DE4408886A1 - Einrichtung zur Regelung der Schnittgeschwindigkeit einer Säge mit Sägeblatt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Schnittgeschwindigkeit einer Säge mit Sägeblatt gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Das Ablängen z. B. stangenförmigen Vormaterials bei der Fertigung von Produkten aus Halbzeugrohlingen findet heute sowohl auf Sägemaschinen mit kreisförmigen, rotierenden Sägeblättern als auch auf Hubsägen statt. Problematisch bei dieser Fertigungsaufgabe sind die unterschiedlichen Schnitt­ bedingungen, die sich im Laufe des Trennvorganges an der oder den Wirkungsstellen zwischen zu trennendem Material und Sägeblatt ergeben.

Ein typisches Beispiel für eine derartige Fertigungsaufgabe ist im Metallbau das Ablängen von stranggepreßten Leicht­ metallprofilen, deren Querschnitt aus einer Vielzahl geometrisch kompliziert angeordneter Rippen und Stege bestehen kann. Beim Durchtrennen eines solchen Profiles muß das Sägeblatt diese Stege und Rippen nacheinander, teilweise auch an mehreren Stellen gleichzeitig, durchtrennen. Aufgrund einer solchen, teilweise unterbrochenen Schnittverlaufslinie ergibt sich eine sehr ungleichförmige Belastung des Sägeblattes, ebenso durch die ständig wechselnde Eingriffs­ länge zwischen Sägeblatt und Werkstück.

Bei nicht zu hohen Anforderungen an die Schnittqualität werden Sägemaschinen eingesetzt, deren Sägeblätter mit einem ungeregelten Motor angetrieben werden. Dieser Motor wird schon bei der Dimensionierung derart ausgelegt, daß auch beim Durchtrennen der maximal möglichen Halbzeugquerschnitte bei zulässigen Vorschubwerten des Sägeblattes dessen Mindest­ schnittgeschwindigkeit, die technologisch bedingt ist, nicht unterschritten wird. Durch diese Überdimensionierung des Sägeblattantriebes ergeben sich während des Schnittes ständig wechselnde, nicht kontrollierbare Schnittgeschwindigkeiten des Sägeblattes, die zu den folgenden Problemen führen: Die geringe Standzeit der verwendeten Sägeblätter, eine hohe Geräuschentwicklung sowie eine hohe Temperatur in der Schnittfuge, eine schlechte Schnittqualität hinsichtlich der Oberfläche und Kontur des Schnittes, eine erhöhte Maschinenbelastung (Drehzahl, Schwingungen und Dynamik) sowie ein erhöhtes Gefährdungspotential durch die hohen kinetischen Energien und die daraus resultierende stärkere dynamische Belastung der Sägemaschine.

Es sind bereits Sägen mit Drehzahlregeleinrichtungen der gattungsgemäßen Art handelsüblich. Eine Verbesserung der Qualität des Sägeschnittes wird bei diesen Sägen durch die Verwendung eines drehzahlgeregelten Antriebsmotors für das Sägeblatt erreicht. Dabei wird die Istdrehzahl des Säge­ blattes oder des Antriebsmotors, die sich bei bestimmten Schnittbedingungen ergibt, mit Hilfe eines Drehzahlmeßgerätes erfaßt. Diese Istdrehzahl wird innerhalb des Reglers mit einer Solldrehzahl verglichen, die in Abhängigkeit von technologischen Schnittbedingungen (Material, Schneidstoff) gewählt wird. Aufgrund des Soll/Ist-Wert-Vergleichs ermittelt der Regler eine Stellgröße zur Veränderung der Motordrehzahl des Sägeblattantriebes und gibt diese Stellgröße weiter an eine Leistungselektronik, die direkt auf den Antriebsmotor des Sägeblattes einwirkt und eine Drehzahländerung des Antriebsmotors veranlaßt.

Die benötigte Leistungselektronik weist neben einem hohen Anschaffungspreis auch den Nachteil auf, daß der Motor hinsichtlich seiner Kennlinie überwiegend im Teillastbereich gefahren wird. Der Betrieb des Motors in diesem sogenannten abgeregelten Zustand schränkt das erzielbare Zerspanungs­ volumen deutlich ein und erhöht damit die zur Ausführung des Schnittes erforderliche Zeit bei gleichzeitiger Senkung der Wirtschaftlichkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Regeleinrichtung der gattungsgemäßen Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln zu realisieren.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist es, daß zur Regelung der Sägeblatt­ schnittgeschwindigkeit nicht mehr eine direkte Beeinflussung des Antriebsmotors des Sägeblattes genutzt wird, sondern ein Korrekturwert auf die Steuerung des Vorschubes für das Sägeblatt oder das Werkstück gegeben wird. Es wird damit eine indirekte Regelung der Schnittgeschwindigkeit vorgenommen, indem aus der Drehzahländerung des Sägeblattes oder seines Antreibmotors aufgrund einer Änderung der Belastung des Sägeblattes an der Schnittstelle eine Angleichung des Vor­ schubes hergeleitet wird. Durch zweckgerechte Angleichung des Vorschubes ändert sich wiederum die Belastung an der Schnitt­ stelle und damit kann die Schnittgeschwindigkeit des Säge­ blattes unabhängig von der Belastung an der Schnittstelle nahezu konstant gehalten werden.

Dank der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Regelung kann das Sägeblatt mit einem ungeregelten Motor angetrieben werden, der aufgrund der nicht benötigten Leistungselektronik erheblich kostengünstiger als ein geregelter Motor ist. Die anderen, zur Regelung der Motordrehzahl benötigten Bau­ elemente wie die Drehzahlmeßeinrichtung und der Regler sind als Standardbauelemente kostengünstig zu beziehen. Da für die Steuerung des Vorschubes des Sägeblattes oder des Werkstückes auf eine ohnehin an der Sägemaschine vorhandene Steuerungs­ baugruppe zurückgegriffen werden kann, lassen sich die Kosten nochmals deutlich reduzieren. Auch ist die schaltungs­ technische Verknüpfung des Reglers mit der Steuerungsbau­ gruppe für den Vorschub denkbar einfach, da hierzu mittels einer elektrischen Leitung und einer Additionsstelle direkt das Signal auf die Vorschubsteuerung aufgeschaltet werden kann.

Dieser relativ unkomplizierte Aufbau einer indirekten Regelung läßt es auch als möglich erscheinen, das erfindungs­ gemäße Prinzip für die Nachrüstung an bestehenden derartigen Sägemaschinen zu nutzen.

In zweckgemäßer Ausgestaltung der Korrektur des Vorschubes wird der Korrekturwert derart ermittelt, daß bei sich verringernder Schnittgeschwindigkeit des Sägeblattes der Korrekturwert zu einer Verringerung des Vorschubes führt. Umgekehrt wird bei sich erhöhender Schnittgeschwindigkeit des Sägeblattes auch eine Erhöhung des Sägeblattvorschubes vor­ genommen. Bei gleichbleibender Schnittgeschwindigkeit des Sägeblattes wird auch der Vorschubwert nicht verändert. Dadurch wird sich im Ergebnis die Schnittgeschwindigkeit des Sägeblattes im wesentlichen konstant halten lassen.

Dadurch, daß die Motordrehzahl des Sägeblattantriebes im wesentlichen konstant gehalten werden kann und eine Über­ dimensionierung dieses Antriebes nicht mehr erforderlich ist, ist eine gute Ausnutzung der installierten Motorleistung möglich. Die Motorleistung kann erheblich geringer projektiert werden, wodurch bei gleicher Nutzbarkeit die Kosten für den Antrieb reduziert werden.

Da der Motor im wesentlichen im Vollastbereich arbeitet, ist eine im Verhältnis zur direkten Steuerung erheblich verkürzte Bearbeitungszeit beim Sägen eines Werkstückes erreichbar.

Aufgrund der nahezu konstant bleibenden Schnittgeschwindig­ keit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Regelung erheblich bessere Schnittflächen des gesägten Werkstückes erzielen. Dies ist vor allen Dingen für Trennaufgaben wichtig, bei denen wie bei den schon genannten stranggepreßten Profilen aus Leichtmetall komplizierte Schnittverläufe mit ständig wechselnden Schnittbedingungen vorliegen. Auch bei der Be­ arbeitung nicht so komplex geformter Werkstücke, wie z. B. Stangenrundmaterial oder ähnlichem, wird durch die Vor­ schubanpassung die Bearbeitungszeit reduziert sowie die Bearbeitungsgüte erhöht. Auch bei nichthomogenen Materialien, wie z. B. Mehrkomponentenwerkstoffen (z. B. Material mit Verstärkungen), Gußmaterialien oder Teilen mit geschweißten Stellen, wird sich die Steuerung des Sägeprozesses in der geschilderten Weise auswirken.

Aus technologischen Gründen soll die Schnittgeschwindigkeit des kreisförmigen Sägeblattes nicht unter einen Wert ab­ sinken, der sich aus dem zu sägenden Material sowie aus dem Schneidstoff des Sägeblattes ergibt. Die Solldrehzahl z. B. eines kreisförmigen Sägeblattes soll daher durch den Bediener derart vorgewählt werden, daß auch bei kurzfristigen Schwankungen der Drehzahl dieser Mindestwert nicht unterschritten werden kann. Dies soll zudem in der Regler­ charakteristik berücksichtigt werden. Andererseits wird zweckmäßig dafür gesorgt, daß aus Gründen des Unfallschutzes auch im lastfreien Fall, d. h. das kreisförmige Sägeblatt befindet sich nicht im Eingriff, eine vorgegebene Maximaldrehzahl nicht überschritten werden kann. Dies ergibt sich aus der Fliehkraftbelastung des Sägeblattes, die ansonsten zu einer Zerstörung des Sägeblattes mit den daraus resultierenden, möglichen Unfallfolgen führen kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Regeleinrichtung gemäß der Erfindung im Blockschaltbild.

Das Blockschaltbild zeigt die Regelstrecke 2, die den zu regelnden Prozeß für ein kreisförmigen Sägeblattes im Eingriff bei der Bearbeitung eines Werkstückes darstellt. Weiterhin dargestellt ist ein Drehzahlmeßgerät 3, ein Regler 5 für den Soll-/Ist-Wert-Vergleich, eine Additionsstelle 7 sowie das Stellglied 1 für den Sägeblattvorschub.

Das in diesem Beispiel kreisförmige Sägeblatt innerhalb der Regelstrecke 2 rotiert aufgrund der Belastungssituation an den Schneiden mit einer bestimmten Drehzahl entsprechend einer bestimmten Schnittgeschwindigkeit. Diese Drehzahl wird mit Hilfe des Drehzahlmeßgerätes 3 gemessen und als Signal 8 der gemessenen Istdrehzahl des Sägeblattes an den Regler 5 übergeben. Das gleichzeitig am Regler anstehende Signal der Sollwertvorgabe 4 der Sägeblattdrehzahl ermöglicht dem Regler 5 einen Soll-/Ist-Wert-Vergleich, aus dem der Regler einen Korrekturwert ermittelt. Dieser Korrekturwert 10 steht am Ausgang des Reglers an und wird als Signal des Korrekturwertes für den Sägeblattvorschub auf die Additions­ stelle 7 aufgeschaltet. Ebenfalls auf die Additionsstelle 7 aufgeschaltet ist das Signal der Sollwertvorgabe 6 des Sägeblattvorschubes. Aus der Addition der beiden Signale 6 und 10 ergibt sich das Signal des korrigierten Stellwertes 12 des Sägeblattvorschubes.

Dieses wird auf das Stellglied 1 des Sägeblattvorschubes aufgegeben. Im Stellglied 1 des Sägeblattvorschubes wird der korrigierte Stellwert 12 dann in eine Veränderung des Sägeblattvorschubes umgewandelt und als dazu proportional es Signal 9 wieder auf die Regelstrecke 2 aufgegeben. Durch die zweckgerechte Veränderung des Sägeblattvorschubes stellt sich die Antriebsdrehzahl des Sägeblattes wieder nahezu auf den Sollwert ein. Mit Hilfe dieses Blockschaltbildes läßt sich eine kontinuierliche Korrekturwertermittlung des Sägeblatt­ vorschubes realisieren.

Alternativ kann der Korrekturwert einem Werkstückvorschub aufgegeben werden.

Bei einer Hubsäge kann unter Erfassung der Drehzahl des Sägeblatt-Antriebsmotors genauso vorgegangen werden. Die im wesentlichen konstant zu haltende Schnittgeschwindigkeit resultiert aus der Hubzahl des Sägeblattes.

Bezugszeichenliste

1 Stellglied des Sägeblattvorschubes
2 Regelstrecke (Sägeblatt im Eingriff)
3 Drehzahlmeßeinrichtung
4 Signal der Sollwertvorgabe der Sägeblattdrehzahl
5 Regler
6 Signal der Sollwertvorgabe des Sägeblattvorschubes
7 Additionsstelle, Vorschubsollwert/Korrekturwert
8 Signal der gemessenen Istdrehzahl des Sägeblattes
9 Signal der Stellgröße für den Sägeblattvorschub
10 Signal des Korrekturwertes für den Sägeblattvorschub (Ausgang des Reglers (5))
12 Signal des korrigierten Stellwertes des Sägeblattvorschubes

Claims (5)

1. Einrichtung zur Regelung der Schnittgeschwindigkeit einer Säge mit Sägeblatt mit

• - einem Antriebsmotor für das Sägeblatt,
• - einer Drehzahlmeßeinrichtung (3) zur Erfassung der tatsächlichen Drehzahl des Sägeblattes oder des Antriebsmotors
• - einer Regeleinrichtung (5) mit einem Soll-/Ist-Wert- Vergleich für die Drehzahl des Sägeblattes und
• - einer Vorschubeinrichtung für das Sägeblatt oder das Werkstück

dadurch gekennzeichnet, daß
die Regeleinrichtung (5) aus dem Soll-/Ist-Wert- Vergleich der Drehzahl laufend Korrekturwerte zu einem vorgegebenen Sollwert des Vorschubes ermittelt und diese Korrekturwerte der Steuerung des Vorschubes (1) aufgibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich verringernder Drehzahl der Korrekturwert zu einer Verringerung des Vorschubes und bei sich erhöhender Drehzahl zu einer Erhöhung des Vorschubes führt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ge­ kennzeichnet durch eine technologisch vorgegebene Mindestdrehzahl und eine vorgegebene Maximaldrehzahl.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Reglers (5) über eine Signalleitung (10) und über eine Additionsstelle (7) mit der Steuerung des Vorschubes verbunden ist.