DE1652010A1

DE1652010A1 - Steuerung fuer Schleifmaschinen

Info

Publication number: DE1652010A1
Application number: DE19671652010
Authority: DE
Inventors: Rutt Richard Dyer
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1966-08-09
Filing date: 1967-07-11
Publication date: 1971-02-11
Also published as: GB1147255A; SE328213B; NO125308B; FR1533805A; US3524285A

Description

The Carborundum Company 7· 7·

Niagara Falls* New York/USA

Steuerung für Schleifmaschinen

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Wo/Os

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Anpreßdruckes einer Abriebfläche einer Schleifmaschine* Bei der Metallbearbeitung wird eine dünne Metallschicht von einer kontinuierlichen Werkstückfläche abgenommen, beispielsweise um Flächen mit Materialeinschlüssen oder anderen Beschädigungen glatt zu machen. Die Metallage wird mit einem mit Abriebmitteln versehenem Band behandelt, während das Werkstück sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit fortbewegt»

Dabei soll nur so viel Material abgenommen werden, daß die Fläche des Werkstücks glatt wird. Da Metallstreifen nicht immer gleichmäßig dick sind, wird häufig mehr Material abgenommen als nötig und dadurch ergeben sich MaterialVerluste. Man hat versucht, dies zu vermeiden, indem man die Schleifmaschine mit einem "schwimmenden¹¹ Schleifkopf versah, der mit gleichem Druck sich über die Fläche bewegt und den OberflMchenunregelmäßigkeiten folgt. Dabei wird aber nicht der Abnutzung des Sehleifbandes Rechnung getragen»

Ein Schleifband nimmt viel schneller das Material ab,, wenn es neu ist als wenn es sich schon abgenutzt hat. In der anfängliohen Lebensdauer von Schleifbändern ist der Schleifdfuck gewöhnlich größer als notwendig

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und dadurch ergibt sich ein hoher Schleifkornverbrauch, und dies wieder hat zur Folge, daß das Schleifband sich schnell abnutzt und stumpf wird. Wenn bei einem abgenutzten Schleifband der Anpreßdruck ungenügend 1st, bewegt sich das Band Über das Werkstück ohne den richtigen Materialbetrag, abzunehmen. Deshalb ist der Schleifdruck bei neuen Schielfbändern am geringsten und muß bei Abnutzung der Schleifbänder größer sein.

Der Schleifdruck kann von einem Bedienenden so eingestellt werden, daß er bei anfänglicher Benutzung des Schleifbandes größer ist, wodurch die Lebensdauer des Schleifbandes größer wird. Dann muß aber der Bedienende den Schleifvorgang dauernd beobachten, und außerdem ergibt eine stufenweise Vergrößerung des Anpreßdruckes nicht immer die besten Ergebnisse bei einem sich kontinuierlich abnutzenden Schleifband.

Gemäß der Erfindung wird das gekennzeichnete Problem durch eine neue Steuerung des Anpreßdruckes erreicht, wobei der Schleifdruck konstant in unbegrenzten Stufen eingestellt wird je nach der Abnutzung des Schleifbandes.

Die Erfihdung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Fig» 1 zeigt in Seitenansicht eine Schleifvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema für die Steuerungsstromkreise,

Fig. 3 zeigt die hydraulische Steuerung für die Stützrolle,

Fig. h zeigt ein Servo-Ventil,

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Fig. 5 zeigt das Steueraggregat für das Schaltschema nach Pig. 2,

Fig. 6 zeigt die Steuerungsprogrammierung.

Die erfindungsgemäße Steuerung besteht gemäß Fig. 1 aus einem Schleifkopf lo, in dem ein' Elektromotor 12

rolle

liegt, an dessen Welle 14 eine Antriebswe-a-e 16 angeschlossen ist. Zwischen der Rolle 16 und einer Leerlaufrolle 2o, die in dem Schleifköpf Io drehbar gelagert ist, erstreckt sich ein endloses Schleifband 18. Die Lage der Rollen kann auch umgekehrt sein, derart, daß die Antriebsrolle dicht an dem Werkstück W liegt.

Das Werkstück W hat die Form eines kontinuierlichen Streifens, der in Richtung des Pfeils von einer Ablaufrolle 22 über ein Spannmittel zu einer Einführrolle geführt wird. Das Werkstück läuft unterhalb einer Führungsrolle 26 und dann durch den Schleifkopf Io und danach unter eine Führungsrolle 28 und Über eine Austrittsrolle Jo und gelangt schließlich zu einer Aufwickelhaspel 32.

Eine Stützrolle bzw. Andrückrolle 34 liegt der Rolle gegenüber und berührt .das Werkstück auf der Seite, die der zu schleifenden und polierenden Seite gegenüberliegt. Die Stützrolle Jk drückt das Werkstück W gegen das Schleifband l8, und die Tiefe des abgenommenen Materials hängt erstlinig ab von der Kraft, die von der Rolle ausgeübt wird. Die Lage der Stützrolle 34 wird hydraulisch von einem Signal gesteuert als Funktion des Schleifkopfmotors.

Die Stützrolle 34 ist auf einer Kolbenstange 36 eines Kolbens 38 drehbar gelagert. Der Kolben 38 bewegt sich in einem hydraulischen Zylinder 4o, dem über zwei

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Leitungen 42, 44 hydraulische Flüssigkeit zugeführt wird. Die Zufuhr dieser Flüssigkeit wird von einem hydraulischen Servo-Steuerventil 46 gesteuert, das seinerseits von einem Steuerkreis 48 gesteuert wird gemäß einem Signal in Abhängigkeit von der Stromstärke des Schleifbandmotors 12. Wenn der Schleifdruck ansteigt, Wird der Strom des Motors 12 stärker, so daß der Schleifdruck als Funktion von der Leistung des Motors 12 reguliert werden kann.

Der. Steuerstromkreis ist in Fig. 2 gezeigt. Die Primär-" Wicklung 5o eines Transformators 52 ist in Serie geschaltet mit einem von drei Leitern, die den Laststrom zum Schlelftni-WfeS.- 12 leiten. Infolgedessen ist ein Potential quer zur zweiten Wicklung 54 des Transformators 52 proportional zu dem von dem Motor aufgenommenen Strom. Ein weiterer Transformator 56 ist mit seiner Primärwicklung 58 quer zu zwei der drei Verbindungen zum Motor 12 geschaltet und ergibt quer zur zweiten Wicklung 6o ein Potential, das proportional zu dem dem Motor zugeführten Potential ist. Das Potential der zweiten Wicklung 54 wird über einen einstellbaren Widerstand 62 verringert. Der Widerstand regelt die Spannung, die von dem Transformator 52 erzeugt wird* Bas Potential quer zur zweiten Wicklung 6ö wird über einen Reaktor 64 verringert, der eine Abzweigung hat zwecks Einstellung des Signals. Bei richtiger Einstellung spricht die Schaltung bzw. der Reaktor 64 nur auf Änderungen des Schleifdruckes an. Infolgedessen wird die Kraft zum Antreiben der Schleif bandrolle und der dazugehörigen Führungsrollen Im Leerlauf nicht gemessen.

Der Reaktor 64 übermittelt einen gewissen Anteil dee Über den Reaktor verringerten Potentiale; an einen Induktor 66. Der Induktor 66 nimmt einen gewiesen ■Anteil dee Potentiale der Transformatoren 52 und 5$

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auf und mischt diese Potentiale, so daß quer zum Induktor 66 eine EMP entsteht, die in Phase liegende Komponenten der Transformatoren 52 und 56 darstellt. Das quer zum Induktor 66 verringerte Potential gibt also den Kraftverbrauch des Schleifmotors 12 wieder. Die Ströme dieses Potentials werden durch einen Gleichrichter 68 gleichgerichtet. Der Auslaß dieses Gleichrichters wird durch ein Filternetzwerk gedämpft, das aus Kondensatoren Jo und 72 und einem Widerstand 74 besteht. Es fließt also ein gut gefilterter Gleichstrom in die Leitung 76, der proportional ist zum Laststrom des Schleifmotors 12. Dieser Gleichstrom gelangt zu einer Steuerwicklung 78 des Servo-Steuerventils 80, das in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Der Widerstand 62 wird so eingestellt, daß die Stromstärke der Steuerwicklung 78 nicht überschritten wird.

Die Servo-Ventilsteuerung 80 hat eine weitere Wicklung 82, die einen Vergleichsstrom aus einer anderen Stromquelle erhält. Zu diesem Zweck ist ein weiterer Transformator 84 vorgesehen, dessen Primärwicklung 86 an eine Wechselstromqueile angeschlossen ist. Das quer zur zweiten Wicklung 88 entstehende Potential des Transformators 84 wird durch einen Gleichrichter 9o gleichgerichtet und durch Kondensatoren $2, 94 sowie durch einen Filterwiderstand 96 gefiltert. Das sich in diesem Filternetzwerk ergebende Gleichstromsignal ergibt ein konstantes Potential quer zu einer Zenerdiode 98. Dieses Potential ergibt über einen variablen Widerstand bzw. Potentiometer loo und Über die Steuerwicklung 82 des Servo-Steuerventils 80 einen Strom. Die Zenerdiode 98 stellt sicher, daß die maximale Spannung nicht größer ist als die Spannung der Steuerwieklung 82 und wirkt auch wie ein Spannungsregler, der den Strom für die Steuerwicklung 82/ die der von dem Widerstand

des Potentiometers loo bestimmt wird, konstant hält. Die beiden in den Wicklungen 78 und 82 des Servo-Steuerventils entstehenden Ströme bewirken einen Ausgleich des Ventils 46 entsprechend der Summe der Steuereinflüsse in beiden Wicklungen. Weiter gehört zum Stromkreis nach Fig. 2 eine Programmsteuerung l8o, die zwischen dem Potentiometer loo und der Steuerwicklung 82 liegt. Der Zweck dieser Programmsteuerung wird weiter unten beschrieben.

W In einem elektrisch betätigten kontinuierlich verstellten Servo-Ventil, das weiter unten im einzelnen beschrieben wird, besteht die Möglichkeit, daß beispielsweise Reibung oder Viskosität kleine Ventilverstellungen ergeben. Um sicherzustellen, daß die in den Steuerwicklungen 78 und 82 entstehenden Signale das Servo-Ventil in die richtige Steuerstellung bringen, wird in die Leitung 76 über einen Transformator Io2 ein kleines Wechselstromsignal eingeleitet, das das Einlaßpotential eines Reaktors Io4 aufnimmt, der quer zur zweiten Wicklung 88 des Potential-Transformators 84 liegt. Der sich ergebende pulsierende Wechselstrom leitet infolge seines Einflusses auf die Steuerwicklung 78 des Servo-Ventils eine Vibration in die Tätigkeit des Ventils, und dadurch wird die Wirk.ung der Reibung und Viskosität tiberwunden.

Aus der den hydraulischen Stromkreis darstellenden Pig. 3 ist ersichtlich, daß die hydraulische Flüssigkeitsquelle ein Tank oder Behälter I30 ist. Aus diesem Behälter 130 wird die hydraulische Flüssigkeit über einen Filter 132 durch eine Pumpe 134 heraus gepumpt. Die Pumpe wird von einem konstant unter Strom stehenden Elektromotor I36 angetrieben. Die Pumpe 134 fördert die Druckflüssigkeit durch eine Leitung I38 zu einem einstellbaren Entlastungsventil l4o. Dieses Ventil bestimmt den Druck in dem hydraulischen System, der

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auf das Servo-Ventil einwirkt. Von dem Ventil l4o führt eine RUckleitung 142 zu einem Ventil 144 und von da gelangt die Flüssigkeit wieder in den Behälter 130. Außerdem zweigt von dem Entlastungsventil l4o eine Druckleitung 146 ab, die zu dem Servo-Ventil 46 führt. Eine RUckleitung 148 verbindet das Servoventil 46 mit der RUckleitung 142.

Gemäß Fig. 4 hat die Servo-Ventilsteuerung 80 Steuerwicklungen 75 und 82, die einen Motor bilden, der auf eine Armatur 15o einwirkt, die in einem Gelenk 152 gelagert ist. An.einem Ende trägt die Armatur 150 ein Spulenventil 154, das in dem Servo-Ventil 46 liegt und zwei größere Teile bzw. ringförmige Vorsprünge 15O und 158 hat. In dem Servo-Ventilgehäuse ist eine Bohrung I60 vorgesehen, in der das Spulenventil 154 gleitet. Eine Leitung 162 in dem Servo-Ventilgehäuse steht in Verbindung mit der oberen Seite des Kolbens 38, und zwar über eine Leitung 42. Die zweite Leitung 166 in dem Gehäuse steht in Verbindung mit der unteren Seite des Kolbens 38, und zwar über eine Leitung 4*. Die Druckleitung 146 ist verbunden mit der Bohrung I60 des Servo-Ventils 148, und zwar über eine Leitung 170. Zwei Leitungen 172 und 174 verbinden die Bohrung 160 mit der zum Behälter 130 führenden Rückleitung 148.

Durch die Zenersteuerung wird Strom der Steuerwicklung 82 zugeführt und die Stärke dieses Stroms kann eingestellt werden durch den Potentiometer loo, woraus sich der gewünschte Schleifdruck ergibt. Dieser Schleifdruck hängt etwas von der Korngröße des Schleifbandes ab sowie von der Zusammensetzung des Schleifkorns, der abzunehmenden Materialmenge und von dem Material des Werkzeuges. Wenn der Druck auf das Schleifband 18

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wirkt, wird der Wicklung 78 ein Strom zugeleitet, der proportional ist dem Strom des Schleifmotors 12.

Wenn die magnetischen Felder um die Steuerwicklungen 78 und 82 herum im Gleichgewicht sind, befindet sich die Armatur 15o in ihrer in Pig. 4 dargestellten neutralen Lage und die Ringteile 156 und 158 des Spulenventils 154 verhindern einen Fluß der hydraulischen Flüssigkeit zu dem Zylinder 4o. ^4n der neutralen Lage des Spulenventils 15^ hält die unter Druck stehende Flüssigkeit in dem Zylinder 4o die Stützrolle 32 in " Berührung mit dem Werkstück, und das Werkstück wird gegen das Schleifband mit dem gewünschten konstanten Druck angepreßt.

Der Schleifkopf Io nimmt eine Materiallage gleicher Dicke von der oberen Fläche des Werkstücks ab, wenn dieses sich durch den Schleifkopf bewegt. Wenn eine Querrippe aus der oberen Fläche des Werkstücks heraussteht und das Schleifband berührt, vergrößert sich der Schleifdruck und es ergibt sich eine größere Belastung des Motors 12, die sich dann in der Steuerwicklung 78 darstellt. Da der Wert des magnetischen Feldes um die Steuerwicklung 78 herum dann größer wird als der vorher eingestellte Wert der Steuerwicklung 82, schwingt die Armatur 15o im Sinne des Uhrzeigers aus, wodurch das Spulenventil 154 nach links bewegt wird, so daß eine Verbindung entsteht zwischen der Druckleitung und der zur oberen Seite des Kolbens 38 führenden Leitung 42. Es wird dann also Druckflüssigkeit auf die obere Seite des Kolbens 38 einwirken und diesen Kolben nach unten bewegen bis der Schleifdruck wieder auf den ursprünglich eingestellten Wert kommt. Die unter der unteren Seite des Kolbens 38 befindliche Flüssigkeit zum Tank I38 , ,

wircFliDgeleitet durch die Leitung 44, die Leitungen 166 und 174 sowie durch die Leitungen 148 und 142.

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Wenn die Stromstärke in der Wicklung 78 kleiner wird als in der Wicklung 82, d.h. wenn beispielsweise das Werkstück W eine Einbuchtung hat, schwenkt die Armatur 150 entgegen dem Uhrzeigersinn aus, so daß eine Verbindung zwischen der Druckleitung 146 und der Leitung 44 geschaffen wird. Dadurch vergrößert sich der Druck auf die Unterseite des Kolbens 38, und der Kolben wird nach oben gedrückt bis der Schleifdruck wieder größer wird und dem vorher eingestellten Wert entspricht. Der Schleifdruck bleibt also im wesentlichen konstant, und das Schleifband l8 nimmt automatisch von dem Werkstück W eine Lage vorher bestimmter Tiefe ab, obwohl die Dicke des Werkstücks sich ändern kann. Die Lage der Stützrolle 34 ändert sich in Abhängigkeit von dem hydraulischen Druck in dem Zylinder 4o, weil sich das Spulenventil 154 unter Steuerung durch das Servo-Ventil 80 bewegt. Sollte sich der Kraftverbrauch des Schleifmotors vergrößern oder verringern, dann wird das automatisch korrigiert und der Kraftverbrauch wird konstant gehalten. Die Steuerung gemäß der Erfindung paßt sich also automatisch Änderungen in der Dicke des Werkstücks an.

Wie schon im vorhergehenden erwähnt, nimmt ein Schleifband das Material schneller ab, wenn es neu ist als nach längerem Gebrauch. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß das den Schleifdruck einstellende Potentiometer loo die Abnutzung des Schleifbandes berücksichtigt. Das ist in Fig. 5 dargestellt in Form einer Programmsteuerung 180, die wie ein variabler Widerstand l82 arbeitet, der in dem Stromkreis gemäß Fig. 2 zwischen der Steuerwicklung 82 und dem Potentiometer loo liegt.

Gemäß Fig. 5 ist die Einführungsrolle 24 an ein Übertragungsgetriebe 184 angeschlossen, das seinerseits mit einem selbstsynchronen Generator 185 verbunden ist.

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- Io -

Der Generator 185 treibt einen selbstsynchronen Motor

186 an , der seinerseits einen Nocken I88 (Fig. 6) antreibt, der fest mit einer Welle I89 in dem Gehäuse

187 der Programmierung 180 verbunden ist. Da selbstsynchrone Motoren bekannt sind, ist hier eine nähere Beschreibung nicht notwendig.

Die Ausbildung der Programmierung 180 ist in Pig. 6 dargestellt. Die Programmierung besteht aus einem Nockenmitnehmer 190 mit einer Rolle 192 am freien Ende, die mit dem Umfang eines Nockens 188 in Berührung gehalten wird. Der Nockenmitnehmer 190 ist fest auf einer drehbaren Welle 194 befestigt, die auch einen Schwenkarm bzw. ein gleitendes Kontaktglied 196 trägt, das mit einem Gleitdraht 198 des Widerstandes 182 in Berührung kommt. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das andere Ende des Gleitkontaktes 196 elektrisch mit einer Leitung 2oo des Potentiometers loo verbunden. Wenn der Nocken sich in Richtung des Pfeiles in Fig. 6 dreht, schwingt der Mitnehmer 19o aus und damit auch der Gleitkontakt 196, der den Widerstand l82 verringert. Der Nocken I88 dreht sich während der Lebensdauer des Schleifbandes einmal.

Das sich bewegende Werkstück dreht die Einführungsrolle 24, die ihrerseits den Nocken I88 über das Getriebe 184, den selbstsynchronen Generator I85 und den selbstsynchronen Motor 186 dreht. Die Fig. 6 zeigt die Anfangslage des Nockens 188 und es ist ersichtlich, daß, bei Drehung des Nockens entgegen dem Uhrzeigersinn, der Mitnehmer 190 sich bei Beginn der Drehung des Nockens schneller bewegt als nachher. Infolgedessen wird der Widerstand I82 so beeinflußt, daß sich zunächst ein geringerer Schleifdruck ergibt, der dann schnell größer wird und nachher wieder allmählich größer wird, während

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der Lebensdauer des Schleifbandes. Infolgedessen wird Material abgenommen, während sich das Schleifband weiter abnutzt, und der Nocken vergrößert den Schleifdruck im Sinne einer konstanten Materialabnahme und einer maximalen Lebensdauer des Schleifbandes.

Im vorhergehenden ist nur ein Schleifkopf beschrieben worden, aber es können auch zwei oder mehr Schleifköpfe vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein zweiter Schleifkopf neben dem in Fig. 1 dargestellten Schleifkopf liegen, und die Stützrolle kann um l8o° versetzt sein, derart, daß auch die andere Seite des Werkstücks bearbeitet werden kann. Es können auch mehrere Schleifköpfe zwischen der Ablaufhaspel und der Aufnahmehaspel vorgesehen sein. Natürlich benötigt jeder Schleifkopf ein Servo-Steuerventil, einen stromabhängigen Stromkreis, eine Programmsteuerung sowie einen selbstsynchronen von dem Generator 185 angetriebenen Motor.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche ι

Steuerung für eine Schleifmaschine mit einem Schleifband, mit einer das von einem Elektromotor bewegten, strelfenförmige Werkstück einführenden und von diesem gedrehten Einführrolle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal entsprechend dem Antriebsstrom des Elektro motors sowie ein Vergleichssignal erzeugt werden und daß das Vergleichssignal entsprechend der Abnutzung des Schleifbandes geändert wird, und daß die Signale miteinander verglichen werden, und entsprechend diesem Vergleich der Anpreßdruck des Schleifbandes eingestellt wird.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichssignal durch einen Widerstand mit einem gleitenden Draht und einem beweglichen sich mit diesem in Berührung stehenden Kontakt geändert wird.

5. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit der Einführrolle bewegt wird.

4. Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt durch eine Programmiervorrichtung erfolgt, die aus einem sich in einem Gehäuse drehenden Nocken besteht, wobei in dem Gehäuse eine Welle mit einem Nokkenmitnehmer gelagert 1st, und der Kontakt fest an der Welle befestigt ist und sich mit der Welle dreht.

5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend dem Vergleich der Signale der Abstand zwischen dem Schleifband und einer Stützrolle im Sinne einer konstanten Materialabnahme geändert wird.

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