DE19537025A1

DE19537025A1 - Vorrichtung zur synchronen Beschickung und Entnahme von jeglichem Material beliebiger Größe für Maschinen zur Bearbeitung verschiedenster Teile

Info

Publication number: DE19537025A1
Application number: DE1995137025
Authority: DE
Original assignee: FRITSCHE MAIK
Current assignee: FRITSCHE MAIK
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 1997-04-10

Description

1. Bezeichnung

Vorrichtung zur synchronen Beschickung und Entnahme von jeglichem Material beliebiger Größe für Maschinen zur Bearbeitung verschiedenster Teile.

2. Problem

In Fertigungsanlagen werden verschiedene Materialien den Maschinen zugeführt bzw. nach Bearbeitung entnommen. Das Material wird zu diesem Zweck auf- bzw. abgespult.

Bisher wurden die Wickelvorrichtungen durch Kontaktplatten oder andere Schalter kurzzeitig und ruckartig betrieben. Dadurch kam es zu Verwindungen und Beschädigungen des Materials oder der fertigen Produkte sowie zu großen Belastungen der Antriebe und Maschinen.

3. Lösung

Es ist von entscheidender Bedeutung, daß die Materialgeschwindigkeit beim Auf- und Abspulen exakt der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine angepaßt wird. Dazu ist es erforderlich, die Drehzahl der Wickelvorrichtung ständig nachzuregeln, da sich sowohl mit jeder Umdrehung der Radius des gespulten Materials verändert als auch die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine schwanken kann. Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.

Es ist mit Hilfe dieser Erfindung auch möglich, daß aus einer Maschine austretende Material sofort zur weiteren Bearbeitung einer anderen Maschine zuzuführen, da die Arbeitsgeschwindigkeiten synchronisiert werden können. Dadurch ist das Auf- und anschließende Abspulen nicht mehr notwendig und führt zu erheblichen Zeiteinsparungen im Produktionsablauf.

Beschädigung der Produkte durch den beim Wickeln entstehenden Druck werden ausgeschlossen. Die Kombination eines Ultraschallsensors in Verbindung mit einem Frequenzumrichter zur synchronen Steuerung eines Drehstrom-Kurzschlußläufermotors stellt eine äußerst kostengünstige Variante dar.

Es ist problemlos möglich einen hohen Anteil bereits bestehender Anlagen mit relativ geringem Aufwand umzurüsten.

4. technische Erläuterung

Der Durchhang des Materials zwischen Maschine (2) und Haspel (1), hervorgerufen durch die Gravitation, wird als Regelgröße ständig erfaßt und als Stellgröße in Form einer proportionalen Drehfeldfrequenz dem Antriebsmotor oder dem für die Arbeitsgeschwindigkeit verantwortlichem Bauteil zugeführt. Eine Änderung der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine oder eine zu große bzw. zu kleine Drehzahl der Materialspule wird über die Erfassung des Materialdurchhanges Δ1 durch den Meßsensor stetig in eine Drehzahländerung des Antriebes umgesetzt. Dadurch wird erreicht, daß die Materialgeschwindigkeit genau der Arbeitsgeschwindigkeit der Fertigungsmaschine oder umgekehrt angepaßt wird. Bei absolut gleicher Geschwindigkeit des Materials (7) und der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine (2) ergibt sich eine Ideallinie (4) des Materialdurchhanges. Eine Differenz dieser beiden Geschwindigkeiten ruft ein Abweichen der Materialführung nach oben (Δ1₁) oder nach unten (Δ1₂) hervor. Durch den fest angebrachten Entfernungsmessensor (3) erfolgt die Erfassung der Abweichung Δ1₁ und Δ1₂ und eine Umsetzung in ein analoges Regelsignal für den Antrieb (Bild 4).

Beispielsweise konnte bei einer Kombination von Abwickelhaspel, Ultraschallsensor und Stanz automat eine Regelgenauigkeit von ± 0,05 Hz für das Drehfeld des Getriebemotors der Haspel erreicht werden. Dies entspricht, bei einem 6-poligen Drehstrom-Kurzschlußläufermotor mit nachgeschaltetem Getriebe (Untersetzung 100 : 1) und einem angenommenen Spulendurchmesser von 0,5 m, einer Differenz der Abwickelgeschindigkeit von 0,5 mm/s.

Mit dem hierbei verwendeten Ultraschallsensor ist es möglich, Entfernungen von 0 bis 8 Meter genau zu messen, wobei der Materialdurchmesser nur 0,3 mm betrug. Andere Sensoren, z. B. Radar, Infrarot o. ä., können auch eingesetzt werden. Allerdings ist es zwingend erforderlich den zu messenden Abstand in ein analoges Signal umzusetzen ohne dabei mechanischen Kontakt mit dem Material entstehen zu lassen. Eine Erfassung der Materialbahn mit mehreren übereinander angeordneten Lichtschranken führt zwangsläufig zu einer Digitalisierung des Regelsignals und damit zu einer ruckartigen Bewegung des Materials.

Für die Anordnung des Sensors gibt es mehrere Möglichkeiten. Dabei ist es beispielsweise denkbar, den Entfernungsmessensor (3) so zu positionieren, daß der Materialdurchhang Δl_gesamt zwischen Wickelvorrichtung (1) und Maschine (2), wie im Bild 4 dargestellt, erfaßt wird. Eine weitere Va riante wäre den Abstand zwischen Wickelvorrichtung (1) und Maschine (2) auf ein Minimum zu reduzieren und den Durchhang der ersten losen Wicklung (9) der Materialspule zu erfassen (Bild 5).

Bei einer vertikalen Anordnung der Wickelachse (5) einer Wickelvorrichtung (1) lenkt man das Material so um, daß nach einer Hilfsrolle (6) ein meßbarer Durchhang Δ1 vor Eintriff in die Maschine (2) entsteht (Bild 6).

Ist bei dieser Anordnung auf Grund der mechanischen Stabilität des Materials (z.Bsp. Bleche) kein Durchhang meßbar, so müssen mehrere Sensoren (3) eine Ausbiegung des Materials (7) in horizontaler Richtung erfassen (Bild 7).

Bei der Verwendung von mehreren Sensoren (mindestens 4) ist auch eine Erfassung im gravi tationsfreien Raum möglich (Bild 8).

Zur Verarbeitung des analogen Meßsignals bietet sich bei der Steuerung von Drehstrom-Kurz schlußläufermotoren ein Frequenzumrichter an. Die Umsetzung des Eingangsignals in eine variable Drehfeldfrequenz bietet die Möglichkeit, die Steuerung an jeden Verwendungszweck anzupassen. Es können beispielsweise minimale und maximale Drehfeldfrequenz, Hoch- und Ablaufzeiten, verschiedene Festfrequenzen, Drehrichtungen oder ganze Parametersätze vorgegeben werden. Die Verarbeitungskennlinie kann zur Optimierung linear oder quadratisch gewählt werden.

Für die Sicherheit der gesamten Anlage bei auftretenden Störungen der Maschine und/oder des Haspelantriebes kann ein variabler Bereich der Materialführung, mittels zweier Schaltpunkte für minimalen und maximalen Materialdurchhang, definiert werden. Befindet sich das Material nicht innerhalb beider Schaltpunkte oder außerhalb des Erfassungsbereiches des Sensors, kann die Maschine und der Haspelantrieb sofort abgeschaltet werden. Eine Wiederinbetriebnahme der gesamten Anlage erfolgt je nach Anforderung nur nach Betätigen einer Freigabetaste oder automatisch bei vorhandenem Material innerhalb des Erfassungsbereiches. Andere Kom binationen oder Steuermöglichkeiten sind auch denkbar.

Durch manuelle Betätigung von Tastern an der Steuerung ist ein Betrieb des Antriebes möglich, um die Funktion der Fertigungsmaschine kurzzeitig vor oder nach dem Wechsel der Materialspule zu ermöglichen. Nach dem Montieren einer neuen Materialspule ist es notwendig, eine bestimmte Materiallänge abzuwickeln, um den Arbeitsvorgang wieder fortzusetzen. Genauso wichtig ist es am Ende einer Spule noch vorhandenes Restmaterial verarbeiten zu können. Da sich in beiden Fällen unter Umständen kein Material im Erfassungsbereich des Sensors befindet, ist diese manuelle Steuermöglichkeit erforderlich.

Für die Verwendung der Haspel entweder als Ab- oder Aufspuleinrichtung kann ein Umschalter am Gerät vorgesehen werden. Dieser bewirkt eine Invertierung der Meßgröße am Abstandssensor und sichert somit die richtige Funktion in beiden Betriebsarten. Eine automatische Umschaltung der Wickelvorrichtung je nach Einsatz ist auch denkbar.

5. Anwendungsbeispiele

verarbeitende Industrie: Zuführung von Drähten, Blechstreifen oder Hilfsstoffen für Stanz- Schweiß- oder Biegeautomaten. Entnahme der Produkte und aufspulen.

Textilindustrie: Extrusionsfolien; Aufspleißen der Folie über eine Nadelwalze in Fäden z. B. Fäden aus isotaktischem Polypropylen
Papierherstellung und Verarbeitung: Steuern der Papierzuführung; Auf- und Abwickeln.

Bezugszeichenliste

1 Wickelvorrichtung
2 Maschine
3 Sensor
4 Ideallinie des Materialdurchhanges bei v_ist = v_soll
5 Wickelachse
6 Hilfsrolle
7 Material
8 Erfassungsbereich des Sensors
9 1. lose Wicklung des Materials

Claims

1. Die Erfindung ist eine Vorrichtung zur synchronen Beschickung und Entnahme von jeglichem Material beliebiger Größe für Maschinen zur Bearbeitung verschiedenster Teile, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Materialträgers oder die Geschwindigkeit des Materialbearbeiters einander ständig synchron angepaßt werden. Somit wird eine Schonung von Material und Fertigungsprodukten sowie von Maschinen, Werkzeugen und Wickeleinrichtungen erreicht.
Die Erfassung der notwendigen Regelgröße erfolgt absolut berührungslos, so daß eine nachteilige Veränderung des Materials ausgeschlossen ist.

1.1. Kombination einer Wickelvorrichtung (1), einer Maschine (2) und einem zwischen beiden angeordnetem Entfernungsmessensors (3).
Der Sensor ermittelt die Differenz (Δ1) des Materials (7) zur Ideallinie (4) und regelt mit Hilfe dieses Wertes eine absolut synchrone Anpassung der Materialgeschwindigkeit an die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine (Bild 1).
Dieses Prinzip läßt sich sowohl zum Beschicken als auch zur Entnahme von Material aus Maschinen anwenden.
1.2. Kombination von zwei oder mehreren Maschinen (2) zur Synchronisation der Arbeitsgeschwindigkeiten nach dem in 1.1 beschriebenen Prinzip der Steuerung (Bild 2).
1.3. Kombination mehrerer Wickelvorrichtungen (1) mit einer Maschine (2) nach dem in 1.1. beschriebenen Prinzip der Steuerung (Bild 3).

2. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmessensor (3) vorzugsweise ein Ultraschallsensor ist.