DE29720628U1 - Frässystem - Google Patents
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Bernhard Ruttensperger ,:..*.-* .:. .!. .■** * D-85560 Ebersberg
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Anmelder: Lutz, Peter-Stephan
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SK-90021 Sväty Jur
(Slowakische Republik)
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Frässystem zum Bearbeiten des Schweißbereichs von Punkt-Schweiß-Elektroden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Frässystem zum Bearbeiten des
Schweißbereichs von Punkt-Schweiß-Elektroden, umfassend eine Fräseinheit,
mit wenigstens einem Fräswerkzeug, welches zum Bearbeiten wenigstens einer Punkt-Schweiß-Elektrode in Kontakt mit dieser bringbar ist, und eine
Antriebseinheit durch welche das Fräswerkzeug zur Durchführung des Bearbeitungsvorgangs zur Drehung antreibbar ist.
Bei derartigen im Stand der Technik bekannten Frässystemen werden im
allgemeinen zwei verschiedene Typen von Antriebseinheiten verwendet. Ein erster Typ umfaßt ein Druckluftaggregat, welches jedoch den Nachteil
aufweist, daß es hinsichtlich seiner Leistungsabgabe relativ elastisch ist, d.h.
die Drehzahl ändert sich relativ stark mit der Last. Da derartige Antriebe im allgemeinen ihr maximales Drehmoment bei 50 bis 70 % der Leerlaufdrehzahl
haben, ist es äußerst schwierig, die Schnittgeschwindigkeit eines mit der Antriebseinheit gekoppelten Fräswerkzeugs genau zu steuern. Ferner besteht
bei Druckluftantrieben das Problem, daß diese aufgrund der Forderung nach dem Einsatz ohne Ölbeimischung in der Zuluft oftmals einen relativen hohen
Verschleiß aufweisen oder konstruktiv relativ aufwendig ausgeführt werden müssen, um dieser Forderung gerecht zu werden.
Ein weiterer Typ eines Antriebssystems beruht auf einem elektrischen Antrieb
mit Synchron-Drehstrommotoren. Drehstrommotoren weisen den Vorteil auf, daß der Drehzahlabfall bei Nennlast nur 3 bis 5 % beträgt, d.h. die Schnittgeschwindigkeit
am Fräswerkzeug kann sehr genau reguliert werden. Obgleich derartige Synchron- oder Servomotoren relativ hohe Anschaffungskosten mit
sich bringen, was insbesondere auch durch eine relativ kostenaufwendige Synchron-Frequenzumrichtanordnung bedingtist, werden sie oftmals aufgrund
der hohen Betriebssicherheit und der relativ geringen Baugröße, d.h. Leistungsdichte,
eingesetzt. Auch hat sich gezeigt, daß das mit derartigen Synchron-
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Drehstrommotoren erhaltbare Bearbeitungsergebnis insbesondere aufgrund des
Leistungsverhaltens dieser Antriebsaggregate sehr gut ist, so daß der durch die relativ hohen Anschaffungskosten eingeführte Nachteil deshalb in Kauf
genommen wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Frässystem zum Bearbeiten
des Schweißbereichs von Punkt-Schweiß-Elektroden vorzusehen, das bei kostengünstigem Aufbau sehr gute Fräsergebnisse erzielt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Frässystem zum Bearbeiten
des Schweißbereichs von Punkt-Schweiß-Elektroden gelöst, umfassend eine Fräseinheit mit wenigstens einem Fräswerkzeug, welches zum Bearbeiten
wenigstens einer Punkt-Schweiß-Elektrode in Kontakt mit dieser bringbar ist, und eine Antriebseinheit, durch welche das Fräswerkzeug zur Durchführung
der Bearbeitung zur Drehung antreibbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug ist ferner vorgesehen, daß die
Antriebseinheit mit der Fräseinheit antriebsmäßig durch eine Untersetzungsgetriebeeinheit
verbunden ist und daß die Antriebseinheit einen Drehstrom-Asynchronmotor umfaßt.
Drehstrom-Asynchronmotoren bieten hinsichtlich der Konstanz der Leistungsabgabe
bei Belastung die gleichen Vorteile wie Drehstrom-Synchronmotoren, sind jedoch hinsichtlich der Anschaffungskosten deutlich günstiger.
Das heißt, es läßt sich mit Drehstrom-Asynchronmotoren als Antriebseinheit ebenso ein sehr geringer Drehzahlabfall erhalten, so daß aufgrund der sehr
guten Regulierbarkeit der Drehzahl und der im Betrieb konstant bleibenden Drehzahl ein sehr gutes Fräsergebnis erzielt werden kann.
Um die Drehzahl der Antriebseinheit auf einen gewünschten Wert einstellen zu
können, wird vorgeschlagen, daß das erfindungsgemäße System ferner eine Frequenz-Steuer/Regel-Anordnung umfaßt zum Einstellen einer Frequenz des
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dem Drehstrom-Asynchronmotor zuzuführenden Drehstroms im Bereich von
100 Hz bis 300 Hz, vorzugsweise 150 Hz bis 250 Hz, am meisten bevorzugt
auf ca. 200 Hz.
Um das gewünschte Fräsergebnis zu erhalten, wird vorgeschlagen, daß der
Drehstrom-Asynchronmotor eine Nennleistung, vorzugsweise bei 200 Hz, im Bereich von 300 W bis 500 W, vorzugsweise 350 bis 450 W, aufweist.
Um dennoch die gewünschten hohen Leistungen zu erhalten, die zum Erzielen
des gewünschten Befräsergebnisseserforderlich sind, wird vorgeschlagen, daß zur Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs der Drehstrom-Asynchronmotor
mit einer Leistungsabgabe im Bereich von 600 W bis 1000 W, vorzugsweise
750 W bis 950 W arbeitet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Drehstrom-Asynchronmotor zur Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs mit einer Leistungsabgabe im
Bereich vom 1,5 bis 2,5-fachen der Nennleistung des Drehstrom-Asynchronmotors arbeitet.
Dabei liegt dann eine Betriebsdrehzahl des Drehstrom-Asynchronmotors im
Bereich von 2500 bis 7000, vorzugsweise 5000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute.
Eine Betriebsdrehzahl des Fräswerkzeugs liegt vorzugsweise im Bereich von
200 bis 800 vorzugsweise bei 200 bis 400 Umdrehungen pro Minute.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Frässystems
und
Figur 2 den zeitlichen Verlauf des Betriebs einer Antriebseinheit des
erfindungsgemäßen Frässystems.
Das in Figur 1 dargestellte Frässystem 10 umfaßt eine allgemein mit 12
bezeichnete Antriebseinheit, welche durch einen Asynchron-Drehstrommotor 12 gebildet ist. Der Asynchron-Drehstrommotor 12 steht in Antriebsverbindung
mit einem Untersetzungsgetriebe 14, das wiederum in Antriebsverbindung
mit einem mit 16 bezeichneten Fräswerkzeug steht. Das Fräswerkzeug
1 6 weist einen Werkzeugträger 18 auf, der beispielsweise wenigstens ein
Fräsmesser 20 trägt, das an seinen beiden axialen Seiten jeweils Fräskanten zum Befräsen von von beiden Seiten her zuführbaren Punkt-Schweiß-Elektroden
aufweist. Das Frässystem 10 umfaßt ferner eine Steuer/Regel-Einrichtung
22, welche einerseits über eine Signalleitung 24 in Verbindung mit einem Drehzahlsensor 26 steht und vom Drehzahlsensor 26 einer Drehzahl des
Fräswerkzeugs 10 entsprechende Signale empfängt, und welche andererseits
über eine Signalleitung 28 in Steuer- oder Regelverbindung mit dem Drehstrom-Asynchronmotor
12 steht und diesem den Drehstrom.mit der erforderlichen
Frequenz liefert.
Bei einem derartigen Frässystem treten ganz spezifische Anforderungen an den
Antrieb auf. Man erkennt in Figur 2, daß eine mit T2 bezeichnete Arbeitszeit, welche im Bereich von 2 bis 4 Sekunden liegt, im Vergleich zu dem Intervall
T4 zwischen zwei Arbeitsvorgängen, welches im Bereich von ca. 5 Minuten
liegt, äußerst kurz ist. Das heißt, der Drehstrom-Asynchronmotor wird nach einer im wesentlichen lastfreien Hochlaufzeit T1 im Bereich von 1 Sekunde 2
bis 4 Sekunden lang unter Last betrieben und läuft dann während einer lastfreien Auslaufzeit im Bereich von ebenfalls ca. 1 Sekunde wieder herab.
Danach kann der Drehstrom-Asynchronmotor 12 abkühlen, bis nach ca. 5 Minuten der nächste Bearbeitungsvorgang durchzuführen ist. Dieses
spezifische Arbeitsschema ermöglicht den Einsatz ganz gezielt ausgewählter Drehstrom-Asynchronmotoren. Es können nämlich Drehstrom-Asynchronmotoren
verwendet werden, die während der Betriebszeit T2 nicht mit ihrer
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Nennlast betrieben werden, sondern in einem ihre Nennlast deutlich übersteigenden
Leistungsbereich betrieben werden. So kann beispielsweise ein Drehstrom-Asynchronmotor, dessen Nennlast im Bereich von ca. 300 bis 500
W liegt, mit einer maximalen Leistungsabgabe von 700 bis 900 W bei Drehstromfrequenz von ca. 200 Hz betrieben werden. Da die Betriebszeit von
ca. 2 bis 4 Sekunden äußerst kurz ist, kann eine derartige Überlastung des Motors nicht zu einer Überhitzung und Beschädigung von irgendwelchen
Komponenten desselben führen.
Die Möglichkeit, einen an sich zu schwach dimensionierten Motor einzusetzen,
bringt den Vorteil mit sich, daß ein Motor mit relativ geringer Baugröße, beispielsweise mit einem Gewicht von ca. 3 kg, eingesetzt werden kann, so
daß einerseits die Baukosten weiter gesenkt werden können und andererseits der im erfindungsgemäßen Frässystem durch den Motor 1 2 eingenommene
Bauraum verringert werden kann. Um diesen Bauraum weiter zu verringern,
kann beispielsweise darauf verzichtet werden, am Drehstrom-Asynchronmotor 1 2 irgendwelche Kühlrippen oder irgendwelche Ventilatoren vorzusehen; auch
dies ist dadurch bedingt, daß durch den relativ kurzen Belastungszustand eine Überhitzung des Motors praktisch nicht auftreten kann.
Zum Erhalt eines gewünschten Fräsergebnisses wird die Drehzahl des Motors
12, die bei derart dimensionierten Motoren im Bereich von 5000 bis 7000
Umdrehungen pro Minute liegt, durch das Getriebe 14 untersetzt, so daß das Fräswerkzeug 1 6 mit Drehzahlen im Bereich von 200 bis 400 Umdrehungen
pro Minute angetrieben wird. Die genaue Drehzahl hängt von den zu befräsenden Punkt-Schweiß-Elektroden sowie den verwendeten Messern u.dgl.
ab. Um die Drehzahl des Fräswerkzeugs 16 auf den gewünschten Wert einstellen zu können, ist der Drehzahlsensor 26 vorgesehen, welcher sein
Erfassungssignal in die Steuer/Regel-Einrichtung 22 eingibt. Entsprechend dem Erfassungssignal reguliert die Steuer/Regel-Einrichtung 22 die Drehzahl des
Asynchron-Drehstrommotors 12 durch entsprechende Veränderung der Frequenz des diesem Motor zugeführten Drehstroms. Es wäre grundsätzlich
auch denkbar, die Drehzahl bzw. auch die Leistung des Drehstrom-Asynchron-Motors
12 durch Einstellung der durch die Steuer/Regel-Einrichtung 22 abgegebenen Spannung vorzunehmen; es hat sich jedoch gezeigt, daß die
Drehzahlregulierung vermittels Einstellung der Drehstromfrequenz besser durchzuführen ist.
Versuche haben gezeigt, daß zum Erhalt von Schnittgeschwindigkeiten im
Bereich von 200 bis 400 Umdrehungen die Leistungsabgabe des Motors 12
im Bereich von 600 bis 800 W liegen sollte. Eine derartige Leistungsabgabe läßt sich erhalten, wenn ein Drehstrom-Asynchronmotor mit einer Nennleistung
von ca. 360 W bei 200 Hz Drehstrom im Überlastbetrieb betrieben wird. Wie bereits erwähnt, ist dieser Betrieb möglich, da aufgrund des kurzzeitigen
Überlastbetriebs eine Beschädigung des Motors nicht zu erwarten ist. Da die maximale Leistungsabgabe im Bereich von über 700 W vor allem dann zu
erwarten ist, wenn die Anpreßzangen, mit welchen die Punkt-Schweiß-Elektroden gegen das Schneidwerkzeug gepreßt werden, mit sehr hoher Kraft
geschlossen werden, was bei Durchführung normaler Befräsvorgänge nicht der Fall ist, ist die zum Durchführen herkömmlicher Fräsvorgänge erforderliche
Leistungsabgabe noch unter 700 W, so daß zusätzlich eine Gefahr der Beschädigung des Motors vermindert werden kann.
Man erkennt, daß durch das erfindungsgemäße Frässystem hinsichtlich
herkömmlicher Frässysteme, welche entweder mit Druckluftantrieben oder mit Synchron-Elektroantrieben arbeiten, verschiedene Vorteile erhalten werden. Ein
wesentlicher Vorteil liegt in den günstigen Anschaffungs- und Betriebskosten.
Ferner weist das System eine hohe Standzeit auf und bietet aufgrund der kompakten Bauweise, d.h. der Möglichkeit, einen Motor mit geringer Baugröße
und ohne Kühlrippen u.dgl. auswählen zu können, eine hohe Leistungsdichte. Ferner können die bei Drehstromaggregaten verfügbaren hervorragenden
Gleichlaufeigenschaften ausgenutzt werden, wobei gleichwohl eine auch stufenlos durchführbare Regulierbarkeit der Drehzahl des Asynchronmotors
bzw. der über das Untersetzungsgetriebe vorgegebenen Drehzahl des
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Fräswerkzeugs erhalten werden kann, wobei hier anstatt mit einer Standardfrequenz
des Stromnetzes von 50 Hz in einem Frequenzbereich von 1 50 bis 250 Hz für den Drehstrom gearbeitet wird.
Claims (7)
1. Frässystem zum Bearbeiten des Schweißbereichs von Punkt-Schweiß-Elektroden,
umfassend:
- eine Fräseinheit mit wenigstens einem Fräswerkzeug (16), welches
zum Bearbeiten wenigstens einer Punkt-Schweiß-Elektrode in Kontakt mit dieser bringbar ist,
eine Antriebseinheit (12), durch welche das Fräswerkzeug (16) zur Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs zur Drehung
antreibbar ist,
gekennzeichnet durch eine die Antriebseinheit (12) mit der Fräseinheit
antriebsmäßig verbindende Untersetzungsgetriebeeinheit (14) und dadurch, daßdie Antriebseinheit einen Drehstrom-Asynchronmotor (12)
umfaßt.
2. Frässystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Frequenz-Steuer/Regel-Anordnung
(22) zum Einstellen einer Frequenz des dem Drehstrom-Asynchronmotors (12) zuzuführenden Drehstroms im Bereich
von 1 00 Hz bis 300 Hz, vorzugsweise 1 50 Hz bis 250 Hz, am meisten bevorzugt auf ca. 200 Hz.
3. Frässystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehstrom-Asynchronmotor (12) eine Nennleistung, vorzugsweise
bei ca. 200 Hz, im Bereich von 300 W bis 500 W, vorzugsweise 350 W bis 450 W aufweist.
4. Frässystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs der Drehstrom-Asynchronmotor
(12) mit einer Leistungsabgabe im Bereich von 600 W bis 1000 W, vorzugsweise 750 W bis 950 W arbeitet.
t «
- 9-
5. Frässystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehstrom-Asynchronmotor (12) zur Durchführung eines Bearbeitungsvorgangs miteiner Leistungsabgabe im Bereich vom 1,5 bis
2,5-fachen der Nennleistung des Drehstrom-Asynchronmotors (12)
arbeitet.
6. Frässystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Betriebsdrehzahl des Drehstrom-Asynchronmotors (12) im
Bereich von 2500 bis 7000, vorzugsweise 5000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute liegt.
7. Frässystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Betriebsdrehzahl des Fräswerkzeugs (16) im Bereich von 200
bis 800, vorzugsweise 200 bis 400 Umdrehungen pro Minute liegt.
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