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Die Erfindung betrifft eine Breitbandschleifmaschine mit einem Schleifband, das über eine Schleifwalze und eine lagegeregelte Spannwalze geführt ist.
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Bei Breitbandschleifmaschinen wird das Schleifband über mindestens zwei Walzen gespannt. Hierbei dient eine der Walzen als Schleifwalze und die andere Walze als Spannwalze. Das Schleifband ist als Endlosband ausgeführt. Üblicherweise ist das Schleifband nicht ganz gleichmäßig, d. h. der Umfang auf der einen Bandkante unterscheidet sich vom Umfang auf der anderen Bandkante. Außerdem kann sich dieses Schleifband im Betrieb dehnen.
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Jeder dieser beiden Effekte führt im Betrieb des Schleifbands dazu, dass das Schleifband auf den Walzen in Richtung der Drehachsen der Walzen wandern kann. Daher besteht die Notwendigkeit, die Position des Schleifbandes auf der Schleifwalze zu überwachen und der Bewegung des Schleifbandes in axialer Richtung der Schleifwalze aktiv entgegenzuwirken.
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Im bisherigen Stand der Technik wird die Bandkante des Schleifbandes mit einer Lichtschranke erfasst. Abhängig davon, ob der Ausgangswert der Lichtschranke ein Signal liefert, also das Schleifband die Lichtschranke nicht unterbricht, oder ob der Ausgang der Lichtschranke kein Signal liefert, also Schleifband die Lichtschranke unterbricht, wird die Lage der Spannwalze so verändert, dass die Richtung der axialen Bewegung des Schleifbandes umgekehrt wird. Daher oszilliert das Schleifband um eine Soll-Lage auf der Schleifwalze und erzeugt sinusförmige Oszillationsspuren auf einem zu schleifenden Werkstück.
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In der
DE 33 31 429 A1 ist eine Steuerung beschrieben, bei der die Position des Randes des Schleifbands mit einer Lichtschranke erfasst wird. Ein pneumatisches Verstellorgan wird zur Steuerung des Schleifbandes verwendet. Aufgrund der Steuerung wird das Verstellorgan fortwährend betätigt, was ein fortlaufendes Oszillieren des Schleifbandes mit einer gewissen Hysterese zur Folge hat. Die dadurch entstehenden Oszillationsspuren beeinträchtigen das Schleifergebnis erheblich.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Breitbandschleifmaschine angegeben, die das Oszillieren des Schleifbandes wirkungsvoll unterbindet und beim Schleifprozess eine stabile Lage beibehält.
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Diese Aufgabe wird für eine Breitbandschleifmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In der Breitbandschleifmaschine nach der Erfindung wird das Schleifband über eine Schleifwalze und eine Spannwalze geführt. Die Spannwalze ist mittels eines Stellgliedes in ihrer Lage derart verstellbar, dass das Schleifband auf der Schleifwalze eine vorbestimmte Lage einnimmt. Zum Erfassen der Ist-Lage des Schleifbands auf der Schleifwalze wird die Position einer Kante des Schleifbandes mittels eines Lage-Detektors, z. B. einer Lichtschranke erfasst. Diese Lichtschranke umfasst eine Strahlquelle und einen Detektor. Mit der Lichtschranke wird die Kante des Schleifbandes in einem Schattenrissverfahren erfasst. Somit erzeugt der Detektor ein kontinuierliches analoges Ist-Signal, welches abhängig von der Lage des Schleifbandes in Bezug auf die Lichtschranke und somit auch in Bezug auf die Lage des Schleifbandes auf der Schleifwalze ist. Das analoge Ist-Signal ist einem Regler zugeführt, der das Stellglied kontinuierlich so ansteuert, dass durch Positionsänderung der Spannwalze das Schleifband auf der Schleifwalze eine vorbestimmte Lage einhält.
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Bei der Erfindung wird das Wandern des Schleifbandes in axialer Richtung der Schleifwalze kontinuierlich erfasst. Das analoge Signal des Lage-Detektors ermöglicht es, auch das Stellglied auf einfache Weise analog anzusteuern. Die Spannwalze kann damit so positioniert werden, dass im eingeschwungenen Zustand des Regelkreises die axiale Bewegung des Schleifbandes zum Stillstand kommt. Somit oszilliert das Schleifband nicht mehr in axialer Richtung, wodurch auch keine Oszillationsspuren am zu schleifenden Werkstück auftreten. Dies führt zu einer Verbesserung des Schleifergebnisses.
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Als Lage-Detektor kann neben der bereits erwähnten Gabellichtschranke ein optischer Reflexsensor, ein mechanischer Kontaktgeber, ein kapazitiver Sensor oder ein Druckluftsensor, der z. B. nach dem Düse-Prallplatte-Prinzip arbeitet, eingesetzt werden. Wesentlich ist, dass der jeweils verwendete Lage-Detektor die Bahnkante fortlaufend erfasst und ihre Lage in einem analogen Signal kontinuierlich abbildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das pneumatische Stellglied mindestens einen Balgzylinder. Diese Balgzylinder weisen keinen slip-stick-Effekt auf, wodurch der Regelvorgang kontinuierlicher ist. Alternativ kann auch ein pneumatischer Muskel-Zylinder mit ähnlichem Funktionsverhalten eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Bandschleifmaschine ist die Rotationsachse der Spannwalze in mindestens einer Ebene verstellbar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Ebene parallel zu der zu schleifenden Werkstoffoberfläche gewählt ist. Dadurch kann das Stellglied besonders einfach aufgebaut werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Regler ein Proportionalregler. Dieser Proportionalregler ist besonders einfach aufgebaut und lässt sich leicht realisieren, z. B. in Form eines Magnetventils, welches den dem Stellglied zugeführten pneumatischen Druck einstellt.
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In einer anderen Weiterbildung hat der Regelkreis zusätzlich ein integrales und/oder differentielles Verhalten. Dieses integrale Verhalten des Regelkreises verbessert die Regelung dahingehend, dass die für einen Proportionalregler typische dauerhafte Soll-Wert-Abweichung minimiert wird. Ein differentielles Verhalten erhöht die Regelgeschwindigkeit des Regelkreises.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spannwalze mittels einer Turmwelle mittig abgestützt und um die Längsachse der Turmwelle verdrehbar ist. Eine kardanische Aufhängung wird erreicht, wenn die Spannwalze dabei so gelagert ist, dass sie um eine dritte Achse, die senkrecht zur Längsachse der Turmwelle ausgerichtet ist, pendeln kann. Durch diese Aufhängung kann die Spannwalze besonders einfach so ausgerichtet werden, dass ein Schleifband mit unterschiedlichen Umfangslängen die Spannwalze an jeder Stelle berührt.
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In einer anderen Weiterbildung der Breitbandschleifmaschine wird die Schleifwalze durch motorische Mittel angetrieben. Dies verbessert die Regelung dahingehend, dass die Masse des Antriebs nicht mit der Spannwalze vom Stellglied bewegt werden muss. Dadurch kann das Stellglied einfacher aufgebaut sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Darin zeigen
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1 einen schematischen Aufbau eines Regelkreises zur Lageregelung eines Schleifbandes,
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2 einen schematischen Aufbau eines Detektors,
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3 eine Lage von Spannwalze und Schleifband nach 1 bei einer Verstellung durch den Regler, und
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4 mögliche Lagen der Spannwalze nach 3 entsprechend dem Ausschnitt A-A.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Regelkreises 10 zur Lageregelung eines Schleifbandes 12. Das Schleifband 12 ist über eine Spannwalze 14 und eine Schleifwalze 16 geführt. Die Schleifwalze 16 drückt dabei das Schleifband 12 auf ein zu schleifendes Werkstück 18.
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Das Schleifband 12 ist ein Endlosschleifband mit einer Breite von bis zu ca. 3 Metern. Herstellungsbedingt ist ein derartiges Schleifband 12 nicht ganz gleichmäßig, d. h. der Umfang an der einen Bandkante unterscheidet sich üblicherweise vom Umfang an der anderen Bandkante. Daher neigt das Schleifband 12 im Schleifbetrieb dazu, zusätzlich zu der durch den Pfeil P1 angedeuteten Umlaufrichtung entlang einer Rotationsachse 20 der Schleifwalze 16 vorgegebenen Richtung auszuwandern. Da diese Bewegung in Richtung der Rotationsachse 20 unerwünscht ist, wird mit dem Regelkreis 10 eine Lage des Schleifbandes 12 auf der Schleifwalze 16 überwacht und der Bewegung aktiv entgegengewirkt.
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Eine weiter unten in 2 näher beschriebene Lichtschranke 22 überwacht die Lage der Bandkante des Schleifbandes 12. Abhängig von der Lage der Bandkante erzeugt ein Detektor in der Lichtschranke 22 ein kontinuierliches analoges Ist-Signal. Vorzugsweise ist das analoge Ist-Signal ein Gleichspannungssignal, in diesem Ausführungsbeispiel eine Spannung zwischen 0 Volt und +10 Volt. Dabei entspricht ein Signal von 0 Volt einer Lage der Bandkante des Schleifbandes 12 an einem Ende des Erfassungsbereichs der Lichtschranke 22, während ein Signal von +10 Volt einer Lage der Bandkante des Schleifbandes 12 an der anderen Erfassungsgrenze der Lichtschranke 22 bedeutet.
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Dieses analoge Ist-Signal ist einem Regler 24 zugeführt, z. B. einem Magnetventil. Ein solches Magnetventil stellt den pneumatischen Druck für ein pneumatisches Stellglied bereit, um dieses zu verstellen. Weiterhin kann dem Regler 24 ein durch einen Soll-Wert-Geber 26 erzeugtes analoges Soll-Signal zugeführt sein. Das Soll-Signal entspricht einer Soll-Position des Schleifbandes 12 auf der Schleifwalze 16. Am Soll-Wert-Geber 26 ist die Soll-Position des Schleifbandes 12 einstellbar. Bei geeigneter Anpassung des Ausgangssignals von Lage-Detektor, z. B. der Lichtschranke 22, und des Eingangssignals des Reglers 32, z. B. als Magnetventil ausgebildet, stellt sich eine Lage der Bahnkante innerhalb eines gewünschten Arbeitsbereichs ein, ohne dass ein externes Soll-Signal zugeführt werden muss.
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In einer allgemeinen Ausführungsform umfasst der Regler 24 ein Summierglied 28 und einen Proportionalregler 30. Dem Summierglied 28 wird das Soll-Signal mit positivem Vorzeichen und das Ist-Signal mit negativem Vorzeichen zugeführt. Die vom Summierglied 28 gebildete Regelabweichung zwischen Soll-Signal und Ist-Signal wird dem Proportionalregler 30 zugeführt. Der Proportionalregler 30 erzeugt ein der Regelabweichung entsprechendes Steuersignal. Im vorliegenden Ausführungsbespiel ist dieses Steuersignal ein pneumatisches Signal, das das pneumatische Stellglied 32 verarbeiten kann.
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Das Stellglied 32, das z. B. einen Balgzylinder umfasst, verändert die Lage einer Rotationsachse 34 der Spannwalze 14 dahingehend, dass das Schleifband 12 die durch das Soll-Signal vorbestimmte Soll-Position auf der Schleifwalze 16 einhält. Die Lageänderung der Rotationsachse 34 wird später in den 3 und 4 beschrieben.
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2 zeigt als Beispiel für einen Lage-Detektor die Lichtschranke 22, die in dieser Ausführungsform eine Gabellichtschranke ist. Die Gabellichtschranke 22 umfasst als Strahlquelle 36 eine großflächige Leuchtdiode und einen für eine Emissionswellenlänge der Leuchtdiode 36 optimierten Fototransistor 38. In der Gabellichtschranke 22 sind Leuchtdiode 36 und Detektor 38 auf einem U-förmigen Träger 39 optimal zueinander ausgerichtet. Die Kante des Schleifbandes 12 ist so geführt, dass sie in ihrer Soll-Lage auf der Schleifwalze 16 einen von der Leuchtdiode 36 ausgesandten Lichtstrahl 40 teilweise verdeckt und somit den Detektor 38 teilweise abschattet. Das vom Detektor 38 erzeugte elektrische Signal ist proportional zu der am Detektor 38 eintreffenden Lichtmenge, welche wiederum von der Lage der Bandkante des Schleifbandes 12 abhängig ist. Verdeckt das Schleifband 12 den ganzen Lichtstrahl 40, so wird der Detektor 38 ein Signal von 0 Volt ausgeben. Wird der Lichtstrahl 40 am Detektor 38 vom Schleifband 12 überhaupt nicht abgeschattet, so wird der Detektor 38 ein Signal von 10 Volt ausgeben. Bei einer Teilabschattung des Detektors 38 ist das Spannungssignal des Detektors 38 proportional zur Abschattung und somit abhängig von der Lage des Schleifbandes 12.
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3 zeigt eine Lage der Spannwalze 14 und des Schleifbandes 12 bei einer Verstellung der Lage der Spannwalze 14 durch das Stellglied 32. Dieses Stellglied 32 hat die Lage der Rotationsachse 34 der Spannwalze 14 derart verändert, so dass sie die gestrichelt dargestellte Position 14' einnimmt.
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Wie aus 4 hervorgeht, ist die Spannwalze 14 mittig durch eine Turmwelle 46 gelagert und kann um eine Drehachse 15 verschwenkt werden. Das Stellglied 32 greift am Ende 44 der Spannwalze 14 an und verschwenkt dieses Ende 44 um die Drehachse 15, so dass sich die mit 44' und 44'' gezeigten Lagen ergeben. Mit den Bezugszeichen 42, 42' und 42'' sind die gegenüberliegenden Enden der Spannwalze 14 bezeichnet.
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Die Turmwelle 46 stützt die Spannwalze 14 mittig und kann diese um die Drehachse 15 verschwenken. Wenn die Spannwalze 14 kardanisch mit der Turmwalze 46 verbunden ist (kardanische Aufhängung), so kann sie auch in einer dritten Achse senkrecht zur Drehachse 15 verschwenkt werden, wobei sie die Papierebene der 4 verlässt.
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Die Spannwalze 14 ist in Richtung der Längsachse der Turmwelle 46 bewegbar, um unterschiedlich lange Schleifbänder 12 spannen zu können und das Auswechseln von Schleifbändern zu ermöglichen. Dabei richtet sich die Spannwalze 14 durch eine Bewegung um die dritte Achse so aus, dass das Schleifband 12 die Spannrolle 14 an jeder Stelle der Spannwalze 14 berührt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Regelkreis
- 12, 12'
- Schleifband
- 14, 14', 14''
- Spannwalze
- 15
- Drehachse
- 16
- Schleifwalze
- 18
- Werkstück
- 20
- Rotationsachse
- 22
- Lichtschranke
- 24
- Regler
- 26
- Sollwertgeber
- 28
- Summierglied
- 30
- Proportionalregler
- 32
- Stellglied
- 34, 34', 34''
- Rotationsachse
- 36
- Leuchtdiode
- 38
- Fototransistor
- 39
- Träger
- 40
- Lichtstrahl
- 42, 42', 42''
- Ende der Spannwalze
- 44; 44', 44''
- Ende der Spannwalze
- 46
- Turmwelle
- P1
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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