-
Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines in einem bestimmten
Abstand wiederholbaren Arbeitsganges.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung eines in bestimmtem Abstand wiederholbaren Arbeitsganges an einem
kontinuierlich erstellten Werkstück, bei dem das Bearbeitungswerkzeug von der durch
stetiges Zurückfahren nach einem Arbeitsgang eingenommenen Wartestellung in Bewegungsrichtung
des Werkstücks geführt und in gleiche Geschwindigkeit mit ihm gebracht wird und
im Gleichlauf der beiden Geschwindigkeiten ein Impuls abgegeben wird, welcher den
Bearbeitungsvorgang des Werkzeuges auslöst.
-
Bei den Maschinen zur Durchführung eines im bestimmten Abstand wiederholbaren
Arbeitsganges wird ein Werkstück, wie beispielsweise eine Zierleiste, kontinuierlich
gefertigt, wobei das Werkstück, um eine rationelle Produktion zu ermöglichen, im
kontinuierlichen Ablauf durch ein Werkzeug zusätzlich bearbeitet wird. Die Bearbeitung
kann ein Ablängen des Werkstücks und/oder Anbringen von Verformungen, wie Durchbrüche,
Eindrücke oder Verformungen eines oder beider Enden sein. Bei Werkstücken, die mit
einer geringen Geschwindigkeit
gefahren werden, läßt sich der Bearbeitungsvorgang,
beispielsweise das Ablängen, genauer durchführen als wenn mit höherer Geschwindigkeit
gefahren wird. Bei hohen Stückzahlen ist es aber zwingend notwendig, hohe Geschwindigkeiten
zu fahren, weil mehrere Anlagen aus Kosten- und Platzgründen einfach nicht wirtschaftlich
vertretbar sind. Es bleibt daher zunächst nichts anderes übrig, als die sich insbesondere
aus der hohen Produktionsgeschwindigkeit aufbauende Ungenauigkeit der Werkstücklänge
hinzunehmen.
-
Die Ungenauigkeit der Länge hat bei den bekannten Maschinen unterschiedliche
Gründe, die dazu meist nicht einzeln, sondern in einer Kombination auftreten und
deren Ursachen nicht oder nur sehr schwer kontrollierbar und darüberhinaus mit bekannten
Mitteln nicht abstellbar sind.
-
Nachteilig wirkt sich beispielsweise ein unterschiedliches Drehmoment
an der Abwickelhaspel aus, welches sich teilweise aus dem sich abbauenden Rollendurchmesser
und den Schwankungen der Bremse aufbaut. Fernerhin ist eine materialabhängige Reckung
während des Verformungsvorganges anzuführen, die eine Geschwindigkeitsänderung des
Werkstückes ergibt und erfahrungsgemäß, je nach Material, bis zu 7 % betragen kann.
Es ist auch festgestellt worden, daß ungleiche Schmierverhältnisse während des Verformungsvorganges
zu einem Schlupf führen, der aus der unterschiedlichen Reibung herrührt. Bei Maschinen,
insbesondere Profiliermaschinen, die mit einem hydraulthen Antrieb ausgerüstet sind,
führt die unterschiedliche öltemperatur in den Antriebsaggregaten zu geänderten
Geschwindigkeiten während des normalen Fahrbetriebes. Dieser Nachteil vervielfältigt
sich, wenn, wie es zumeist der Fall ist, mehrere Hydraulik-Aggregate einer Produktionsvorrichtung
zugeordnet
sind, beispielsweise wenn auch die Verformung bzw.
-
Ablängeinrichtung hydraulisch betätigt wird. Größer als bei den vorerwähnten
Vorrichtungen sind die Längendifferenzen bei Maschinen, die mechanisch betätigte
Arbeitsgänge ausführen, beispielsweise dann, wenn der Anschlag ausschließlich mechanisch
wirkt. Bei diesen Vorrichtungen wird zumeist auch eine größere Betätigungskraft
benötigt, die bei mit schwachem Querschnitt ausgebildeten Werkstücken nicht immer
vorhanden ist, so daß diese teilweise gestaucht oder sonstwie verformt werden; sie
verursachen außerdem einen größeren Rückstau.
-
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung eines in bestimmtem Abstand wiederholbaren Arbeitsganges an einem
kontinuierlich erstellten Werkstück zu schaffen, die die vorerwähnten Nachteile
nicht aufweisen und unabhängig von allen maschinellen und materialbedingten Einflüssen,
auch bei mit großer Geschwindigkeit gefahrenen Werkstücken, einen äußerst genauen
Bearbeitungsabstand wiederholbar zu halten.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß zur Einstellung des vorbestimmten Abstandes für den Bearbeitungsvorgang am Werkstück
zwei Regelkreise vorgesehen sind, von denen ein Regelkreis als Hauptregelkreis und
der andere Regelkreis als Kontroll- bzw.
-
Nebenkreis angeordnet ist, wobei die Ergebnisse der Regelkreise in
einer Vergleichsstelle ausgewertet werden und daß bei einer Übereinstimmung der
Werte beider Regelkreise Impulse freigegeben werden, die die konstante Länge für
das Werkstück über Regelgeräte an der Vorrichtung einregeln und so lange sichern,
bis der Schaltimpuls für die Betätigung des Bearbeitungsvorganges ausgenutzt ist.
-
Die Beschickung einer Vergleichsstelle mit zwei Regelkreisen ergibt
eine erfahrungsgemäß bisher nicht erreichte Genauigkeit in bezug auf die Länge des
Werkstückes oder Verformungen an ihm, weil die Übereinstimmung der Werte beider
Regelkreise ausgenutzt wird, den Schaltimpuls für die Betätigung des Arbeitsvorganges
auszulösen.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein durch Federbelastung
in eine Ausgangsstellung zurückgeführter und einem Hauptschlitten fest zugeordneter
Anschlag durch einen ankommenden Festpunkt am Werkstück entgegen der Federwirkung
in Produktionsrichtung mitgenommen, wobei die Bewegungsdauer und die Durchzugsgeschwindigkeit
von einem Wegaufnehmer aufgenommen werden, der einerseits Signale für den Hauptregelkreis
liefert, die einem Regelgerät für die Bewegung des Hauptschlittens zugeführt werden
und andererseits Signale für die Vergleichsstelle liefert, die ihrerseits einmal
zur Bewegung des Nebenschlittens und die weiterhin als Vergleich mit anderen Signalen
herangezogen werden, die von einem weiteren Wegaufnehmer ausgehen, deren Meßwerte
aus der Bewegung des Nebenschlittens aufgebaut werden und die dann als Bemessungsgrundlage
für den Schaltimpuls aus der Übereinstimmung der aus den beiden Kreisen aufgebauten
Werten für das Bearbeitungswerkzeug dienen.
-
Wie aus den Begriffen der angeführten Geräte hervorgeht, handelt es
sich um eine elektrische bzw. elektronische Anordnung der Regelkreise und des Schaltkreises.
Die daraus sich ergebenden äußerst kurzen Schaltsignale tragen dazu bei, die Genauigkeit
unabhängig von äußeren Einflüssen während des gesamten Produktionsablaufes zu erzielen
und über eine gewisse Zeitdauer zu halten.
-
Es ist ebenfalls möglich, daß ein durch Federbelastung in eine Ausgangsstellung
zurückgeführter und einem Hauptschlitten fest zugeordneter Anschlag durch einen
ankommenden Festpunkt am Werkstück entgegen der Federwirkung in Produktionsrichtung
mitgenommen wird, wobei das Auftreffen und die Bewegungsdauer von einem Wegaufnehmer
aufgenommen werden, der einerseits Signale für die Vergleichsstelle liefert, die
ihrerseits einmal zur Bewegung des Nebenschlittens herangezogen werden und der weiterhin
Signale liefert, die als Vergleich mit anderen Signalen herangezogen werden, die
von einem weiteren Wegaufnehmer ausgehen, dessen Meßwerte aus der Bewegung des Nebenschlittens
aufgebaut werden und die die Bemessungsgrundlage für die Nachführung des Nebenschlittens
zum Aufbau und zur Einhaltung des konstanten Abstandes zum Hauptschlitten bilden
und andererseits Signale zur Auslösung eines Schwellwertschalters aufbaut und an
den Schaltkreis abgibt, ferner Signale für den Hauptregelkreis liefert, die einem
Regelgerät für die Bewegung des Hauptschlittens zugeführt werden.
-
Während sich bei den eingangs beschriebenen Ausführungen der Impuls
für das Bearbeitungswerkzeug aus der Übereinstimmung der beiden Regelkreise aufbaut,
wird bei der vorgenannten Ausführung der Impuls für das Bearbeitungswerkzeug vorgegeben
und über einen Zeitpunkt gehalten, in dem mit Sicherheit die Regelkreise die konstante
Länge der Bearbeitungsmerkmale aufrechterhalten. Eine solche Ausführungsform ist
im Aufbau einfacher, wobei erfahrungsgemäß keine der angeführten Nachteile mehr
auftreten. Es ist beispielsweise möglich, selbst bei extremen Längen von zwei Metern,
von Merkmal zu Merkmal und einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 32 m/min eine
ständige Maßgenauigkeit von +- l/lo mm zu erreichen.
-
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, bei der sowohl
der Anschlag für den Anfang des Werkstücks als auch das Bearbeitungswerkzeug für
das Ende der Länge des Werkstücks einem in Laufrichtung des Werkstücks bewegbaren
und schlittengeführten Gerüst zugeordnet sind, wobei der Anschlag an dem Gerüst
einstellbar angeordnet und das Bearbeitungswerkzeug von einem ebenfalls in Laufrichtung
des Werkstücks geführten und vom Gerüst getragenen Hauptschlitten aufgenommen ist,
derart, daß der Soll-Wert der Länge des Werkstücks zwischen Anschlag und der durch
das Werkzeug zu bildenden Verformung liegt und der das Werkzeug tragende Nebenschlitten
um den zurückweichenden Wert des Anschlages im Abstand zum Anschlag dem jeweiligen
Ist-Wert durch einen Regler zur Einhaltung einer den Soll-Wert betreffenden Abstandskonstante
beeinflußbar ist.
-
Der besondere Vorteil einer solchen Vorrichtung besteht in dem schlittengeführten
hin- und herbewegbaren Gerüst, welches bei einem Takt in Produktionsrichtung geführt
und in der letzten Bewegungsphase, zumindest im Bereich des zurückweichenden Anschlages,
geschwindigkeitsgleich mit dem Werkstück gebracht wird.
-
Eine besonders sicher arbeitende Vorrichtung wird erreicht, wenn der
dem Gerüst zugeordnete Anschlag in bezug auf das Gerüst in Produktionsrichtung zurückweichend
und federbelastet in Richtung auf die Wartestellung ausgebildet ist. Der Anschlag
mit seiner Führung ist nämlich in bezug auf das Gerüst ein relativ leichtes Bauteil,
welches schneller und leichter vom Produktionsgegenstand auf Produktionsgeschwindigkeit
gebracht werden kann; außerdem sind die Regel- und Bewegungsaggregate baulich kleiner
und konstruktiv einfacher als es für das schwere Gerüst notwendig wäre.
-
Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß sowohl der Hauptschlitten als
auch der Nebenschlitten über je einen Hydraulik-Zylinder lagerveränderbar und die
Hydraulik-Zylinder über je ein von einem Hydraulik-Aggregat gespeisten Servo-Ventil
hin- und herbewegbar sind, so daß auch spezifisch schwerere Maschinenteile leicht
in beide Richtungen bewegt werden können und sich dadurch der Arbeitstakt zeitlich
stark verkürzen läßt.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Servo-Ventile
für die Hydraulik-Zylinder des Haupt-und Nebenschlittens elektrisch bzw. elektronisch,
insbesondere unter Zwischenschaltung je eines Proportional-Verstärkers gesteuert.
Die elektrisch bzw. elektronisch betriebenen Einrichtungen, insbesondere unter Zwischenschaltung
von Proportional-Verstärkern, ergeben die Möglichkeit, die Arbeitstakte noch weiter
zu verkürzen.
-
Eine Weiterbildung der Vorrichtung, um diese insbesondere noch schneller
zu machen und die konstante Länge noch sicherer einzuhalten, wird erreicht, wenn
die elektronische bzw. elektrische Steuerung in der primären Anlage von Wegaufnehmern
gebildet ist, wobei ein Wegaufnehmer dem vom Hauptzylinder beeinflußten Gerüst und
der andere Wegaufnehmer dem das Bearbeitungswerkzeug tragenden Nebenzylinder zugeordnet
ist und in der sekundären Anlage aus einer die Werte der Wegaufnehmer verarbeitenden
Vergleichsstelle besteht.
-
Damit das Bearbeitungswerkzeug auch auf die kurzen Arbeitstakte der
eigentlichen Vorrichtung abgestimmt wird, ist es notwendig, dem Bearbeitungswerkzeug
eine angepaßte arbeitstechnisch kurze Geschwindigkeit zu geben und ein dektro-hydraulisch
betätigbares Magnetventil vorzusehen, welches das Bearbeitungswerkzeug steuert.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuerung des Magnetventils
für das Bearbeitungswerkzeug über einen vom Anschlag ausgelösten Schwellwertschalter,
insbesondere unter Zwischenschaltung eines Zeitgliedes, gebildet.
-
Es ist aber auch möglich, die Steuerung des Magnetventils für das
Bearbeitungswerkzeug über einen von der Vergleichsstelle gebildeten Schaltimpuls
auslösbar zu gestalten.
-
Beispielsweise dann, wenn der eigentliche Arbeitstakt des Bearbeitungswerkzeuges
am Herstellungsprodukt etwas länger als nur ein kurzer Stanztakt dauert, wie bei
einem Säge- oder Fräsvorgang, erweist es sich als zweckmäßig, daß in den Steuerkreis
der Vorrichtung ein Wertspeicher eingeschaltet ist, welcher die für die Betätigung
des Bearbeitungswerkzeuges aufgebauten Meß-und Steuerwerte über deren Abbau hinaus
speichert und durch einen gesondert gesteuerten Auslöser an die Betätigungsvorrichtung
des Bearbeitungswerkzeuges abgibt.
-
Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel in
vereinfachter Weise und teilweise schematisiert und symbolisiert dargestellt.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung in Vorderansicht, Fig. 2 ein Funktions-Schema
des Verfahrens.
-
Mit 1 ist ein Werkstück bezeichnet, welches als Profilleiste von Walzen
21, die einem Walzengerüst zugeordnet sind, profiliert wird. Der Anfang des Werkstückes
1 stößt gegen einen Anschlag 2, welcher ortsveränderbar einem Hauptgerüst 22 auf
unterschiedliche Längen befestigbar, zugeordnet ist. Der Anschlag 2 ist durch eine
Feder 23 belastet, die ihn entgegen der Bewegungsrichtung des Werkstückes 1 in eine
Wartestellung überführt, wenn der Arbeitstakt erledigt und der Anschlag 2 vom Werkstück
1 überlaufen ist. Der veränderbare Abstand zwischen Anschlag 2 und Hauptgerüst 22
wird in einem Wegaufnehmer 3 registriert.
-
Beidem Wegaufnehmer 3 kann es sich beispielsweise um ein Tauchspulen-Aggregat
handeln, von welchem aus alle notwendigen Eingaben an andere Aggregate, insbesondere
die der Produktionsgeschwindigkeit, erfolgen können.
-
Eine dieser Eingaben aus dem Wegaufnehmer 3 ist ein Signal für einen
Schwellwertschalter 16, welcher vorgesehen ist, unter Einschaltung einer Zeitvorgabe
ein Magnetventil 18 zu betätigen, welches einen Hydraulik-Zylinder 19 eines Bearbeitungswerkzeuges
24 aus einer Hydraulik 20 versorgt. Die Zeitvorgabe wird über ein Beruhigungsglied,
einem Zeitglied 17, über den notwendigen Zeitraum regelbar und auslösbar gehalten.
-
Eine weitere Eingabe aus dem Wegaufnehmer 3 ist ein Signal für ein
elektro-hydraulisches Servo-Ventil 5.
-
Das Signal wird über einen Proportional-Verstärker 4 dem Servo-Ventil
5 zugeleitet. Das Servo-Ventil 5 speist aus einem Hydraulik-Aggregat 6 einen Hauptzylinder
7 dann, wenn vom Wegaufnehmer 3 der erste Regelauftrag erfolgt. Dieser erste Regelauftrag
bewegt in der beschriebenen Weise das Hauptgerüst 22, welches auf einem Hauptschlitten
9 bodenfesten Vorrichtungsteilen 8 zugeordnet ist, in Bewegungsrichtung des Werkstückes
1. Es versteht sich von selbst, daß die Vorschubgeschwindigkeit den jeweiligen Produktionsgeschwindigkeiten
des Werkstückes 1 angepaßt werden kann. Eine vollständige Anpassung des Hauptschlittens
9 an die Produktionsgeschwindigkeit des Werkstückes 1 erfolgt über Signale vom Wegaufnehmer
3 und über eine +- Steuerung des Kolbens im Hauptzylinder 7 durch das in dieser
Richtung geregelte elektro-hydraulische Servoventil 5. Es ist ersichtlich, daß dann,
wenn das
Bearbeitungswerkzeug 24 mit dem Hauptgerüst 22 fest gekuppelt
wäre, der Bearbeitungsvorgang in der eingestellten konstanten Länge bereits erfolgen
würde.
-
Erfahrungsgemäß hat sich jedoch gezeigt, daß die gewünschte Genauigkeit
nicht möglich ist, insbesondere dann nicht, wenn rationelle höhere Produktionsgeschwindigkeiten
gefahren werden.
-
Aus dem vorangeführten Grunde ist bei der Vorrichtung ein zweiter
Regelkreis eingeschaltet worden, welcher sinngemäß wie der erstbeschriebene Regelkreis
aufgebaut ist. Jedoch wird hierbei das mit dem vom Hauptgerüst 22 getrennt angeordnete
Bearbeitungswerkzeug 24 sinngemäß beeinflußt. So gehen die primären Regelsignale
auch vom Wegaufnehmer 15 aus; sie nehmen ihren Weg über eine im Augenblick no di
nicht interessierende Vergleichsstelle lo und werden über einen weiteren, dem zweiten
Regelkreis zugeordneten Proportional-Verstärker 11 einem weiteren elektro-hydraulischen
Servo-Ventil 12 zugeleitet, das einen weiteren hydraulischen Zylinder, den Nebenzylinder
13, über das Hydraulik-Aggregat 6 speist. Das Bearbeitungswerkzeug 24 ist dem Hauptgerüst
22 über einen Schlitten 14 in Bewegungsrichtung des Werkstückes 1 hin- und herbewegbar
zugeordnet. Demnach kann der entscheidende Abstand zwischen Anschlag 2 und Bearbeitungswerkzeug
24 sich verändern und einen Längenausgleich herbeiführen; er wird immer nach einer
kurzen Anlaufzeit durch einen Nachlauf des Bearbeitungswerkzeuges 24 wieder hergestellt.
Der Wiederherstellung des Abstandes dient der bereits angeführte iektrisch-hydraulische
Zylinder 13, wobei ein Festpunkt,
beispielsweise der des Zylinders,
am Hauptgerüst 22 und der andere Festpunkt, nämlich der des Kolbens, am Bearbeitungswerkzeug
24 liegt. Es ist ersichtlich, daß durch die Stellung des Kolbens im Zylinder der
Abstand vom Hauptgerüst 22 zum Bearbeitungswerkzeug 24 durch Betätigen des Nebenzylinders
13 veränderbar ist. Wie schon vorher bei der Beschreibung des ersten Regelkreises
erwähnt, geschieht dies über das Servo-Ventil 12, welches mit Signalen aus dem Wegaufnehmer
3 über den Proportional-Verstärker 11 gespeist wird.
-
Die Längeneinstellung für das Werkstück 1 wird ursprünglich mechanisch
vorgenommen, indem der Anschlag 2 die entsprechende Position zum Bearbeitungswerkzeug
24 auf dem Hauptgerüst 22 erhält. Dieser konstante Abstand, die Soll-Länge, ist
vom Aufbau der Vorrichtung her in den beiden elektrisch-hydraulischen Servo-Ventilen
5 und 12 aufgenommen bzw. in einem mit beiden verbundenen elektrischen, nicht dargestellten
Speicher registriert.
-
Beim Bearbeitungsvorgang jedoch verändert sich die Soll-Länge, weil
der Anschlag 2, das Hauptgerüst 22 und das Bearbeitungswerkzeug 24 nicht zeitlich
einheitlich und auch nicht mit der gleichen Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung
des Werkstückes 1 bewegt werden. Um von der jeweiligen Ist-Länge die Soll-Länge
zu erreichen, werden Signale in der bereits angeführten Vergleichsstelle lo gebildet,
die über den Proportional-Verstärker 11 dem Servo-Ventil 12 zugeleitet werden. Die
Signale sind so abgestimmt, daß der Kolben des Nebenzylinders 13 so hydraulisch
beaufschlagt wird, daß eine Nachführung des Bearbeitungswerkzeuges 24 an das Hauptgerüst
22 erfolgt.
-
In der Darstellung ist es offen gelassen, ob der Kolben des Nebenzylinders
13 nur nachgeführt wird oder vorgeführt und über eine Einpendelung den Soll-Wert
der Länge herstellt.
-
Der Soll-Wert wird über die Vergleichsstelle lo so lange aufrechterhalten,
bis der Arbeitsvorgang durch das Bearbeitungswerkzeug 24 erfolgt ist. Danach wird
ebenfalls gesteuert, gegebenenfalls auch vorprogrammiert, das Hauptgerüst 22 mit
Anschlag 2 und Wegaufnehmer 3 und das Bearbeitungswerkzeug 24 entgegen der Bewegungsrichtung
des Werkstückes 1 in die Wartestellung zurückgeführt.
-
Ganz speziell zu Fig. 1 ist anzuführen, daß zum besseren Verständnis
der Vorrichtung lediglich die mechanischen Teile dargestellt sind. Sie weisen die
gleiche Bezeichnung wie die Teile im Funktions-Schema (Fig. 2) auf. Es bleibt noch
ein unendlich geführtes Transportband 25, welches über einen Motor 26 angetrieben
wird, anzuführen.