DE3245003A1

DE3245003A1 - Vibrationsbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE3245003A1
Application number: DE19823245003
Authority: DE
Inventors: Tomihiro Ishguro; Hisamine Kobayashi; Akio Nagoya Aichi Murata
Original assignee: Shikishima Tipton Manufacturing Co Ltd; Tipton Manufacturing Corp
Current assignee: Shikishima Tipton Manufacturing Co Ltd; Tipton Manufacturing Corp
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1983-06-16
Also published as: US4517771A; GB2112903A; GB2112903B

Description

Di ο Krfindung betrifft eine Vi. brat i onsbearbeitungsmaschine der im Oberbegriff de.» Ansprüche 1 'definierten Gattung-Bekannte Vibrationsbearbeitungsmaschinen dieser Art (US-PS 4,317,313) weisen einen Arbeitsbehälter auf, dessen Länge fünf bis fünfzehn mal so groß wie seine Breite ist und der durch einen Motor, eine Anzahl von Motoren oder durch eine Anzahl von durch einen synchronisierenden Riemen verbundenen Unwuchtgewichten in Vibration versetzt wird. Bei Anwendung nur eines Motors ist der Fluß des Bearbeitungsgutes nicht immer zufriedenstellend, während bei der Anwendung mehrerer Motoren wegen des Fehlens geeigneter Synchronisationseinrichtungen die Drehphase der Unwuchtgewichte nicht ausreichend synchronisiert int. Bei Anwendung schließlich von Unwuchtgewichten, die durch einen Riemen synchronsiert sind, ergeben sich Probleme hinsichtlich des Lärms und der Festigkeit der Riemen.

Zur Erzielung einer glatten, gleichförmigen Spiral- und Zirkulationsbewegung des Bearbeitungsgutes wäre es jedoch erwünscht, eine Vielzahl von Paaren von Unwuchtgewichten vorzusehen, diese an den beiden Enden der Wellen mehrerer Motoren anzuordnen und die Drehphase der Motoren zu synchronisieren. Daneben wäre auch erwünscht, den Voraus- bzw. Vorlaufwinkel der Unwuchtgewichte an den beiden Enden jeder Motorweine einstellbar zu machen, damit die Vibrationsbearb«lt.ungFimasohine an den Zuotand des jeweiligen Bearbeitungsgutes (Arten und Mischungsverhältnisse der Werkstücke oder Medien, Arten der Verbindungen usw.), das jeweilige Bearbeitungsziel (Grob- bzw. Feinbearbeitung) und an die jeweils nötige Zirkulationszeit angepaßt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Vibrationsbearbeitungsmaschine derart weiterzubilden, daß die genannten Anpassungen problemlos vorgenommen worden können.

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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der betliegenden Zeichnung rm Ausführungabeispielen nnher erläutert. Es zeigen: ι <

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vibrationsbearbeitungsmaschine;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vibrationsbearbeitungsmaschine nach Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei ein auf Mikroschalter ansprechender Signal erzeuger vorgesehen ist;

Fig. A und 5 eine Draufsicht und eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das die Reihenfolge der Arbeitsschritte der erfindungsgemäßen Vibrationsbearbeitungsmaschine verdeutlicht;

Fig. 8 das Blockschaltbild einer Einrichtung mit analogem Ausgangssignal;

Fig. 9 das Schaltbild einer Einrichtung mit digitalem Ausgangssignal;

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Kig. 10 ischemaLlHch eine erfindung.sgemäße Einrichtung zur automatischen Einstellung der Vorlaufwinkel der Unv/uchtgewichte;

Fig. 11 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Einstellung der Zentrifugalkraft der Unwuchtgewichte; und

Fig. Λ?. eine schematische Draufsicht auf die Unwuchtgewichte nach Fig. 11.

Gemäß Fig. 1 und 2 enthält eine erfindungsgemäße Vibrationsbearbeitungsmaschine ein Gestell 1, auf dem mittels Federn ein länglich-ovaler, ringförmiger Arbeitsbehälter 3 vibrationsfähig abgestützt ist, der aus halbkreis- bzw. bogenförmigen Segmenten 3a,3b und mit deren Enden verbundenen geraden Segmenten 3c,3d gebildet ist. Die geraden Segmente 3c, 3d stellen die gewünschte Länge der Bearbeitungsstrecke sicher, während die halbkreisförmigen Segmente 3a,3b die Zirkulation des Bearbeitungsgutes ermöglichen. Am Boden des Arbeitsbehälters 3 ist eine Platte Λ vorgesehen, die den mittleren, durch die Ringform gebildeten Raum abdeckt. Die Platte 4 trägt auf einer Seite einen Motor 5 und auf der anderen Seite einen Motor 6, wobei beide Motoren 5 und 6 symmetrisch längs der Längsachse des Arbeitsbehälters 3 angeordnet sind. Beide Motoren 5 und 6 sind aufrecht angeordnet, so daß sich ihre Wellen vertikal erstrecken. Als Motoren können relativ preisgünstige, beispielsweise Dreiphasen-Induktionsmotoren vorgesehen sein. Jeder Motor ist mit zwei Unwuchtgewichten 10,11 bzw. 10a,11a versehen, die entsprechend Fig. 2 an den oberen und unteren Enden der Wellen befestigt und unter einem vorgegebenen Winkel relativ zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird während der Drehung der Wellen eine vorgewählte Vibrationskraft erzeugt. Wenn sich die Wellen drehen, wird nämlich eine Zentrifugalkraft erzeugt, die dem Arbeitsbehälter 3 in Form einer Vibration aufgeprägt wird. Der Arbeitsbehälter 3 enthält das Bearbeitungsgut, das aus einer Mischung von Werkstücken, deren Oberfläche be-

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. τ-

arbeitet werden soll, Schleifmitteln und Lösungsmitteln besteht. Die Vibration des Arbeitsbehälters 3 hat einen toroidalen Strom des Bearbeitungngute.s entlang der ringförmigen Bahn des Arbeitsbehälters 3 zur Folge, d.h. das Bearbeitungsgut bewegt sich sowohl spiralförmig entlang des im wesentlichen kreisrunden Querschnitts der durch den Arbeitsbehälter gebildeten Bewegungsbahn als auch zirkulierend in Achsrichtung der Bewegungsbahn. Diese toroidale Bewegung des Bearbeitungsguts durch die gesamte Bewegungsbahn des Arbeitsbehälters 3 bewirkt die Oberflächenbearbeitung der Werkstücke. In einem derartigen Fall sind die Vorlaufwinkel zwischen den Unwuchtgewichten für die beiden Motoren derart gewählt, daß sich die günstigste Toro|.dalbewegung des Bearbeitungsgutes einstellt. Bei einem entsprechend Fig. 1 und P ausgebildeten Arbeitsbehälter beträgt der Vorlaufwinkel eines Gewichts im Verhältnis zum jeweils anderen Gewicht 90 bis 180 , vorzugsweise 120 bis 150 , wobei dieser Vorlaufwinkel während des Bearbeitungsprozesses konstant gehalten wird. Alternativ, insbesondere bei Anwendung anderer Arbeitsbehälter, die später beschrieben werden, ist der Vorlaufwinkel variabel und mittels eines elektronischen Prozessors derart einstellbar, daß er auch während des Betriebs auf den jeweils günstigsten Wert eingestellt werden kann.

Der Motor 5 ist über einen variablen Frequenzwandler 8a mit einem Netzteil 7 verbunden, das mit einer kommerziellen Frequenz betrieben ist. Der Motor 6 ist mit einem variablen Frequenzwandler 8b verbunden, der eine variable Frequenz liefert, um den Motor mit einer durch den Frequenzwandler 8b steuerbaren Drehzahl anzutreiben. Eine Welle 9 des Motors 5 trägt das Paar Unwuchtgewichte 10 und 11, die am oberen bzw. unteren Ende der Welle befestigt sind, während eine Welle 9a des zusätzlichen Motors 6 das Paar der Unwuchtgewichte 10a und 11a trägt, die entsprechend am oberen bzw. unteren Ende dieser Welle befestigt sind. Im stationären Betrieb sind die Drehzahlen der beiden Motoren gleich, wenn der Vorlaufwinkel der beiden Unwuchtgewichte

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auf einen vorgewählten Wert eingestellt ist. Wenn der Vorlaufwinkel dagegen nicht dem vorgewählten Wert entspricht, beginnt eine Steuereinrichtung zu arbeiten, um die Drehzahl eines der Motoren zu verändern, bis der vorgewählte Vorlaufwinkel erhalten ist. Die Drehzahl beider Motoren im stationären Betrieb ist außerdem auf einen optimalen Wert eingestellt, der anhand von vorausgehenden Versuchen ausgewählt wird.

Die Steuereinrichtung enthält außer den Frequenzwandlern 8a und 8b an sich bekannte, am Gestell 1 gelagerte Codiergeräte bzw. Signalerzeuger 13 und 13a, die mittels flexibler Kabel 12 und 12a mit je einer der Wellen 9 und 9a verbunden sind. Hierdurch ermitteln die Signalerzeuger 13,13a die tatsächlichen Drehzahlen und Phasen der Wellen. Die Ausgangssignale der Signalerzeuger 13,13a sind mit einem elektronischen Prozessor 14 der Steuereinrichtung verbunden, der an die variablen Frequenzwandler 8a und 8b angeschlossen ist und diese derart steuert, daß die Drehphasen der Unwuchtgewichte miteinander synchronisiert werden.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Signal-Erzeuger. Dabei ist das obere Gewicht 10, daß das leichtere Gewicht sein kann, an seinem äußeren Ende oder oberhalb davon mit einem Zahn oder Nocken 19 versehen, während gegenüber dem Nocken 19 und in der Nähe davon ein Mikroschalter 20 (magnetischer Sensor) angeordnet ist, der auf das vorbeilaufende Unwuchtgewicht magnetisch anspricht. Gemäß Fig. 1 und 2 ist außerdem noch ein Schaltbrett 15 vorgesehen, das Steuerknöpfe zum Einstellen der Drehzahl des Motors 5 sowie des VorlaufwinkeIs des Motors 6 bezüglich des Motors 5 und eine analoge oder digitale Anzeigevorrichtung zum Sichtbarmachen der Drehzahl und der Differenz der Drehphasen der Wellen aufweist. Wenn eine konstante, durch die übliche Frequenz vorgegebene Drehzahl vorgezogen wird, ist einer der beiden variablen Frequenzwandler Ha oder Hb nicht erforderlich. In diesem Fall wird vielmehr

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einer der beiden Motoren 5 oder 6 durch die übliche Frequenz mit einer konstanten Drehzahl angetrieben, während die Drehzahl des anderen Motors gesteuert wird.

Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung mit einer anderen Konstruktion des Arbeitsbehälters. Dabei haben die halbkreisförmigen Behälterabschnitte 3a und 3b jeweils eine in Strömungsrichtung des Bearbeitungsgutes abfallende Neigung (vgl. Pfeile 18 und 18b), während die beiden parallelen, geraden Behälterabschnitte 3c und 3d jeweils eine in Strömungsrichtung des Bearbeitungsgut.es ansteigende Neigung besitzen ,(vgl. Pfeile 18a und 18c), wobei die halbkreisförmigen Behälterabschnitte 3a und 3b und die geraden Behälterabschnitte 3c und 3d an ihren jeweils zugeordneten, aneinander grenzenden Enden derart verbunden sind, daß sie eine innere Bewegungsbahn bilden und einen gleichförmigen Strom des,Bearbeitungsgutes ermöglichen. Die Steuereinrichtung mit ,ihren Signalerzeugern, dem Prozessor, den variablen Frequ^nzwandlern usw. ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 ausgebildet. Die Behälterkonstruktion nach Fig. 4 und 5 bewirkt eine verbesserte Strömung des Bearbeitungsgutes insbesondere im Bereich der Behälterecken, wodurch die Trennung des Bearbeitungsgutes in bearbeitete Werkstücke und Schleifmittel verbessert wird.

Bei der weiteren AusfUhrungsform nach Fig. 6 ist der Arbeitsbehälter ^ nach Fift. 1 und ? auf seiner Außenseite von einem zusätzlichen Arbeitsbehälter 3¹ mit entsprechender Form umgeben, wodurch eine duale Behälterkonstruktion mit einem inneren und einem äußeren Arbeitsbehälter entsteht. Eine Vibrationsbearbeitungsmaschine mit dieser dualen Behälterkonstruktion kann zwei unterschiedliche Bearbeitungsoperationen gleichzeitig durchführen. Der äußere Arbeitsbehälter 3' kann beispielsweise zur Grobbearbeitung verwendet werden, während der innere Arbeitsbehäüter 3 für die Endbearbeitung oder die (Jlanzpol i erung ein-

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gesetzt wird. Eine andere Anwendungsform für die duale Behälterkonstruktion besteht darin, daß der äußere Behälter für den Bearbeitungsvorgang eingesetzt wird, während der innere Arbeitsbehälter 3 für den Trocknungsvorgang dient und zu diesem Zweck mit Trocknungsmitteln wie Sägemehl, Maiskolben od. dgl. beschickt wird. Anstelle der dargestellten Behälterkonstruktion kann auch eine solche vorgesehen werden, die aus mehr als zwei äquivalent geformten Arbeitsbehältern besteht und daher noch mehr unterschiedliche Operationen gleichzeitig durchführen kann.

Nachfolgend wird die elektronische Schaltungsanordnung beschrieben, die zur Steuerung der Drehzahl des Motors 5 und der Vorlaufwinkel zwischen den Unwuchtgewichten einer Anzahl von Motoren erforderlich ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Drehzahl eines Motors und die Drehphase der Unwuchtgewichte dieses Motors einen Referenzwert darstellen, so daß die Drehphasen der Unwuchtgewichte der anderen Motoren so gesteuert werden können, daß sie die vorgeschriebenen Vorlaufwinkel mit Bezug auf diesen Referenzwert einnehmen. Die Drehzahlen und Vorlaufwinkel werden mittels einer Wählscheibe (Volumenkontrolle) auf irgendeinen gewünschten Wert eingestellt, der von der Art der Behälterkonstruktion (z.B. Einfach- bzw. Mehrfachbehälter), den Bearbeitungsbedingungen für die" Werkstücke und der Art des Bearbeitungsgutes abhängt. Die Ausgangsinformation wird dann in Form analoger oder digitaler Daten sichtbar gemacht. Auch die Anpassungsarbeiten können durch Einsatz eines geeigneten Sensorsystems in der Weise durchgeführt werden, daß die erhaltenen Werte die jeweils günstigsten Betriebsbedingungen wiedergeben. Das Flußdiagramm der Steuereinrichtung ist in Fig. 7 dargestellt. Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems für analoge Steuerung, wobei den Eingängen A und B die von den Signalerzeugern 13,13a oder Mikroschaltern 20 kommenden Eingangssignale zugeführt werden und wobei der Zeitgeber dazu dient, die Änderungen der eingehenden Vorlaufwinkel einzustellen.

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• - ι/¹· -

• AA-

Fig. 9 zeigt schließlich das Blockschaltbild eines Systems für eine digitale Steuerung, wobei der Block CPU einen Prozessor darstellt, der programmierte Computerfunktionen enthält .

Die Betriebsweise der beschriebenen Steuereinrichtung ist wie folgt. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 6 enthält der Arbeitsbehälter 3 das Bearbeitungsgut, das aus Schleifmitteln, Werkstücken, deren Oberfläche bearbeitet werden soll, und dem erforderlichen Wasser- und Lösungsgemisch besteht. Das Einfüllen des Bearbeitungsgutes in den Arbeitsbehälter 3 wird manuell oder automatisch durchgeführt. Anschließend werden die Motoren 5 und 6 eingeschaltet. Der Motor 5 dreht sich dann mit einer Drehzahl, die vom variablen Frequenzwandler 8a variabel eingestellt werden kann, während der Motor 6 unter der Steuerung des variablen Frequenzwandlers 8b mit derselben Drehzahl wie der Motor 5 dreht. Die Signalerzeuger 13 und 13a liefern Ausgangssignale, die dem Prozessor (CPU) zugeführt werden. Dabei sind die Ausgangssignale der Signalerzeuger 13,13a repräsentativ für die Jeweiligen Istwerte der Winkelstellungen der Wellen der Motoren 5 und 6. Bei Eingang dieser Signale errechnet der Prozessor 14 sämtliche Differenzen zwischen der Istdrehzahl bzw. dem Istwert der Drehwinkelphase des Motors 6 mit Bezug auf die Referenzwerte der Drehzahl bzw, der Drehwinkelphase des Motors 5. Aufgrund dieser Berechnung sendet der Prozessor 14 dann ein Befehlsignal an den variablen Frequenzwandler 8b, damit beide Motoren mit denselben Drehzahlen und mit dem vorgeschriebenen Vorlaufwinkel zwischen ihnen gedreht werden. Das bedeutet, daß der variable Frequenzwandler 8b auf das Befehlsignal der Prozessors 14 in der Weise anspricht, daß seine Frequenz den vom Prozessor 14 ermittelten Wert annimmt und dadurch der Motor 6 mit derselben Drehzahl und mit einer Drehphase angetrieben wird, die virtuell dieselbe wie die des Motors 5 ist oder die von der Drehphase des Motors 5 in definierter Weise abweicht. Die Synchronisation für die Drehung und Phase wird dann mittels der konstanten Rückkopplungsschleife

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. dazwischen dem Sensorsystem, dem variablen Frequenzwandler 8b und dem Prozessor Vi aufrechterhalten. Als Folge davon bewegt «loh daü He-HrbeJ LungijguL Jm Arbei Lübehü 1 Ler 3 mit einer geregelten bzw. gesteuerten toroidalen Bewegung, während welcher die Oberfläche der Werkstücke.wie beschrieben bearbeitet wird. Am Ende der Bewegungsbahn wird das Bearbeitungsgut über eine stationäre Stauwand 21 auf eine bewegliche, in diesem Fall geschlossene Klappe 16 geführt. Von dieser Klappe 16 wird das Bearbeitungsgut dann auf ein Trennsieb 17 geleitet, wo es in Schleifmittel und Werkstücke getrennt wird. Die Schleifmittel können zwecks Wiederverwendung erneut in den Arbeitsbehälter eingegeben werden, während die Werkstücke aus dem Bearbeitungszyklus ausgeschleust und im Bedarfsfall einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden. Diese Bearbeitungsfolge betrifft den Fall der Bearbeitung im Durchlaufverfahren bzw. der kontinuierlichen Bearbeitung. Bei der diskontinuierlichen bzw. schubweisen Bearbeitung wird die Klappe 16 angehoben, damit das Bearbeitungsgut erneut in die Arbeitsbehälter 3 und/oder 3' einströmen kann. Im übrigen ist zur Steuerung des Stroms des Bearbeitungsgutes eine weitere Stauwand 22 vorgesehen, die insbesondere eine gleichförmige Strömung des Bearbeitungsgutes im Bereich der Ecken ermöglicht, ohne daß Störungen an bestimmten Stellen der Ecken auftreten (Fig. 1 und 4). Diese Stauwand 22 kann für die Zwecke der Erfindung jedoch auch weggelassen werden.

Die obige Beschreibung trifft für eine Steuereinrichtung für zwei Motoren, d.h. für einen Hauptmotor und einen Zusatzmotor zu. Die Erfindung läßt sich allerdings auch auf die Steuerung von mehr als zwei Motoren anwenden. In diesem Fall müssen jedem zusätzlichen Motor ein variabler Frequenzwandler und ein Signalerzeugungssystem zugeordnet sein, wobei jedoch die mit den zugeordneten zusätzlichen Motoren verbundenen Frequenzwandler und Signalerzeugungssysteme sämtliche durch einen Prozessor (CPU) gesteuert werden können. Sind hierbei die Unwuchtgewichte für diese Motoren nach Gewicht und Größe gleich, dann hat eine Vergrößerung der Drehzahl dieser Motoren eine entsprechende

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Vergrößerung der durch ihre Unwuchtgewichte erzeugten Vibrationskraft zur Folge, wodurch es möglich ist, die Menge der zu bearbeitenden Werkstücke zu vergrößern. Gleichzeitig wird die Neigung erhöht, grob bearbeitete Werkstückoberflächen zu erzeugen. Daher sollte die geeignete Drehzahl dieser Motoren in Abhängigkeit von der Behälterkonstruktion (Einzel-, Doppel- oder Mehrfachbehälter), der Art der Werkstücke einschließlich des zu verwendenden Schleifmittels und des Zustands der Unwuchtgewichte festgelegt werden. Die Vorlaufwinkel zwischen den Unwuchtgewichten des Hauptmotors und der zusätzlichen Motoren werden normalerweise auf Null Grad eingestellt, können jedoch in Abhängigkeit von den Strömungsbedingungen des Bearbeitungsgutes auch auf andere geeignete Werte eingestellt werden. Wenn beispielsweise das Unwuchtgewicht unter einem bestimmten Behälterabschnitt gegenüber den Unwuchtgewichten unter anderen Behälterabschnitten voreilt, dann wird das Bearbeitungsgut in diesem Behälterabschnitt mit einer vergrößerten Amplitude fortbewegt, so daß es gleichmäßiger strömt. Die Vorlaufwinkel können daher in Abhängigkeit von den tatsächlichen Strömungsbedingungen des Bearbeitungsgutes in den verschiedenen Behälterabschnitten modifiziert werden. Dadurch läßt sich die jeweils günstigste Strömung des Bearbeitungsgutes einstellen. Der Vorlaufwinkel wird gewöhnlich auf irgendeinen Wert innerhalb des Bereichs von 60° eingestellt.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß die Vibrationsbearbeitungsmaschine zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken eingesetzt wird. Alternativ laßt sich die Vibrationsbearbeitungsmaschine jedoch auch zum Rühren, Mischen, Mahlen und zu anderen Zwecken einsetzen. Alle diese Anwendungsgebiete sind im Rahmen der, vorliegenden Erfindung möglich.

Nachfolgend wird ein Vibrationserzeugungssystem beschrieben, bei dem der Vorlaufwinkel zwischen den Unwuchtgewichten einer einzigen Vibrationsquelle im Bedarfsfall verändert werden kann. Bei'der Ausführungsform nach Fig. 1 bis

v/eist jeder Motor zwei Unwuchtgewichte auf, die an den entgegengesetzten Enden seiner Welle befestigt sind. In derartigen Fällen ist es häufig erwünscht, den relativen Winkel zwischen diesen beiden Unwuchtgewichten zu verändern. Während des tatsächlichen Betriebs sind Änderungen dieser Vorlaufwinkel immer erwünscht, wenn es notwendig wird, die Betriebsbedingungen wie z.B. den Zustand des Bearbeitungsgutes (Arten und Beschickungsverhältnis der Werkstücke oder Medien), das Bearbeitungsziel (Grob- oder Feinbearbeitung), und die für die Zirkulation des Bearbeitungsgutes zugelassenen Zeitintervalle zu verändern. Bei Vibrationserzeugungssystemen mit zwei oder mehreren axial aufeinander ausgerichteten Unwuchtgewichten, die rotieren und Vibrationskräfte erzeugen, gibt es beispielsweise mehrere Möglichkeiten, die durch die Unwuchtgewichte erzeugte Vibrationsart zu verändern. Diese Möglichkeiten bestehen darin, Unwuchtgewichte unterschiedlicher Größen und Gewichte vorzusehen, die in Abhängigkeit von den oben erwähnten Betriebsbedingungen einzusetzen sind, oder Einrichtungen zu schaffen, mittels derer die relativen Vorlaufwinkel zwischen den Unwuchtgewichten verändert werden können. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, die einzelnen Unwuchtgewichte auswechselbar anzuordnen, eine lösbare Verbindung zum Anbringen der Unwuchtgewichte an den Wellen vorzusehen und den Befestigungspunkt zwischen diesen beiden Elementen in Abhängigkeit vom Drehsinn der Rotation zu verändern, ferner die relative Lage zwischen der Welle und den Unwuchtgewichten mit Hilfe äußerer Mechanismen zu verändern oder schließlich Unwuchtgewichte zu verwenden, die mit einem bewegbaren Teil versehen sind, das mit Hilfe äußerer Mechanismen bewegt werden kann. Diese Möglichkeiten sind jedoch sämtlich nicht zufriedenstellend. Die Anwendung unterschiedlicher, an den Einzelfall angepaßter Unwuchtgewichte hat Zeitverluste und Umrüstarbeit zur Folge, da die Maschine jeweils angehalten werden muß, um die jeweils vorhandenen Unwuchtgewichte durch neue zu ersetzen. Alle anderen Möglichkeiten machen komplizierte Mechanismen erforderlich, wobei außerdem in den meisten

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Fällen der Variabilitätsbereich der Vorlaufv/inkel und der Bereich der durch die Unwuchtgewichte erzielbaren Momente begrenzt ist. Schließlich ist in den meisten dieser Fälle eine Mehrpunktsteuerung vorgesehen, die es prakti sch unmöglich macht, einen großen Bereich an Vibrationsarten einzustellen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß ein Signalerzeugungssystem vorgesehen, das die relative Istposition der auf den Wellen befestigten Unwuchtgewichte ermittelt und dem Eingang des Prozessors 14 ein diesem Istwert entsprechendes Signal zuführt. Wenn der Prozessor 14 die Signale des SignalerzeugungsRystems nicht zusätzlich verarbeiten kann, kann auch ein zweiter Prozessor vorgesehen werden. Wenn die relative, vom Signalerzeugungs system zu jedem Zeitpunkt ermittelte Istposition von der passenden Position abweicht, wird sie auf einen Befehl vom Prozessor hin korrigiert und auf die passende Position eingestellt. Hierzu wird der variable Frequenzwandler, dessen Eingang mit einem externen, kommerziellen Meßteil und dessen Ausgang mit dem zugeordneten Motor verbunden ist, durch den Prozessor 14 derart angesteuert, daß er eine korrigierte Frequenz liefert und dadurch bewirkt, daß sich der Motor mit einer regulierten Drehzahl dreht. Hierdurch wird eine einfache, robuste und kostengünstige Steuereinrichtung geschaffen, die für die Unwuchtgewichte einen weiten Bereich sowohl an Vorlaufwinkeln als auch an Momenten ermöglicht.

Fig. 10 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Veränderung der Vorlaufwinkel. Auf einer Maschinenplattform 46 ist mittels einer Anzahl von Federn 47 ein Arbeitsbehälter 48 schwingungsfähig abgestützt, der ein zentrales, zwischen den parallelen Strömungsbahnen des Bearbeltungsgutes angeordnetes Gehäuse 49 aufweist. Das Gehäuse 49 enthält wenigstens eine Vibrationseinheit, die aus zwei Motoren 31 und 32 besteht, die mit

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aufeinander ausgerichteten Wellen starr befestigt sind. Beide Motoren sind über variable Frequenzwandler 33a und 33b mit (iinfiin externen Netzteil 40 verbunden und durch die Frequenzwandler derart gesteuert, daß sie mit einer Drehzahl angetrieben werden können, die einer vom Prozessor (CPU) aufgegebenen Drehzahl entspricht. Der Motor 31 ist mit einem Unwuchtgewicht 34 versehen, das an einem Ende seiner Welle befestigt ist, während der andere Motor 32 ein am Ende von dessen Welle befestigtes Unwuchtgewicht 35 trägt. Das Unwuchtgewicht 34 besitzt an seinem einen Ende einen Zahn oder Nocken 42 und ist im übrigen im Gehäuse eines Signalerzeugers 36 angeordnet. Das Unwuchtgewicht 35 ist entsprechend an seinem einen Ende mit einem Zahn oder Nokken 43 versehen und im Gehäuse einer Signalerzeugungseinheit 37 angeordnet. Beide Siftnalerzeugungseinheiten 36,37 sind starr am Behälter 48 befestigt und können durch Sensoren ersetzt werden, die auf die Winkelstellungen der zugehörigen Unwuchtgewichte ansprechen. Die Signalerzeugungseinheiten enthalten eine Vielzahl von einzelnen Signalerzeugern, die in regelmäßigen Winkelabständen rundum die Unwuchtgewichte verteilt angeordnet sind. Dadurch spricht jeder Signalerzeuger auf eine bestimmte Winkelstellung des ihm zugeordneten Unwuchtgewichtes an. Infolgedessen führt jeder Signalerzeuger dem Prozessor 38 ein Signal zu, sobald der Nocken 42 bzw. 43 aufgrund der Drehung des zugehörigen Unwuchtgewichtes an ihm vorbeibewegt wird. Der Prozessor 38 kann auf diese Weise die relativen Drehstellungen der Unwuchtgewichte 34,35 der Motoren 31,32 ermitteln. Der Ausgang des Prozessors 38 ist mit den Frequenzwandlern 33a und 33b verbunden. Der Prozessor 38 führt die mittels eines geeigneten Programms vorgegebenen Computerfunktionen durch und errechnet den Istwert der Voreilung des Drehwinkels des Unwuchtgewichtes 35 bezüglich der als Referenzwert benutzten Drehwinkelstellung des Unwuchtgewichtes 34. Wenn der Istwert des Vorlaufwinkels von einem zuvor eingespeicherten Referenzwinkel oder dem richtigen, als Ergebnis einer Prozessorberechnung erhaltenen Wert abweicht, sendet der Prozessor dem

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• η.

variablen Frequenzwandler 33a ein Befehlssignal derart zu, daß der Frequenzwandler 33a ein Ausgangssignal mit einer korrigierten Frequenz abgibt und dadurch eine Veränderung der Drehzahl des Motors 32 bewirkt. Hat der vom Frequenzwandler 33a gesteuerte Motor die vom Prozessor 38 vorgegebene Drehzahl erreicht und ist der resultierende Vorlaufwinkel eingestellt, dann dreht sich der Motor 32, dem nun eine modifizierte Frequenz vom Frequenzwandler zugeführt wird, mit einer Drehzahl, die mit der des Motors 31 übereinstimmt. Dies wird durch eine RUckkopplungsschleife sichergestellt, die die beiden Motoren und den Prozessor mit den Frequenzwandlern umfaßt. Der Vorlaufwinkel wird somit in jedem Zeitpunkt konstant gehalten. Auf einer Anzeigetafel 39 können die verschiedenen Daten, die Drehzahl der Motoren und die sich von Zeit zu Zeit ändernden Vorlaufwinkel in analoger oder digitaler Form dargestellt werden. Die Anwendung der anhand Fig. 10 dargestellten Einrichtung ermöglicht die Einstellung des Vorlaufwinkels auf Jeden gewünschten Wert und kann auch im Vielzweckbetrieb angewendet werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführung form der Erfindung 1st in Fig. 11 dargestellt. Sie ermöglicht eine Veränderung des aus den Unwuchtgewichten resultierenden Moments. Zwei Motoren 51 und 52 sind derart aufrecht angeordnet, daß ihre Wellen axial aufeinander ausgerichtet sind. Jede Welle trägt ein Unwuchtgewicht 54,55, das derart an einem Ende der Welle starr befestigt ist, daß sich beide Unwuchtgewichte 54,55 gegenüber"liegen. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 10 sind die Unwuchtgewichte von Signalerzeugungseinheiten 56 bzw. 57 umgeben. Das auf diese Weise gebildete Vibrati ons-ny?ttem pr/itft einem Arbeitsbehälter 61 eine Vibrationskraft auf. Die Steuereinrichtung für die Vorlaufwinkel der Unwuchtgewichte ist dieselbe wie bei der Ausführungsform nach Fig. 10, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt. Wenn die beiden Unwuchtgewichte 54,55 hinsichtlich ihres Drehwinkels mit einer Phasendifferenz von 180° relativ zu-

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einander angeordnet sind (vgl. Fig. 12), dann löschen sich die auf die beiden Unwuchtgewichte ausgeübten Zentrifugalkräfte gegenseitig aus, d.h. die Summe der Vektoren, mittels derer die Zentrifugalkräfte dargestellt werden können, ergänzen sich zu Null, während gleichzeitig als Folge eines Abstandes ei zwischen den beiden Unwuchtgewichten ein Moment erzeugt wird. Wenn dagegen keine Differenz zwischen den ürehwinkeln der Unwuchtgewichte besteht, dann ist die resultierende Zentrifugalkraft doppelt so groß wie die eines einzigen Unwuchtgewichtes. Infolgedessen ist es möglich, durch Veränderung der Drehphasen zwischen den beiden Unwuchtgewichten in dem Bereich von 0° bis 180° nacheinander Zentrifugalkräfte einzustellen, die zwischen dem Wert Null und dem genannten doppelten Wert schwanken. Obwohl Fig. 11 zeigt, daß die Unwuchtgewichte einen relativ geringen Abstand voneinander haben, können sie auch weiter weg voneinander angeordnet werden. Dadurch werden der Abstand d und entsprechend das Moment vergrößert. Außerdem zeigt Fig. 11 die Anwendung von zwei Motoren, obwohl die Zahl der Motoren an sich wählbar ist. Bei Anwendung von zwei oder mehr Motoren brauchen diese nicht mit axial aufeinander ausgerichteten Wellen angeordnet sein, und auch der Drehsinn der einzelnen Motoren kann unterschiedlich sein.

Eine erfindungsgemäße Vibrationsbearbeitungsmaschine mit einem länglichen Arbeitsbehälter ermöglicht einen maximalen Durchsatz bzw. eine maximale Bearbeitungsleistung. Dies wird dadurch erreicht, daß die Unwuchtgewichte auf den verschiedenen Motorwellen unterhalb des Arbeitsbehälters mit einer günstigen, vom Computer vorgegebenen Drehzahl angetrieben und die Vorauswinkel zwischen den Unwuchtgewichten zu jedem Zeitpunkt auf die günstigsten, ebenfalls vom Computer vorgegebenen Werte eingestellt werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit der Bearbeitung der Werkstücke im Durchlaufverfahren und aus der störungsfreien und sicheren Betriebsweise.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die sich auf mannigfache Art und Weise abwandeln lassen.

.79.

Leerseite

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Claims

Pciberrtanwalt

Diplom-Physiker

Reinfried Frhr. ν. Schorlemer

Π-35ΟΟ Brüdor-ürimm-Platz 4 Telefon (O5C31) 153 35

D 5?79

Shikishima Tipton Manufacturing Co., Ltd., Nagoya (Japan.)

Vibrationsbearbeitungsmaschine

Patentansprüche

ibrationsbearbeitungsmaschine mit einem länglich-ovalen Arbeitsbehälter, der einen auf Federn abgestützten Boden und eine Anzahl von Vibrationsmotoren aufweist, die symmetrisch auf seiner Längsachse angeordnet sind und deren Wellen Unwuchtgewichte tragen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung (Oa,8b,13,13a,14,15,19,20,33a,33b,36, 37,38,39,56,57) zur Einstellung der Drehzahl und/oder der Drehphase der Motoren (5,6 bzw. 31,32 bzw. 51,52) und/oder der Vorlaufwinkel der Unwuchtgewichte (10,10a,11,1 ta bzw. 34,35 bzw. 55,56) vorgesehen ist.

2) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Signalerzeuger (13,13a bzw. 36,37 bzw. 56,57) zur Erzeugung von den Stellungen der Unwuchtgewichte entsprechenden Signalen, mit den Motoren verbundene variable Frequenzwandler (8a,Hb bzw. 33a,33b) und einen einen elektronischen Prozessor (14,38) zum Empfang der Signale und zur Steuerung der Frequenzwandler aufweist.

3) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeuger Sensoren zur Feststellung der Drehstellungen der Unwuchtgewichte aufweisen.

BAD

Λ) VibrationsbearbeitungnmasohJne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren aus Näherungsschaltern bestehen.

5) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltbrett (15,39) zur Einstellung und digitalen oder analogen Anzeige der Drehzahlen und der Drehphasen der Motoren vorgesehen ist.

6) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß die Drehzahl eines ausgewähl ten Motors (5) auf einen vorbestimmten Wert einstellbar ist, während die Drehzahlen der übrigen Motoren (6) unter der Steuerung der zugehörigen Frequenzwandler (8b) und des Prozessors (14) und unter Aufrechterhaltung Je einer bestimmten Drehphasendifferenz auf demselben Wert wie die Drehzahl des ausgewählten Motors (5) gehalten werden.

7) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein ausgewählter Motor (5) an ein Netzteil (7,40) üblicher Frequenz angeschlossen ist, während die übrigen Motoren (6) mit einem variablen Frequenzwandler (8a,8b bzw. 33a,33b) verbunden sind.

8) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Vibrationserzeuger aus zwei unabhängig voneinander antreibbaren Motoren (31,32 bzw. 51,52) mit koaxial angeordneten, an ihren Enden mit Unwuchtgewichten (34,35 bzw. 55,56) versehenen Wellen besteht und daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß die Drehphase der Unwuchtgewichte wenigstens einer Welle einstellbar ist.

9) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtgewichte (55,56) einander gegenüberliegend angeordnet sind.

BAD OR(GfNAL

10) Vibrationsbearbeitungsmanchine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbehälter (3) symmetrisch zu seiner Längsachse ausgebildet ist und zwei einander gegenüberliegende, halbkreisförmige sowie zwei diese verbindende, parallel zueinander angeordnete, gerade Behälterabschnitte (3a,3b bzw. 3c,3d) aufweist, die aus je zwei gegenüberliegenden, äußeren und inneren Wandsegmenten und aus diese verbindenden, U-förmigen Bodenteilen gebildet sind, und daß die Federn (2) längs des Behälterbodens auf im wesentlichen parallel zu den Achsen der Bodenteile verlaufenden Linien angeordnet sind.

11) Vibrationsbearbeitungsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbehälter (3) in seinen halbkreisförmigen Abschnitten (3a,3b) eine in Strömungsrichtung des Bearbeitungsgutes abfallende Neigung und in seinen geraden Abschnitten (3c,3d) eine in Ströraungsrichtung ansteigende Neigung besitzt.

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