-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Spalteinstellung bei Gleitschliffmaschinen mit Drehteller, wobei die Spaltweite eines zwischen dem Drehteller und einem Arbeitsbehälter befindlichen Spalts durch eine Regelung eingestellt wird.
-
Bei Gleitschliffmaschinen mit Drehteller wird ein Arbeitsbehälter mit Werkstücken und gegebenenfalls auch mit Schleifkörpern beladen, die durch den rotierenden Drehteller in Drehbewegung versetzt werden, wobei durch den Behälter Wasser und Reinigungsmittel geführt werden. Zwischen dem Drehteller und dem feststehenden Arbeitsbehälter ist ein Ringspalt vorhanden, der im Bereich von beispielsweise etwa 0,2 mm bis 0,8 mm liegen kann.
-
Da Veränderungen der Spaltweite einerseits den Flüssigkeitsdurchfluss beeinflussen und andererseits ein Verklemmen von Werkstücken oder Schleifkörpern hervorrufen können, ist es wünschenswert, eine voreingestellte Soll-Spaltweite während des Betriebs beizubehalten. Hierzu ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, die Spaltweite durch eine Regelung automatisiert einzustellen. Allerdings hat sich in der Praxis gezeigt, dass eine solche automatisierte Spaltweiteneinstellung nicht dauerhaft zufriedenstellend funktioniert.
-
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der vorstehenden Art und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine dauerhaft zufriedenstellende Spaltweitenregelung erzielt werden kann.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Bestimmung einer Spaltweite von Null zunächst der Spalt mit Druckluft beaufschlagt, so dass der im Bereich des Spalts entstehende Luftdruck auf der Druckseite gemessen werden kann. Unter der Druckseite wird hierbei diejenige Seite des Spalts verstanden, die mit Druckluft beaufschlagt wird.
-
Nach Beaufschlagung mit Druckluft können Drehteller und Arbeitsbehälter relativ zueinander aufeinander zu bewegt werden, so dass sich der Spalt zunehmend schließt. Hierdurch steigt auf der Druckseite der gemessene Luftdruck an. Mit zunehmendem Anstellen des Drehtellers an den Behälter (oder umgekehrt) schließt sich der Spalt zunehmend, bis der gemessene Luftdruck einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat, bei dem keine oder nahezu keine Luft mehr durch den Spalt gelangt. Zu diesem Zeitpunkt kann dann als Referenzwert für die Spaltweite von Null diejenige Relativposition von Drehteller und Arbeitsbehälter definiert werden, die zu diesem Zeitpunkt vorhanden ist. Mit anderen Worten wird als Referenzwert für die Spaltweite von Null diejenige Relativposition von Drehteller und Arbeitsteller definiert, die vorhanden ist, wenn der gemessene Luftdruck einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat, beispielsweise einen Wert von 150 mbar. Auf Grundlage dieser definierten Relativposition, d.h. des ermittelten Abstands zwischen Drehteller und Arbeitsbehälter bei Erreichen des vorbestimmten Grenzwertes, kann dann die gewünschte Spaltweite, d.h. der gewünschte axiale Abstand zwischen Arbeitsbehälter und Drehteller, so geregelt werden, dass diese im Betrieb konstant bleibt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine automatisierte Spaltweitenregelung außerordentlich zuverlässig und dauerhaft durchführen, da die für die Spaltweitenregelung erforderliche Nullposition äußerst genau ermittelt wird, ohne dass dabei Arbeitsbehälter und/oder Drehteller beschädigt werden. Diese beiden Bauteile sind in der Praxis üblicherweise mit heiß vergossenem Polyurethan beschichtet, das bei einem zu starken Anstellen des Drehtellers an den Behälter dauerhaft beschädigt werden könnte. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Drehteller jedoch vergleichsweise sanft angestellt werden und dies nur so lange, bis der vorbestimmte Grenzwert der Druckluft erreicht ist, der die Spaltweite von Null und die entsprechende Relativposition von Drehteller und Arbeitsbehälter definiert.
-
Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Verschleiß von Drehteller und/oder Arbeitsbehälter kompensiert werden, da durch erneutes Erfassen und Definieren der Nulllage auch dann eine gewünschte Spaltweite exakt geregelt werden kann, wenn sich die Spaltflächen durch Verschleiß verändert haben sollten.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
-
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann zur Messung des Luftdrucks ein Messwandler verwendet werden, der bei einem Betrieb der Gleitschliffmaschine als Flüssigkeitsstandsensor verwendet wird. Somit kann bei Einsatz eines Messwandlers, der Drücke in flüssigen und auch in gasförmigen Medien erfassen kann, ein und derselbe Sensor einerseits für die Messung des Luftdrucks im Bereich des Spalts und andererseits als Messsensor für Füllstandshöhen herangezogen werden.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Relativposition zwischen Drehteller und Arbeitsbehälter durch einen Wegmesssensor ermittelt werden. Hierdurch ist bei einer automatisierten Regelung eine reproduzierbare und wiederholbare Positionserfassung möglich.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Drehteller durch einen Hydraulikzylinder in Richtung des Arbeitsbehälters und auch von dem Arbeitsbehälter weg bewegt werden. Hierbei kann es vorteilhaft sein, einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder einzusetzen, da dann sowohl die Anstellbewegung des Drehtellers an den Arbeitsbehälter wie auch die Rückführbewegung des Drehtellers zur Einstellung der gewünschten Spaltweite präzise gesteuert werden kann.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Drehteller durch einen Riemenantrieb in Drehung versetzt. Auf diese Weise muss nicht der gesamte Antriebsmotor bewegt werden, so dass das Gesamtgewicht der bewegten Einheit reduziert und die Konstruktion vereinfacht ist. Weiterhin kann durch Verwendung eines Riemenantriebs der Axialhub, d.h. der Hub des Drehtellers in Richtung Arbeitsbehälter durch den Riemen kompensiert werden, so dass der Motor feststehend auf einem Maschinengestell montiert werden kann und der Axialhub des angetriebenen Drehtellers durch den Riemen kompensiert wird.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein neuer Referenzwert für die Spaltbreite von Null definiert werden, nachdem eine vorbestimmte Betriebsdauer der Gleitschliffmaschine erreicht worden ist und/oder nachdem eine vorbestimmte Temperaturänderung im Bereich des Spalts erreicht worden ist. Eine solche Temperaturänderung kann einerseits durch Änderung der Raumtemperatur aber auch durch Temperaturänderung des Arbeitsbehälters und des Drehtellers während des Betriebs verursacht sein, die z.B. durch unterschiedlich temperierte Prozessflüssigkeit verursacht ist. Es kann deshalb vorteilhaft sein, wenn die konstante Spaltweite unter Berücksichtigung einer im Bereich des Spalts gemessenen Temperatur eingestellt wird. Da sich sowohl das Material von Behälter und Drehteller wie auch die Polyurethanbeschichtung bei zunehmender Temperatur ausdehnen, würde sich ohne eine Regelung unter Berücksichtigung der Temperatur die Spaltweite im Betrieb verändern. Wenn allerdings die Temperatur im Bereich des Spalts erfasst wird, kann eine Temperaturkompensation erfolgen, so dass bei Veränderung der Temperatur um einen bestimmten Wert die Spaltweite entsprechend nachgestellt wird.
-
Es kann vorteilhaft sein, wenn nach einer Betriebsunterbrechung vorbestimmter Dauer vor neuerlicher Inbetriebnahme automatisch zunächst erneut ein Referenzwert für eine Spaltweite von Null ermittelt wird.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden Drehteller und Arbeitsbehälter nicht mehr relativ zueinander aufeinander zu bewegt, wenn der gemessene Luftdruck einen vorbestimmten Maximalwert erreicht hat, der insbesondere gleich dem vorbestimmten Grenzwert ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei Erreichen der Nulllage der Drehteller nicht unnötig gegen den Arbeitsbehälter angedrückt wird, so dass eine Beschädigung dieser Bauteile ausgeschlossen ist.
-
Zu diesem Zweck kann auch die Anstellkraft des Stellantriebs redundant überwacht werden, um bei einem Ausfall des Luftdrucksensors eine Beschädigung von Drehteller und/oder Arbeitsbehälter zu verhindern.
-
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Gleitschliffmaschine mit Arbeitsbehälter und Drehteller, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art, wobei die Spaltweite eines zwischen Drehteller und Arbeitsbehälter befindlichen Spalts automatisch eingestellt wird. Die Gleitschliffmaschine umfasst eine Luftdruckeinrichtung, mit der zur Bestimmung einer Spaltweite von Null der Spalt mit Druckluft beaufschlagbar ist. Zum Erfassen des im Bereich des Spalts auf der Druckseite entstehenden Luftdrucks ist ein Drucksensor vorgesehen und ein Stellantrieb dient dazu, Drehteller und Arbeitsbehälter relativ zueinander aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen. Zur Einstellung einer konstanten vorbestimmten Spaltweite ist eine Steuer- und Regeleinrichtung vorgesehen, in der als Referenzwert für eine Spaltweite von Null diejenige Relativposition von Drehteller und Arbeitsbehälter abspeicherbar ist, die vorhanden ist, wenn der im Bereich des Spalts auf der Druckseite gemessene Luftdruck einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat. Schließlich ist in der Steuer- und Regeleinrichtung eine Regelung implementiert, mit der eine gewünschte konstante Spaltbreite auf Grundlage der abgespeicherten Relativposition während des Betriebs der Gleitschliffmaschine mit Hilfe des Stellantriebs regelbar ist.
-
Eine besonders präzise und reproduzierbare Wegmessung kann dadurch erreicht werden, dass ein Wegmesssensor in den Stellantrieb integriert ist, der Drehteller und Arbeitsbehälter relativ zueinander bewegt.
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Teilschnittansicht einer Gleitschliffmaschine in einer Ebene, die durch die Rotationsachse des Drehtellers verläuft;
-
2 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Spaltbereichs; und
-
3 eine weitere vergrößerte Teilschnittansicht des Spaltbereichs.
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Gleitschliffmaschine beschrieben, bei welcher der Drehteller relativ zu dem Arbeitsbehälter bewegt wird und der Ringspalt von unten, d.h. von außerhalb des Innenvolumens des Arbeitsbehälters mit Druckluft beaufschlagt wird. Grundsätzlich könnte die Erfindung jedoch auch umgesetzt werden, indem der Arbeitsbehälter bewegt wird oder indem der Ringspalt von oben mit Druckluft beaufschlagt wird.
-
1 zeigt im Teilschnitt eine Gleitschliffmaschine mit einem an seiner Oberseite offenen Arbeitsbehälter 10, der an seiner Unterseite von einem Drehteller 12 verschlossen ist, wobei zwischen dem unteren Behälterrand 14 und dem oberen Rand 16 des Drehtellers 12 ein umlaufender Ringspalt 18 vorhanden ist. Die Größe des Ringspalts 18 variiert je nach Maschinengröße und Anforderungen und kann im Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 0,8 mm liegen. In den 1 bis 3 ist jeweils ein Ringspalt mit einer Spaltweite von Null dargestellt.
-
Der Arbeitsbehälter 10 ist auf einem (nicht dargestellten) Maschinengestell fest montiert, während der Drehteller 12 mit Hilfe eines (ebenfalls nicht dargestellten) Motors um seine Mittelachse A rotiert werden kann. Hierzu ist der Drehteller 12 mit seiner Welle 20 in einem auf dem Maschinengestell montierten Axiallager 22 drehbar gelagert, wobei die Welle 20 mit Hilfe eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 24 entlang der Rotationsachse A in Richtung des Arbeitsbehälters 10 und von diesem weg bewegt werden kann. Mit anderen Worten kann mit Hilfe des durch den Hydraulikzylinder 24 verwirklichten Stellantriebs der Drehteller 12 relativ zu dem Arbeitsbehälter 10 bewegt werden, so dass Drehteller und Arbeitsbehälter relativ zueinander aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind.
-
Unterhalb des Drehtellers 12 befindet sich ein mit dem Maschinengestell fest verbundenes Lagerteil 26, das zusammen mit dem Drehteller 12 einen geschlossenen Raum 28 bildet, durch den bei geöffnetem Ringspalt 18 Flüssigkeit abfließen kann. Der Raum 28 ist mit einem Flüssigkeitsbehälter 30 verbunden, in dem sich ein Messwandler 32 befindet, der im Betrieb der Gleitschliffmaschine als Flüssigkeitsstandsensor verwendet wird, der jedoch auch in der Lage ist, den im Raum 28 vorhandenen Luftdruck zu messen. Der Raum 28 kann über ein – nicht dargestelltes – Ventil entlüftet werden, ist jedoch bei geschlossenem Ringspalt und geschlossenem Ventil luftdicht verschlossen. Über einen (in der Zeichnung nicht erkennbaren) Luftdruckanschluss kann der Raum 28 mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass auch der Ringspalt 18 mit Druckluft beaufschlagt wird. Somit entsteht im Inneren des Raumes 28 bei geschlossenem Ringspalt 18 ein Luftdruck, der mit Hilfe des Messwandlers 32 gemessen werden kann.
-
Wie die 1 und 3 weiterhin verdeutlichen, ist im Bereich des Ringspalts 18 in dem Arbeitsbehälter 10 ein Temperatursensor 34 eingebracht, dessen vorderes Ende im Wesentlichen bündig mit der Behälterwandung, bzw. mit der in den 2 und 3 kariert schraffierten Polyurethanbeschichtung des Arbeitsbehälters 10 im Bereich des Ringspalts 18 abschließt. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Temperatursensors 34 sehr exakt die im Bereich des Ringspalts 18 vorhandene Temperatur gemessen werden.
-
Um den Hub des Drehtellers 12 zu erfassen, ist der Stellantrieb 24 mit einem Wegmesssensor 36 versehen, der den Hub des Drehtellers 12 parallel zur Rotationsachse A misst. Auf diese Weise lässt sich sehr genau der Axialabstand zwischen Arbeitsbehälter 10 und Drehteller 12 messen und somit auch die Spaltweite einstellen. Der Drehantrieb des Drehtellers 12 erfolgt über einen Riementrieb 38, wobei auch ein Antrieb über eine Kette oder dergleichen denkbar ist. Der Riementrieb 38 wird von dem (nicht dargestellten) Antriebsmotor angetrieben und treibt über eine Riemenscheibe 40, die an der Welle 20 befestigt ist, den Drehteller 12 an. Bei einer Axialverschiebung der Welle 20 mit Hilfe des Hydraulikzylinders 24 kompensiert der Riementrieb 38 den auftretenden Axialhub.
-
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Spalteinstellung mit Hilfe einer Regelung beschrieben.
-
Zum Ermitteln eines Referenzwertes für die Spaltweite von Null wird zunächst der Arbeitsbehälter geleert und sich eventuell in dem Raum 28 befindliche Flüssigkeit wird entfernt bzw. abgelassen. Anschließend wird der Raum 28 bei geöffnetem Spalt 18 über den Druckluftanschluss mit Druckluft beaufschlagt, so dass auch der Spalt 18 auf seiner Druckseite, d.h. im Bereich des Raums 28 mit Druckluft beaufschlagt wird. Der Versorgungsdruck kann hier beispielsweise 300 mbar betragen. Da der Spalt noch geöffnet ist, entweicht zunächst die Druckluft im Bereich des Raumes 28 (in 2 schraffiert dargestellt) durch den Ringspalt 18.
-
Anschließend wird bei ansonsten geschlossenen Entlüftungsventilen die Spaltweite zunehmend verringert, indem der Hydraulikzylinder 24 betätigt wird. Mit zunehmendem Schließen des Ringspalts erhöht sich der Luftdruck innerhalb des Raumes 28, was von dem Sensor 32 erfasst werden kann. Wenn der durch den Sensor 32 gemessene Luftdruck auf der Druckseite des Spalts 18, d.h. im Raum 28, einen vorbestimmten Grenzwert von beispielsweise 150 mbar erreicht hat, wird der Hydraulikzylinder 24 in seiner Position angehalten und die vom Wegmesssensor 36 ermittelte Position wird in der Steuer- und Regeleinrichtung abgespeichert. Hierdurch ist ein reproduzierbarer Parameter für die Nullreferenz des Mess- und Regelsystems gefunden, so dass ausgehend von diesem Referenzwert die gewünschte Spaltweite eingestellt werden kann, indem der Hydraulikzylinder 24 in der Gegenrichtung betätigt wird, so dass der Drehteller 12 nach unten etwas abgesenkt wird.
-
Während des nachfolgenden Gleitschleifens kann die so eingestellte Position des Drehtellers in Axialrichtung dauerhaft beibehalten werden, indem der Temperatursensor 34 die im Bereich des Spalts 18 vorhandene Temperatur misst und bei einer Temperaturerhöhung oder einer Temperaturverringerung den Drehteller 18 relativ zum ermittelten Referenzwert (Nullpunkt) um einen vorbestimmten Wert verstellt. Hierbei wurde in Praxisversuchen ermittelt, dass sich bei einer Temperaturveränderung von beispielsweise 1°C das Spaltmaß um einen konstanten Wert verändert. Durch eine entsprechende Regelung kann diese Veränderung des Spaltmaßes kontinuierlich, automatisch und dauerhaft korrigiert werden, indem der Hydraulikzylinder 24 durch die Steuer- und Regeleinrichtung entsprechend betätigt wird. Während des Betriebs misst die Steuer- und Regeleinrichtung kontinuierlich die im Spalt vorhandene Temperatur und regelt das Spaltmaß durch Betätigen des Stellantriebs 24 bei einer Temperaturänderung entsprechend nach. Hierdurch lässt sich das Spaltmaß mit einer Genauigkeit von etwa 25 µm konstant halten.
-
Die Ermittlung des Referenzwerts für die Spaltweite von Null kann anhand von vorgegebenen Kriterien wiederholt werden, beispielsweise nach Erreichen einer bestimmten Betriebsdauer der Gleitschliffmaschine oder aber bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperaturgrenze.
-
Ergänzend sei erwähnt, dass im Bereich der Hydraulikversorgung des Hydraulikzylinders 24 (es könnte grundsätzlich auch eine pneumatische Ansteuerung oder auch ein Schrittmotor als Stellantrieb Verwendung finden) ein Druckregelventil und ein zusätzlicher Drucksensor vorhanden sind, die als redundante Überwachungseinrichtungen zusätzlich zu dem Drucksensor 32 vorhanden sind, falls dieser eine Fehlfunktion aufweisen sollte. Außerdem dient der Drucksensor im Bereich der Hydraulik zur genauen Steuerung des Hubs des Hydraulikzylinders 24.