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Verfahren und Vorrichtung zum halb- oder vollautomatischen Band-Schleifen
und/oder Polieren mit hydro- oder aerostatischer Abstützung des Schleif- bzw. Polierbandes
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen beim Bandschleifen und/oder Polieren
mit hydro- oder aerostatischer Abstützung des Schleif-oder Polierbandes (der Kürze
halber im Folgenden nur Schleifband oder Band genannt), welche je nach Einstellung
der Verfahrensbedingungen einerseits eine über der gesamten Eingriffslänge des Schleifbandes
praktisch gleich große Dicke der abgeschliffenen Schicht auch bei Werkstückoberflächen
mit Makrowelligkeiten gewährleisten, andererseits aber auch bei anderen Einstellbedingungen
ein Schleifen von Werkstücken auf eine vorgegebene Dicke bei nach dem Schleifen
ebenen Werkstückoberflächen ermöglichen. Weiterhin sollen die erfindungsgemäßen
Verfahren und Vorrichtungen verhindern, daß an den Werkstückkanten mehr als in der
Werkstückmitte abgeschliffen wird.
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Zum Bandschleifve rfahren verwendet man umlaufende, flexible Schleifbänder
mit kreisförmiger oder gradliniger Schnittbewegung. Die Spanabnahme bei gradliniger
Schnittbewegung wird dadurch bewirkt, daß das Werkstück oder das Schleifband neben
der Schnitt- und Vorschubbewegung eine oder mehrere Zustellbewegungen senkrecht
oder unter einem Winkel zur Schnittbewegung ausführt. Die Zustellbewegungen werden
durch Zustellkräfte hervorgerufen, die am Werkstück oder am Schleifband aufgebracht
werden. Um ein Auswandern des Schleifbandes unter der Wirkung der Zustellkräfte
zu vermeiden, muß das Schleifband auf der Rückseite an der
Schleifstelle
abgestützt werden. Je nach Maschinenart geschieht das durch einen ebenen oder gekrümmten
Druckbalken oder einen entsprechenden Druckschuh, der von Hand betätigt wird. Derartige
Druckbalken sind entweder einstellbar oder aber in Richtung der Zustellkraft beweglich
angeordnet. Druckschuhe können» vornehmlich in Laufrichtung des Schleifbandes, beweglich
ausgebildet sein, um dadurch die zum Schleifen erforderliche Zustellkraft an jeder
beliebigen Stelle des zu bearbeitenden Werketückes aufbringen zu können.
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Zwischen Druckbalken bzw. Druckschuh und Schleifbandrückseite entsteht
zwangsläufig eine der Schnittrichtung entgegengerichtete Reibkraft, die zu einer
zusätzlichen mechanischen und thermischen Belastung des Bandes führt. Die mechanische
Belastung erfordert infolge der Reibung zwischen Bandrückseite und Druckbalken bzw.
Druckschuh eine größere Antriebsleistung, als sie allein zum Abspanen nötig wäre.
Die infolge der Reibung größere Wärmeentwicklung verursacht höhere Temperaturen
sowohl am Bandführungselement als auch im Schleifband und im Werkstück. Über höhte
Arbeitstemperaturen führen jedoch zu mehr oder weniger ausgedehnten Brandstellen
auf der geschliffenen Oberfläche und können zum frühzeitigen Erliegen des Schleifbandes
beitragen.
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Bekannt ist, diesen nachteiligen Auswirkungen beim Bandschleifen bzw.
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Polieren von Metallen durch hydro- bzw. aerostatische Abstützungen
entgegensuwirken, wie sie z. B. in den US-Patentschriften 2. 279 ? 782; 2. 562.
229; 2. 761. 256, in der britischen Patentschrift 5 29. 145 sowie in der deutschen
Auslegeschrift 1. 120. 925 beschrieben sind. Den bisher entwickelten hydro- bzw.
aerostatischen Abstützungen ist gemeinsam» daß entweder die Vorschubbewegung oder
die Zustellbewegung oder aber beide Bewegungen von Hand ausgeführt werden. Somit
hängt die Abschliffhöhe und die Ebenheit der geschliffenen Werkstückoberflächen
bzw. die Gleichmäßigkeit der Abschliffhöhe von dem Geschick des Bedienungsmannes
ab. Da die erforderliche Abspanbewegungen z. T. von Hand ausgeführt werden, sind
die Abmessungen der Werkstücke oder des Sclileifaggregates beschränkt.
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Bei neuartig gestalteten Bandschleifmaschinen mit Druckbalken zum
Bandsehleifen bzw. Polieren bei größeren Werkstucko und Machinenabmessungen und
zum Einsatz in Fertigungsstraße.n sowie bei Serienfertigung werden alle drei Bewegungen
(Schnittbewegung, Vorschubbewiegung, Zustellbewegung) maschinell bewirkt. An hierfür
geeignete
hydro- bzw. aerostatische Abstützungen sind daher wesentlich
erweiterte Anforderungen zu stellen. Die Bearbeitungsaufgaben derartiger Bandschleifmascliinen
umfassen 1. Verringerung der Oberflächenrauheit bei möglichst gle ichble ibende
r Makrowelligkeit der Werkstückoberfläche (z. B. Polieren von Blechen, Schleifen
von furnierten oder lackierten Holzoberflchen), und 2. Schleifen auf eine gewünschte
Dicke unter Einhaltung vorgegebener Toleranzen bei Beseitigung der Makrowelligkeiten
der Werkstückoberflächen (z. B. Schleifen von Spanplatten nach dem Pressen.) Im
ersten Falle ist eine gleichmäßige Dicke der abzuschleifenden Schicht erforderlich,
die sich nur durch einen über der gesamten, momentan bearbeiteten Werkstücklänge
bzw. -breite, d, i. die Eingriffslänge bzw.
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-breite des Schleifbandes, konstanten Zustelldruck (Schleifdruck)
erreichen -läßt. Beim Bandschleifen bzw. Polieren von z. B. furnierten liolzoberflächen
mit gröeren Abmessungen, die Makrowelligkeiten bis zu mehreren Zehntel Alillimeter
aufweisen können, mit den bisher üblichen, wenig flexiblen Druckbalken passen sich
diese der Makrowelligkeit der Werkstückoberflächen nur ungenügend an. Daher ist
der Zustelldruck (Schleifdruck) auf deu Erhebungen größer als in den Vertiefungen,
so daß die Erhebungen stärker abgeschliffen werden. Bei den heute ilblicllen Furnierdicken
von rd. 0, 8 mm und dünner besteht die Gefahr, daß die Furnierschichten bei großen
Makrowelligkeiten der Oberfläche teilweise durchgeschiffen werden. Um dem entgegenzuwirken,
ist die hydro- oder aerostatische Schleifbandabstützung so auszulegen, daß der ueberdruck
im Druckkissen zwischen Schleifbandrückseite und Schleifbandabstützung über der
gesamten Werkstücklänge bzw. -breite konstant ist und sich über den Erhebungen der
mit .klakrowelligkeiten versehenen Werkstückoberflächen kein größerer Druck aufbaut
als über den Vertiefungen oder umgekehrt.
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Diese Forderung wurde an die bisher bekannten hydro- bzw. aerostatjschen
Schleifbandabstützungen nicht gestellt, weil die Dicke der abzuschleifenden Schicht
durch die Art der handhabung ds Schleifaggregates oder aber des Werkstücks durch
den Bedienungsmann bestimmt wurde oder aber nicht die Abs chliffhöhe, sondern ausschließlich
die Obe rflächengüte des geschliffenen Werkstücks als Kriterium für den Schleifvorgang
angesehen wurde.
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Beim Schleifen auf vorgegebene Dicke unter Beseitigung der Makrowelligkeiten
miiß demgegenüber der Zustelldruck auf die Erhebungen wesentlich stärker einwirken
als auf die Vertiefungen der Werkstückoberflächen, um
dadruch die
Erhebungen abzuschleifen und den Vertiefungen anzugleichen.
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Diese Aufgabe wird bisher durch möglichst wenig flexible Druckbalken
mit reibungsmindernden Gleitbelägen, die Verschleiß unterworfen sind, oder aber
durch umlaufende Stützzylinder, die jedoch nur eine geringere Oberflächengüte ermöglichen,
gelost.
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Der Drfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile einer hydro-bzw.
arostatisc1en Bandabstützung für die Anwendung beim maschinellen Schleifen von Flächen
sowohl beim Schmalbandschleifen (auch Langband-oder Querbandsctlleifen genannt).
bei dem die Schnittrichtung senkrecht zur Vorschubrichtung gerichtet ist, als auch
beim Breithandschleifen, bei welchem die Schnittrichtung der Vorschubrichtung gleich
oder entgegengerichtet ist, jeweils mit kontinuierlicher r Vorschub- und oder r
Zastellbewegung verwendbar zu machen und mit derselben Schleifbandabstützeng wahlweise
entweder mit einem Druckkissen mit praktisch gleichbleibendem Verlauf des Zustelldruckes
über der gesamten Eingriffslänge bzw. -breite, insbesondere den parallel zur Vorschubrichtung
liegenden W Werkstückseitenknten, zu schleifen, und damit die Gefahr des Durchschleifens
von Furniercn wescntllch zu vermindern oder aber auf vorgegebene Dicke unter Einhaltung
bestimmter Toleranzen zu schleifen und dabei auf die Erhebungen einen entsprechenc
den auf der Werkstückoberfläche vorhandenen Makrowelligkeiten größeren Zustelldruck
auszuüben als auf die Vrticfungen, um damit die Makrowelligkeiten zu beseitigen,
Die nachfolgende Beschreibung erstreckt sich nur auf die aerostatische Abstützung
von Schleifbändern. bei der als Druckmedium ein Gas, vorzugsweise Luft, verwendet
wird. Sinngemäß kann die angestrebte Wirkung aber auch mit hydrostatischer Abstützung
des Schleifbandes erreicht wcrdcn, wobei dann als Druckmediung eine Flüssigkeit,
vorzugsweise Wasser oder eine für das Schleifen und/oder Polieren übliche Hilfsfiussigkeit,
z. 13.
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eine Lmulsion, Verwendung findet. Voraussetzung für hydrostatische
Ab-Stützung des Schleif- und/oder Polierbandos ist, daß die Bänder "wasserfest bzw.
oelfest" sind.
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Die oben beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß bei den heute üblichen Zustelldrücken bis zu rd. O, 5 atü Austrittsöffnungen
für das Druckmidium von Op 6 bis 1, 5 mm Durchmesser in der Abstützplatte angebracht
werden wobei der Abstand der Öffnungen 60 num ist" bei Verwendung von Drucktaschen
der Abstand der die Öffnungen umgebenden Taschenränder ebenfalle # 60 mm ist und
die Austrittsöffnungen in an sich
bekannter Weise über ZufuhrkanAl¢
in der Abstützplatte, in denen in an sich bekannter Weise mittels Verdichtern, Pumpen
o. dgl. ein Speisedruck erzeugt wird, gespeist werden und durch den Speisedruck
für die Austrittsöffnungen die Dicke des Druckkissens zwischen dem Druckbalken und
der Schleifbandrückseite entsprechend der Schleifaufgabe eingestellt wird.
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Beim Schleifen auf eine vorgegebene Dicke unter Einhaltung bestimmter
Toleranzen mit großen Zustelldrücken (bis 0, 5 atü) wird ein kleiner Speisedruck
von rd. 0, 7 bis 1, 2 atü gewählt. Dieser bewirkt eine nur kleine Dicke des Druckkissens
von rd. O, 1 bis 0, 2 mm, wobei jedoch die an sich bekannten Vorteile dieser Abstützung
noch gewährleistet sind.
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Bei Veränderung der Druckkissendicke durch Dickenunterschiede des
Werkstückes ergibt sich eine starke Änderung des Druckes im Druckkissen und damit
des Zustelldruckes, so daß dickere Werkstückstellen stärker abgeschliffen werden.
Beim Schleifen bzw. Polieren von furnierten oder lackierten Werkstücken mit kleinen
Zustelldrücken (0, 02 bis 0 1 atü) und mit großen Makrowelligkeiten der Oberfläche
wird ein Speisedruck von rd. 2 atü gewählt. Dadurch stellt sich eine Druckkissendicke
von rd. 0, 5 mm ein. Hierbei wird der Zustelldruck durch die Änderung der Werkstückdicke
(Makrowelligkeit) und damit der Druckkissendicke praktisch nicht verändert, so daß
auf den Erhebungen nicht mehr als in den Vertiefungen abgeschliffen wird. Dies erklärt
sich aus dem stark degressiv fallenden Verlauf der Abhängigkeit der Druckkissendicke
vom Druck im Druckkissen. Versuche haben gezeigt, daß unter den aufgezeigten Bedingungen
die Zufuhr des Druckmediums in das Druckkissen an nur diskreten Punkten keinen Einfluß
auf das Schleifergebnis hat.
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An den senkrecht zur Vors chubge 5 chwindigkeit liegenden Werks tückkanten
kann ein überhöhter Kantenabschliff z. B. in bekannter Weise, wie im Ausführungsbeisplel
beschrieben, dadurch verhindert werden, daß der Druckbalken durch eine geeignete
Steuerung in Schleifposition abgesenkt wird, wenn die Vorderkante des Werkstückes
bereits rd. die Druckbalkenmitte erreicht hat bzw, der I)ruckbalken bereits dann
vom Werkstück abgehoben wird, wenn die Werkstückhinterkante sich noch unter der
Druckbalkenmitte befindet. ErfintungggemEß läßt sich der überhöhte Kantenabschliff
an den senkrecht zur Vorschubgeschwindigkeit liegenden Werkstückkanten dadurch vermeiden,
daß die Zufuhr des Druckmediums in das Druckkissen durch eine an sich bekannte Steuerung
mit Verzögerungsgliedern, wie im Ausföhrungsbeispiel benchrieben, erst dann einsetzt,
wenn die Werketllckvorderkanto bereits etwa die Mitte des Druckbalkens erreicht
hat aznuI die Zufuhr des
Druckmediums beendet wird, wenn die Werkstückhinterkante
etwa die Druckhalkenmitte erreicht hat.
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Zur Verringerung von überhöhtem Kantenabschliff an den parallel zur
Vorschubrichtung liegenden Seitenkanten des Werkstücks ist der Druck im Druckkissen
erfindungsgemäß so ZU steuern, daß der Druck nur über dem Werkstück eingeleitet
wird bzw. zur Vermeidung von überhöhtem Kantenabschliff ist an den außerhalb des
Werkstückbereiches sowie an den in unmittelbarer Nähe der Seitenkanten des Werkstückes
liegenden Austrittsöffnungen der Druck abzusaugen oder der im Druckkissen wirksame
Druck zu-vermindern. Insbesondere beim Schmalbandschleifen ist der Druck im Druckkissen
erfindungsgemäß neben der Werkstückkante, an welcher das Schleifband vom Werkstück
abläuft, zu vermindern, was durch Absaugen oder geeignet ausgeführte Abfuhrkanäle
für das Druckmedium in der Druckbalkenoberfläche erfolgen kann.
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Ein Ausfflhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Abb. 1 und 2 dargestellt,
es wird anhand dieser Zeichnungen im folgenden näher beschrieben.
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Abb. 1 zeigt das Prinzip einer aerostatischen Schleifbandabstützung
zum Schmalbandschleifen bzw. -polieren mit einer konstanten Zustellkraft F.
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Die Schleifbandgeschwindigkeit v ist senkrecht zur Vorschubgeschwindigkeit
u des WerkstSickes gerichtet. Das Schleifband 1 läuft über die beiden Umlenkrollen
2, wovon eine als Antriebsrolle für das Schleifband dient Das Werkstilck 3 wird
durch ein Transportband 4, das ebenfalls aber Walzen 5 gespannt ist, unter dem Schleifband
hindurchgeführt. Der Kontakt zwischen Schleifband 1 und Werkstück 3 wird durch die
Zustellkraft F aufrechl:erhalten, die senkrecht zur Schleifbandgeschwindigkeit v
und zur Vorschubgeschwindigkeit u auf einen Druckbalken 6 wirkt. Der Druckbalken
6 ist nur in Richtung der Zustellkraft F beweglich. In den Druckbalken 6 sind parallel
zur Richtung der Vorschubgeschwindigkeit u Zufuhrkanäle 7 eingearbeitet, über welche
die Austrittsbohrungen 8 für das Druckmedium gespeist werden. Neben der rechten
Kante des Werkstückes 3 ist ein Abfuhrkanal 9 für das Druckmedium angeordnet. Dieser
bewirkt, daß der Druck im Dre-,kkissen neben der Werkstückkante vermindert wird
und verhütet dberhE ;en Kantenabschliff auf der rechten Werkstückseite bzw. an der
AblauNzeite des Schleifbandes vorn Werkstück. Bei wechselnder Werkstückbreite werden
das Werkstücke mittels Anschlag 10 so in die Schleifzone eingebracht, daß die rechte
Werkstückkante unter dem Abfuhrkanal 9 durchläuft.
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An der linken Werkstückseite bzw. an der Auflaufkante des Schleifbandes
auf das Werkstück wird bei wechselnder Werkstückbreite überhöhter Kantenabschliff
durch Steuerung der Zufuhr des Druckmediums in die Zufuhrkanäle 7 vermieden. Ein
Ausfi1hrungsbeispielist schematisch in Abb. 2 dargestellt. Beim Einlauf des Werkstückes
unter den Druckbalken 6 wird dieser auf das Werkstilck 3 abgesenkt, wenn die Werkstückvorderkante
3. 1 etwa die Druckbalkemnitte 6. 1 erreicht hit. Die Druckbalkensteuerung erfolgt
in bekannter Weise durch das Rollenhebel-Ventil 15, das vom Werkstück betätigt wird
und über ein Verzögerungsrelais und einen hier nicht dargestellten pneumatisch betätigten
Kolben, der das Aufsetzen und Abheben des Druckbalkens bewirkt. Die Länge des Druckbalkens
6 wird entsprechend der größten zu schleifenden Werkstückbreite gewählt. Die Zufuhrkanäle
7 für das Druckmedium (Abb. 1) sind in einem Abstand von rd. 40 mm angeordnet. Die
Werkstückbreite wird mit Rollenilebelventilen 10. 2 bis 10. 27 (Abb. 2) abgetastet,
die vor dem Druckbalken angeorndet sind. Jeder der Luftzufuhrbohrungen 7. 2 bis
7. 27 ist ein Rollenhebelventil zugeordnet. Die Luitzufuhrbohrungen 7. 1, 7. 28
und 7. 29 werden dauernd mit Luft beaufschlagt, um die Reibung zwischen Sdileifbandrückseite
und Druckbalken 6 an der Auf- und Ablaufkante der Stützplatte auch bei Leerlauf
zu verhindern. Die Rollenhebelventile 10.2 bis 10. 27 betätigen Impulsventile 11.
2 bis 11. 27, welche die Luftzufuhr aus dem Druckkessel 12 in die Luftzufuhrbollrungen
7. 1 bis 7 29 freigeben.
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Anhand eines Beispiels wird die Funktion der Steuerung näher beschrieben.
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Die 3/2-Wegeventile 10. 26 und 10.27 werden über ihre Rollenhebel
vom Werkstück betätigt. Dadurch werden die Steuerleitungen zu den Impulsventilen
11. 26 und 11.27 über Pl-A1 mit Druck beaufschlagt. Die Impulsventile schalten in
die gezeichnete Stellung um und geben den Weg P2-A2 frei. Die Luft strömt aus dem
Druckkessel 12 in die entsprechenden Luftzufuhrbolirungen 7 des Druckbalkens 6 und
weiter durch die Austrittsbffnungen 8 (Abb. 1) in das Luftkissen zwischen Druckbalken
und Schleifbandrückseite. Der Druck im Luftkissen wird durch das Druckminderventil
13 eingestellt. Die nicht beaufschlagten Luftzufuhröffnungen sind über A2-R2 mit
der Atmosphäre verbunden. Dadurch baut sich der Luftkisseenüberdruck neben der linken
Werkstückkante ab. Bei anderen Ausführungsformen, z. B. beim Breitbandschleifen,
kann an die Anschlüsse R2 zur Verminderung des Luftkis 5 enübe rd rucke s neben
den Werks tückkanten eine Saugpumpe angeschlossen werden.
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Wenn sich das Werkstück unter den Tastventilen 10. 26 und 10. 27 lsindurch
bewegt hat, entlüftet die Steuerleitung A Y in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel,
ohne daß das Impulsventil zurückschaltet. Die Luftzufuhr in das Luftkissen wird
erst unterbrochen, wenn der Schleifvorgang beendet ist. Hat die lferkstackhinterkante
3. 2 die Druckbalkenmitte 6. 1 erreicht, dann wird dieser wieder angehoben. Die
Steuerung erfolgt wie beim Absenken des Druckbalkens in bekannter Weise durch das
Rollenhebel-Ventil 15 in Verbindung mit einem Zeitverzögerungs-Relais. Bei der Aufwärtsbewegung
des Druckbalkens in die Ruhestellung betätigt dieser über ein Kurvenstück 16 das
3/2-Wcge-Ventil 14. Damit strömt die Steuerluft zum Eingang Z2 der Impulsventile,
schaltet die Ventile um und schließt den Durchgang P2 -A2. Das Ventil 14 ist mit
einem Rollenhebel mit Leerrücklauf versehen, weil der Schaltimpuls für die Impulsventile
nur beim Anheben des Stützbalkens gegeben werden darf.