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Verfahren und Einrichtung zur Erzielung konstanter Schnittgeschwindigkeit
bei Schleifmaschinen, insbesondere Innenschleifmaschinen Ebenso wie bei jeder anderen
spanabhebenden Werkzeugmaschine ist auch bei der Schleifmaschine die Leistung von
der Schnittgeschwindigkeit des Werkzeuges, hier also der Umfangsgeschwindigkeit
der Schleifscheibe, abhängig. Je höher diese ist, desto größer ist bekanntlich auch
die Leistung. Da aber der Durchmesser der Schleifscheibe durch den beim Schleifen
auftretenden natürlichen Verschleiß, d. h. durch das Ausbrechen der Schleifkörner
und durch das Abrichten, abnimmt, verringert sich auch, wenn keine Änderung der
Drehzahl erfolgt, die Umfangs-und damit die Schnittgeschwindigkeit und infolgedessen
die Leistung. Eine Leistungsänderung tritt auch in den Fällen ein, wo statt der
bisherigen andere Abmessungen geschliffen werden und daher mit Schleifscheiben anderen
Durchmessers gearbeitet wird, aber eine dementsprechende Änderung der Drehzahl der
Schleifspindel nicht erfolgt.
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Soll der Nachteil der Leistungsänderung in den vorstehend genannten
Fällen vermieden werden, dann muß also für eine Änderung der Drehzahl und damit
für eine konstante Schnittgeschwindigkeit Sorge getragen werden. Nun ist die Aufrechterhaltung
einer konstanten Schnittgeschwindigkeit bei Werkzeugmaschinen durch Änderung der
Antriebsdrehzahl an sich bekannt. So wird z. B. bei Schleifmaschinen die Drehzahl
der Schleifscheibe je nach ihrem Durchmesser über ein Keilriemengetriebe eingestellt,
das durch Verschieben der Werkstückauflage bei der Verringerung ihres Abstandes
gegenüber dem Schleifscheibenumfang
geschaltet wird. Diese Regelung
erfolgt aber weder selbsttätig noch kontinuierlich, sondern von Hand und absatzweise,
indem nämlich die Werkstückauflage mit der Hand in Richtung gegen den Schleifscheibenumfang
verschoben wird, wenn der Abstand zwischen beiden zu groß geworden ist. Dabei findet
das Verschieben bzw. Verstellen. des Keilriemengetriebes über eine zwischengeschaltete
Zahnradübersetzung statt.
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Ferner ist eine stufenlose Drehzahlregelung durch Verschieben des
Werkzeuges bei Drehbänken bekannt. Hierbei wird der Motor; der den Werkzeugträger
antreibt, stufenlos mittels einer Elektronensteuerung geregelt, so daß beim Drehen
verschiedener Durchmesser durch die Verschiebung des Drehstahlträgers eine selbsttätige
Drehzahlregelung des Werkstückträgers und damit Konstanthaltung der Umfangsgeschwindigkeit
des Werkstückes und infolgedessen der Schnittgeschwindigkeit erreicht wird.
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Bei diesen bekannten Regelungen wird die Drehzahl aber immer proportional
der Verstellung der Werkstückauflage oder des Werkzeugschlittens verändert. Sie
eignen sich daher nicht für Innenschleifmaschinen, da hier, wo der Durchmesser der
Schleifscheiben der Bohrung des Werkstückes angepaßt werden muß, also innerhalb
des Arbeitsbereiches der Maschine eine große Vielzahl von Schleifscheibendurchmessern
und damit Schleifspindeldrehzahlen benutzt wird, die Wege, um die die Schleifspindel
verschoben wird, bei gleicher prozentualer Schleifscheibenabnutzung bei großem Schleifscheibendurchmesser
verhältnismäßig groß und bei kleinem Schleifscheibendurchmesser außerordentlich
klein werden. Andererseits ist aber wiederum die absolute Drehzahlerhöhung beim
Verschleiß einer großen Schleifscheibe verhältnismäßig klein verglichen mit der
Drehzahlerhöhung bei einer kleinen Schleifscheibe, wenn bei dergleichen prozentualen
Durchmesserabnahme die Umfangsgeschwindigkeit konstant bleiben soll.
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Diesen Schwierigkeiten trägt nun die Erfindung, die die Nachteile
der bekannten Regelungen vermeidet, dadurch Rechnung, daß die bei. der Änderung
der Schleifscheibendurchmesser auftretende Veränderung des Abstandes der Schleifspindelachse
von der. Werkstückachse zu einer kontinuierlichen stufenlosen Regelung des Werkzeugantriebes
auf konstante Umfangsgeschwindigkeit benutzt wird. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß
die Lageveränderung bzw. Verschiebung des Werkzeugträgers oder -schlittens über
eine Zwischenübersetzung auf einen Regler übertragen, der seinerseits bei gleicher
prozentualer Abnutzung sowie gleicher Drehzahländerung und verschieden großen Verstellwegen
der Schleifspindel eine konstante Umfangsgeschwindigkeit aufrechterhält. Diese Verstellung
ist unabhängig von dem Ausgangsdurchmesser der verwandten Schleifscheiben, die verschiedene
Größe haben können, je nach den vorliegenden Bedingungen.
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Die Regelung der Drehzahl im Sinne der Erfindung kann in allen Fällen
durch Änderung der Stromspannung und/oder Stromfrequenz des Antriebsmotors . erfolgen.
Im ersteren Falle wird ein Gleichstrommotor -und. -im zweiten Fall eine elektronengesteuerte
Frequenzregelung mit Drehstrommotor verwendet. Die zuletzt genannte Regelung eignet
sich besonders dort, wo mit großen Geschwindigkeiten gearbeitet werden muß, wie
z. B. beim Schleifen von kleinen Bohrungen, wozu, wenn wirtschaftliche Schnittgeschwindigkeiten
erzielt werden sollen, so hohe Drehzahlen erforderlich sind, daß sie mit einem Gleichstrommotor
nicht erzeugt werden können. Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
Es zeigt Fig. x ein Schaubild, das die Änderungen der Drehzahl in Abhängigkeit vom
Schleifscheibendurchmesser bei konstanter Umfangsgeschwindigkeit erkennen läßt,
Fig. 2 bis 4. Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen der Regelvorrichtungen
nach der Erfindung.
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Wie das Schaubild nach Fig. x erkennen läßt, muß, wenn die Umfangsgeschwindigkeit
der Schleifscheibe konstant bleiben soll, die im Beispiel mit 35 m/sec angenommen
ist; bei der Abnahme des Schleifscheibendurchmessers von 8o auf 48 mm, also um 40
°/a, die Drehzahl von 85oo auf 1q. 000 Umdr./min und bei einem. Schleifscheibendurchmesser
von 2o mm bei 40 °/o Abnahme von 34 ooo auf 56 ooo Umdr./min steigen. Daraus folgt,
.daß bei gleicher prozentualer Schleifscheibenabnutzung der Weg, um den die Schleifscheibenspindel
in Richtung auf das Werkstück verschoben werden muß, bei großem Schleifscheibendurchmesser
verhältnismäßig groß, nämlich gemäß Beispiel
und bei kleinem Schleifschebendurchmesser klein ist, und zwar im Beispiel
Ferner ergibt sich, daß die absolute Drehzahlerhöhung beim Verschleiß einer großen
Schleifscheibe verhältnismäßig klein im Vergleich zu der Drehzahlerhöhung bei einer
kleinen Schleifscheibe zu sein braucht, wenn bei der gleichen prozentualen Durchmesserabnahme
die Umfangsgeschwindigkeit konstant bleiben soll.
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In Fig.2 ist nun schematisch ein Ausführungsbeispiel einer unter Berücksichtigung
dieser Verhältnisse ausgebildeten Regeleinrichtung nach der Erfindung dargestellt.
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Hiernach ist eine mit ihrem einen Ende am Maschinenbett z drehbar
gelagerte Schwinge 2 vorgesehen, die-rnit. ihrem'°-anderen Ende am Schleifspindelschlitten
3 mittels eines Längsschlitzes q. angelenkt ist. Die Schwinge 2 weist außerdem einen
großen Längsschlitz 5 auf, dessen Rand eine nach den verschiedenen Schleifscheibendurchmessern
geeichte Skala besitzt. Die Schwinge 2 steht über eine Schubstange 6 mit einem Zahnrad
7 in Verbindung. Die Schubstange 6, - welche mit ihrem einen Ende drehbar mit dem
Zahnrad 7 verbunden ist, ist mit ihrem anderen Ende in dem Schlitz 5 der Schwinge
a verschiebbar und feststellbar. Das Zahnrad 7 wirkt über ein Zahnrad 7' und gegebenenfalls
weitere nicht dargestellte Übersetzungen auf einen Regler B. Ferner ist ein Regler
9 vorgesehen. Außerdem gehört zu der Einrichtung ein in der Zeichnung nicht dargestellter,
an
sich bekannter elektronengesteuerter Frequenzregler, dem die beiden als Widerstandsregler
ausgebildeten Regler 8, g vorgeschaltet sind. Der Stellknopf 8' des Reglers 8 hat
eine Nullmarkierung io, während der Stellknopf des Reglers g eine Skaleneinteilung
g' aufweist, die die verschiedenen Schleifscheibendurchmesser angibt. Ferner ist
eine feststehende Markierung ii vorgesehen. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist
folgende: Angenommen, die Schleifscheibe arbeitet mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit
von 35 misec, die sich auch dann nicht ändern soll, wenn der Schleifscheibendurchmesser
infolge der Abnutzung abnimmt. Beim Einrichten der Maschine wird zuerst die Schubstange
6 mit ihrem in der Schwinge 2 sitzenden Ende so verschoben, daß dieses auf den dem
Schleifscheibendurchmesser entsprechenden Skalenstrich kommt. Hierauf wird das Schubstangenende
in der Schwinge 2 in dieser Stellung festgeklemmt. Während dieser Einstellung wird
über das mit der Schubstange 6 verbundene Getriebe 7, 7' der Regler 8 verschoben,
und zwar so, daß infolge der gegenseitigen Lageabstimmung von Schleifscheibenschlitten
3, Schwinge 2, Schubstange 6 und Regler 8 der Reglerknopf 8' mit seinem Nullpunkt
senkrecht steht, wie in der Fig. 2 dargestellt ist. Dann wird der Regler g auf den
Durchmesser der Schleifscheibe eingestellt, was durch Drehen des Reglerknopfes geschieht,
wodurch der betreffende Skalenstrich der Skala g' unter die .Markierung ii gelangt.
Dadurch ist der elektronengesteuerte Frequenzregler so eingestellt, daß der Antriebsmotor
der Schleifspindel eine der gewünschten Umfangsgeschwindigkeit von 35 m/sec entsprechende.
Drehzahl erteilt. Nutzt sich die Schleifscheibe im Verlauf des Arbeitens ab, dann
verschiebt sich der Schlitten 3, z. B. nach rechts, da infolge des kleineren Schleifscheibendurchmessers
die Schleifspindel näher an das Werkstück herangerückt ist. Bei dem hiermit verbundenen
Verschieben des Schlittens 3 nach rechts wird das Zahnrad 7 über die Schubstange
6 um einen bestimmten Winkel gedreht und verstellt den Regler 8 über das Zahnrad
7', wodurch die durch den Regler g zu Beginn des Arbeitens eingestellte Gitterspannung
des Frequenzreglers und damit die Drehzahl des Antriebsmotors derart geändert wird,
sich im vorliegenden Fall erhöht, daß trotz der erfolgten Abnahme des Schleifscheibendurchmessers
infolge der Abnutzung die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe von 35 m;sec
aufrechterhalten, also konstant bleibt.
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In den Fällen, wo die Verstellwege des Schlittens 3 sehr klein sind,
wie z. B. bei sehr kleinem Schleifscheibendurchmesser und auch dann, wenn eine größere
Grobverstellung des Schlittens 3 vorgenommen werden muß, beispielsweise beim Schleifen
kegeliger Bohrungen, wird vorteilhaft das Getriebe nach Fig. 2 in der Abänderung
nach Fig. 3 benutzt. Hierbei ist zwischen dem oberen Ende der Schwinge 2 und dem
Schleifspindelschlitten 3 eine Übersetzung eingeschaltet, die aus einem Ritzel 12,
das mit einer am Schlitten 3 sitzenden Zahnstange 13 kämmt und einem auf der Ritzelwelle
befestigten, in eine Zahnstange 15 eingreifenden Zahnrad 14. besteht. Die Zahnstange
15 ist in Längsrichtung verschiebbar und hat einen Längsschlitz oder eine Längsnut
16, in der das obere Ende der Schubstange 2 ver- und feststellbar geführt ist. Das
untere Ende der Schwinge 2 ist über einen Lenker 17 mit dem Maschinengestell i verbunden.
Die Regleranordnung entspricht der nach Fig. 2. Infolge der vorgesehenen Übersetzung
wird der Regler 8 auch dann verstellt, wenn der Schleifspindelschlitten sich nur
um sehr kleine Strecken verschiebt. Die Übersetzung gewährleistet eine ausreichende
Winkeldrehung des Zahnrades 7, das über das Zahnrad 7' den Regler 8 verstellt. Beim
Einrichten der Maschine wird der Schlitten ,3 vielfach um größere Beträge verstellt
werden müssen, da das Verhältnis des Schleifscheibendurchmessers zur Bohrung starken
Schwankungen unterliegt. Ebenso findet eine Verstellung des Schlittens 3 beim Schleifen
von Ziegeln um größere Beträge statt. In solchen Fällen muß die Schwinge 2 dann
entsprechend in der Nut 16 der Zahnstange 15 verstellt und festgeklemmt werden.
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Fig. q. zeigt eine weitere Abänderung der Regeleinrichtung. Während
bei den beiden vorstehend beschriebenen Regeleinrichtungen zwei Widerstandsregler
8, g vorgesehen sind, von denen der Regler g zum Einstellen der Drehzahl der neuen
Schleifscheibe und der Regler 8 zum Ausgleich der Abnahme der Umfangsgeschwindigkeit
dient, die infolge der während des Arbeitens auftretenden Schleifscheibenabnutzung
sonst eintreten würde, ist jetzt noch ein dritter Widerstandsregler 18 vorgesehen,
über den nach Wunsch die Drehzahl und damit die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe
geändert werden kann.
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Für ein wirtschaftliches Arbeiten sind, je nach der Schleifscheibenqualität,
unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten möglich. Ferner sind die Höchstgeschwindigkeiten,
mit denen eine Schleifscheibe arbeiten darf, aus Festigkeitsgründen festgesetzt.
Zur Einstellung der gewünschten bzw. möglichen Umfangsgeschwindigkeit dient der
dritte Widerstandsregler 18.
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Die Ausführung der Einrichtung kann dabei folgendermaßen sein: Die
beiden Widerstandsregler 8, g sind so ausgeführt und arbeiten ebenso wie bei den
Ausführungen nach Fig. 2 und 3. Um den Stellknopf des Reglers g ist der Stellknopf
des Reglers 18 angeordnet, der in Form einer Skala ausgebildet sein kann, die verschiedene
Umfangsgeschwindigkeiten angibt. Ferner ist ein als Fenster ig ausgebildeter feststehender
Nullpunkt vorgesehen, unter dem die Skala des Stellknopfes des Reglers 18 sich beim
Verstellen vorbeibewegt.
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In weiterer Abänderung ist die Schubstange 6 als Zahnstange ausgebildet
und arbeitet unmittelbar auf das Zahnrad 7' des Reglers 8, wodurch das Zahnrad 7
wegfällt und damit die beim Antrieb einer Kurbel, wie sie in Fig. 2 und 3 dargestellt
ist, auftretende sinusförmige Bewegung. Das untere Ende der Schwinge 2 ist wieder
über einen Lenker 17 mit dem Maschinengestell i verbunden. Die Zwischenübersetzung
zwischen dem Schlitten 3 und dem oberen Ende der Schwinge 2 entspricht der nach
Fig. 3.
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Das Einrichten der Maschine geht mit der Ausführung nach Fig. 4 folgendermaßen
vor sich.
_ Zunächst wird die Verbindung zwischen der Schubstange
6, der Schwinge 2 und der Zahnstange i5 gelöst. Danach wird der Schlitten 3 so weit
verschoben, daß die Schleifscheibe ihre Arbeitsstellung erreicht. Sodann wird der
Regler 8 auf seine Nullstellung gedreht und nunmehr die Schwinge 2 mit der Zahnstange
15 fest verbunden sowie die Schubstange 6 nach der Skala auf der Schwinge 2 auf
den benutzten Schleifscheibendurchmesser eingestellt und hier festgeklemmt. Dabei
ist die Schwinge @2, um den sie mit der Zahnstange 15 verbindenden Bolzen drehbar
und die Schubstange 6 um ihren in der Schwinge 2 festgeklemmten Bolzen schwenkbar.
Nun wird der Regler g auf den Durchmesser der benutzten Schleifscheibe gestellt,
was durch Drehen seines Stellknopfes erfolgt, wodurch die Zahl, deren Angabe dem
Schleifscheibendurchmesser entspricht, unterhalb dem als Nullpunkt dienenden Fenster
ig bzw. dem daran sitzenden Zeigerstrich ii zu liegen kommt. Im Beispiel ist es
die Zahl 2o. Dann wird der Stellknopf des Reglers 18 so gedreht, daß die die gewünschte
Umfangsgeschwindigkeit anzeigende Zahl, z. B. 35, unter das Fenster ig gelängt.
Damit ist die Einstellung beendet. . Sie besagt nach dem Beispiel; daß die Maschine
bei einer Schleifscheibe von 2o mm Durchmesser auf eine Drehzahl eingestellt ist,
die einer Umfangsgeschwindigkeit von 35 m/sec entspricht. Ändert sich nun der Schleifscheibendurchmesser
während des Arbeitens infolge der dabei auftretenden Abnutzung, dann wird der Regler
8 durch die Schlittenbewegung über das eingeschaltete Getriebe 12, 1q,, 15, 2, 6,
7' verstellt. Sein Widerstand ändert sich, wodurch sich der Gesamtwiderstand, der
sich aus dem aller drei Regler zusammensetzt, ebenfalls ändert und eine Veränderung
der Gitterspannung des elektronengesteuerten Frequenzreglers bewirkt, wodurch die
Drehzahl des Antriebsmotors so beeinflüßt, im vorliegenden Beispiel erhöht, wird,
daß die ursprünglich eingestellte Umfangsgeschwindigkeit von z. B. 35 m/sec trotz
der Schleifscheibenabnutzung konstant bleibt: Soll mit einer anderen Umfangsgeschwindigkeit
gearbeitet werden, dann wird diese durch Verstellen des Reglers 18 in dem beschriebenen
Sinne eingestellt, d. h. der Reglerknopf so gedreht, daß die auf seiner Skala befindliche,
der neuen Umfangsgeschwindigkeit entsprechende Zahl, z.. B. 40, unter das Fenster
x9 kommt. Damit ist dann der Antriebsmotor auf eine Drehzahl eingeregelt, die der
Umfangsgeschwindigkeit von 40 m/sec entspricht. Das Einstellen auf einen neuen Schleifscheibendurchmesser
erfolgt unabhängig davon durch Drehen des Stellknopfes des Reglers g, bis die den
neuen Durchmesser anzeigende Zahl unterhalb des Fensters ig in Linie mit dem Zeiger
ii liegt.
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Das Einregeln der günstigsten Ausgangsdrehzahl und damit der wirtschaftlichsten
Umfangsgeschwindigkeit für die verschiedenen Schleifscheibendurchmesser erfolgt
also nach wie vor durch den hierauf geeichten Regler g. Der Regler 18 dient dazu,
um die Drehzahl und damit die Umfangsgeschwindigkeit bei gleichem Schleifscheibendurchmesser
zu ändern, was nicht möglich wäre, wenn nur die beiden Regler 8, g vorhanden sind,
da der Regler 9 für einen bestimmten Schleifscheibendurchmesser nur die Einregelung
einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit gestattet, während der Regler 8 diese aufrechterhält.
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Um eine unbefugte Verstellung der Regler zu verhindern, werden ihre
Stellknöpfe zweckmäßig in einem verschließbaren Gehäuse untergebracht und können
außerdem noch so beschaffen sein, daß sie nur mittels eines besonderen Schlüssels
gedreht werden können. Ist die Maschine einmal eingerichtet, dann wird das Gehäuse
abgeschlossen, so daß jetzt kein Unberufener eine Verstellung vornehmen kann.