DE2149484B2

DE2149484B2 - Brennschneidmaschine

Info

Publication number: DE2149484B2
Application number: DE19712149484
Authority: DE
Inventors: Georg 6000 Frankfurt Roeder
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1971-10-04
Filing date: 1971-10-04
Publication date: 1975-03-13
Also published as: JPS554896U; FR2155963B1; FR2155963A1; GB1368161A; JPS4844879A; DE2149484A1; DE2149484C3; JPS5613103Y2

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennschneidmaschine mit mindestens einer höhenverstellbaren Brenneraufhängung, welche an einer mittels eines Antriebes bewegbaren Lagerstange befestigt ist.

Beim maschinellen Brenn- oder Plasmaschneiden wird das Schneidwerkzeug an einer besonderen Aufnahme befestigt, die ihrerseits an der Brennschneidmaschine montiert ist. Diese besondere Aufnahme, die Brenneraufhängung, bewegt sich mit dem an ihr befestigten Schneidwerkzeug (Schneid- oder Plasmabrenner, Laser) über das zu schneidende Werkstück. Die Information, auf welchem Weg und somit in welche Richtung sich die Brennerauffaängung bewegen soll, wird der Brennschneidmaschine vorgegeben, und zwar entweder manuell durch den Bedienungsmann oder automatisch durch Abtasten von Brennschneidvorlagen mit Hilfe von z. B. photoelektrischen Abtasteinrichtungen, oder durch numerische Informationen, welche z. B, in einem Papierstreifen eingelocht sind und entsprechend elektronisch/elektrisch aufbereitete Antriebsmotore der Brennschneidmaschine beaufschlagen.

Während des Brenn- oder Schmelzschneidvorganges muß der Schneidbrenner mit der Schneiddüse in einem bestimmten Abstand über dem zu schneidenden Werkstück gehalten werden, um optimale Schneidergebnisse zu erreichen.

Zu diesem Zweck ist die Brenneraufhängung, an welcher der Schneidbrenner mit der Schneiddüse befestigt ist mit einer vertikalen Führungseinrichtung versehen, welche motorisch über ein Getriebe bewegt wird. Die Steuerung des Antriebsmotores für diese vertikale Bewegung kann entweder manuell, indem der Bedienungsmann einen Schalter für die Auf- bzw. Abbewegung betätigt, vorgenommen werden, oder automatisch, indem eine automatisch arbeitende Abtastvorrichtung siändig einen einmal vorgegebenen Absland zwischen Düsenunterkante und Werkstückoberkante kontrolliert und bei Abweichungen von dem vorgegebenen Wert korrigierend eingreift.

Die heute bekannten Einrichtungen für diese motorische oder automatische Höhenverstellung des Schneidwerkzeuges — automatisch bedeutet, daß der einmal eingestellte Abstand zwischen Düsenunterkante und Werkstückoberkante automatisch eingehalten wird, wobei die Voraussetzung selbstverständlich das Vorhandensein einer motorischen Brennerhöhenverstellung ist — benutzen als Antriebsmotor überwiegend einen schnellaufenden Kollektormotor (Drehzahl/Minute etwa 4 bis 8000), welcher in Hauptschaltung (oder Reihenschlußschaltung) mit Wechselspannung oder als Gleichstrom-Nebenschlußmotor mit Gleichspannung betrieben wird.

Auf Grund der zu hebenden und zu senkenden Lasten (vertikale Führungseinrichtung, Schneidwerkzeug, Markierungswerkzeug usw....) und auf Grund der hohen Drehzahl des Antriebsmotores verbunden mit dem relativ geringen Nennmoment des besagten Motores und den geringen Hubgeschwindigkeiten, die erforderlich sind, um das Schneidwerkzeug in den jeweils gewünschten Abstand zwischen Unterkante Schneiddüse und Oberkante Werkstück zu bewegen, sind zwangläufig vielstufige und somit aufwendige, teure Getriebe erforderlich. Da der einmal eingestellte Abstand zwischen Düsenunterkante und Werkstückoberkante bis zu einer erforderlich werdenden Korrektur, auf Grund von Unebenheiten der Werkstückoberkante, eingehalten werden muß, müssen diese Getriebe selbst hemmend sein. Diese Selbsthemmung wird überwiegend bei den heute vorherrschenden konstruktiven Lösungen durch einen zusätzlichen Schneckentrieb in dem vielstufigen Getriebe erreicht. Andere Möglichkeiten sind elektromagnetische Bremsen, die innerhalb des Getriebes vorgesehen oder zusätzlich an einem zweiten Wellenende des Antriebsmotores angeordnet sind.

Weiterhin sind einmal konzipierte Getriebe zum mechanischen Anschluß nur einer Motortype und nur einer — den Antriebsverhältnissen angepaßten — zu hebenden und zu senkenden Last bestimmt Gewisse Toleranzen nach oben und nach unten bezüglich der

Last sind akzeptabel, erfahrungsgemäß jedoch nur in der Größenordnung bis =F 15%. Da darüber hinaus die Größe der Hub- und Senkbewegungen bereits erheblich von dem ursprünglich angestrebten Wert abweichen, und elektrische oder elektronische Einrichtungen erforderlich sind, um die angestrebten Hub- und Senkbewegungen noch annähernd zu erreichen. Diese besonderen Maßnahmen bringen jedoch außer einem Mehraufwand, fiad somit einer Kostensteigerung, eine Reduzierung der Lebensdauer des Antriebsmotors und des Getriebes mit sich, wobei gleichzeitig die Anfälligkeit für Störbetrieb steige

Da Änderungen der zu hebenden bzw. zu senkenden Lasten — besonders bei Großschneidmaschinen, aber auch bei kleineren und mittleren Brennschneidmaschinen — sich nicht umgehen lassen, und zwar bedingt durch Zusatzaggregate, die außer dem eigentlichen Schneidbrenner noch an der Brenneraufhängung angebracht werden müssen, z. B. Markierungswerkzeuge, muß in solchen Fällen eine leistungsstarkere Motortype gewählt werden, was mit einer teilweisen Änderung des Getriebes verbunden ist Zur Brennerhöhenverstellung bei sich drehenden Mehrbrenneraggregaten od. dgl. ist eine weitere Motor-Getriebe-Variante erforderlich, um der hier gestellten Aufgabe gerecht zu werden.

Diese Vielzahl von Ausführungsformen erfordert eine relativ aufwendige mechanische Fertigung einschließlich Montage, kompliziert den Service und erhöht die Kosten für Ersatzteilhaltung sowohl beim Hersteller als auch beim Anwender. Nur eine Variante einzusetzen, die quasi allen Bedarfsfällen Rechnung trägt, z. B. die Lösung für die Großbrennschneidmaschinen, war bislang nicht möglich, da bei kleineren und mittleren Maschinen eine Kostenrelation nicht mehr gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist eine verstellbare Brenneraufhängung zu schaffen, bei der die Verstellung ohne Einfluß des Gewichtes der Aufhängung erfolgen kann.

Die Erfindung besteht darin, daß die Lagerstange mit einer Gewichtsausgleichsvorrichtung in Verbindung steht.

Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß das Gewicht von der Brenneraufhängung sowie der Lagerstange fast vollkommen kompensiert wird. Es is· dadurch möglich, einen Vtrstellmotor einzusetzen, welcher bezüglich Leistung (Drehmoment) und Baugröße sehr ktein ist, da vom Motor im wesentlichen nur noch die vorhandenen Reibungskräfte überwunden werden müssen. Ferner sind auch keine Bremsmiitel wie Schnekkengetriebe oder Magnetbremsen — um eine einmal erreichte Position bis zur nächsten Korrektur erhalten zu können — erforderlich.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Gewichtsausgleichsvorrichtung innerhalb des Antriebes für die Lagerstange vorgesehen und als Federband ausgebildet ist, welches unter Vorspannung einerseits entgegen der durch das Gewicht der Lagerstange mit den befestigten Aggregaten vorgegebenen Drehmomentrichtung auf einer, mit einer Welle des Antriebes fest verbundenen Arbeitsroi-Ie und andererseits auf einer Vorratsrolle aufgewickelt ist.

Dadurch wird es möglich, ein Standard-Getriebe zu verwenden, welches gegenüber den bisher eingesetzten Getrieben wirtschaftlicher ist, durch Wegfall der Bremsmittel einen besseren Wirkungsgrad besitzt und welches für den eingangs beschriebenen Bedarfsfall fast allen in der Praxis vorkommenden Laständerungen Rechnung trägt Die je nach Art der Brenneraufhängung unterschiedlichen aber konstanten Lasten werden durch das unter Vorspannung stehende, entsprechend ausgelegte Federband kompensiert

Hierzu wird vorgeschlagen, daß der auf die Vorratsrolle gewickelte Federbandteil eine Wickelrichtung aufweist, die der Wickelrichtung des Federbandtefles auf der Arbeitsrolle entgegengesetzt ist Dadurch ergibt sich eine Anordnung des Federbandes in »S«-Anordnung.

Besonders vorteilhaft ist es, die Arbeitsrolle auf einer Antriebswelle anzuordnen, die im schnellaufenden Teil des Antriebes vorgesehen ist Dadurch wird es möglich, das Federband klein und damit preiswert auszubilden.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Hinweis auf weitere besonders vorteilhafte Merkmale, sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen veranschaulicht

F i g. 1 eine Brennschneidmaschine mit der erfindungsgemäßen verstellbaren Brenneraufhängung,

F i g. 2 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Brenneraufhängung.

Die in F i g. 1 mit 10 bezeichnete Brennschneidma schine weist einen Längswagen 11 mit einem Auslegerarm 11' auf. Der Längswagen 11 ist auf zwei Längsbahnen 12,13 verfahrbar (Motor 25) angeordnet.

Zwischen den Längsbahnen 12, 13 liegt auf einem Tisch 14 das zu schneidende Blech 15 und auf einem unterhalb des Auslegerarmes 11' angeordneten verfahrbaren Schablonentisch 16 die abzutastende Zeichnungsvorlage. An den Längswagen 11 ist ein Querwagen 17 der einen Antrieb 18 für die Querbewegung des Wagens 17 und eines Fotoskopes 19 sowie der am Längswagen 11 verschiebbar befestigten vier Brennerwagen 20 bis 23 aufweist. Die Brennerwagen 20 bis 23 sind über eine Schubstange 24 mit dem Fotoskop 19 mechanisch fest verbunden. Beim Betrieb der Brennschneidmaschine 10 folgt das Fotoskop 19 mit einer eingestellten Geschwindigkeit der Linie einer Zeichnung, die auf dem Tisch 16 liegt. Innerhalb des Fotoskopes 19 werden über bekannte elektrische Bauelemente (Resolver, Verstärker u. dgl.) getrennte Fahrbefehle an die Antriebsmotore 25 (Längsbewegung) und 18 (Querbewegung) gegeben, und so die Brennerwagen und das Fotoskop gleichlaufend bewegt.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich weist jeder Brennerwagen 20 bis 23 einen Antrieb 26 zur Höhenverstellung des an einer Lagerstange 27 befestigten Brenners 28 auf. Ferner ist an der Lagerstange 27 eine an sich bekannte kapazitive Tasteinrichtung 29 sowie am Brenner 28 ein Taster 30 als Istwertgeber für die Brenner-Höhenverstellung befestigt. Diese an der Lagerstange 27 angreifenden Lasten (Brenner 28, Tasteinrichtung 29) werden gemäß der Erfindung durch eine, mit der Lagerstange 27 verbundene Gewichtsausgleichsvorrichtung, die in F i g. 2 näher dargestellt ist, kompensiert.

Gemäß F i g. 2 besteht der Antrieb 26 für die Lagerstange 27 aus einem Motor 32, einem Getriebe 33 sowie der Gewichtsausgleichsvorrichtung 34.

Von dem Motor 32 wird das Motordrehmoment über ein Zahnritzel 35 auf ein Zahnrad 36 und weiter auf ein Zahnrad 37 übertragen. Von hieraus gelangt das Moment über eine Welle 38 auf ein Zahnrad 39 und von dort auf ein Zahnrad 40, welches in eine Verzahnung 41 der Lagerstange 27 eingreift.

Die erfindungsgemäße Gewichtsausgleichsvorrichtung 34 besteht aus einem Federband 42, welches unter

Vorspannung einerseits auf einer Arbeitsrolle 43 und andererseits auf einer Vorratsrolle 44 aufgewickelt ist. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist die Arbeitsrolle 43 fest mit der im schnellaufenden Teil des Getriebes 33 angeordneten Welle 45 verbunden. Die Vorratsrolle 44 ist frei beweglich um ihre Mittelachse auf der Verlängerung der Welle 38 montiert.

Das Federband 42 ist auf der Arbeitsrolle 43 entgegen der durch das Gewicht von Brenner 28 und Tasteinrichtung 29 (Fig. 1) vorgegebenen Drehmomentrichtung A aufgewickelt und zwar in Pfeilrichtung B.

Auf der Vorratsrolle 44 ist das Federband 42 in Pfeilrichtung C aufgewickelt, die entgegengesetzt der Wikkelrichtung B (Arbeitsrolle 45) ist

Auf Grund der Umlenkung des Federbandes 42 ergibt sich eine »S«-Anordnung. Durch das unter Vorspannung aufgewickelte Federband 42 wird ein Federsystem mit fast waagerechter Kennlinie (konstante Federkraft) erreicht, welches die zu hebende bzw. zu senkende Last, beispielsweise 14 kg (Pfeilrichtung D) über den gesamten Hub- bzw. Senkbereich kompensiert.

Diese Last Ober auf die Lagerstange 27 sowie die Zahnräder des Getriebes 33 ein bestimmtes Moment aus, (Drehmomentrichtung A); welches durch das in Richtung B wirkende Federmoment aufgefangen wird.

Das Federband 42 ist vorzugsweise so ausgelegt und mit einer derartigen Vorspannung versehen, daß ein Federarbeitsmoment erreicht wird, welches in etwa der Summe aus Lastmoment und dem auf Grund der Reibung im Führungssystem (Lagerstange) und des Getriebewirkungsgrad vorhandenen Verlustmomentes entspricht. Das Federband besteht beispielsweise aus nichtrostendem Stahl mit einem Elastizitätsmodul von 19OOOKp/mm², und ist auf einer Arbeitsrolle mit 68 mm und einer Vorratsrolle mit 65 mm Durchmesser in »S«-Anordnung eng aufgewickelt

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird das Gewicht von Lagerstange 27, Brenner 28, Tasteinrichtung 29 sowie u.U. weiteren an der Lagerstange 27 befestigten Aggregaten ausgeglichen. Der Motor 32 hat lediglich das System im Bewegung zu setzen, d. h. die Lagerstange 27 auf- oder abwärts zu bewegen, wobei der Motor 32 fast nur vorhandene Reibkräfte überwinden muß und deshalb sehr klein ausgelegt werden kann. Bei Aufwärtsbewegung der Lagerstange 27 durch den Motor 32 nimmt die Vorratsrolle 44 von der Arbeitsroüe 43 abgewickeltes Federband auf und stellt es bei Abwärtsbewegung wieder zur Verfügung. Um die Reibungswiderstände möglichst klein zu halten ist gemäß der Erfindung die Lagerstange 27 als ein, mit gegenüberliegenden Nuten 46 versehener Stab 27 ausgebildet. In die Nuten 46 greifen Kugeln 47 einer schematisch dargestellten Kugelführung 48 mit unendlich umlaufenden Kugeln ein. Durch diese Kugelführung ist ein ständig gleichbestehender Anlauf- und Rollreibungswiderstand gegeben. Ferner wird ein Drehen der Lagerstange 27 um die Mittelachse M verhindert.

Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist eine Feder in »S«-Anordnung vorgesehen. Es ist selbstverständlich auch möglich, mehrere Federn nebeneinander anzuordnen, auf den gleichen oder verschiedenen Arbeits- und Vorratsrollen. Dies ist vorteilhaft insbesondere im Hinblick auf den Bruch einer Feder, da dann die andere b»w. anderen Federn bewirken, daß sich uie Lagerstange mit dem Brenner und den Zusatzaggregaten langsam und nicht plötzlich nach unten bewegt, wodurch Zerstörungen vermieden werden. Durch die Anordnung von mehreren Federn wird es vorteilhaft ferner möglich relativ große Lasten zu kompensieren ohne daß die Einrichtung zu große Dimensionen aufweist.

Gemäß der Erfindung ist der Motor 32 vorzugsweise ein langsamlaufender Schrittmotor (60 bis 100 Umdrehungen/Minute). Dieser Motor besitzt ein relativ hohes Drehmoment und erlaubt ferner die Verwendung eines Getriebes, welches gegenüber den bisher verwendeten 1 bis 3 Getriebestufen weniger aufweist und entsprechend einfacher aufgebaut ist Der Schrittmotor wird bevorzugt mit Wechselspannung (50 oder 60 Hz) betrieben und arbeitet dadurch als langsam laufender Synchronmotor. Synchronmotore sind zwar selbstlaufend, aber bezüglich des Lastträgheitsmomentes Grenzen unterworfen. Erst die Anwendung einer Gewichtsausgleichsfeder gestattet für den hier vorliegenden Bedarfsfall den Einsatz eines Schrittmotores im Synchronbetrieb (Wechselspannungsbetrieb), d. h. der unerläßliche Selbstanlauf ist gewährleistet, ohne daß eine Anlaufkupplung usw— eingesetzt werden muß.

Der Schrittmotor besitzt einen Permanentmagneten

als Rotor. Der Restmagnetismus dieses Rotors erzeugt im Moment welches den Rotor bei nicht erregter Feldentwicklung in seiner Position hält

1st dieses Restmoment nicht ausreichend, um den Rotor in seiner Position zu fixieren, so wird vorgeschlagen, durch zusätzliches Anlegen einer bestimmten Gleichspannung an die Feldrichtung ein Rotorhaltemoment zu erzeugen.

Es ist selbstverständlich auch möglich den Schrittmotor anstatt mit Wechselspannung mit entsprechend ge- steuerter Gleichspannung zu betreiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennschneidmaschine mit mindestens einer höhenverstellbaren Brenneraufhängung, welche an einer mittels eines Antriebes bewegbaren Lagerstange befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstange (27) mit einer Gewichtsausgleichsvorrichtung (34) in Verbindung steht

2. Brennschneidmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsausgleichvorrichtung (34) innerhalb des Antriebes (26) für die Lagerstange (27) vorgesehen und als Federband (42) ausgebildet ist, welches unter Vorspannung einerseks entgegen der durch das Gewicht der Lagerstange (27) und den befestigten Aggregaten (28,29. JO) vorgegebenen Drehmomentrichtung (A) auf einer, mit einer Welle (45) des Antriebes (26) fest verbundenen Arbeitsrolle (43) und andererseits auf einer Vorratsrolle (44) aufgewickelt ist.

3. Brennschneidmaschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gewichtsausgleichsvorrichtungen (34) mit der Lagerstange in Verbindung stehen.

4. Brennschneidmaschine nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Vorratsrolle (44) gewickelte Federbandteil eine Wickelrichtung (C) aufweist, die der Wickelrichtung (ß) des Federbandteiles auf der Arbeitsrolle (43) entgegengesetzt ist.

5. Brennschneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsrolle (43) auf einer Antriebsrolle (45) angeordnet ist, welche im schnellaufenden Teil des Antriebes (26) vorgesehen ist.

6. Brennschneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsrolle (44) lose auf einer Welle (38) im Antrieb (33) vorgesehen ist.

7. Brennschneidmaschine nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmotor (32) ein vorzugsweise mit Wechselspannung betriebener Schrittmotor vorgesehen ist.

8. Brennschneidmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung des Schrittmotors (32) mit einer Gleichspannungsversorgung verbunden ist.

9. Brennschneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstange (27) Längsnuten (46) aufweist, in die unendlich umlaufenden Kugeln (47) einer Kugelführung (48) eingreifen.