-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Antriebsriemen
mit geringem Drehwinkelfehler, bei dem der Drehwinkelfehler eines
bestimmten Antriebsriemens gemessen wird, sowie eine Vorrichtung
zur Minimierung des Drehwinkelfehlers eines Antriebsriemens.
-
Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der Zeitschrift Antriebstechnik
28 (1989) Nr. 5, S. 61 bis 64 bekannt. Es ist darauf beschränkt, Antriebsriemen
auszusondern, deren Drehwinkelfehler ein vorgegebenes Maß überschreiten.
Aus der genannten Literaturstelle ist auch eine Vorrichtung bekannt, mittels
welcher der Drehwinkelfehler eines Antriebsriemens meßbar ist.
-
Für den Riemenantrieb
schwingungsempfindlicher Maschinen, wie z.B. Werkzeugmaschinen oder
Druckmaschinen, müssen
besonders laufruhige Antriebsriemen verwendet werden. Verschiedene Untersuchungen
der Ursachen von Drehschwingungen, z.B. von B. Gogolin ("Keilriemen - laufruhig
selektiert ?" in
der Zeitschrift Antriebstechnik 28 (1989) Nr. 5, S. 61–64) und
H. Peeken et al. ("Auswirkungen von
Fertigungsabweichungen auf das Betriebsverhalten von Riementrieben" in Antriebstechnik
29 (1990) Nr. 4, S. 77–80),
beschreiben die verschiedenen Arten von Riemenfehlern und die Möglichkeiten zu
ihrer meßtechnischen
Erfassung. Jedoch zeigen diese Untersuchungen außer der Selektion keine Möglichkeiten
auf, zu besonders laufruhigen Antriebsriemen zu gelangen.
-
Gemäß den obigen
Untersuchungen sind eine wesentliche Ursache von unerwünschten
Maschinenschwingungen Drehwinkelfehler, d.h. Abweichungen in der übertragung
der Drehbewegung eines realen Riementriebs gegenüber einem idealen Riementrieb.
-
Die
Drehwinkelfehler, die bei Riemen mit endlos gewickelten Zugsträngen auftreten,
beruhen in erster Linie auf geometrischen Inhomogenitäten in Form
von Abstandsschwankungen zwischen den Zugsträngen und der Lauffläche des
Antriebsriemens, aber auch auf sonstigen Inhomogenitäten im Riemenaufbau.
All diese Inhomogenitäten
entstehen bereits bei der Riemenherstellung und lassen sich selbst
durch verbesserte Techniken beim Wickeln und Vulkanisieren nicht
völlig
vermeiden.
-
Aus
der Druckschrift
US 4,941,294 ist
es zwar bekannt, beim Vulkanisieren auftretende Formfehler in Form
von Dickenunterschieden entlang eines Riemens zu korrigieren, indem
der Riemenrücken
bis zum Erreichen einer konstanten Dicke abgerichtet wird. Dies
beseitigt jedoch insbesondere nicht jene Ursache für die genannten
Drehwinkelfehler, die in Abstandsschwankungen zwischen Zugsträngen eines
Riemens und dessen Lauffläche
begründet
ist.
-
Aus
der Druckschrift
DE
40 11 724 A1 ist des weiteren ein Verfahren zur Bestimmung
der Lage der neutralen Faser in endlosen Bändern bekannt, welches zur
Auswahl von Antriebsriemen dient.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, drehwinkelfehlerarme Antriebsriemen
ohne Ausschuß zu
gewinnen.
-
Diese
Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahren und
mit der im Patentanspruch 11 angegebenen Vorrichtung gelöst.
-
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Antriebsriemen eines
gegebenen Typs ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Betrag und Phasenlage
eines gemessenen Drehwinkelfehlers und dem Ort und dem Maß der zu
seiner Beseitigung erforderlichen körperlichen Veränderung
des Antriebsriemens existiert, wobei die körperliche Veränderung
z.B. darin bestehen kann, den Antriebsriemen auf eine bestimmte
Art und Weise zu schleifen. Der Umstand, daß der genannte Zusammenhang existiert, überrascht
besonders im Hinblick darauf, daß nicht nur in Längsrichtung,
sondern auch in Richtung der Breite eines Antriebsriemens unregelmäßige Abstandsschwankungen
zwischen den Zugsträngen
und der Lauffläche
des Antriebsriemens vorkommen. Aufgrund der sowohl unbekannten als
auch unberechenbaren Lage der Zugstränge im Antriebsriemen erscheint
eine Beseitigung der Abstandsschwankungen durch mechanische Bearbeitung
an sich unmöglich,
da jede körperliche
Veränderung
des Antriebsriemens unvorhersagbare Änderungen des effektiven Abstandes
zwischen den Zugsträngen
und der Lauffläche
und damit des Drehwinkelfehlers nach sich ziehen sollte. Dieser
Zusammenhang läßt sich empirisch
ermitteln und wird in der Folge dazu verwendet, auf Grund der Messung
des Drehwinkelfehlers eines bestimmten Antriebsriemens zu bestimmen,
wo und in welchem Umfang der Antriebsriemen verändert, also z.B. geschliffen
werden muß,
um diesen Drehwinkelfehler zu beseitigen. Hierbei wird nicht die
möglicherweise
unterschiedliche Lage der Zugstränge
im Antriebsriemen im einzelnen berücksichtigt, sondern der hierdurch
erzeugte globale Drehwinkelfehler.
-
Solange
der Zusammenhang zwischen dem Drehwinkelfehler und der entsprechenden
Bearbeitung bei einem bestimmten Riementyp noch nicht bekannt ist
bzw. für
eine erstmalige Bestimmung dieses Zusammenhangs, kann man sich auf
der Basis des zuvor gemessenen Drehwinkelfehlers und der vereinfachenden
Annahme, daß die
genannten Abstandsschwankungen im wesentlichen einen sinusförmigen Verlauf
mit der Periode eines Riemenumlaufs aufweisen, schrittweise dem erforderlichen
Maß der
Veränderung
des Antriebsriemens annähern.
-
Die
Erfindung entfaltet ihre Vorzüge
besonders bei Antriebsriemen für
Druckmaschinen. Antriebsriemen mit Drehwinkelfehlern, die auf fertigungsbedingten
Abweichungen der Lage ihrer Zugstränge von der Ideallage beruhen,
induzieren abtriebsseitige Drehwinkelschwankungen mit der Frequenz
des Riemenumlaufs. Diese Drehwinkelschwankungen regen die Druckwerkszylinder
einer Druckmaschine zu Drehschwingungen an, die zu Passerschwankungen
und Dublieren führen
können.
-
Insbesondere
für Druckmaschinen
mit mehreren Druckwerken werden aufgrund der großen Anzahl von Papierübergaben
besonders drehfehlerarme Antriebsriemen benötigt. Während die Verbesserungen der
Fertigungsverfahren von Antriebsriemen an ihre Grenzen gestoßen sind
und Selektionsverfahren bei zunehmenden Anforderungen unwirtschaftlich
werden, lassen sich demgegenüber
gemäß der Erfindung
mit verhältnismäßig geringem Aufwand
Antriebsriemen gewinnen, die im wesentlichen frei von Drehwinkelfehlern
sind.
-
Es
bestehen verschiedene Möglichkeiten,
einen Antriebsriemen körperlich
zu verändern,
z.B. ein mehr oder weniger starkes Abnehmen von Material entlang
der Riemenlänge.
Wird, wie in den bevorzugten Ausführungsformen, durch Schleifen
des Antriebsriemens Material abgenommen, so wird weiterhin bevorzugt,
die Schleiftiefe entlang der Breite des Antriebsriemens konstant
zu halten und entlang der Länge
des Antriebsriemens entsprechend dem Charakter einer Sinuskurve
zu variieren. Die letztere Maßnahme
kommt dem an sich bekannten Umstand entgegen, daß der Drehwinkelfehler über die
Riemenlänge
hinweg in erster Näherung
einen sinusförmigen
Verlauf hat, und vermeidet gleichzeitig, daß durch das Schleifen irgendwelche
Unstetigkeitsstellen entstehen.
-
Bei
einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist die Meßeinrichtung
zur Ermittlung von Drehwinkelfehlern in an sich bekannter Weise
einen Riementrieb, einen Positionsgeber, einen Drehwinkelgeber und
eine Auswerteeinrichtung auf. Außerdem bildet der Riementrieb
die Aufnahmevorrichtung für
den Antriebsriemen mittels welcher letzterer zu dessen körperlicher
Veränderung
unter Materialabtragung bereitstellbar ist. Hierbei erfolgt die
Messung des Drehwinkelfehlers und die Materialabtragung bei ein
und derselben Aufspannung des Antriebsriemens.
-
Bei
einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Aufnahmevorrichtung für
den Antriebsriemen von der Meßeinrichtung getrennt.
Sie weist eine kreiszylindrische, betriebsmäßig vom Antriebsriemen umspannte
Mantelfläche auf
und ist bezüglich
einer hierzu exzentrischen Achse in Drehung versetzbar. In diesem
Fall muß der
Antriebsriemen zwar umgespannt werden, dafür ergibt sich der erwähnte Verlauf
des Bearbeitungsprofils entsprechend dem Charakter einer Sinuskurve
aber von selbst, ohne daß die
Bearbeitung entlang der Länge
des Antriebsriemens besonders gesteuert werden muß.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsformen
und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht einer Einrichtung zur Messung des Drehwinkelfehlers
von Antriebsriemen nach dem Stand der Technik;
-
2a bis 2c die
veränderliche
Lage von Zugsträngen
in verschiedenen Querschnitten des gleichen Antriebsriemens;
-
3 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Gewinnung von Antriebsriemen
mit geringem Drehwinkelfehler gemäß der Erfindung; und
-
4 eine
schematische Ansicht eines Teils einer weiteren Vorrichtung zur
Gewinnung von Antriebsriemen mit geringem Drehwinkelfehler.
-
In 1 enthält eine
Einrichtung 1 zur Messung von Drehwinkelfehlern eine Antriebsscheibe 2, die
mit einem Antriebsmotor 3 verbunden ist, und eine Abtriebsscheibe 4,
die mit einem Drehwinkelgeber 5 verbunden ist, der ein
Drehwinkelsignal liefert.
-
Um
die Antriebsscheibe 2 und die Abtriebsscheibe 4 herum
verläuft
ein zu prüfender
Antriebsriemen 6, dessen Innenseite eine Lauffläche 7 bildet. Angrenzend
an den Antriebsriemen 6 ist ein Positionsgeber 8 angeordnet,
der einen Triggerimpuls liefert, wenn eine an der Außenseite
des Antriebsriemens 6 vorgesehene Markierung 9 am
Positionsgeber 8 vorbeiläuft.
-
Das
Drehwinkelsignal und der Triggerimpuls werden einer Auswerteeinrichtung 10 zugeführt, welche
daraus den Drehwinkelfehler des Antriebsriemens 6 berechnet,
d.h. die Winkelabweichung der Drehbewegung der Abtriebsscheibe 4 von
einer gleichmäßigen Drehbewegung
der Antriebsscheibe 2. Der Drehwinkelfehler kann in Kurvenform
bzw. nach seinem Betrag und nach seiner Phasenlage bezüglich der
Markierung 9 angezeigt werden.
-
Die
Hauptursache des Drehwinkelfehlers ergibt sich aus 2a bis 2c,
welche die Lage von Zugsträngen 11 in
einem Antriebsriemen 6 im Querschnitt und an drei verschiedenen
Positionen in Längsrichtung
des Antriebsriemens 6 zeigen. Wie man sieht, ist der Abstand
zwischen den Zugsträngen 11 und
der Lauffläche 7 des
Antriebsriemens 6 sowohl in der Längsrichtung als auch in Richtung
der Breite des Antriebsriemens 6 veränderlich.
-
Bei
einer ersten Ausgestaltung der Vorrichtung zur Minimierung des Drehwinkelfehlers
umfaßt diese
eine Meßeinrichtung 1 zur
Ermittlung von Drehwinkelfehlern, wie in 1 gezeigt,
sowie eine Materialabnahmeeinrichtung 12 und eine Steuereinrichtung 13 enthält, wie
in 3 gezeigt. In 3 sind mit 1 übereinstimmende
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
Die
Materialabnahmeeinrichtung 12 umfaßt im vorliegenden Beispiel
eine angrenzend an die Lauffläche 7 des
Antriebsriemens 6 angeordnete Schleifscheibe 14 und
eine Antriebs- und Verstelleinrichtung 15, mit der die
Schleifscheibe 14 angetrieben und in Richtung eines Pfeils
P auf die Lauffläche 7 zu
oder davon weg verstellt werden kann.
-
Gegenüber der
Schleifscheibe 14, mit dem Antriebsriemen 6 dazwischen,
ist achsparallel zu der Schleifscheibe 14 eine Stützscheibe 16 drehbar
gelagert, welche beim Schleifen ein Widerlager für den Antriebsriemen 6 bildet.
-
Der
Antriebsriemen 6, die Antriebsscheibe 2, die Abtriebsscheibe 4 und
die Schleifscheibe 14 sind zwar als unprofiliert dargestellt,
es können
aber auch profilierte Antriebsriemen 6 gemessen und bearbeitet werden,
wenn die Antriebsscheibe 2, die Abtriebsscheibe 4 und
die Schleifscheibe 14 entsprechend profiliert sind.
-
Wird
mit der Meßeinrichtung 1 ein
Drehwinkelfehler gemessen und sind für den Typ des gerade aufgespannten
Antriebsriemens 6 noch keine Erfahrungswerte vorhanden,
wie sich der gemessene Drehwinkelfehler beseitigen läßt, so kann
man zunächst
wie folgt vorgehen.
-
Ausgehend
von der vereinfachenden Annahme, daß sich die Lage der Zugstränge 11 nur
entlang der Länge
des Antriebsriemens 6 ändert,
kann man anhand der Phasenlage des Maximums des gemessenen Drehwinkelfehlers
bestimmen, an welcher Stelle der Lauffläche 7 Material abgetragen
werden muß,
damit die Abstandsschwankungen zwischen den Zugsträngen 11 und
der Lauffläche 7 zumindest verringert
werden. Durch aufeinanderfolgenden Materialabtrag, z. B. durch Schleifen
des Antriebsriemens 6 mit geringer Zustellung und nachfolgendem Messen
des Drehwinkelfehlers nähert
man sich schrittweise dem Zustand, daß der Drehwinkelfehler einen
tolerierbaren Wert unterschreitet.
-
Das
obige Verfahren wird dann bei einer Anzahl von Antriebsriemen des
gleichen Typs durchgeführt,
wobei die genaue Art und Weise des Materialabtrags beibehalten wird
und nur der Ort und die Tiefe des Materialabtrags variiert werden.
-
Eine
bevorzugte Art des Materialabtrags ist die, daß dessen Tiefe entlang der
Länge des
Antriebsriemens 6 entsprechend einer Sinuskurve verändert wird,
welche eine der Länge
des Antriebsriemens 6 entsprechende Periode aufweist, da
damit bereits der Hauptanteil des durch die genannten Abstandsschwankungen
verursachten Drehwinkelfehlers kompensiert wird.
-
Für jeden
bis zur Beseitigung des Drehwinkelfehlers bearbeiteten Antriebsriemen 6 werden
der anfängliche,
in erster Näherung
sinusförmige
Drehwinkelfehler, der durch seinen Betrag und seine Phase angegeben
werden kann, und der Ort und die Tiefe des effektiven Materialabtrags
nach der Beseitigung des Drehwinkelfehlers festgehalten.
-
Eine
genügende
Anzahl dieser Werte bildet eine Tabelle von Erfahrungswerten, aus
der anschließend
abgelesen werden kann, an welcher Stelle und in welchem Umfang ein
Materialabtrag an einem Antriebsriemen 6 des untersuchten
Typs erfolgen muß, damit
der gemessene Drehwinkelfehler vollständig beseitigt wird. Auf diese
Weise läßt sich
die Fehlerbeseitigung sehr rationell durchführen.
-
Damit
die Steuereinrichtung 13 die oben beschriebenen Vorgänge ganz
oder teilweise selbsttätig
durchführen
kann, empfängt
sie die Triggerimpulse des Positionsgebers 8 sowie Signale
von der Auswerteeinrichtung 10, die den Drehwinkelfehler
des gerade aufgespannten Antriebsriemens 6 angeben, und
steuert den Antriebsmotor 3 und die Antriebs- und Verstelleinrichtung 15 entsprechend.
-
Wie
bereits erwähnt
wurde, sind die tatsächlichen
Verhältnisse
im Antriebsriemen 6, die zu Drehwinkelfehlern führen, relativ
komplex. Bei Antriebsriemen, die mittels endlos gewickelter Zugstränge aufgebaut
sind, führt
eine körperliche
Veränderung
der angegebenen Art insbesondere durch eine Materialabtragung an
der Lauffläche
des Antriebsriemens zum gewünschten
Erfolg. Bei Antriebsriemen mit andersgearteten Verstärkungsmitteln
kann insbesondere auch im Hinblick auf die technische Durchführung der
körperlichen
Veränderung
eine Materialabtragung am Riemenrücken zweckmäßig sein.
-
Während der
Antriebsriemen 6 im oben beschriebenen Beispiel in dem
gleichen Zustand geschliffen wird, in dem er in der Meßeinrichtung 1 aufgespannt
ist, ist es gemäß einer
zweiten Ausführungsform
vorgesehen, den Antriebsriemen 6 außerhalb der Meßeinrichtung
zu schleifen.
-
Hierzu
wird der Antriebsriemen 6 im Anschluß an seine Vermessung mittels
der Meßeinrichtung 1 auf
eine kreiszylindrische Mantelfläche
der Aufnahmevorrichtung 17 aufgespannt, die in 4 schematisch
dargestellt ist und nachstehend beschrieben wird.
-
Eine
zur Zylinderachse 20 der Mantelfläche achsparallel angeordnete
rotierende Schleifscheibe 18 ist in Richtung eines Pfeils
R auf die Lauffläche 7 des
die Mantelfläche
umspannenden Antriebsriemens 6 zu und davon weg verstellbar.
-
Eine
Drehachse 19 der Aufnahmevorrichtung 17 ist gegenüber der
Zylinderachse 20 der Mantelfläche verstellbar und wird in
einer bestimmten Position in bezug auf die Zylinderachse 20 fixiert,
so daß der
Antriebsriemen 6 bei einer Rotation der Aufnahmevorrichtung 17 unter
gleichzeitiger Zustellung der Schleifscheibe 18 ein in
seiner Längsrichtung
sinusförmiges
Schleifprofil erhält.
-
Für die richtige
Phasenlage des Antriebsriemens 6 ist natürlich auch
die Aufspannposition wichtig, die mit Hilfe der Markierung 9 von 3 festgelegt
werden kann. Da die Materialabtragung an der Lauffläche 7 zu
erfolgen hat, ist der Antriebsriemen 6 gewendet auf die
genannte Mantelfläche
aufgespannt.
-
Die
Einstellparameter der Aufnahmevorrichtung 17, welche die
Position und die Tiefe des Schleifprofils bestimmen, das zur Beseitigung
des zuvor gemessenen Drehwinkelfehlers erforderlich ist, werden
wie in der ersten Ausführungsform
experimentell ermittelt und in der Folge dazu verwendet, weitere
Antriebsriemen dieses Typs nach dem Messen in einem Zug fertigzuschleifen.