DE4439047A1

DE4439047A1 - Einrichtung und Verfahren zum Trennen von Profilen

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Publication number: DE4439047A1
Application number: DE19944439047
Authority: DE
Original assignee: ZEHL HANS JOACHIM DIPL ING
Current assignee: ZEHL HANS JOACHIM DIPL ING
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2014-11-03
Also published as: DE4439047C2

Description

1. Stand der Technik

Zum Trennen von Profilen sind Verfahren wie Sägen, Abstechen, Rollschneiden, Trennschleifen und Laserschneiden bekannt und werden ange wendet.

1.1 Trennschleifen

Beim Trennschleifen kann die rotierende Trenn schleifscheibe durch das Werkstück geführt werden, wobei die Trennschleifscheibe eine oszillierende Bewegung ausführen kann - dieses Prinzip wird als Kappschnitt bezeichnet. Taucht die Trennschleifscheibe bei Hohlprofilen in das Werkstück tiefer als die Wandstärke ein und wird das Werkstück an der Trennschleif scheibe durch Drehen entlang bewegt, so wird dies als Rotationsschnitt bezeichnet.

Beim Rotationsschnitt können im Durchmesser kleinere Trennschleifscheiben eingesetzt werden.

1.2 Sägen

Beim Sägen werden Kreissägeblätter, endliche und endlose Sägebänder, fliegend gelagerte Sägeblätter und Segmentsägeketten eingesetzt. Bei diesen Verfahren wird sowohl der Kapp schnitt als auch der Rotationsschnitt ange wendet.

1.3 Abstechen

Beim Abstechen - vorzugsweise angewendet bei rotationssymmetrischen Hohlprofilen - wird ein Abstechwerkzeug bei kontinuierlichem oder diskontinuierlichem radialen Vorschub um das Werkstück geführt und taucht in das Werkstück ein.

1.4 Rollschneiden

Beim Rollschneiden wird ein nicht angetriebenes keilförmiges Rollmesser bei kontinuierlichem oder diskontinuierlichem radialen Vorschub um das rotationssymmetrische Hohlprofil geführt und trennt das Werkstück spanlos.

1.5 Thermisches Schneiden

Bei diesen Verfahren wird das Werkstück durch Drehen am Brennkopf entlang geführt und ge trennt.

Mit den Verfahren nach 1.1 und 1.2 können im Kapp schnitt zur Werkstückachse geneigte ebene Trenn flächen erzeugt werden, mit den Verfahren nach 1.3 und 1.4 nur rechtwinklig zur Werkstückachse ebene Trennflächen. Das Verfahren nach 1.5 ist geeignet, auch sphärische Trennflächen zu erzeugen. Die mechanischen Verfahren nach 1.1 bis 1.4 stellen unterschiedliche Anforderungen an das Werkstück hinsichtlich der Geometrie, der Steifigkeit und des Werkstoffs. Werden kritische Werte unterschritten, so scheiden einige der angeführten Verfahren aus. Dies ist dann gegeben, wenn im Zuge von Material einsparungen Hohlprofile mit dünneren Wandstärken hergestellt werden. Werden diese dünnwandigen Hohlprofile in kontinuierlichen Verfahren wie z. B. auf kontinuierlichen Profilieranlagen aus Spaltband hergestellt, so treten besondere Probleme hinsichtlich der Auswahl geeigneter Trennwerkzeuge mit ausreichender Standzeit auf, die das Abarbeiten eines Bandcoils ohne Unterbrechung durch Werkzeug wechsel sicherstellen.

Darüber hinaus werden aus Hohlprofilen Komponenten hergestellt wie z. B. Bögen, die aus abgewinkelten Hohlprofilabschnitten zusammengesetzt werden.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung und ein Ver fahren zu entwickeln, die den Trennaufgaben bei Profilen durch Einsatz verschiedener Werkzeuge in mehreren Werkzeugstationen einfach angepaßt werden kann.

Dieses Problem wird durch die in den Patentan sprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die sich ändernden Trenn aufgaben mit einer leicht anpaßbaren Einrichtung und variablen Verfahren gelöst werden können. Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile können dann besonders genutzt werden, wenn das Profil prozeßbedingt nicht gedreht werden kann und so nur durch die Bewegung des rotierenden Werkzeugs die Trennaufgabe gelöst werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine ganzheitliche Lösung entwickelt wurde, die diese drei Hauptschritte einer jeden Trennaufgabe

- Spannen
- Trennen
- Nacharbeiten der Trennfuge

ermöglicht.

Die in dem Unteranspruch 4 aufgeführten Merkmale machen es möglich, in einer Werkzeugstation Werk zeuge wie Fächerschleifer, Schleifscheiben oder Bürsten einzusetzen, um die Außenfläche des Profils oder die Trennfuge in einer Aufspannung des Werkstücks zu bearbeiten.

Die in den Unteransprüchen 8 und 9 aufgeführten Merkmale ermöglichen es, das Werkstück für den Trennvorgang exakt zu positionieren. Da das Trenn ergebnis sehr stark von den Spannverhältnissen des Werkstücks abhängt, sind die bisher bekannten Probleme durch diese Erfindung gemäß dem Haupt anspruch gelöst.

2. Trennen von Profilen gemäß der Erfindung

Das Werkstück wird beidseitig der Trennebene ein gespannt, wobei je nach Anforderung an die Trenn fläche an einer Seite eine Führung ausreichen kann.

Nachdem die Werkzeugstationen bestückt sind, wird in dem Schaltpult die Drehzahl/Umfangsgeschwindig keit für jede Werkzeugstation eingegeben.

Bei einem Werkzeug, bei dem durch die Abnutzung eine so große Durchmesserveränderung eintritt, daß die Umfangsgeschwindigkeit nachgeregelt werden muß wie z. B. bei Trennschleifscheiben, wird die Umfangs geschwindigkeit am Schaltpult eingegeben.

In einem Eichvorgang wird die Trennscheibe an einen Kontaktpunkt gefahren. Wird dieser erreicht, so wird die Bewegung gestoppt und durch das Meßsystem die Position erfaßt.

Der Rechner ermittelt den Werkzeugdurchmesser und fährt das Werkzeug auf die erforderliche Drehzahl. Der Werkzeugantrieb kann drehzahlvariabel ausge bildet werden.

Der Träger der Werkzeugstationen - im folgenden Tragflansch genannt - wird in Rotation versetzt. Durch die Rotation wird der Vorschub am Umfang des Werkstücks vorgegeben - deshalb kann der Antrieb des Tragflansches auch als drehzahlvariabler Antrieb ausgebildet werden.

Der Trennvorgang wird durch die Bewegung des Trenn werkzeugs auf das Werkstück begonnen. Berührt das Werkzeug die Werkstückoberfläche, so wird dies durch einen Sensor wie z. B. einen Akustiksensor erfaßt und in der Steuerelektronik eine Zeitkette gestartet.

Die Hauptschritte eines Trennvorganges sind Ein tauchen - Verweilen - Herausfahren. Die Dauer und die Geschwindigkeit eines Bewegungsschrittes können eingestellt werden.

Durch diese Steuerung wird erreicht, daß die Schneidfläche des Werkzeugs eine definierte Posi tion außerhalb des Werkstücks nach Beendigung des Trennvorganges hat und somit die Abnutzung des Werkzeuges am Umfang kompensiert wird.

Die Steuerelektronik kann aus der Position der Werkzeugachse bei Kontakt des Werkzeugs am Werkstück zwischen zwei Trennvorgängen die Durch messerdifferenz errechnen und die Umfangsge schwindigkeit nachregeln.

Diese Regelung ist dann erforderlich, wenn die Ein richtung und das Verfahren gemäß der Erfindung in solchen Herstellverfahren eingesetzt wird, bei denen Werkstücke einer definierten Länge erzeugt werden sollen wie z. B. bei Ablängmaschinen und Profilieranlagen.

Soll ein Profil in einem geneigten Winkel - siehe Fig. 4 - getrennt werden, so wird die Ein richtung auf der Grundplatte um den entsprechenden Winkel geschwenkt und fixiert.

Das Schwenken kann in beiden Richtungen durch eine Mechanik oder manuell erfolgen - ebenso die Fixierung.

Die Trennfläche wird durch den Gehrungsschnitt in einer Achse vergrößert. Ist die Vergrößerung inner halb einer zulässigen Größe, so kann mit festem Achsabstand - siehe Fig. 5a - gearbeitet werden. Wird das zulässige Maß überschritten - im allge gemeinen durch die größte Eintauchtiefe vorgegeben - wird das Werkzeug auf einer Bahn in definiertem Abstand zur Werkstückoberfläche durch die mehr achsige Steuerung oder einen Abstandsensor um das Werkstück geführt.

Die Drehposition des Tragflansches zum Werkstück wird durch ein Meßgerät wie z. B. Drehgeber erfaßt. Dadurch kann der Vorschub - tangential am Werkstück - durch die Maschinensteuerung konstant gehalten werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können unter schiedliche Werkzeuge wie z. B. Trennscheiben, Sägeblätter, Fächerschleifer und Bürsten einge setzt werden. Wird die Einrichtung gemäß der Er findung mit Werkzeugstationen wie in - Fig. 3 - dargestellt bestückt, so können auch zylindrische Werkzeuge mit einer Rotationsachse senkrecht oder geneigt zur Rotationsachse des Tragflansches einge setzt werden - dies sind z. B. Fräser oder Schleif stifte.

Erfolgt die Energiezufuhr zu den Werkzeugstationen über Schleifringaufnehmer oder sich aufwickelnde Kabel, so können Einheiten auf den Werkzeug schlitten montiert werden, die auch Aggregate mit oszillierenden Werkzeugen wie z. B. Stichsägen auf nehmen können.

Mit Werkzeugen, deren Achse senkrecht zur Rotations achse des Tragflansches ist, können auch bei Aus rüstung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer Steuerung der Längsachse - siehe Fig. 3 - sphärische Trennflächen erzeugt werden.

3. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben

Es zeigen:

Fig. 1 Ansicht einer Einrichtung ohne Werkzeug aufnahme,

Fig. 2 Seitenansicht/Schnitt einer Einrichtung,

Fig. 3 Seitenansicht einer Einheit,

Fig. 4 Einheit - geschwenkt zur Werkstückachse,

Fig. 5 Darstellung der Werkzeugbahnen,

Fig. 6 Seitenansicht/Schnitt einer Einheit mit innenliegender Werkstückeinspannung,

Fig. 7 Ansicht einer Einheit mit gespanntem Werkstück,

Fig. 8 Werkstückaufnahme mit konzentrischer Anstellung der Spannarme,

Fig. 9 Werkstückaufnahme mit paarweiser konzentrischer Anstellung der Spannarme.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt den Trag flansch 1, der in Stützrollen 2 gelagert ist und von dem Antrieb 3 über einen Riemenantrieb 21 getrieben wird.

Die Werkzeugstationen 4 und 5 werden von einem Antrieb 6, die Werkzeugstation 7 von dem An trieb 8 angetrieben. Die Zustellung des Werkzeugs 12 zum Werkstück 9 erfolgt über einen Getriebe motor 10 mit Schneckentrieb 11.

Die Werkzeuge 13 und 14 werden über einen Linearantrieb 15 mit Zahnstange 16 und Ritzel 17 angestellt.

Die Einheit 22 ist um die Achse 18 gegen die Grundplatte 19 schwenkbar. Die Führungen 20 nehmen die Werkstückaufnahmen auf.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt den Trag flansch 1, der mit einer Hohlwelle 2 ver bunden ist. Die Hohlwelle 2 ist in den Lagern 3 und 4 gelagert.

Über den Antrieb 5 und den formschlüssigen Riemen 6 wird der Tragflansch 1 in Rotation versetzt. Die Werkzeugstationen 7 und 8 werden von Antrieben - hier nicht dargestellt siehe Fig. 7 - angetrieben. Der Antrieb erfolgt über Riemenscheiben 9 und 10, wobei die Riemen scheibe 9 auf der Hohlwelle 2 gelagert ist und die Riemenscheibe 10 auf der Riemenscheibe 9. Damit wird eine Trennung der unterschiedlichen Drehzahlen von Tragflansch und Werkzeugen erreicht. Über Riemen 12 und 13 werden die Zwischenwellen 16 und 17 angetrieben. Der Antrieb der Werk zeugstationen 7 und 8 erfolgt über Riemen 18 und 19.

Durch dieses Prinzip können die Drehzahlbereiche der einzelnen Werkzeugstationen einfach durch Wechseln von Riemenscheiben und Riemen verändert werden.

Die Zwischenwellen 16 und 17 sind in den Hohl wellen 20 und 21 gelagert. Auf diesen Hohl wellen 20 und 21 ist das Zahnrad 22 oder 23 befestigt, das vom Antrieb - siehe Fig. 1 - ange trieben wird.

Der Schwenkarm 24 ist an der Hohlwelle 20 ange flanscht; der Schwenkarm 25 an der Hohlwelle 21. Jede dieser Hohlwellen ist in einem Flansch 26 oder 27 gelagert. Diese Flansche sind mit dem Tragflansch 1 verbunden.

Die Schwenkantriebe werden über Schleifringkörper 34 mit Energie versorgt; ebenso werden die Positi onsgeber, Endschalter und Sensoren über die Schleif ringkörper mit der Steuerung verbunden.

Die Einheit kann über die Achse 28 gegen die Grundplatte 29 in zwei Richtungen geschwenkt werden, wobei die Schwenkachse in der Werkzeug ebene liegt.

Die Werkstückaufnahme 30 ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel als Werkstückeinspannung 31 ausgebildet.

Die Spannzange kann über die Mutter 32 betätigt werden.

Die Werkstückaufnahme 30 kann auf der Führung 33 verschoben und fixiert werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt den Tragflansch 1, der mit einer Hohlwelle 2 verbunden und in den Lagern 3 und 4 gelagert ist. Die Werkzeugstationen - hier nur zwei dargestellt - 5 und 6 sind auf den Schlitten 7 und 8 montiert.

Die Werkzeugstationen haben einen eigenen Antrieb 9 und 10, ebenso werden die Schlitten 7 und 8 von Antrieben mit Wegemeßsystem 11 und 12 einzeln angetrieben. Die Verbindung dieser Kompo nenten mit der Steuerung erfolgt über Schleif ringe 13.

Die Einheit ist um die Achse 14 schwenkbar und kann über den Antrieb mit Wegemeßsystem 15 gegen über dem Werkstück 16 verfahren werden.

Das Werkstück 16 ist in der Werkstückaufnahme 17 geklemmt und in der Werkstückaufnahme 18 geführt.

Die Werkstückaufnahmen sind auf den Führungen 19 verschiebbar und können fixiert werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt den Tragflansch 1 der innerhalb einer Hohlwelle 2 angeordnet und mit dieser verbunden ist. Die Hohl welle ist in Lagern 3 und 4 gelagert und wird über einen Riemenantrieb 5 angetrieben.

Auf dem Tragflansch 1 ist der Werkzeugantrieb 6 angeordnet - die Kraftübertragung ist in Fig. 1 dargestellt.

Die Position des Schwenkarms 7 (hier nur einer aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellt) wird über das Meßsystem 8 erfaßt. Die Elektro komponenten auf dem Tragflansch werden über Schleifringe 9 mit der Steuerung verbunden.

In Fig. 5a ist die Werkzeugbahn 1 in festem Ab stand zur Rotationsachse 2 des Tragflansches dargestellt und macht deutlich, wie sich die Ein tauchtiefe 3 während eines Werkzeugumlaufs um das Werkstück verändert.

Die Fig. 5b zeigt die Werkzeugbahn 1 in festem Abstand zur Werkstückoberfläche 2 und verdeut licht, daß sich die Eintauchtiefe 3 während eines Werkzeugumlaufs nicht verändert, abgesehen von Werkzeugabnutzung und Genauigkeit der Steuerung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zeigt die Werkstückaufnahme 1 mit dem Werkstück 2, das in einer Führung 3 aufgenommen ist. Die Einspannung des Werkstücks 2 erfolgt nach dem Spannzangenprinzip 4, wobei die Abstützung des Gegenstücks 5 am Tragflansch 6 über ein Lager 7 erfolgt. Damit wird eine Trennung der Drehbewegung des Tragflansches von der räumlich starren Werkstückeinspannung erreicht.

Das Spannen und Lösen der Werkzeugeinspannung erfolgt über einen Zylinder 8.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt ein dünnwandiges asymmetrisches Profil 1, das in einer geteilten Werkzeugeinspannung 2 und 3 gespannt ist.

Dieses Ausführungsbeispiel ist nach dem gleichen Prinzip ausgeführt, wie in Fig. 6 dargestellt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 zeigt eine konzentrisch spannende Werkstückaufnahme mit 6 Spannarmen, wie sie für große Abmessungsunter schiede erfindungsgemäß eingesetzt werden kann. Jeder Spannarm 1 ist in einem Drehpunkt 2 ge lagert. Am Augpunkt 3 werden die Spannarme 1 mit Laschen 4 verbunden.

An einem Augpunkt 4 (oder einem Anlenkpunkt an einer Lasche) greift eine Kolbenstange 5 des Zylinders 6 an. Der Zylinder öffnet und schließt die Werkzeugaufnahme.

Dieses Prinzip kann auch mit geänderter Anzahl der Tragarme ausgeführt werden.

In der Seitenansicht ist dargestellt, daß die Spann arme 1 L-förmig ausgebildet sein können.

Durch Aufsätze 7 an den Spannarmen kann diese Werkstückaufnahme der Spannaufgabe angepaßt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 zeigt eine Werkzeugaufnahme mit paarweise betätigten Spann armen, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt werden kann.

Die Spannarme 1 werden in einer Grundplatte 2 geführt und über Hebel 3 konzentrisch angestellt. Die Hebel können in Gleitsteinen 4 geführt werden und mittels Handrad 5, Mutter 6 und Spindel 7 verstellt werden. In der anderen Spannebene ist die Verstellung der Spannarme mit einem Hubelement 8 dargestellt.

In der Seitenansicht ist erkennbar, daß die Spann arme L-förmig ausgeführt werden können. Durch Auf sätze 9 können sie der Spannaufgabe angepaßt werden.

Claims

1. Einrichtung und Verfahren zum Trennen von Profilen und Vollmaterialien, dadurch ge kennzeichnet, daß ein oder mehrere rotierende Werkzeuge in das Werkstück eintauchen. Die Werkzeuge werden um das Werkstück geführt. Das Werkstück wird in geeigneter Weise gehalten und ein oder mehrere rotierende Werkzeuge bearbeiten während des Umlaufs die Oberfläche des Werkstücks oder trennen es.

2. Einrichtung und Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der einge setzten rotierenden Werkzeuge im einstell baren festen Abstand zur Werkstückachse oder gesteuertem variablen Abstand zur Werkstückachse geführt wird.

3. Einrichtung und Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn fläche durch Schwenken des Trennkopfes oder Schwenken der Werkstückhalterung zur Werkstück achse geneigt sein kann.

4. Einrichtung und Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Werkzeugstation statt der Trennwerkzeuge auch Werkzeuge zur Bearbeitung der Schnittfläche und der Oberfläche des Werkstücks eingesetzt werden können.

5. Einrichtung und Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Werkzeugstation einen separaten Antrieb hat oder mehrere Werkzeugstationen von einem Antrieb - Gruppenantrieb - angetrieben werden können.

6. Einrichtung und Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von sich abnutzenden Werkzeugen wie z. B. Trenn schleifscheiben die Abnutzung erfaßt wird und durch einen Regelkreis die Umfangsgeschwindig keit geregelt werden kann.

7. Einrichtung und Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einbau von Meßgeräten an den Verstell- oder Antriebs gliedern die Bewegung der Werkzeuge erfaßt und durch eine numerische Bahnsteuerung gesteuert werden kann.

8. Einrichtung und Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhalterung ein formgenaues und positions genaues Fixieren des Werkstücks durch mindestens zwei paarweise zwangsgeführte Spannbacken sicherstellt.

9. Einrichtung und Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werk stückhalterung ein formgenaues und positions genaues Fixieren des Werkstücks durch mindestens drei konzentrisch zwangsgeführte Spannbacken sicherstellt.