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Edelsteinschneidmaschine
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sesdireibung Die Erfindung betrifft eine Edelsteinschneidmaschine
mit einer Aufnahme für ein Schneidmesser, mit einem Edelsteinträger, wobei die Aufnahme
und der Edelsteintriger gegeneinander bewergbar sind, damit ein in dem Träger sitzender
Edelstein lurch das in der Aufnahme getragene Schneidmesser geschnitten werden kann,
und mit einer Verschiebevorrichtung f;ir den Träger und die Aufnahme.
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Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Schneiden oder
Sägen von Diamanten.
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Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung einer Edelstein
schneidmaschine, daß ein sicherer und störungsfreier Betrieb gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Fühler
zur Messung der auf den Edelstein wirksamen riiderstandskraft oder einer eine Widerstandskraftkomponente
aufweisenden Kraft oder einer Größte, die von der genannten Kraft abhängig ist,
vorgesehen ist und daß eine auf den Fühler ansprechende Regelung zur Betätigung
der Verschiebevorrichtung vorgesehen ist.
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Wenn das Schneidmesser ein Kreismesser ist, ist die Widerstandskraft
die Reaktionskraft des Edelsteins in Tangentialrichtung des Kreismessers im Eingriffspunkt
zwischen Kreismesser und Edelstein.
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Wenn das Schneidmesser ein Bandabschnitt eines Sägebandes oder ein
Draht ist, ist die Widerstandskraft die Reaktionskraft des Edelsteins in Richtung
parallel zu der Bewegungsrichtung des Bandblattes oder des Drahtes im Eingriffspunkt
zwischen Sägeband oder Draht und Edelstein.
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Der Fühler ist vorzugsweise ein Fühler für die Widerstandskraft an
dem Edelstein oder einer davon abhängigen Größe.
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In anderer iai aznn der Fiihler auch die Vektorsunole einer Komponente
der ;Iiderstandskraft des Edelsteins und einer Komponente der Schnittkraft auf den
Edelstein oder einer davon abhängigen Größe erfassen.
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Die Regelung umfaßt vorzugsweise eine Vertleicherstufe, die die von
dem Fühler erfaßte tÜderstandskraft mit einem Bezugswert vergleicht.
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Normalerweise ist der Bezugswert fest eingestellt. In Abwandlung
davon kann der Bezugswert in Abhingigkeit von einer oder von mehreren Größen veränderbar
sein, z.B. in Abhängigkeit von der Schnittiefe, den Abmessungen des zu schneidenden
Edelsteins, der Vorschubgeschwindigkeit der Verschiebevorrichtung oder Vorschubvorrichtung
und/oder der Schwinaungsgröße des Schneidmessers oder des Edelsteins.
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Vorzugsweise umfaßt die Edelsteinschneidmaschine eine Vorrichtung
zur Wiederbeschichtung des Schneidmessers. Unter "Beschichtung'8 oder "Borting"
wird der Auftrag eines Schleifmittels normalerweise eines uiamant/Hochdruckö Iqemi
sches auf die Schneidkante oder die Kanten des Schneidblattes verstanden.
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Normalerweise wird der Träger von einem Schwenkarm getragen und der
Fühler umfaßt einen Wandler, nämlich einen wegeabhängigen Wandler oder einen Kraftwandler,
der auf dem Schwenkarm sitzt oder in denselben eingeschlossen ist. Der Fühler kann
auch ein Mikroschalter sein.
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Normalerweise ist das Schnittesser ein Kreismesser, das von einem
Motor drehbar ist, der in einem Grundrahmen festgespannt ist.
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Der Fühler für die Widerstandskraft umfaßt einen Fehler für das Einspannmoment
des Drehmoments um die ilotorwelle.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichungen erläutert, in denen darstellen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer
Edelsteinschneidmaschine nach der Erfindung, Fig. 2 einen Teilgrundriß der Ausführungsform
nach Fig. 1, Fig. 3 einen Grundriß einer abgewandelten Ausführungsform der Maschine
nach Fig. 1, Fig. 4 eine Teilseitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer
Edelsteinschneidmaschine nach Fig. 1, Fig. 5 einen Teilgrundriß zur Erläuterung
einer weiteren Abwandlung der Fig. 1,
Fix'. 6 eine schematische
perspektivische Ansicht einer zuleiten Allsfiihrungsform der Erfindung und Fig.
7 bis 9 verscbiedene Regelungen für den Betrieb der Edelsteinschneidmaschine.
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Die Edelsteinschneidmaschine nach den Fig. 1 und 2 hat ein Phosphorbronzekreismesser
10, das mit einer Schleifpaste beschichtet ist, z. n. einem Diamant/(5lgemisch.
Das Kreismesser 10 sitzt in einer üblichen Aufnahme für ein Kreismesser und ist
von einem nichtdargestellten Riemenantrieb angetrieben.
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Ein diamant 12 ist in einen Träger festgehalten, der zwei Spannstifte
13, 13' mit spitzen Aufnahmen umfaßt, die an zwei parallel zueinander ausgerichteten
Längsträgern 14, 14' gehalten sind. Die Lingstrriger 14, 14' sind an den den Spannstiften
13, 13' gegeniberliegenden Enden mit einem Schwenkarm 15 gekoppelt. Der Schwenkarm
15 ist an seinem anderen Ende schwenkbar tmi einen Zapfen gelagert, der in Augen
16 aufgeno.znen ist, die von einem Grundrahmen 17 nach oben ra-:en und fest mit
demselben verbunden sind. Ein einstellbares Gegengewicht 1<9 ist mit dem Schwenkarm
15 in üblicher Weise verbunden. Eine Vorschubspindel 19 mit einem Schraubengang
greift in eine Mutter 20 ein, die auf dem Schwenkarm 15 angeordnet ist. Die Spindel
19 hat einen lIandeinstellknopf 21 an einem Ende und stützt sich am anderen Ende
auf einer Stützplatte 22 ab. Die Stützplatte 22 ist durch einen umschaltbaren Vorschubnotor
23, der auf dem Grundrahmen 17 befestigt ist, in einer vertikalen Richtung oder
in einer Richtung mit einer Vertikalkomponente verschiebbar.
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Der Längsträger 14' trägt unmittelbar den Spannstift 13'. Jedoch
der Spannstift 13 sitzt in einem Halter 24, der mit dem Längsträger 14 gekoppelt
ist. Der Halter 24 hat einen Teil 25, der an dem Längsträger 14 befestigt ist, einen
Arm 26, der den Spannstift 13 trägt und einen weiteren Arm 27, der einen verschiebungsempfindlichen
oder wegeempfindlichen Wandler 28 trägt. Der Teil 25 und der Arm 26 sind durch zwei
nachgiebige Stege 29 miteinander verbunden, die eine Verschiebung des Armes 26 gegenüber
dem Teil 25 parallel oder im wesentlichen parallel zu der Tangente an das Kreismesser
10 im Eingriffspunkt zwischen Kreismesser und Diamant zulassen. Der Wandler 28 kann
ein beliebiger Wandler zur Messung von Wegen oder Verschiebungen sein. Handelsübliche
Wandler dieser Art sind Wirbelstromfühler hoher Empfindlichkeit, z.B. 5 bis 20 mV/m,
Lineargeschwindigkeits-Differentialtransformatoren ähnlicher Empfindlichkeit oder
pneumatische An-
näherungsfühler. Ein viskoelastischer oder viskoser
Stoff kann zwischen lem Teil 25, dem Arm 28 und den Stegen 29 angeordnet sein, um
dadurch die Dämpfung zu erhöhen, ohne daß eine Nullpunktverschiebung des Wandlers
auftritt.
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Der Halter 24 ist normalerweise so angeordnet, daß die gemessene
Verschiebunfr desselben nur auf der Reaktionskraft beruht, d.h. der Reaktion auf
den Diamanten in einer Richtung tangential zu dem treismesser 10 im Eingriffspunkt
zwischen Kreismesser und Diamant, wenngleich der Halter um eine Achse senkrecht
zur Langserstreclcung des Längsträgers 24 gedreht werden könnte, so daß dann die
durch den Wandler gemessene Verschiebung sich auf die Vektorsumme einer Peaktionskraftkomponente
und einer Schnittkraftkomponente bezieht, wenn die Schnittkraft innerhalb des Dianianten
diejenige Kraft ist, die senkrecht zur Widerstandskraft wirkt.
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Ein Signal des Wandlers 28 wird zur Steuerung bzw. Regelung der Verstellung
der Stützplatte 22 benutzt, damit die von dem Edelstein auf das Sägeblatt einwirknden
Kraft in der PILihe des Maximalwertes sind, dem das Sägeblatt ohne Nzerbiegung oder
Beschädigung mit daraus folgender Beschädigung des zu schneidenden Diamanten widerstehen
kann.
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Bei der Aijsführungsform nach Fig. 3 besitzt ein Halter 24' einen
Auskehlabschnitt 31, der die beiden koaxialen Arme 32, 33 verbindet.
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Der Auskehlabsclmitt 31 ist so ausgelegt, daß die auf den Diamanten
wirksame Kraft die beiden Arme 32 und 33 nur in einer Ebene gegeneinander verstellt.
Damit diese Verstellung oder Verschiebung genau gemessen werden kann, sind zwei
Übersetzungsschenkel 34, 35 starr mit den beiden Armen 32 und 33 verbunden. Die
Schenkel 34 und 35 verlaufen normalerweise parallel zueinander und erstrecken sich
in einer Ebene parallel zur Achse der Arme 32 und 33, jedoch senkrecht zu denselben.
Der Wandler 28 sitzt am freien Ende des Schenkels 34 und mit die Verschiebung eines
Ansatzes 36 des Armes 35.
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Durch Drehung des IIalters 24' um die Achse der Arme 32 und 33 kann
die durch den Wandler gemessene Verschiebung wieder unmittelbar der Widerstandskraft
oder der Vektorsumme der Widerstandskraftkomponente und der Schnittkraftkomponente
zugeordnet werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sitzt eine Lagergabel 37 an dem
Schwenkarm 15. Die Lagergabel 37 hat einen herabhängenden Arm 38 mit einem Mikroschalter
2R' anstelle eines Wandlers 28. Zwei Halter 39 und 40 sind mit ihren Oberende verschwenkbar
in der Lagergabel 37
aufgehangt. Die Halter 39 und 40 tragen die
beiden Spannstifte und sind durch eine Blattfeder 41 in einer Ausgangsstellung vorgespannt,
so daß eine Kraft oberhalb eines Schwellenwertes als Vektorsuxme -der rJiderstand
skraf tkoaponente und der Scirnittkraftkon'ponente die Träger 39 und 40 gegen die
Vorspannung der Feder 41 verschwenkt. Die entsprechende Verstellung betätigt den
Mikroschalter 28'. Die Vorspannung der Feder 41 kann an einem Einstellknopf 49 eingestellt
werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Spannstift 13 an einen
Halter 24t' befestigt, der mit dem Langsträger 14 verbunden ist. Der Wandler 28
ist durch eine oder mehrere Kraftwandler 42, z.B.
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piezoelektrische Wandler oder nellnungsmeSstreifen ersetzt, die an
dem Halter 24t' befestigt sind und durch eine Scheibe 43 geschützt sind.
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i)ie Wandler 42 messen die von den Sägeblatt auf den Diamanten aufrebrachte
Kraft und sind so ausgerichtet, daß sie die Widerstandskraft oder die Vektorsumine
einer lJiderstandskraftllcoml)onente und einer Schnittkraftkomponente messen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig 6 sincl dieselben Bezusziffern für
gleichartige Teile benutzt. Das Kreismesser 10 ist auf einer Präzisionswelle 9 eines
Antriebsmotors 50 befestigt. Das Motorgehäuse selbst ist schwenkbar gehalten und
zu diesem Zweck mit einem Arn 9. an cien Grundrahnen 17 festgespannt. Ein Widerstandskraftfühler
51 mit einem Wandler der zuvorbeschriebenen Art erfaßt das Einspannooment fiir das
Drehmonent der Spindel 9 und gibt ein Signal entsprechend der Widerstandskraft ab.
Die durch den Fühler 51 gemessene Verschiebung oder Kraft hängt von dem Abstandsverhältnis
zwischen der Achse der Welle 9 und dem Fühler 51 sowie dem Kreismesserradius ab.
Der Fühler 51 kann ein tikroschalter sein.
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Die Regelung nach Fig. 7 regelt den Motor 23 und entsprechend die
Verstellung der Stiitzplatte 22. Der Wandler 28 ist über einen Verstärker 60 an
eine Vergleicherstufe 61 angeschlossen, die die Ausgangsspannung des Verstärkers
60 mit einem Bezugssignal vergleicht, das fest eingestellt sein kann oder das in
Abhängigkeit von einer oder mehreren Größen, z.B. der Schnittiefe, der Vorschubgeschwindigkeit
des 3Motor 23, der Schwingungsgröße für das Kreismesser oder das Sägeblatt 10 bzw.
den Edelstein 12 und/oler der Schnittkraft auf den Edelstein veränderbar ist. Die
Ausgangsspannung der Vergleicherstufe 61 ist über einen Uendeschalter 62 auf den
Motor 23 aufgeschaltet.
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Die Drehzahl des Motors wird in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung
der Vergleicherstufe 61 geregelt. Wenn die Wandlerausgangsspannung
ansteigt,
wird die Ausgangsspannung der Vergleicherstufe 61 kleiner.
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Der Ausgang des Verstärkers 60 ist auch zum eingang einer weiteren
Vergleicherstufe 63 gef.ihrt, deren Ausgang über eine Nichtoder-Schaltung 70 zu
einer Spule 64 für die Betätigung des lilendeschalters 62 geführt ist. Die Vergleicherstufe
63 vergleicht die Ausganosspamlung des Verstärkers 61 mit einer Bezugsspannung,
die der maximal zulässigen Widerstandskraft entspricht. Dementsprechend wird die
Spule 64 zwecks Umschaltung der Drehrichtung des Motors 23 und zwecks Zurückziehung
des Edelsteins erregt, wenn die maximal zulassige Widerstandskraft erreicht ist.
nie Spule 64 wird auch durch ein Signal erregt, das über einen Fahler 65 der tTichtoder-Schaltung
70 zugeführt wird, wenn der Kontakt zwischen der Spindel 19 und der Stützplatte
22 unterbrochen ist oder wenn die dort wirksame Kraft einen eingestellten Schwellenwert
unterschreitet, der einen Zustand Icennzeichnet, bei dem die Schnittkraft einen
durch das Gewicht 18 begrenzten Schwellenwert erreicht. Auch dann wird der rotor
in seiner Drehrichtung umgekehrt und der delstein wird zurickgezogen.
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Die Regelung nach Fig. r; ist insbesondere bei der Ausfiihrungsform
nach Fig. 4 anwendbar, bei der der Wandler 28 durch einen Alikroschalter 28' ersetzt
ist. Der Motor 23 dreht sich, wenn der Mikroschalter 28' geschlossen ist und ein
Kontakt zwischen der Spindel 19 und der Stützplatte 22 vorhanden ist. Wenn die Kraft
auf den Edelstein eine durch die Feder 41 aufgebrachte, voreingestellte Belastung
übersteigt, öffnet der Mikroschalter und setzt den Motor 23 still, bis die Kraft
ausreichend abgefallen ist, um den I1ikroschalter wieder zu schließen. Entsprechend
wird der Motor stillgesetzt, wenn der Kontakt zwischen der Spindel 19 und der Stützplatte
22 unterbrochen ist.
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Eine Zeitstufe 66 betätigt den Wendeschalter 62 zur Zurückziehung
des Edelsteins, wenn und sobald der Motor für eine voreingestellte Zeitdauer abgeschaltet
ist.
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Der umschaltbare Motor 23 kann durch einen elektromechanischen Stellmotor
oder einen pneumatischen Stellmotor ersetzt werden, der unterhalb der Spindel 19
angeordnet ist.
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Fig. 9 zeigt eine Regelung für einen pneumatischen Stellmotor.
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Die Regelung umfaßt einen Wegewandler 28, der eine Verschiebung erfaßt
und in Abhängigkeit davon den pneumatischen Druck regelt, der an einem pneumatischen
Stellmotor 23' anliegt. Wenn die Widerstandskraft ansteigt, nimmt auch der an dem
Stellmotor 23' anliegende Druck zu.
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Dadurch wird die nach oben gerichtete Kraft auf die Spindel 19 erhfjht,
und
infolgedessen nimmt die Schnittkraft ab. Ein Druckftihler 67 ist wirksam, um eine
Spule 58 abzuschalten, wenn der Ausgangsdruck des Wandlers 75 einen voreingestellten
Wert entsprechend der maximal zulissigen rbiderstnndskraft erreicht. Die Spule 68
wird auch abgeschaltet, wenn der Kontakt zwischen ier Stützplatte 22 und der Spindel
19 unterbrochen ist. Die Spule 68 steuert einen magnetisch betätigten pneumatischen
Zweiwegeschalter 71, der bei Abschaltung der Spule 68 den Stellmotor 23' unmittelbar
mit der pneumatischen Flochdruckleitung verbindet, so daß der Stellmotor 23' den
Edelstein zurückzieht .
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Anstelle der Zurückziehung des Edelsteins unter den genannten edinen
kann auch die gesamte Edelsteinschneidmaschine abgeschaltet werden.
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Die Fdelsteinschneid:rtaschine kann mit einer Vorrichtung ausgestattet
sein, durcii die das Kreismesser automatisch wiederbeschichtet werden kann, wenn
der Edelstein zurückgezogen ist.
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Das Kreismesser 1O besteht nicht unbedingt aus Phosphorbronze, sondern
kann auch aus einer Legierung auf Eisengrundlage oder Rupfergrundlage oder aus einem
hitzebeständigen Stoff bestehen, vorausgesetzt, daß die Legierung oder dieser Stoff
keine Ermädung zeigt.
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Anstelle eines Kreismessers kann auch ein Sägeband in Verbindung
mit einem entsprechenden Edelsteinvorschub mit einer entsprechenden r:delsteinvzrscllubvorrichtung
und einem Fühler eingesetzt werden.
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Die Edelsteinschnei<tmascl-line kann einen weiteren Fühler unfassen,
z.B. einen oder mehrere zusätzliche Spannungsmesser entsprechend der Ausführungsform
nach Fig. 5, die unabhängig die Schnittkraft auf den Edelstein, d.h. die Kraft senkrecht
zur Widerstandskraft erfassen. In diesem Fall kann die Bewegung des Edelsteinträgers
gegen das Scirnittmesser hin und von demselben weg in Abhängigkeit der Schnittkraft
und auch der Widerstandskraft geregelt werden.
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Der umschaltbare Motor 23 kann auf den Schwenkarm 15 für einen direkten
Eingriff mit der Spindel 19 ausgebildet sein, anstatt daß dieser Motor unterhalb
der Spindel 19 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Motor 23 mit einer Reibungskupplung
ausgestattet.
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