of the laser on the surface.
  • An image of this projected laser line can now be recorded using an optical recording device, for example a microscope in conjunction with a camera will.
  • the surface profile can now be calculated directly from the deflection of the light line and this method is particularly suitable for determining the average roughness R a .
  • the maximum roughness profile height R z can be determined in this way. Details of such a conceivable triangulation method are exemplified in the EP 0 585 893 A1 described. In addition, reference is made to a publication of the company "AMEPA” under “amepa.de” on the subject of "SRM - Online Roughness Measurement”.
  • the invention particularly preferably does not only resort to the possibility that the stop means can typically be adjusted in the radial direction relative to the ring brush.
  • the ring brush can advantageously be moved together with the stop means with respect to its distance and / or parallel to the surface of the workpiece, that is to say in the axial direction.
  • a parallel displacement or axial displacement of the ring brush in comparison to the surface of the workpiece also means that the roughness profile generated on the surface of the workpiece is designed to be particularly homogeneous and, in particular, has no preferred directions.
  • the subject of the invention is also a brush unit and a rotary brush tool, both of which are advantageous according to the method described for processing the surface work on the workpiece and are equipped with an appropriately designed brush unit.
  • a rotary brush tool is shown, which is equipped with a machine frame 1.
  • the machine frame 1 may in the exemplary embodiment and not as a limitation as a cylindrical frame section be formed, which is adapted to a workpiece 2 to be machined.
  • the workpiece 2 is, and is not restrictive, a pipeline or pipeline composed of individual pipes welded to one another.
  • the tubes are through one in the Fig. 1 weld 3 to be recognized joined together.
  • the surface of the workpiece 2 is machined in the area of the weld seam 3 with the aid of the rotary brush tool to be described in detail below. After this processing, a protective coating can be applied to the pipeline or the workpiece 2 in this area.
  • the rotary brush tool to be described in more detail below is of course not only suitable for machining surfaces on curved workpieces 2 such as that in FIG Fig. 1 shown pipeline or pipeline. Rather, the rotary brush tool can just as well be used to machine the surface of flat workpieces, but this is not shown in detail.
  • the rotary brush tool is held by the machine frame 1 according to the embodiment.
  • the machine frame 1 may be designed such that it engages around the workpiece 2 or the pipeline in the example of a claw.
  • the machine frame 1 rotates about an axis of the pipeline, so that the pipeline in question can be machined in the area of the weld seam 3 as a whole and over its entire circumference using the rotary brush tool.
  • the rotary brush tool now only has one in detail Fig. 1 partially recognizable drive unit 4, which has a brush assembly 5 as an essential component of the rotary brush tool in rotations transferred.
  • the brush unit 5 is equipped with a ring brush 6, 7, which is best in the Fig. 2 recognizes.
  • the ring brush 6, 7 is composed of a brush band 6 and bristles 7 connected to the brush band 6 and projecting outwards, which define a brush ring.
  • the brush belt 6 may be one made from a plastic woven belt based on, for example, polyamide.
  • the bristles 7 are equipped as steel bristles anchored in the brush band 6, which according to the embodiment in the Fig. 2 and can have non-restrictive bristle tips 7 ', each bevelled on the front. Of course, this only applies as an example.
  • the ring brush 6, 7 is received in a rotatably driven brush holder 8, which is best in the Fig. 1 recognizes.
  • the brush holder 8 can be designed as in the DE 43 26 793 C1 the applicant is described. In principle, other brush holders 8 are also conceivable at this point, such as those shown in detail in FIG WO 2017/220338 A1 be presented to the applicant.
  • the brush holder 8 for receiving the ring brush 6, 7 can be constructed in several parts, as described in the aforementioned publications. In principle, however, it is also conceivable for the ring brush 6, 7 to be firmly connected to the brush holder 8. As a rule, however, one will fall back on a multi-part brush holder 8 in accordance with the publications given above, already in order to be able to replace the ring brush 6, 7 if necessary and for closing.
  • An adjustable stop means 9 is then of particular importance for the rotary brush tool or the brush assembly 5.
  • the stop means 9 is connected to a cantilever 10, with the aid of which the stop means 9 with respect to its in the Fig. 2 distance A to the axis Z of the ring brush 6, 7 can be adjusted. That is through a corresponding one Arrow in the Fig. 2 indicated.
  • the adjustment of the stop means 9 with respect to its position in comparison to the bristles 7 is now carried out as a function of the roughness or roughness of the surface of the workpiece 2. That is, the stop means 9 is adjusted as a function of the roughness or roughness of the surface of the workpiece 9 .
  • the already machined surface of the workpiece 2, that is to say the region of the surface of the workpiece 2, which is used in FIG Fig. 2 followed by the direction of machining indicated by an arrow B follows the rotary brush tool or the brush assembly 5.
  • the component of the surface of the workpiece 2 leading in the machining direction B can also be used for the setting of the stop means 9. According to the exemplary embodiment and preferably, however, the procedure is followed in such a way that the area of the surface of the workpiece 2 following and already machined in the machining direction B is examined with regard to its roughness or roughness and the stop means 9 is adjusted as a function thereof.
  • a roughness measuring unit 11, 12, 13 is provided according to the exemplary embodiment.
  • the roughness measuring unit 11, 12, 13 lags the brush unit 5 or the rotary brush tool in its machining direction B in order to be able to detect the roughness or roughness of the surface of the workpiece 2 that has already been machined.
  • the roughness measuring unit 11, 12, 13 has a laser 11, a distance sensor 12 and a camera 13, for example a CCD camera 13.
  • the laser 11, the distance sensor 12 and also the CCD camera 13 are all connected to one control unit or control / regulating unit 14, which is used for the control and the detection of the roughness measured values R a , that is to say in the example and not restrictively determining the average roughness R a in accordance with the introductory explanations.
  • the laser 11 is directed at the surface of the workpiece 2 at a defined angle ⁇ and projects an extremely thin line of light on the surface in question.
  • This line of light is now examined with the aid of the high-resolution camera 13, which can be preceded by a microscope, which is not expressly shown, with regard to its distortions caused by the surface texture.
  • the surface profile in question can be calculated directly from the deflection of the light line compared to its straight course.
  • the image of this projected light line of the laser 11, which is distorted due to the surface texture, is recorded with the help of the camera 13 and this data is converted into the desired roughness values R a or the roughness values R a in question by the control unit 14 connected to the camera 13 are derived from this.
  • the additional distance sensor 12 is used primarily for control purposes and ensures that, in the event of any deviations of the surface of the workpiece 2 from one plane, bulges, etc., a perfect and sharp image of the straight line of light emitted by the laser 11 on the surface of the workpiece 2 remains is present and can be examined for its deviations through the surface texture. If necessary, the entire roughness measuring unit 11, 12, 13 can be changed in relation to its distance from the surface of the workpiece 2, as indicated by a double arrow in FIG Fig. 2 implies. The distance is changed in accordance with the measured values of the distance sensor 12.
  • stop means 9 can largely be adjusted radially in comparison to the axis Z of the ring brush 6, 7.
  • stop means drive 15 acts on the arm 10, which is rotatably mounted about the axis Z in the same axis as the ring brush 6, 7.
  • the stop means 9 can be varied with respect to its distance A in the radial direction in comparison to the axis Z of the ring brush 6, 7, as shown in FIG Fig. 2 implies.
  • the stop means drive 15 for the stop means 9 is finally realized.
  • the entire ring brush 6, 7 including the stop means 9 and the extension arm 10 can be placed against the surface of the workpiece 2 and lifted away therefrom, i.e. acted on in the vertical direction in comparison to the surface of the workpiece 2, as indicated by a corresponding double arrow 16 in the Fig. 2 implies.
  • the roughness depth of the surface of the workpiece 2 can also be influenced, as has already been explained above.
  • the stop means drive 15 and on the other hand the ring brush drive 16 are each connected to the control unit 14, such as corresponding electrical connecting lines in the Fig.
  • the ring brush drive 16 can also ensure that the ring brush 6, 7 is not only moved with respect to its distance in comparison to the surface of the workpiece 2, but alternatively or additionally also undergoes a change in position in comparison to the surface of the workpiece 2 in question. That is, the ring brush drive 16 may also be responsible for an axial movement of the ring brush 6, 7, as shown by the two double arrows in FIG Fig. 1 hint. Transferred to the Fig. 2 this means that the ring brush drive 16 also ensures a movement of the ring brush 6, 7 perpendicular to the drawing plane there or in the direction of the Z axis.
  • the procedure is now such that, depending on the roughness values R a of the surface of the workpiece 2 detected with the aid of the roughness measuring unit 11, 12, 13, the stop means 9 with the aid of the stop means drive 15 and / or the ring brush 6, 7 including stop means 9 Boom 10 can be adjusted in total by using the ring brush drive 16.
  • This can be done with the help of the control unit 14 in the sense of a control or advantageously in the form of a regulation.
  • the roughness values R alst in processing direction B are recorded behind the ring brush 6, 7 with the aid of the roughness measuring unit 11, 12, 13 and transferred to the control unit 14. A comparison of these actual values R alst with the target values R aSoll stored there takes place in the control unit 14.
  • the stop means 9 is now moved with the aid of the stop means drive 15 and / or the entire ring brush 6, 7 using the ring brush drive 16 in order to approximate in the course of a regulation between the target values R aSoll and the actual values R alst .

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes (2) mit Hilfe eines Bürstenaggregates (5). Das Bürstenaggregat (5) ist mit einem rotativ antreibbaren Bürstenhalter (8) und einer Ringbürste (6, 7) mit nach außen abstehenden Borsten (7) ausgerüstet. Die rotierenden Borsten (7) werden unter Rückgriff auf ein verstellbares Stoppmittel (9) sowie durch Speicherung von Bewegungsenergie elastisch verformt. Auf diese Weise bearbeiten die Borsten (7) die Oberfläche des Werkstückes (2) nicht nur rotierend, sondern zugleich schlagend in Folge der nach Passieren des Stoppmittels (9) freiwerdenden gespeicherten Bewegungsenergie. Erfindungsgemäß wird das Stoppmittel (9) in Abhängigkeit der Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes (2) verstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes mit Hilfe eines Bürstenaggregates, mit einem rotativ antreibbaren Bürstenhalter und einer Ringbürste mit einem Borstenkranz mit nach außen abstehenden Borsten, wonach die rotierenden Borsten unter Rückgriff auf ein in den rotierenden Borstenkranz eintauchendes verstellbares Stoppmittel sowie durch Speicherung von Bewegungsenergie elastisch verformt werden, so dass die Borsten nach ihrer Freigabe die Oberfläche des Werkstückes nicht nur rotierend, sondern zugleich schlagend in Folge der nach Passieren des Stoppmittels freiwerdenden gespeicherten Bewegungsenergie bearbeiten.
  • Ein Verfahren des eingangs beschriebenen Aufbaus wird beispielhaft und größtenteils in dem Patent EP 1 834 733 B1 der Anmelderin beschrieben. Mit Hilfe des Bürstenaggregates und des Stoppmittels lassen sich auf diese Weise an der Oberfläche des bearbeiteten Werkstückes Rautiefen erreichen, die bisher nur durch eine Sandstrahlbearbeitung erzielt werden konnten. Tatsächlich werden Rautiefen von mehr als 50 µm, insbesondere mehr als 60 µm bis hin zu 100 µm und mehr beobachtet. Bei den angegebenen Rautiefen handelt es sich insgesamt um sogenannte Mittelrauwerte Ra (als arithmetischer Mittenwert der absoluten Werte von Profilabweichungen innerhalb einer Bezugsstrecke entsprechend DIN 4764 sowie DIN ISO 1302). Das hat sich grundsätzlich bewährt und wird vielfach in der Praxis angewandt. Daneben beschreibt die ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehende EP 2 618 965 B1 ein derartiges Verfahren, bei welchem das Stoppmittel zugleich als Schleifkörper für die Borsten fungiert. Zu diesem Zweck lässt sich das Stoppmittel verstellen, ist beispielsweise radial und/oder tangential verstellbar ausgebildet. Auch eine exzentrische Verstellung ist möglich.
  • Der Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, wenn es darum geht, die Rauigkeit von Oberflächen eines Werkstückes zu gewährleisten, Beschichtungen von der Oberfläche oder Rost zu entfernen. Für die nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche im Hinblick auf einen Farbauftrag, eine Metall- und/oder Kunststoffbeschichtung etc. ist es jedoch oftmals erforderlich, die Oberflächenrauigkeit reproduzierbar einzustellen bzw. bestimmte Vorgaben einzuhalten. Das ist mit den bisher beschriebenen Vorgehensweisen nicht unmittelbar möglich bzw. muss letztlich manuell umgesetzt werden. Große Oberflächen von Werkstücken lassen sich auf diese Weise kaum reproduzierbar bearbeiten. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes mit Hilfe eines Bürstenaggregates so weiterzuentwickeln, dass gewünschte Rautiefen der Oberfläche reproduzierbar eingestellt werden können.
  • Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstückes mit Hilfe eines Bürstenaggregates erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppmittel und/oder die Ringbürste in Abhängigkeit der Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes verstellt wird.
  • Das heißt, erfindungsgemäß wird zunächst einmal so vorgegangen, dass in Abhängigkeit der Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes eine Verstellung des Stoppmittels und/oder der Ringbürste vorgenommen wird. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass eine Veränderung insbesondere der radialen Position des Stoppmittels im Vergleich zu einer Achse des die Ringbürste haltenden und rotativ antreibbaren Bürstenhalters unmittelbar die Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes beeinflusst. Denn durch eine Veränderung der radialen Position des Stoppmittels im Vergleich zur Achse der Ringbürste wird letztlich die kinetische Energie verändert, mit welcher die Borsten auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes treffen. Dabei gilt generell die Faustformel, dass die kinetische Energie umso höher ist, je geringer der radiale Abstand des Stoppmittels zur fraglichen Achse der Ringbürste bemessen ist. Denn eine radial innere Anordnung des Stoppmittels führt zu einer erhöhten und verstärkten Verformung der Borsten und demzufolge erhöhter kinetischer Energie, mit welcher die Borsten auf die Oberfläche des Werkstückes auftreffen.
  • Diese grundsätzlichen Zusammenhänge sind von Prof. Robert J. Stango u. a. untersucht worden und in mehreren Veröffentlichungen wiedergegeben. Verwiesen wird auf die beiden Veröffentlichungen "Surface preparation of ship-construction steel/(ABS-A) via bristle blasting process", NACE CORROSION CONFERENCE & EXPO 2010, paper No. 10385 sowie "Evaluation of bristle blasting process for surface preparation of ship-construction steel" (NACE CORROSION CONFERENCE & EXPO 2012, paper No. C2012-0001442). Nach bevorzugter Ausführungsform ist zu diesem Zweck das Stoppmittel größtenteils radial im Vergleich zur besagten Achse der rotierenden Ringbürste verstellbar ausgebildet bzw. kann radial im Vergleich zu der besagten Achse verstellt werden. Vergleichbar kann auch die Ringbürste an die Oberfläche angestellt werden und/oder eine Axialbewegung ausführen.
  • Die Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes lässt sich ihrerseits taktil und/oder berührungslos erfassen. Tatsächlich wird in diesem Zusammenhang die Oberfläche des Werkstückes anhand der mittleren Rauheit RA erfasst. Hierbei handelt es sich um das arithmetische Mittel der jeweils gemessenen betragsmäßigen Abweichung des einzelnen Messpunktes von einer Mittellinie. Die Angaben werden dabei entsprechend DIN ISO 1302 vorgenommen, wie dies einleitend beschrieben wurde. Grundsätzlich kann auch die sogenannte maximale Rauheitsprofilhöhe Rz gemessen und ausgewertet werden. Hierbei handelt es sich um die Summe aus der Höhe einer größten Profilspitze Rp und der Tiefe des größten Profiltales Rv innerhalb einer einzelnen Messstrecke. Als senkrechter Abstand vom höchsten zum tiefsten Profilpunkt ist Rz ein Maß für die Streuweite der Rauheitsordinatenwerte. Jedenfalls bestehen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten, die Rauigkeit oder Rauheit der Oberfläche des Werkstückes taktil und/oder berührungslos zu erfassen.
  • Dabei kann grundsätzlich so vorgegangen werden, dass die Rauigkeit oder Rauheit der noch nicht mit Hilfe der Ringbürste bzw. der Borsten bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes ermittelt und in Abhängigkeit von hiervon das Stoppmittel und/oder die Ringbürste entsprechend verstellt wird. Im Regelfall wird jedoch so vorgegangen, dass die Rauigkeit der bearbeiteten Oberfläche erfasst wird. Dadurch kann das Stoppmittel entsprechend verfahren werden, und zwar je nach den ermittelten Messwerten für die Rauigkeit bzw. Rauheit der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes. Zu diesem Zweck wird die Rauigkeit der fraglichen und bearbeiteten Oberfläche mit Hilfe einer Steuer-/Regeleinheit in Stellbewegungen des Stoppmittels und/oder die Ringbürste je nach gewünschtem Rauigkeitsprofil der Oberfläche umgesetzt. Das heißt, die Werte für die Rauigkeit bzw. Rauheit der Oberfläche, konkret die mittlere Rauheit Ra im Beispielfall bzw. der arithmetische Mittenwert Ra, wird als Eingangsgröße zur Ansteuerung der Steuer-/Regeleinheit genutzt. In Abhängigkeit von der gewünschten Rauigkeit bzw. Rauheit und konkret dem arithmetischen Mittenrauwert Ra kann nun das Stoppmittel und/oder die Ringbürste entsprechend verstellt werden. Soll beispielsweise die mittlere Rauheit Ra gesteigert werden, so wird man beispielsweise das Stoppmittel mit Hilfe der Steuer-/Regeleinheit radial weiter nach innen verfahren. Umgekehrt ist für eine verringerte mittlere Rauheit Ra eine radial äußere Position des Stoppmittels möglich und denkbar.
  • Neben einer solchen prinzipiellen Steuerung ist auch eine Regelung möglich. In diesem Fall wird ein Ist-Wert für die mittlere Rauheit Ralst im Beispielfall mit einem in der Regeleinheit hinterlegten und vorgegebenen Soll-Wert der mittleren Rauheit RaSoll verglichen. Je nach Abweichungen der gemessenen Ist-Rauheit Ralst im Vergleich zum Soll-Wert RaSoll wird dann das Stoppmittel im Sinne eines geschlossenen Regelkreises nachgefahren. Als Folge hiervon kann die Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes den tatsächlichen Erfordernissen angepasst werden, beispielsweise einem anschließenden Farbauftrag, einer Kunststoffbeschichtung, einer Metallbeschichtung etc. Rechnung tragen.
  • Die Rauigkeit der Oberfläche lässt sich taktil mit Hilfe eines mechanisch die Oberfläche abtastenden Taststiftes erfassen. Im Regelfall wird jedoch an dieser Stelle berührungslos vorgegangen. Dann kann die Rauigkeit der Oberfläche mit Hilfe von beispielsweise Schallwellen und bevorzugt unter Rückgriff auf elektromagnetische Wellen abgetastet werden. An dieser Stelle hat sich die Abtastung mit elektromagnetischen Wellen und hier speziell mit Hilfe eines Lasers als besonders günstig und vorteilhaft erwiesen.
  • Tatsächlich wird hier meistens so vorgegangen, dass die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes bzw. die bereits bearbeitete Oberfläche des fraglichen Werkstückes im Sinne eines vorzugsweise zweidimensionalen Triangulationsverfahrens abgetastet wird. Hierbei wird der Laserstrahl meistens als extrem dünne Lichtlinie in einem definierten Winkel auf die zu messende Oberfläche projiziert. Die ursprünglich gerade Lichtlinie des Lasers wird durch die Rauigkeit bzw. Rauheit der bearbeiteten Oberfläche im Beispielfall proportional zum Auftreffwinkel des Lasers auf die Oberfläche verzerrt. Mit Hilfe einer optischen Aufnahmeeinrichtung, beispielsweise eines Mikroskops in Verbindung mit einer Kamera kann nun ein Bild dieser projizierten Laserlinie aufgenommen werden. Das Oberflächenprofil lässt sich nun direkt aus der Ablenkung der Lichtlinie berechnen und insbesondere eignet sich diese Methode zur Bestimmung der mittleren Rauheit Ra. Darüber hinaus kann die maximale Rauheitsprofilhöhe Rz auf diese Weise bestimmt werden. Details eines solchen denkbaren Triangulationsverfahrens werden beispielhaft in der EP 0 585 893 A1 beschrieben. Außerdem sei auf eine Veröffentlichung der Firma "AMEPA" unter "amepa.de" zum Thema "SRM - Online Rauheitsmessung" Bezug genommen.
  • Die Erfindung greift besonders bevorzugt nicht nur auf die Möglichkeit zurück, dass das Stoppmittel gegenüber der Ringbürste typischerweise in Radialrichtung verstellt werden kann. Sondern zusätzlich lässt sich die Ringbürste vorteilhaft zusammen mit dem Stoppmittel in Bezug auf ihren Abstand und/oder parallel im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes, also in Axialrichtung, verfahren. Durch eine Veränderung des Abstandes der Ringbürste inklusive Stoppmittel im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes kann letztlich der Anpressdruck der Ringbürste auf die zu bearbeitende Oberfläche variiert werden. Dabei gilt die Faustformel, dass je geringer der Abstand der Ringbürste im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes eingestellt wird, desto höher ist auch der Anpressdruck der rotierenden Borsten an die fragliche Oberfläche und desto größer ist auch die auf diese Weise auf der Oberfläche erzeugte Rauheit Ra bzw. Rz. Das kommt in den zuvor bereits genannten Untersuchungen von Prof. J. Stango zum Ausdruck, auf die erneut verwiesen sei. Eine Parallelverschiebung bzw. Axialverschiebung der Ringbürste im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes führt ferner dazu, dass das an der Oberfläche des Werkstückes erzeugte Rauheitsprofil besonders homogen ausgelegt ist und insbesondere keine Vorzugsrichtungen aufweist. - Gegenstand der Erfindung ist auch ein Bürstenaggregat und ein Rotationsbürstenwerkzeug, welche beide vorteilhaft nach dem beschriebenen Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche des Werkstückes arbeiten und mit einem entsprechend ausgelegten Bürstenaggregat ausgerüstet sind.
  • Im Ergebnis wird ein neuartiges Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen von Werkstücken zur Verfügung gestellt und beschrieben. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass die fragliche Oberfläche des Werkstückes mit einer reproduzierbaren Rauigkeit bzw. Rauheit ausgerüstet werden kann. Dadurch lässt sich die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes an eine gegebenenfalls nachgeschaltete Bearbeitung oder Beschichtung optimal anpassen. Das war bisher in dieser Konsequenz und Ausprägung nicht möglich. Außerdem gelingt grundsätzlich eine automatische Bearbeitung der Oberfläche des betreffenden Werkstückes, und zwar im Sinne einer Steuerung bzw. Regelung, wie dies zuvor bereits im Detail beschrieben wurde. Hierdurch können insgesamt beliebig große Oberflächen reproduzierbar aufgeraut werden. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Rotationsbürstenwerkzeug inklusive hiervon angetriebenem Bürstenaggregat mit zugehöriger Ringbürste entsprechend der Erfindung perspektivisch und
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht des Gegenstandes nach der Fig. 1.
  • In der Fig. 1 ist prinzipiell ein Rotationsbürstenwerkzeug dargestellt, welches mit einem Maschinenrahmen 1 ausgerüstet ist. Der Maschinenrahmen 1 mag im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend als zylindrischer Rahmenabschnitt ausgebildet sein, welcher an ein zu bearbeitendes Werkstück 2 angepasst ist. Bei dem Werkstück 2 handelt es sich nach dem Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend um eine Pipeline bzw. Rohrleitung aus einzelnen miteinander verschweißten Rohren. Die Rohre sind dabei durch eine in der Fig. 1 zu erkennende Schweißnaht 3 miteinander verbunden. Um die Schweißnaht 3 und insgesamt den Verbindungsbereich der Rohre untereinander vor Korrosion zu schützen, wird im Beispielfall die Oberfläche des Werkstückes 2 im Bereich der Schweißnaht 3 mit Hilfe des nachfolgend noch im Detail zu beschreibenden Rotationsbürstenwerkzeuges bearbeitet. Anschließend an diese Bearbeitung kann in diesem Bereich ein Schutzüberzug auf die Rohrleitung bzw. das Werkstück 2 aufgebracht werden.
  • Grundsätzlich eignet sich das nachfolgend noch näher zu beschreibende Rotationsbürstenwerkzeug natürlich nicht nur zur Bearbeitung von Oberflächen an gekrümmten Werkstücken 2 wie der in der Fig. 1 dargestellten Pipeline bzw. Rohrleitung. Sondern das Rotationsbürstenwerkzeug kann genauso gut zur Bearbeitung der Oberfläche von planen Werkstücken eingesetzt werden, was im Detail jedoch nicht dargestellt ist. Das Rotationsbürstenwerkzeug wird nach dem Ausführungsbeispiel von dem Maschinenrahmen 1 gehalten. Außerdem mag der Maschinenrahmen 1 so ausgelegt sein, dass er das Werkstück 2 bzw. die Rohrleitung im Beispielfall klauenartig umgreift. Darüber hinaus ist es denkbar, dass der Maschinenrahmen 1 um eine Achse der Rohrleitung rotiert, so dass die fragliche Rohrleitung im Bereich der Schweißnaht 3 insgesamt und über ihren gesamten Umfang gesehen mit Hilfe des Rotationsbürstenwerkzeuges bearbeitet werden kann.
  • Das Rotationsbürstenwerkzeug verfügt nun im Detail über eine lediglich in der Fig. 1 teilweise zu erkennende Antriebseinheit 4, welche ein Bürstenaggregat 5 als wesentlichen Bestandteil des Rotationsbürstenwerkzeuges in Rotationen versetzt. Dazu ist das Bürstenaggregat 5 mit einer Ringbürste 6, 7 ausgerüstet, die man am besten in der Fig. 2 erkennt. Die Ringbürste 6, 7 setzt sich aus einem Bürstenband 6 und an das Bürstenband 6 angeschlossenen und nach außen abstehenden Borsten 7 zusammen, die einen Bürstenkranz definieren. Bei dem Bürstenband 6 mag es sich um ein solches aus einem Kunststoffgewebeband auf beispielsweise Polyamidbasis handeln. Die Borsten 7 sind als im Bürstenband 6 verankerte Stahlborsten ausgerüstet, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel in der Fig. 2 und nicht einschränkend über jeweils frontseitig abgeschrägte Borstenspitzen 7' verfügen können. Das gilt selbstverständlich nur beispielhaft.
  • Die Ringbürste 6, 7 wird in einem rotativ antreibbaren Bürstenhalter 8 aufgenommen, den man am besten in der Fig. 1 erkennt. Der Bürstenhalter 8 kann dabei so ausgelegt sein, wie dies in der DE 43 26 793 C1 der Anmelderin beschrieben wird. Grundsätzlich sind an dieser Stelle auch andere Bürstenhalter 8 denkbar, wie sie beispielsweise im Detail in der WO 2017/220338 A1 der Anmelderin vorgestellt werden. Der Bürstenhalter 8 zur Aufnahme der Ringbürste 6, 7 kann dabei mehrteilig aufgebaut sein, wie dies in den zuvor genannten Veröffentlichungen beschrieben wird. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Ringbürste 6, 7 fest mit dem Bürstenhalter 8 verbunden wird. Im Regelfall wird man jedoch auf einen mehrteiligen Bürstenhalter 8 entsprechend den zuvor angegebenen Veröffentlichungen zurückgreifen, schon um die Ringbürste 6, 7 bei Bedarf und Verschließ austauschen zu können.
  • Von besonderer Bedeutung für das Rotationsbürstenwerkzeug bzw. das Bürstenaggregat 5 ist dann noch ein verstellbares Stoppmittel 9. Tatsächlich ist das Stoppmittel 9 an einen Ausleger 10 angeschlossen, mit dessen Hilfe das Stoppmittel 9 in Bezug auf seinen in der Fig. 2 dargestellten Abstand A zur Achse Z der Ringbürste 6, 7 verstellt werden kann. Das ist durch einen entsprechenden Pfeil in der Fig. 2 angedeutet. Die Verstellung des Stoppmittels 9 in Bezug auf ihre Position im Vergleich zu den Borsten 7 erfolgt nun in Abhängigkeit der Rauigkeit bzw. Rauheit der Oberfläche des Werkstückes 2. Das heißt, das Stoppmittel 9 wird in Abhängigkeit der Rauigkeit respektive Rauheit der Oberfläche des Werkstückes 9 verstellt. Als Maßstab für die Verstellung des Stoppmittels 9 dient dabei die bereits bearbeitete Oberfläche des Werkstückes 2, das heißt der Bereich der Oberfläche des Werkstückes 2, welcher in der in der Fig. 2 durch einen Pfeil B angedeuteten Bearbeitungsrichtung dem Rotationsbürstenwerkzeug bzw. dem Bürstenaggregat 5 nachfolgt. Prinzipiell kann auch der in der Bearbeitungsrichtung B vorauseilende Bestandteil der Oberfläche des Werkstückes 2 für die Einstellung des Stoppmittels 9 herangezogen werden. Nach dem Ausführungsbeispiel und bevorzugt wird jedoch so vorgegangen, dass der der Bearbeitungsrichtung B nachfolgende und bereits bearbeitete Bereich der Oberfläche des Werkstückes 2 hinsichtlich seiner Rauigkeit bzw. Rauheit untersucht wird und in Abhängigkeit hiervon das Stoppmittel 9 verstellt wird.
  • Zu diesem Zweck ist nach dem Ausführungsbeispiel eine Rauheitsmesseinheit 11, 12, 13 vorgesehen. Die Rauheitsmesseinheit 11, 12, 13 eilt dem Bürstenaggregat 5 respektive dem Rotationsbürstenwerkzeug in dessen Bearbeitungsrichtung B nach, um die bereits bearbeitete Oberfläche des Werkstückes 2 hinsichtlich seiner Rauheit bzw. Rauigkeit erfassen zu können. Die Rauheitsmesseinheit 11, 12, 13 verfügt zu diesem Zweck über einen Laser 11, einen Abstandssensor 12 und eine Kamera 13, beispielsweise CCD-Kamera 13. Der Laser 11, der Abstandssensor 12 und die auch die CCD-Kamera 13 sind insgesamt an eine Steuereinheit bzw. Steuer-/Regeleinheit 14 angeschlossen, die für die Steuerung und die Erfassung der Rauheitsmesswerte Ra, das heißt im Beispielfall und nicht einschränkend die Ermittlung der mittleren Rauheit Ra entsprechend der einleitenden Erläuterungen dient.
  • Tatsächlich ist der Laser 11 in einem definierten Winkel α auf die Oberfläche des Werkstückes 2 gerichtet und projiziert auf der fraglichen Oberfläche eine extrem dünne Lichtlinie. Diese Lichtlinie wird nun mit Hilfe der hochauflösenden Kamera 13, welcher ein nicht ausdrücklich dargestelltes Mikroskop vorgeschaltet sein kann, hinsichtlich ihrer durch die Oberflächentextur verursachten Verzerrungen untersucht. Tatsächlich kann das fragliche Oberflächenprofil direkt aus der Ablenkung der Lichtlinie im Vergleich zu ihrem geraden Verlauf berechnet werden. Das Bild dieser projizierten und aufgrund der Oberflächentextur verzerrten Lichtlinie des Lasers 11 wird mit Hilfe der Kamera 13 erfasst und diese Daten werden durch die an die Kamera 13 angeschlossene Steuer-/Regeleinheit 14 in die gewünschten Rauheitswerte Ra umgesetzt bzw. die fraglichen Rauheitswerte Ra werden hieraus abgeleitet.
  • Der zusätzliche Abstandssensor 12 dient dabei primär zu Kontrollzwecken und stellt sicher, dass bei eventuellen Abweichungen der Oberfläche des Werkstückes 2 von einer Ebene, Auswölbungen etc. nach wie vor ein einwandfreies und scharfes Bild der vom Laser 11 abgegebenen geraden Lichtlinie auf der Oberfläche des Werkstückes 2 vorliegt und hinsichtlich seiner Abweichungen durch die Oberflächentextur untersucht werden kann. Gegebenenfalls lässt sich die gesamte Rauheitsmesseinheit 11, 12, 13 in Bezug auf ihren Abstand zur Oberfläche des Werkstückes 2 entsprechend verändern, wie dies ein Doppelpfeil in der Fig. 2 andeutet. Eine Änderung des Abstandes wird dabei nach Maßgabe der Messwerte des Abstandssensors 12 vorgenommen.
  • Wie bereits erläutert, kann das Stoppmittel 9 größtenteils radial im Vergleich zur Achse Z der Ringbürste 6, 7 verstellt werden. Für entsprechende Stellbewegungen des Stoppmittels 9 bzw. des das Stoppmittel 9 tragenden Auslegers 10 mag ein in der Fig. 2 lediglich angedeuteter Stoppmittelantrieb 15 sorgen. Der Stoppmittelantrieb 15 greift dazu am Ausleger 10 an, welcher achsgleich zur Ringbürste 6, 7 drehbar um die Achse Z gelagert ist. Das gilt selbstverständlich nur beispielhaft und ist keinesfalls einschränkend. Jedenfalls kann mit Hilfe des Stoppmittelantriebes 15 das Stoppmittel 9 hinsichtlich seines Abstandes A in Radialrichtung im Vergleich zur Achse Z der Ringbürste 6, 7 variiert werden, wie dies die Fig. 2 andeutet.
  • Neben dem Antrieb 4 für die Ringbürste 6, 7, dem Stoppmittelantrieb 15 für das Stoppmittel 9 ist schließlich noch ein weiterer Ringbürstenantrieb 16 realisiert. Mit Hilfe des Ringbürstenantriebes 16 lässt sich die gesamte Ringbürste 6, 7 inklusive Stoppmittel 9 und Ausleger 10 an die Oberfläche des Werkstückes 2 anstellen und hiervon abheben, also in vertikaler Richtung im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes 2 beaufschlagen, wie dies ein entsprechender Doppelpfeil 16 in der Fig. 2 andeutet. Auf diese Weise kann die Rautiefe der Oberfläche des Werkstückes 2 ebenfalls beeinflusst werden, wie dies zuvor bereits erläutert wurde. Dazu ist einerseits der Stoppmittelantrieb 15 und andererseits der Ringbürstenantrieb 16 jeweils an die Steuereinheit 14 angeschlossen, wie entsprechende elektrische Verbindungsleitungen in der Fig. 2 andeuten. Der Ringbürstenantrieb 16 kann grundsätzlich auch dafür sorgen, dass die Ringbürste 6, 7 nicht nur in Bezug auf ihren Abstand im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes 2 verfahren wird, sondern alternativ oder zusätzlich auch parallel im Vergleich zur Oberfläche des fraglichen Werkstückes 2 eine Positionsänderung erfährt. Das heißt, der Ringbürstenantrieb 16 mag auch für eine Axialbewegung der Ringbürste 6, 7 verantwortlich zeichnen, wie dies die beiden Doppelpfeile in der Fig. 1 andeuten. Übertragen auf die Fig. 2 bedeutet dies, dass der Ringbürstenantrieb 16 auch für eine Bewegung der Ringbürste 6, 7 senkrecht zur dortigen Zeichenebene bzw. in Richtung der Achse Z sorgt.
  • Im Rahmen der Erfindung wird nun so vorgegangen, dass je nach mit Hilfe der Rauheitsmesseinheit 11, 12, 13 erfassten Rauheitswerten Ra der Oberfläche des Werkstückes 2 das Stoppmittel 9 mit Hilfe des Stoppmittelantriebes 15 und/ oder die Ringbürste 6, 7 inklusive Stoppmittel 9 mit Ausleger 10 insgesamt unter Rückgriff auf den Ringbürstenantrieb 16 verstellt werden. Das kann mit Hilfe der Steuer-/Regeleinheit 14 im Sinne einer Steuerung oder vorteilhaft in Gestalt einer Regelung vorgenommen werden. Zu diesem Zweck werden die fraglichen Rauheitswerte Ralst in Bearbeitungsrichtung B hinter der Ringbürste 6, 7 mit Hilfe des der Rauheitsmesseinheit 11, 12, 13 erfasst und an die Steuer-/Regeleinheit 14 übergeben. In der Steuer-/Regeleinheit 14 findet nun ein Vergleich dieser Ist-Werte Ralst mit dort hinterlegten Soll-Werten RaSoll statt. Je nach Abweichung der Ist-Werte Ralst von den Soll-Werten RaSoll wird nun das Stoppmittel 9 mit Hilfe des Stoppmittelantriebes 15 und/oder die gesamte Ringbürste 6, 7 unter Rückgriff auf den Ringbürstenantrieb 16 verfahren, um im Zuge einer Regelung eine Annäherung zwischen den Soll-Werten RaSoll und den Ist-Werten Ralst zu erzielen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes (2) mit Hilfe eines Bürstenaggregates (5), mit einem rotativ antreibbaren Bürstenhalter (8) und einer Ringbürste (6, 7) mit einem Borstenkranz mit nach außen abstehenden Borsten (7), wonach die rotierenden Borsten (7) unter Rückgriff auf ein in den rotierenden Borstenkranz eintauchendes verstellbares Stoppmittel (9) sowie durch Speicherung von Bewegungsenergie elastisch verformt werden, so dass die Borsten (7) nach ihrer Freigabe die Oberfläche des Werkstückes (2) nicht nur rotierend, sondern zugleich schlagend infolge der nach Passieren des Stoppmittels (9) freiwerdenden gespeicherten Bewegungsenergie bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppmittel (9) und/oder die Ringbürste (6, 7) in Abhängigkeit der Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes (2) verstellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppmittel (9) größtenteils radial im Vergleich zur Achse (Z) der rotierenden Ringbürste (6, 7) unter Ändeurng seines Abstandes (A) verstellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes (2) taktil und/oder berührungslos erfasst wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauigkeit der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes (2) erfasst und mit Hilfe einer Steuer-/Regeleinheit (14) in Stellbewegungen des Stoppmittels (9) und/oder der Ringbürste (6, 7) je nach gewünschtem Rauigkeitsprofil der Oberfläche umgesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes (2) mit Hilfe eines Taststiftes taktil und/oder berührungslos durch eine Schallquelle und/oder eine Quelle für elektromagnetische Wellen abgetastet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für elektromagnetische Wellen beispielsweise als Laser (11) ausgebildet ist, welcher die Oberfläche des Werkstückes (2) abtastet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Werkstückes (2) durch ein zweidimensionales Triangulationsverfahren abgetastet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur das Stoppmittel (9) gegenüber der Ringbürste (6, 7) verstellt wird, sondern zusätzlich die Ringbürste (6, 7) zusammen mit dem Stoppmittel (9) in Bezug auf ihren Abstand und/oder parallel im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes (2) verfahren werden kann.
  9. Bürstenaggregat (5) mit einem rotativ antreibbaren Bürstenhalter (8) und einer Ringbürste (6, 7) mit einem Borstenkranz mit nach außen abstehenden Borsten (7), wobei ein in den rotierenden Borstenkranz eintauchendes verstellbares Stoppmittel (9) vorgesehen ist, welches die Borsten (7) für eine bestimmte Zeit abbremst, so dass nach ihrer Freigabe die hierdurch gespeicherte Bewegungsenergie zur zusätzlich schlagenden Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstückes (2) durch die Borsten (7) genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppmittel (9) und/oder die Ringbürste (6, 7) in Abhängigkeit der Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes (2) verstellt wird.
  10. Rotationsbürstenwerkzeug, mit einem Maschinenrahmen (1), einem Bürstenaggregat (5) und einer Antriebseinheit (4) für das Bürstenaggregat (5), wobei das Bürstenaggregat (5) einen rotativ antreibbaren Bürstenhalter (8) und eine Ringbürste (6, 7) mit einem Borstenkranz mit nach außen abstehenden Borsten (7) aufweist, und wobei ein in den rotierenden Borstenkranz eintauchendes verstellbares Stoppmittel (9) vorgesehen ist, welches die Borsten (7) für eine bestimmte Zeit abbremst, so dass nach ihrer Freigabe die hierdurch gespeicherte Bewegungsenergie zur zusätzlich schlagenden Bearbeitung einer Oberfläche des Werkstückes (2) durch die Borsten (7) genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppmittel (9) und/oder die Ringbürste (6, 7) in Abhängigkeit der Rauigkeit der Oberfläche des Werkstückes (2) verstellt wird.
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