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Verfahren und Vorrichtung zum Drehschälen von metallischen
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Stangen und Rohren Das Drehschälen von Stangen und Rohren ist in der
Endphase der Bearbeitung einer jeden Stange bzw. eines jeden Rohres in gewissen
Fällen problematisch. Wenn die per Definition endlichen Stangen und Rohre mit hoher
Vorschubgeschwindigkeit geschält werden, besteht das Problem darin, die in dichter
Folge ankommenden Stäbe aus dieser Folge herauszunehmen, zwischenzusPeichern oder
zu anderen Zwecken querzutransportieren.
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Aus der DE-OS 25 46 171 ist es bekannt, bei einer Drahtschälmaschine
die Vorschubgeschwindigkeit am Ende der Bearbeitung herabzusetzen, um ein Abdrehen
des Drahtes zu vermeiden. Insofern liegt dort eine Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit
am Ende der Schälbearbeitung vor. Diese Maßnahme erlaubt jedoch keine axiale Trennung
aufeinanderfolgender Stäbe. Vielmehr wird die Schälleistung gegen Ende der Bearbeitung
herabgesetzt, was bei kurzen Werkstückabschnitten einen merklichen Einfluß auf die
Leistung der Schälmaschine hat. In dem dort geschilderten Fall, beim Drahtschälen
vom Bund, kann dieser Gesichtspunkt außer Acht bleiben, da die Bearbeitung eines
Endabschnittes aufgrund der Länge des aufgewickelten Drahtes nur selten vorkommt.
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Der Begriff der drehfesten Einspannung ist dahingehend zu verstehen,
daß der Messerkopf rotiert und nicht das Werkstück.
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Ein geringer Eigendrall des Werkstücks, wie er durch Schlupf oder
durch um wenige Winkelgrade beschränkte Einzugsrollen entsteht,ist ebenfalls unter
dem Begriff der "drehfesten Einspannung" zu verstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in schneller axialer Folge
ohne wesentlichen Zwischenraum aus einer Schälmaschine austretende Werkstücke nebeneinander
abzulegen.
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Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichnen von Patentanspruch 1 gelöst.
Durch die Beschleunigung werden die Stäbe separiert, so daß ein Zwischenraum entsteht,
und können so auf einfache Weise einzeln quertransportiert werden.
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Eine Verbesserung beim weiteren Transport der geschälten Werkstücke
wird durch das Verfahrensmerkmal von Anspruch 2 erzielt. Das mit einer von allen
anderen Kenndaten unabhängigen konstanten axialen Geschwindigkeit ausgeschobene
Werkstück erhält eine besser vorausberechenbare axiale Position als ein mit hoher
Geschwindigkeit ausgestoßenes Werkstück und läßt sich so präziser ergreifen und
in die nächste Bearbeitungsmaschine einführen, zwischenspeichern oder dergleichen.
Die Veränderung der axialen Geschwindigkeit nach Anspruch 2 wird in den meisten
Fällen eine Herabsetzung sein, sie kann jedoch, bei einer sehr kleinen Vorschubgeschwindigkeit
auch eine Heraufsetzung beeinhalten. Der Vorzug dieser Lösung liegt aber bei den
hohen Vorschubgeschwindigkeiten.
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Der im Anspruch 3 wiedergegebene Bereich für den Sollwert stellt
sicher, daß einerseits ein ausreichender Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden
Stäben verbleibt, um sie aus der Schällinie zu nehmen, andererseits sichert dieses
Merkmal einen kleinen Streubereich bei der axialen Endlage der Werkstücke nach dem
Ausschieben aus der Schälmaschine.
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Eine in ihrer Grundkonzeption bekannte Schälmaschine, wie sie zum
Beispiel aus dem DE-GM 17 99 939 bekannt ist, ist im Oberbegriff von Anspruch 4
wiedergegeben. Die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 4 umfassen die Lösungsmittel
zur Erzielung des vorbeschriebenen Geschwindigkeitsverlaufs. Die konkreten Lösungsmittel
werden von der Art der Ausführung der Steuerung für das Auszugsrollenpaar bestimmt.
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Bevorzugt ist die im wesentlichen mehr elektrische Lösung gemäß Anspruch
5 vorgesehen, die einen harmonischen Geschwindigkeit - Weg - Verlauf für das Werkstück
ermöglicht. Die Endphase der Bearbeitung des Werkstücks, und somit die Phase, in
der das Auszugsrollenpaar seine Funktion übernimmt, wird durch den Impulsgeber,-
z.B. eine Lichtschranke, eingeleitet. Das Auszugsrollenpaar übernimmt jetzt oder
im Anschluß an einen zwischen Messerkopf und Auszugsrollenpaar vorgesehenen Spannwagen
die axiale Bewegung des geschälten Werkstücks. Das Auszugsrollenpaar beschleunigt
das Werkstück in axialer Richtung und separiert es somit von dem nachfolgenden noch
im Schälprozess befindlichen Werkstück. So kurz wie möglich, bevor das Werkstück
den Auszugsrollenapparat verläßt, wird es -- jedenfalls bei einer hohen Vorschubgeschwindigkeit
-- auf eine kleine axiale Geschwindigkeit abgebremst
und mit dieser
auf den Sollwert herabgesetzten axialen Geschwindigkeit aus der Schälmaschine ausgeschoben.
Die einzelnen Beschleunigungen werden von der Längenmeßeinrichtung ausgelöst Da
die vom Werkstück zurückzulegenden Wege unabhängig von der gewählten Vorschubgeschwindigkeit
sind, sondern von den baulichen Gegebenheiten der Schälmaschine abhängen, ist eine
Anpassung der Punkte der Geschwindigkeitsänderungen an unterschiedliche axiale Geschwindigkeit
überflüssig.
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Das Maß der Erhöhung der axialen Geschwindigkeit orientiert sich,
wie erwähnt, an der Vorschubgeschwindigkeit und wird in der Steuerungseinheit für
das Auszugsrollenpaar ermittelt.
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Der Forderung nach der Möglichkeit auch kurze Werkstücke bearbeiten
zu können wird durch die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 Rechnung getragen.
Diese Ausgestaltung ist beim Schälen kurzer Werkstücke erforderlich.
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Das Meßergebnis der Längenmeßeinrichtung vor dem Messerkopf am Einschubapparat
wird von der Längenmeßeinrichtung am Auszugsrollenpaar übernommen und ergänzt. Dem
liegt der Umstand zugrunde, daß bei kurzen Werkstücken die auslaufseitige Längenmeßeinrichtung
noch nicht arbeiten kann, da das Auszugsrollenpaar das Werkstück noch nicht erfaßt
hat.
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Alternativ zu diesem im wesentlichen elektrischen Lösungsweg kann
die Ausführungsform nach Anspruch 7 Anwendung finden, die durch die Verwendung von
zwei Antrieben gekennzeichnet ist.
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Die von der Vorschubgeschwindigkeit abgeleiteten Abschnitte des Geschwindigkeitsverlaufs
des Werkstücks im Auszugsrollenpaar werden vom Einschubapparat mit einer mechanischen
Verbindung abgeleitet. Hierzu werden mindestens zwei steuerbare Kupplungen benötigt,
mit denen entweder der vom Einschubapparat abgeleitete Antrieb des Auszugsrollenpaares
eingeschaltet wird oder ein separater Drehstrommotor, der am Ende des Vorschubes
zur Herabsetzung der axialen Geschwindigkeit verwendet wird. Diese letzte axiale
Geschwindigkiet (Sollwert), mit der das Werkstück die Schälmaschine verläßt, ist
unabhängig von der für den Schälbetrieb gewählten Vorschubgeschwindigkeit. Diese
Ausführungsform bietet sich jedenfalls dann an, wenn,-wie in Anspruch 8 vorgesehen,
zwischen dem Messerkopf und dem Auszugsrollenpaar zusätzlich ein Spannwagen vorgesehen
ist, der die eigentliche Funktion des Ausziehens des Werkstücks aus dem Messerkopf
übernimmt. In diesem Falle beschränkt sich die Funktion des Auszugsrollenpaares
auf das Beschleunigen bzw. Separieren der einzelnen Werkstücke und das anschließende
Abbremsen zum behutsamen Ausschieben derselben. Wenn kein zusätzlicher Spannwagen
vorgesehen ist, muß der vom Einschubapparat abgeleitete Antrieb mit einer weiteren
Schaltstufe ausqerüstet werden, damit das Auszugsrollenpaar auch den letzten Abschnitt
des Auszugsvorgangs aus dem Bereich des Messerkopfes übernehmen kann. In diesem
Falle muß die Steuerungseinrichtung für das Auszugsrollenpaar drei Kupplungen aufweisen.
Eine davon dient der Einkupplung der Schaltstufe für die Obernahme des Werkstücks
mit der Vorschubgeschwindigkeit, die zweite der Einschaltung der
Schaltstufe
mit der verdoppelten Vorschubgeschwindigkeit und die dritte dem Einschalten des
separaten Drehstrommotors für das letzte Ausschieben des fertig geschälten Werkstücks
aus der Schälmaschine.
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Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei
zeigen.
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Fig. 1 eine schematische Wiedergabe einer Schälmaschine mit den Steuerungsmitteln
für den Werkstückvorschub.
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Fig. 2 eine Schälmaschine mit einem zusätzlichen Spannwagen Fig.
3 eine Antriebsvariation für das Auszugsrollenpaar.
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Mit 1 ist der Einschubapparat der Schälmaschine nach den Fig. 1 und
3 bezeichnet. Diese Schälmaschine weist einen umlaufenden Messerkopf 2, ein Auszugsrollenpaar
3, einen Gleichstrommotor 4 für das Auszugsrollenpaar, eine Längenmeßeinrichtung
5 und 78, einen Impulsgeber 6 vordem Einschubapparat und eine Steuerungseinheit
21 auf. Die Steuerungseinheit 21 steht über die Leitungen 18,19,20 und 79 mit dem
Impulsgeber 6, dem Gleichstrommotor 4 und den Längenmeßeinrichtungen 5 und 78 in
Verbindung. Sie beeinhalten die vorzugsweise elektronischen Steuerungselemente zur
Umsetzung der Signale des Impulsgebers und der Längenmeßeinrichtungen in Größen
zur Steuerung des Gleichstrommotors 4. Der Einschubaparat 1 besteht aus
zwei
Einschubrollen 7,8 die das Werkstück 17 durch Drehung in Richtung der Pfeile 23,24
durch die Schälmaschine schieben. Die Vorschubrollen werden von einem nicht dargestellten
Motor angetrieben. Im Messerkopf 2 sind zwei Messerhalter 9,10 radial zur Drehachse
des Messerkopfes verschiebbar gelagert. Der Messerkopf läuft in Richtung der Pfeile
13,14 um. An den nach innen gerichteten Enden der Messerhalter 9,10 sind Schälmesser
11,12 eingeklemmt. Diese schälen auf wendelförmiger Bahn eine Oberflächenschicht
vom runden Werkstück 17 ab.
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Der Messerkopf wird von einem nicht dargestellten Motor angetrieben.
Das Auszugsrollenpaar 3 mit den zwei an ihrem Umfang profilierten Rollen 15,16 übernimmt
den Vorschub des Werkstücks 17, sobald die Rollen 7,8 in der Endphase der Schälbearbeitung
außer Eingriff geraten.
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Die Auszugsrollen 15 und 16 ziehen das Werkstück 17 aus dem Messerkopf
2 aus und sichern es gleichzeitig gegen Verdrehen. In dieser Phase der Bearbeitung
liegen die Stirnseiten der Werkstücke 17 und 29 noch dicht beieinander (gestrichelte
Linie in Fig. 1). Bis zum Abschluß der Schälbearbeitung ist die axiale Geschwindigkeit
71 des Werkstücks 17 konstant. Sobald das fertig geschälte Werkstück 17 die Schälmesser
11 und 12 verlassen hat, schließt sich an die Vorschubgeschwindigkeit 71 eine Phase
der Beschleunigung 72 an. Bei der Beschleunigung wird die axiale Geschwindigkeit
etwa auf das Doppelte der Vorschubgeschwindigkeit erhöht und zwar bis auf den durch
73 gekennzeichneten Wert für die axiale Geschwindigkeit. In dieser Zeit erhöhter
axialer Geschwindigkeit wird ein Zwischenraum zwischen dem Werkstück 17 und dem
nachfolgenden Werkstück 29 gebildet.
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Nach Erreichen eines Zwischenraumes von z.B. einem Meter wird die
axiale Geschwindigkeit, die dem fertig geschälten Werkstück durch die Auszugsrollen
15,16 vermittelt wird in der Bremsphase 74 auf einen Wert 70 herabgesetzt, mit dem
das Werkstück 17 die Auszugsrollen 15,16 und somit die Schälmaschine als ganzes
verläßt.
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Diese axiale Geschwindigkeit bei 70 ist üblicherweise ein Wert, der
deutlich unterhalb der Vorschubgeschwindigkeit liegt. Mit dieser herabgesetzten
Geschwindigkeit 70 beim Ausschub des Werkstücks wird erreicht, daß alle Werkstücke
in einem eng begrenzten Bereich in axialer Richtung gesehen zum Stillstand kommen,
um dann in möglichst präziser axialer Lage quertransportiert zu werden. Anschließend
erhöht sich die Vorschubgeschwindigkeit der Auszugsrollen wieder auf den Wert bei
71 zur Übernahme des nächsten Werkstücks 29.
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Das unbearbeitete Werkstück 29 wird quer zu seiner Längserstreckung
(Pfeil 81) auf den Rollgang 80 abgelegt, während das vorangehende Werkstück 17 geschält
wird. Dadurch entsteht ein Zwischenraum zwischen den Werkstücken 17 und 29. Das
Ende 69 des Werkstücks 17 wird von dem als Lichtschranke ausgebildeten Impulsgeber
6 erfaßt. Die Längenmeßeinrichtung 78 beginnt zu messen. Zwischenzeitlich schließt
das auf dem Rollgang befindliche Werkstück auf und berührt die rückwärtige Endfläche
69 des Werkstücks.
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Sobald das Werkstück 17 das Auszugsrollenpaar 3 erreicht, tritt die
Längenmeßeinrichtung 5 in Funktion, das Werkstück 17 wird bis zum Werkstückende
69 aus dem Messerkopf ausgezogen und beschleunigt (Phase 72). Die Steuerungseinheit
21 bestimmt aufgrund der erfaßten zurückgelegten axialen Wegstrecke des Werkstücks,
ausgehend von dem Impuls vom Impulsgeber 6, Anfangs- und Endpunkte der einzelnen
Geschwindigkeits- und Beschleunigungsphasen.
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Das Ziel der möglichst exakten axialen Lage der ausgeschobenen und
geschälten Stangen oder Rohre läßt sich in besonders günstiger Weise mit der Schälmaschine
nach Fig. 2 erreichen. Diese Schälmaschine besteht aus einem Einschubapparat 30,
einem Messerkopf 31, einem Spannwagen 32, und einem Auszugsrollenpaar 35. Vor dem
Einschubapparat ist ein Impulsgeber 38 angeordnet, der an eine Steuerungseinheit
33 angeschlossen ist. Das Auszugsrollenpaar 35 ist mit einer Längenmeßeinrichtung
54 gekoppelt, deren Ergebnis über die Leitung 75 und in die Steuerungseinheit 33
eingegeben wird. Das Auszugsrollenpaar 35 besteht aus den profilierten Rollen 52,53,
die von einem Motor 34 mit steuerbarer Ausgangsdrehzahl angetrieben wird.
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Am Einschubapparat 30 ist eine weitere Längenmeßeinrichtung 82 vorgesehen,
die über die Leitung 83 an die Steuerungseinheit 33 angeschlossen ist.
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Die Rollen 36,37 des Einschubapparates sind an ihrem Umfang profiliert,
wie die vorbeschriebenen Rollen des Auszugsapparates und werden von einem nicht
dargestellten Motor drehangetrieben. Sie schieben das Werkstück axial durch die
Schälmaschine und sichern es dabei gegen Verdrehen. In der gezeigten Position schieben
sie das nachfolgende Werkstück 76 ohne Zwischenraum hinter dem zur Zeit in Bearbeitung
befindlichen Werkstück 43 her. Die eigentliche Ssann- und Transportaufgabe für das
Werkstück 43 wird dabei -- jedenfalls in der Endphase -- von dem Spannwagen 32 übernommen.
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Der Messerkopf 31 mit seinen Messerhaltern 39,40 und den Schälmessern
41,42 schalt eine Oberflächenschicht vom Werkstück 43 ab. Der Messerkopf rotiert
in Richtung der Pfeile 55,56.
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Auslaufseitig des Messerkopfes ist der Spannwagen 32 angeordnet, der
in Richtung des Pfeiles 82 in der Führungsbahn 49 beweglich geführt ist. Der Spannwagen
wird in der Führungsbahn durch die Rollen 50,51 in seiner Lage radial zum Werkstück
fixiert.
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Er wird durch einen nicht dargestellten Zylinder oder ähnliche Antriebsmittel
in Vorschubrichtung verschoben.
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Der Spannwagen 32 hat zwei Spannbacken 44,55 von denen eine starr
mit dem Spannwagen verbunden ist und die andere von einem Spannzylinder 46 zum Spannen
und Lösen des Werkstücks 43 radial zu diesem verschieblich gelagert ist. Wie am
Beispiel der unteren Spannbacke gezeigt ist, sind die Spannbacken dem Werkstückquerschnitt
entsprechend profiliert und können so das Werkstück mit niedriger Flächenpressung
sicher einspannen.
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Die Verwendung eines Spannwagens, zusätzlich zu dem Auszugsrollenpaar
bringt den Vorteil mit sich, daß die Weglänge, die zum Separieren der Werkstücke
zur Verfügung steht, größer ist als bei der ausschließlichen Verwendung von Auszugsrollen.
Die erforderlichen Beschleunigungswerte sind hiermit leichter zu erreichen.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht in wesentlichen Teilen
der Ausführungsform nach Fig. 1.
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Die Antriebsmittel für das Auszugsrollenpaar sind gegenüber Fig. 1
geändert. Alternativ zu dem in Figur 1 gezeigten Gleichstrommotor wird die erfindungsgemäße
Mehrstufigkeit des Antriebs der Auszugsrollen durch die Verwendung zweier verschiedener
Antriebsquellen erreicht.
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Zum einen wird die Geschwindigkeit des Auszugsrollenpaares von den
Einschubrollen 7,8 aDgolcxic~ >' es gilt für die Phase dr Vorschubgeschwindigkeit
71-gemäß Fig. 1 und die Phase der Beschleunigung mit der erhöhten axialen Geschwindigkeit
73. Diese beiden Geschwindigkeiten die dem Werkstück durch das Auszugsrollenpaar
vermittelt werden, bestimmen sich ohnehin in Abhängigkeit von der vom Einschubapparat
bestimmten Vorschubgeschwindigkeit. Zum behutsamen Ausschieben des Werkstücks wird
der Antrieb des Auszugsrollenpaares auf einen Motor mit konstanter Drehzahl (Sollwert)
umgeschaltet. Zum Umschalten dienen die Schaltkupplungen 61 und 63. Diese bis jetzt
beschriebene Ausführung des Antriebs ist ausreichend bei der Verwendung eines Spannwagens,
wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn kein Spannwagen zur Anwendung kommt, wie in den Figuren
1 und 3 dargestellt, dann muß eine zusätzliche Geschwindigkeitsstufe durch ein Zusatzgetriebe
60 bzw.
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eine Zusatzgetriebestufe vorgesehen werden. Bei der ersten Variante
wird mit dem Antrieb für das Auszugsrollenpaar dem Werkstück ausschließlich die
erhöhte axiale Geschwindigkeit 73 (verdoppelte Vorschubgeschwindigkeit) vermittelt,
während die Phase der Vorschubgeschwindigkeit 71 ausschließlich vom Spannwagen bestritten
wird. Mit der in dünnen Vollinien angedeuteten zweiten vom Einschubapparat abgeleiteten
Getriebestufe kann das Auszugsrollenpaar auch die Phase der Vorschubgeschwindigkeit
71 übernehmen.
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Der in Fig. 3 gezeigte Antrieb wird wie folgt geschaltet: In der Phase
71 (ohne Verwendung eines Spannwagens) sind die Schaltkupplungen 61 und 63 getrennt.
Die Schaltkupplung 62 ist zum Ausziehen des Werkstücks 17 aus dem Messerkopf eingeschaltet.
Hiernach wird die Kupplung 62 getrennt und die Kupplung 61 greift. Durch die andersartige
Übersetzung am Winkelgetriebe 67 gegenüber dem Winkelgetriebe 59 ergibt sich die
erwähnte erhöhte, d.h. ungefähr verdoppelte Geschwindigkeit in der Phase 73. Zum
behutsamen Ausschieben der fertig geschälen Stange 17 wird die Kupplung 61 wieder
getrennt und die Kupplung 63 verbindet den Motor 64 mit dem Auszugsrollenpaar 3.
Zur tJbernahme der nächsten Stange 29 wird die Kupplung 62 wieder eingeschaltet
und gleichzeitig die Kupplung 63 getrennt. Bei Verwendung eines Spannwagens steuert
man anstelle der Kupplung 62 das Spannbackenpaar des Spannwagens.
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