DE2149484C3

DE2149484C3 - Gewichtsausgleichsvorrichtung fur die Höhenverstellung der Brenneraggregate einer Brennschneidmaschine

Info

Publication number: DE2149484C3
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: 1979-05-23
Also published as: JPS554896U; JPS4844879A; DE2149484A1; DE2149484B2; GB1368161A; JPS5613103Y2; FR2155963B1; FR2155963A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gewichtsausgleichsvorrichtung für die Höhenverstellung der Brenneraggregate einer Brennschneidmaschine, die an einer mittels Antriebes bewegbaren Lagerstange befestigt sind.

Beim maschinellen Brenn- oder Plasmaschneiden wird das Schneidwerkzeug an einer besonderen Aufnahme befestigt, die ihrerseits an der Brennschneidmaichine 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 Brenneraufhängung 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 Abtastei.irichtungen, oder durch numerische Informationen, welche z. B. in einem Papierstreifen eingelocht sind und entscrechend elektronisch/elektrisch aufbereitete An-

triebsmotore 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 ver-

lu sehen, welche motorisch über ein Getriebe bewegt wird.

Die Steuerung des Antriebsmotors 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 ständig einen einmal vorgegebenen Abstand zwischen Düssnunterkante 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 Reihenschaltung) mit Wechselspannung oder als Gleichstrom-Nebenschlußmotor mit Gleichspannung betrieben wird.

Auf Grund der zu hebenden und zu senkenden Lasten (vertikale Führungseinrichtung, Schneidwerkzeug, Markierungswerkzeuge usw.) und auf Grund der hohen Drehzahl des Antriebsmotors verbunden mit dem relativ geringen Nennmoment des besagten Motors und den geringen Hubgeschwindigkeiten, die erforderlich sind, um das Schneidwerkzeug in den jeweils gewünschten Abstand zwischen Unterkante Schneiddüse und Oberkante Werkstück zu bewegen, sind zwangsläufig vielstufige und somit aufwendige, teuere Getriebe erforderlich. Da der einmal eingestellte Abstand zwisehen Düsenunterkante und Werkstückoberkante bis zu einer erforderlich werdenden Korrektur, auf Grund von Unebenheiten der Werkstückoberkante, eingehalten werden muß, müssen diese Getriebe selbsthemmend sein. Diese Selbsthemmung wird überwiegend bei den heute vorherrschenden konstruktiven Lösungen durch einen zusätzlichen Schneckenbetrieb in dem vielstufigen Getriebe erreicht.

Andere Möglichkeiten sind elektromagnetische Bremsen, die innerhalb des Getriebes vorgesehen oder zusätzlich an einem zweiten Wellenende des Antriebsmotors 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 T 15%. Da darüber hinaus die Größe der Hub- und Senkbewegung bereits erheblich von dem ursprünglich angestrebten Wert abweichen, und elektrische oder elektronische Einrichtungen erforderlich sind, um die angestrebten Hub- und Senkbeweeuneen noch annähernd zu erreichen. Diese be-

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sonderen Maßnahmen bringen jedoch außer einem Hierzu wird vorgeschlagen, daß der auf die Vorrats-Mehraufwand, und somit einer Kostensteigerung, eine rolle gewickelte Federbandteil eine Wickelrichtung Reduzierung der Lebensdauer des Antriebsmotors und aufweist, die der Wickelrichtung des Federbandteiles des Getriebes mit sich, wobei gleichzeitig die Anfällig- auf der Arbeitsrolle entgegengesetzt ist Dadurch ergibt keit für Störbetrieb steigt 5 sich eine Anordnung des Federbandes in »S«-Anord-

Da Änderungen der zu gebenden bzw. zu senkenden nung.

Lasten — besonders bei Großschneidmaschinen, aber Besonders vorteilhaft ist es, die Arbeitsrolle auf einer

auch bei kleineren und mittleren Brennschneidma- Antriebswelle anzuordnen, die im schneHaufenden Teil

schinen — sich nicht umgehen lassen, und zwar bedingt des Antriebes vorgesehen ist Dadurch wird es möglich,

durch Zusa«zaggregate, die außer dem cigentlicnen io das Federband klein und damit preiswert auszubilden.

Schneidbrenner noch an der Brenneraufhängung ange- Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschrei-

bracht werden müssen, z. B. Markierungswerkzeuge, bung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf

muß in solchen Fällen eine leistungsstärkere Motortype weitere besonders vorteilhafte Merkmale, sowie unter

gewählt werden, was mit einer teilweisen Änderung des Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert

Getriebes verbunden ist Zur Brennerhöhenverstellung 15 I_n den Zeichnungen veranschaulicht

bei sich drehenden Mehrbrenneraggregaten od. dgl. ist F i g. 1 eine Brennschneidmaschine mit der erfin-

eine weitere Motor-Getriebe-Variante erforderlich, um dungsgemäßen verstellbaren Brenneraufhängung,

de/hier gestellten Aufgabe gerecht zu werden. Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstel-

Diese Vielzahl von Ausführungsformen erfordert lung der erfindungsgemäßen Brenneraufhängung,
eine relativ aufwendige mechanische Fertigung ein- 20 Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Brennschneidmaschließlich Montage, kompliziert den Service und er- schine weist einen Längswagen 11 mit einem Auslegerhöht die Kosten für Ersatzteiihaltung sowohl beim Her- arm 11' auf. Der Längswagen 11 ist auf zwei Längsbahsteller als auch beim Anwenden Nur eine Variante ein- nen 12,13 verfahrbar (Motor 25) angeordnet,
zusetzen, die quasi allen Bedarfsfällen Rechnung trägt. Zwischen den Längsbahnen 12, 13 liegt auf einem z. B. die Lösung für die Großbrennschneidmaschinen. ²S Tisch 14 das zu schneidende Blech 15 und auf einem war bislang nicht möglich, da bei kleineren und mittle- unterhalb des Auslegerarmes 11' angeordneten verren Maschinen eine Kostenrelation nicht mehr gegeben fahrbaren Schablonentisch 16 die abzutastende Zeichist, nungsvorlage. An den Längswagen U ist ein Querwa-

Zur Reduzierung des oft erheblichen Gewichtes der gen 17 der einen Antrieb 18 für die Querbewegung des Brenneraufhängung wurde bereits vorgeschlagen, 3° Wagens 17 und eines Fotoskopes 19 sowie der am dieser eine sog. Gewichtsausgleichsvorrichtung zuzu- Längswagen 11 verschiebbar befestigten vier Brennerordnen, wie dies in der GB-PS 8 12 053 erwähnt ist. wagen 20 bis 23 aufweist. Die Brennerwagen 20 bis 23 Durch einen solchen Gewichtsausgleich wird ein Teil sind über eine Schubstange 24 mit dem I otoskop 19 des Eigengewichtes der Brenneraufhängung kompen- mechanisch fest verbunden. Beim Betrieb der Brennsiert. Als Gewichtsausgleichsvorrichtung wird eine Zug- 35 schneidmaschine 10 folgt das Fotoskop 19 mit einer feder verwendet Von Nachteil bei der Vorrichtung ge- eingestellten Geschwindigkeit der Linie einer Zeichmäß der GB-PS 8 12 053 ist die getrennte Anordnung nung, die auf dem Tisch 16 liegt. Innerhalb des Fotoskovon Gewichtsausgleichsvorrichtung und Antrieb zur pes 19 werden über bekannte elektrische Bauelemente Brennerhöhenvtrstellung. (Resolver, Verstärker u.dgl.) getrennte Fahrbefehle an

Es ist aber auch schon zum Gewichtsausgleich ein 4° die Antriebsmotore 25 (Längsbewegung) und IS (Quersog. Federband (US-PS 32 16 032) vorgeschlagen wor- bewegung) gegeben, und so die Brennerwagen und das den. Diese beiden bekannten Gewichtsausgleichs- Fotoskop gleichlaufend bewegt,
vorrichtungen sind dabei so angeordnet und ausgebil- Wie aus F i g. 1 ersichtlich weist jeder Brennerwagen det, daß kein zusätzlicher Platz an der Maschine für sie 20 bis 23 einen Antrieb 26 zur Höhenverstellung des an erforderlich ist 45 einer Lagerstange 27 befestigten Brenners 28 auf. Fer-

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ge- ner ist an der Lagerstange 27 eine an sich bekannte

wichtsausgleichsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff kapazitive Tasteinrichtung 29 sowie am Brenner 28 ein

des Hauptanspruches konstruktiv einfach zu gestalten, Taster 30 als Istwertgeber für die Brenner-Höhenver-

so daß eine solche Vorrichtung wirtschaftlich ist, ohne stellung befestigt. Diese an der Lagerstange 27 angrei-

daß dabei jedoch funktioneile Mängel eintreten. 5° fenden Lasten (Brenner 28, Tasteinrichtung 29) werden

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der gemäß der Erfindung durch eine, mit der Lagerstange

Erfindung vorgeschlagen, daß ein an sich bekanntes Fe- 27 verbundene Gewichtsausgleichsvorrichtung, die in

derband unter Vorspannung einerseits entgegen der F i g. 2 näher dargestellt ist, kompensiert,

durch die Gewichtsbelastung der Lagerstange und der Gemäß F i g. 2 besteht der Antrieb 26 für die Lager-

daran befestigten Aggregate vorgegebenen Drehmo- 55 stange 27 aus einem Motor 32, einem Getriebe 33 so-

mentrichtung auf einer mit einer Welle des Antriebs wie der Gewichlsausgleichsvornchtung 34.

fest verbundenen Arbeitsrolle und andererseits auf Von dem Motor 32 wird das Motordrehmoment über

einer Vorratsrolle aufgewickelt ist. ein Zahnritzel 35 auf ein Zahnrad 36 und weiter auf ein

Dadurch wird es möglich, ein Standard-Getriebe zu Zahnrad 37 übertragen. Von hieraus gelangt das Mo-

verwenden, welches gegenüber den bisher eingesetzten ^6o ment über eine Welle 38 auf ein Zahnrad 39 und von

Getrieben wirtschaftlicher ist, durch Wegfall der dort auf ein Zahnrad 40, welches in eine Verzahnung 41

Bremsmittel einen besseren Wirkungsgrad besitzt und der Lagerstange 27 eingreift.

welches für den eingangs beschriebenen Bedarfsfall fast Die erfindungsgemäße Gewichtsausgleichsvorrichallen in der Praxis vorkommenden Laständerungen tung 34 besteht aus einem Federband 42, welches unter Rechnung trägt. Die je nach Art der Brennerauf- ⁶5 Vorspannung einerseits auT einer Arbeitsrolle 43 und hängung unterschiedlichen aber konstanten Lasten andererseits auf einer Vorratsrolle 44 aufgewickelt ist. werden durch das unter Vorspannung stehende, ent- Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist die Arbeitssprechend ausgelegte Federband kompensiert. rolle 43 fest mit der im schnellaufenden Teil des Getrie-

bes 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 Tasieinrichtung 29 (Fig. 1) vorgegebenen Drehmomentnchii.ing A aufgewickeil und zwar in Pfeilrichtung ti.

Auf der Vorratsrolle 44 ist das Federband 42 in Pfeilrichtung C aufgewickelt, die entgegengesetzt der Wikkeltichitung ß(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 Federkrafi) erreicht, welches die zu hebende bzw. zu senkende Last, beispielsweise 14 kg (Pfeilrichtung D) über den gesamten Hub- bzw. Senkbereich kompensiert.

Diese Last über auf die Lagerstange 27 sowie die Zahnräder des Getriebes 33 ein bestimmtes Moment aus, (D'rehmomentrichtung 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 19 000Kp/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 Arbeitsrolle 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 gleichbcstehender Anlauf- und RoHreibungswiderstand 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 bzw. anderen Federn bewirken, daß sich die Lagersiange 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. Synchronmotor sind zwar selbstlaufend, aber bezüglich des Lastlrägheitsmomenies Grenzen unterworfen. Erst die Anwendung einer Gewichtsausgleichsfeder gestattet für den hier vorliegenden Bedarfsfall den Einsatz eines Schrittmotors 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.

Ist 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 gesteuerter Gleichspannung zu betreiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gewichtsausgleichsvorrichtung für die Höhenverstellung der Brenneraggregate einer Brennschneidmaschine, die an einer mittels Antriebes bewegbaren Lagerstange befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekanntes Federband (42) unter Vorspannung einerseits entgegen der durch die Gewichtsbelastung der Lagerstange (24) und der daran befestigten Aggregate (28, 29, 30) vorgegebenen Drehmomentrichtung (A) auf einer mit einer Welle (45) des Antriebes (26) fest verbundenen Arbeitsrolle (43) und andererseits auf einer Vorratsrolle (44) aufgewickelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Vorratsrolle (44) gewikkelte Federbandteil eine Wickelrichtung (C) aufweist, die der Wickelrichtung (B) des Federbandteiles auf der Arbeitsrolle (43) entgegengesetzt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsrolle (43) auf einer Antriebsrolle (45) angeordnet ist, welche im schnellaufenden Teil des Antriebes (26) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsrolle (44) lose auf einer Welle (38) im Antrieb (33) vorgesehen ist.

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

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung des Schrittmotors (32) mit einer Gleichspannungsversorgung verbunden ist.

7. Brennschneidmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstange (27) Längsnuten (46) aufweist, in die unendlich umlaufende Kugeln (47) einer Kugelführung (48) eingreifen.