[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung für die Regelung von kontinuierlich
arbeitenden Durchlauf-Strahlmaschinen mit einem zeitlich unterschiedlichen Durchsatz
von trommelfähigen Werkstücken, insbesondere für Durchlauf-Trommelstrahlmaschinen
mit Schleuderrädern.
[0002] Es sind verschiedene Arten von kontinuierlich arbeitenden Durchlauf-Strahlmaschinen
bekannt, welche für allseitig zu strahlende, trommelfähige Werkstücke Verwendung finden,
wobei für den Transport der Werkstücke durch die Strahlkammer z.B. Plattenbänder mit
Wendeeinrichtungen oder stufenförmige Schwingförderer Verwendung finden. Vorzugsweise
werden jedoch derartige Maschinen als Durchlauf-Trommelstrahlmaschinen mit einer rotierenden
(z.B. DE-PS 109 648) oder schwenkenden Trommel (DE-OS 24 24 086) -als Strahlkammer
ausgeführt. Der Vorschub für die Werkstücke wird durch in der Trommel angeordnete
Förderschnekken oder durch in Förderrichtung geneigte oder/und konische Trommeln erreicht.
Bekannt sind auch Durchlauf-Strahlmaschinen mit einer Zu- und Abführtrommel und einer
in der Strahlkammer angeordneten Bandmulde zur Umwälzung der Werkstücke (DE-OS 20
16 429).
[0003] Bei all diesen kontinuierlichen Durchlauf-Strahlmaschinen treten im Betrieb grosse
Unterschiede im zulaufenden Mengenstrom auf, so dass in kurzer Folge unterschiedliche
Mengen verschiedenartiger Werkstücke gestrahlt werden müssen, z.B. im direkten Anschluss
an automatischen Form-und Giessanlagen, oder dass Störungen in den vorhergehenden
Bearbeitungsstufen entstehen. Diese zu erwartenden Durchfluss-Schwankungen können
erfahrungsgemäss im Verhältnis von 1:20 auftreten oder der Zufluss kann zeitweise
auf Null absinken. Wird die Einstellung der Strahlmaschine solchen Durchsatzunterschieden
nicht angepasst, besteht die Gefahr, dass entweder die Werkstücke über- oder unterstrahlt
werden, oder dass übermässiger Verschleiss an den Maschinenteilen wie z.B. Schleuderrändern
und Schutzauskleidungen bzw. unnötiger Strahlmittelverbrauch auftritt, das heisst,
unwirtschaftlich gearbeitet wird.
[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
dazu erforderliche Einrichtung zu schaffen, mittels welchen die Betriebsbedingungen
von kontinuierlichen Durchlauf-Strahlmaschinen automatisch dem jeweiligen Werkstück-Durchsatz
angepasst werden.
[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen
Verfahrensmerkmale, und die im Anspruch 10 angegebenen Einrichtungsmerkmale vorgesehen.
[0006] Bevorzugte Ausführungen ergeben sich nach den übrigen Ansprüchen.
[0007] Die erfindungsgemässe Regeleinrichtung gewährleistet somit allseitig gleichmässig
gestrahlte Werkstücke während der gesamten Betriebszeit, wobei gleichzeitig bei einer
geringen oder auch teilweise keiner Werkstückzufuhr durch Verringerung des Strahlmittelstromes
das Schleuderrad und die Strahlkammer vor-unnötiger Abnutzung geschont und der Strahlmittelverbrauch
reduziert werden.
[0008] Die mit einer derartigen Regelung versehenen Durchlauf-Strahlmaschinen können direkt
mit einer automatisch arbeitenden Form- und Giessanlage verbunden werden, wodurch
bei minimalem Personalaufwand eine betriebssichere und kostengünstige Arbeitsweise
erreicht wird.
[0009] Die vorzugsweise Regelung der Durchlaufgeschwindigkeit mittels Regelung der Trommeldrehzahl
und die Messung der pro Zeiteinheit zu strahlenden Werkstücke mittels einer Drehmomentmessung
des Trommelantriebes ermöglichen einen unkomplizierten Aufbau der Einrichtung was
insbesondere bei der Messung des Drehmomentes mittels der Oeldruckmessung bei einem
hydraulischen Trommelantrieb der Fall ist. Von besonderem Vorteil sind hierbei die
betriebssicher arbeitenden Geräte wie z.B. der Oeldruckmesser als Messeinrichtung,
der regelbare Hydraulikmotor als Stellglied und der Drehzahlmesser als Istwertgeber.
Auch die vorzugsweise Anordnung eines Drosselventils als Stellglied und eines Strom-
oder Leistungsmelders des Schleuderradmotors als Istwertgeber im Regelkreis für die
Strahlmittelzufuhr, ergeben einen einfachen und betriebssicheren Aufbau der Einrichtung.
[0010] Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläuterte Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Durchlauf-Strahlmaschine,
Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Regelung einer Durchlauf-Strahlmaschine,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Durchlauf-Trommelstrahlmaschine mit einer
Regeleinrichtung, und
Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante von Fig. 3.
[0011] Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Durchlauf-Strahlmaschine weist eine Strahlkammer
1, eine Werkstück-Zuführeinrichtung 2, eine Werkstück-Abtransporteinrichtung 3 und
ein Schleuderrad 4 auf. Die in der Strahlkammer 1 angehäuften trommelfähigen Werkstücke
5 werden zwecks einer allseitigen Strahlwirkung umgewälzt und von der Eingabezur Ausgabeseite
mit einer mittleren Geschwindigkeit V entsprechend dem Pfeil 6 durch die Strahlkammer
1 transportiert. Zur Umwälzung der Werkstücke 5 ist die Strahlkammer z.B. mit einem
nicht näher dargestellten, eine Mulde bildenden, Umwälzband ausgerüstet. Der Durchlauf
der Werkstücke kann durch verschiedene Mittel, wie z.B. durch am Umwälzband schräg
angeordnete Mitnahmestege, durch eine schräg gestellte Bandmulde oder ein zusätzliches
Längstransportband, erfolgen.
[0012] Durch einen laufend unterschiedlichen Zufluss der Werkstücke 5 entsprechend dem Pfeil
7 entstehen in der Strahlkammer 1 unterschiedliche Füllungsgrade, wodurch eine annähernd
konstante spezifische Strahlleistung - das ist eine pro Werkstück-Oberflächeneinheit
(cm
2) und Zeiteinheit (sec) auftreffende Strahlmittelmenge - nur durch eine Regelung der
Durchlaufgeschwindigkeit V
W und bzw. oder der Strahlmittelzufuhr QSTM entsprechend Pfeil 8 zum Schleuderrad 4
erreicht wird.
[0013] Die Messung der pro Zeiteinheit zu strahlenden Werkstücke 5 kann in der Strahlkammer
1 mittels einer Messeinrichtung 9 oder einer Messeinrichtung 9' an der Zuführeinrichtung
2 erfolgen. Diese Messung kann auf verschiedene Weise wie z.B. durch eine Gewichtsmessung,
durch Messung der γ-Strahlen-Absorption, durch eine elektrisch-induktive oder kapazitive
Messung, durch eine optisch-elektrische Messung oder mittels Ultraschall erfolgen.
[0014] Für eine Messung des Füllgrades in der Strahlkammer 1, kommt vorzugsweise eine der
vorgehend erwähnten berührungslosen Messmethoden in Frage. Für die γ-Strahlen-Messung
werden ausserhalb.der Strahlkammer eine radioaktive Strahlungsquelle und gegenüberliegend
ein Zählrohr angeordnet.
[0015] Die Messung mittels Aenderung des elektromagnetischen Induktionsflusses in einer,
die Strahlkammer umgebenden Spulenwicklung kann ebenfalls als berührungslose Füllgradmessung
in der Strahlkammer eingesetzt werden. Für die Füllgradmessung in der Strahlkammer
kann auch die Wägung des Gesamtgewichtes von Strahlkammer plus Werkstück-Inhalt oder
die Messung des Antriebsmomentes für die Umwälzung des Strahlrauminhaltes z.B. mit
Drehmomentwaage bei elektrischem Antrieb der Trommel öder mittels Messung des Pumpenvordruckes
bei hydraulischem Antrieb der Trommel erfolgen.,
[0016] Die Messung der zur Strahlkammer zugeführten Werkstückmenge kann mit den bereits
angeführten, berührungslosen Messmethoden an der Zuführeinrichtung 2, durch eine kontinuierliche
Wägung mittels einer bekannten Horizontal-Bandwaage oder durch eine diskontinuierliche
Wägung des Gewichtes einer Schwing- oder Pendelförderrinne inklusive des Gewichtes
der Werkstücke erfolgen, wobei im letztgenannten Beispiel für die Zeitdauer einer
Wägung der
Förder- antrieb periodisch abgeschaltet wird, das heisst die Wägung statisch erfolgt.
Eine weitere Messmethode wird in der Beschreibung zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante
erläutert.
[0017] Aus Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für die Regelung einer Durchlauf-Strahlmaschine
gemäss Fig. 1 ersichtlich.
[0018] Die mittels den Messeinrichtungen 9 bzw. 9' ermittelte zugeführte oder in der Strahlkammer
1 befindliehe Werkstückanzahl bzw. Menge wird als Istwert einem Messumformer 10 zugeführt,
dessen elektrische Ausgangssignale als Sollwerte einem Regelkreis 11 für die Veränderung
der Durchlaufgeschwindigkeit der Werkstücke 5 in der Strahlkammer 1 und einem Regelkreis
12 für die Veränderung der Strahlmittelzufuhr zu dem Schleuderrad 4 zugeführt werden.
[0019] Jeder Regelkreis 11, 12 besteht aus einem Regler,l7, 18 mit einem für den Verwendungszweck
vorgegebenen
Regelver- halten, einem Stellglied 13, 14, einem Istwertgeber bzw. Messeinrichtung
15, 16 zur Messung der geregelten Grösse und einem Messumformer 19, 20, welcher ein
dem Istwert proportionales elektrisches Signal erzeugt und dieses dem Regler 17, 18
zuleitet.
[0020] Die Fig. 3 zeigt die Anwendung einer derartigen Regelung bei einer Durchlauf-Trommelstrahlmaschine.
[0021] Die Strahlkammer 1 ist bei dieser Ausführungsvariante-als eine rotierende, konische
Trommel 21 ausgebildet, deren Rotationsachse 22 geneigt angeordnet ist. Die Trommel
21 ist auf an einem Rahmen 23 angeordneten Rollen 24 drehbar gelagert, von denen mindestens
eine, mittels eines drehzahlregelbaren Motors 25 antreibbar ist.
[0022] An der Seite des grösseren Trommeldurchmessers ist ein Schleuderrad 4 angeordnet,
dessen Strahlenfächer 26 die in der Trommel befindlichen Werkstücke 5 erfasst. An
der Trommelinnenwand ist eine Förderschnecke 27 angeordnet, durch welche die sich
umwälzenden Werkstücke 5 in Richtung des Pfeiles 6 mit einer von der Trommeldrehzahl
abhängigen Durchlaufgeschwindigkeit V durch die Strahlkammer 1 transportiert werden.
An Stelle der Förderschnecke 27 kann auch z.B. eine stufenförmig ausgebildete Trommel
mit Mitnahmestegen verwendet werden, bei welcher ebenfalls eine drehzahlabhängige
Förderwirkung entsteht.
[0023] In einer zum Schleuderrad 4 führenden Strahlmittelzuleitung 28 ist ein Drosselventil
29 angeordnet, welches mit einer Servosteuerung 30, z.B. ein Stellzylinder, und einem
Stellungsmelder 31, z.B. ein Lineargeber, wirkverbunden ist.
[0024] Das Drosselventil 29 mit der Servosteuerung 30 bilden das Stellglied 14 und der Stellungsmelder
31 den Istwertgeber 16 des Regelkreises 12 für die Strahlmittelzufuhr. Als Istwertgeber
16 kann auch eine in der Strahlmittelzuleitung 28 angeordnete Messvorrichtung 44 für
die zugeführte Strahlmittelmenge entsprechend Pfeil 8 verwendet werden. Diese Ausführungsvariante
ist in Fig. 3 strichpunktiert dargestellt. Dies könnte z.B. durch Messung der Induktivität
einer Spule erfolgen, welche sich in Abhängigkeit vom Füllgrad der Strahlmittelzuleitung
28 mit Strahlmittel verändert.
[0025] Vor der Strahlkammer 1 ist eine als Waage ausgebildete Zuführeinrichtung 2 und nach
der Strahlkammer eine
Ab-transporteinrichtung 3 für die Werkstücke 5 angeordnet. Die Zuführeinrichtung 3
besteht aus einem Transportband 33, welches an dessen Aufgabeseite 34 in einem Lager
35 drehbar gelagert ist und an der Abgabeseite 36 mittels mindestens einer Druckmesseinrichtung
37 - vorzugsweise Druckmessdosen--, abgestützt ist.
[0026] Das elektrische Signal der Druckmesseinrichtung 37 wird über eine Verstärkereinheit
38 dem Messumformer 10 zugeführt, wo mit einstellbaren Zeitkonstanten durch ein Zeitvorgabegerät
39 eine elektronische Mittelwertbildung durchgeführt wird. Die für die Regelkreise
11 und 12 benötigte Sollwertvorgabe ändert sich somit nach diskreten Zeitintervallen.
[0027] Die an der Aufgabeseite 34 des Transportbandes 33 durch das Aufgeben der Werkstücke
5 in Pfeilrichtung 43 entstehenden Stossimpulse beeinflussen wegen der Hebelverhältnisse
die Wägung nur minimal und die unmittelbar vor der Uebergabe in den Strahlraum stehenden
Mengen gehen stärker in die Regelung ein, als solche, die noch weit vom Strahlraum
entfernt sind. Nur bei einer gleichmässigen Transportbandbeladung ist eine Absolutwägung
gegeben, während bei kurzzeitigen Beladungsschwankungen durch Mittelwertbildung die
Sollwertschwankungen geglättet werden. Diese Wägeeinrichtung ist auch für Zuführeinrichtungen
mittels Vibrations- oder Pendelförderrinnen anwendbar, wobei die Wägung intermittierend
nach periodischer Abschaltung des Förderantriebes erfolgen muss.
[0028] Der wie zu Fig. 2 beschriebene Regelkreis 11 für die Durchlaufgeschwindigkeit weist
bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante als Stellglied 13 den in der Drehzahl
regelbaren Motor 25 für den Trommelantrieb auf, wobei als Istwertgeber 15 vorzugsweise
ein Drehzahlmesser 42 angebaut ist, dessen elektrische Signale über den Messumformer
19 dem Regler 17 zugeführt werden.
[0029] Es ist auch möglich, die Durchlaufgeschwindigkeit V der Werkstücke 5 durch Veränderung
der Trommelneigung zu regeln, was vorzugsweise bei Trommeln 21 ohne Zwangsfördermittel
wie z.B. die Förderschnecke 27, angewendet wird. Hierbei wird z.B. der schwenkbar
angelenkte Rahmen 23 durch einen Stellantrieb 40 - z.B. eine Hubspindel - einseitig
gehoben oder gesenkt, wodurch sich die Neigung der Rotationsachse 22 verändert. Ein
Lineargeber,41 ist hierbei der Istwertgeber 15,wobei diese Ausführungsvariante in
Fig. 3 strichpunktiert dargestellt ist.
[0030] Bei manchen Arten von Durchlauf-Strahlmaschinen und bzw. bestimmten Werkstück-Zufuhrbedingungen
genügt oft auch nur eine Regelung der Strahlmittelzufuhr zu dem oder den Schleuderrädern
mittels des Regelkreises 12, um eine annähernd gleichmässige Strahlwirkung an allen
Werkstückpartien zu erreichen.
[0031] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante,bei welcher die Füllgradmessung in der Strählkammer.mittels
einer Drehmomentmessung des Trommelantriebes erfolgt.
[0032] Der in der Drehzahl regelbare Motor 25 für den Trommelantrieb ist hierbei ein Hydro-Motor
50,der mittels einer mit einem Elektromotor angetriebenen Pumpe 51 über ein Steuergerät
52 mit Drucköl versorgt wird. Die Messeinrichtung 9 ist eine Drehmomentmessung und
wird durch einen, elektrische Signale erzeugenden Oeldruckmesser 53 gebildet. Die
dem jeweiligen Drehmoment für den Trommelantrieb entsprechenden Signale werden über
die Verstärkereinheit 38 dem Messumformer 10 zugeleitet. Im weiteren entspricht der
Regelkreis-11 dem bereits zu der Fig. 3 beschriebenen, wobei der als Istwertgeber
15 verwendete Drehzahlmesser 42 zwischen dem Hydro-Motor 50 und der Rolle 24 angeordnet
ist. Die vom Regler 17 ausgehenden Signale werden dem Steuergerät 52 übermittelt,
wo die dem Hydro-Motor 50 zugeführte Oelmenge und somit die Trommeldrehzahl verändert
wird und damit die Durchlaufgeschwindigkeit
V w der Werkstücke 5 geregelt wird.
[0033] Die Zuführeinrichtung 2 vor der Strahlkammer ist hierbei als feststehendes Transportband
33 ausgebildet. Im Regelkreis 12 für die Veränderung der Strahlmittelzufuhr ist der
Istwertgeber 16 ein Strom- oder Leistungsmelder 54 des Schleuderradantriebsmotors
32. Der übrige Aufbau dieses Regelkreises 12 und die Verwendung eines Drosselventils
29 als Stellglied 14 entspricht der zu der Fig. 3 beschriebenen Ausführungsvariante.
1. Verfahren für die Regelung von kontinuierlich arbeitenden Durchlauf-Strahlmaschinen
mit einem zeitlich . unterschiedlichen Durchsatz von trommelfähigen Werkstücken, insbesonders
für Durchlauf-Trommelstrahlmaschinen mit Schleuderrädern, dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchlaufgeschwindigkeit der Werkstücke im Strahlraum und/oder der Strahlmitteldurchsatz
abhängig von der pro Zeiteinheit zu strahlenden Werkstücke so geregelt werden, dass
eine annähernd gleichmässigeStrahlwirkung an den Werkstücken erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Strahlkammer
befindliche WerkstückMenge gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Strahlkammer zugeführte
Werkstückmenge gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der beiden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Werkstückmenge durch eine Gewichtsmessung bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der beiden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Werkstückmenge durch Messung der α-Strahlen-Absorption bestimmt wird.
6.. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der beiden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Werkstückmenge elektrisch-induktiv oder -kapazitiv bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Werkstückmenge
optischelektrisch gemessen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Werkstückmenge
mittels Ultraschall gemessen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der beiden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die zugeführte Werkstückmenge mittels einer Drehmomentmessung des Antriebes für
die Fortbewegung der Werkstücke bestimmt wird.
10, Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 oder einem der Ansprüche
2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (9, 9') zur Messung der
pro Zeiteinheit zu strahlenden Werkstücke (5) über einen Messumformer (10) mit einem
Regelkreis (11) für die Veränderung der Durchlaufgeschwindigkeit der Werkstücke (5)
und/oder mit einem Regelkreis (12) für die Veränderung des Strahlmitteldurchsatzes
bei dem bzw. den Schleuderrädern (4) wirkverbunden ist.
ll. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Regelkreis (11,
12) aus einem Regler (17, 18) mit einem für den Verwendungszweck vorgegebenen Regelverhalten,
einem Stellglied (13, 14) einer, Istwert-Messeinrichtung (15, 16) und einem Messumformer
(19, 20) besteht.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 und 11 mit einer rotierenden Durchlauf-Strahltrommel,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (13) für die Veränderung der Werkstück-Durchlaufgeschwindigkeit
ein drehzahlgeregelter Trommelantrieb (25, 24) ist.
13. Einrichtung nach Änspruch 10 und 11 mit einer, mit einem Neigungswinkel angeordneten
Durchlauf-Strahltrommel, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (13) für die
Veränderung der Werkstück-Durchlaufgeschwindigkeit ein Stellantrieb (4O) für die Veränderung
der Trommel-Neigung ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 10 und 11 oder einem.der Ansprüche 12 und 13, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stellglied (14) für die Veränderung des Strahlmitteldurchsatzes
ein mit einer Servosteuerung ausgerüstetes Drosselventil (29) in der Strahlmittelzuleitung
(28) des Schleuderrades (4) ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 10, 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwertgeber
(16) ein Stellungsmelder (31) des Drosselventils (29) ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 10, 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwertgeber
(16) ein Strom-oder Leistungsmelder (54)des Schleuderradantriebsmotors (32) ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 10, 11 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwertgeber
(16) eine Messvorrichtung (44) in der Strahlmittelzuleitung (28) für die dem Schleuderrad
(4) zugeführte.Strahlmittelmenge ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (9') zur Messung der pro Zeiteinheit zu strahlenden Werkstücke
(5) eine als Waage ausgebildete Zuführeinrichtung (2) für die Werkstücke (5) zur Strahlkammer
(1) ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 10 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Waage aus
einem, an der Aufgabeseite (34) drehbar gelagerten und an der Abgabeseite (36) mittels
mindestens einer Druckmesseinrichtung (37) abgestützten Transportbandes (33) besteht.
20. Einrichtung nach Anspruch 12 oder einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
dass der drehzahlgeregelte Trommelantrieb einen Hydromotor (50) aufweist und dass
die Messeinrichtung (9) zur Messung der pro Zeiteinheit zu strahlenden Werkstücke
(5) eine im Oelkreislauf des Hydromotors (50) angeordneter Oeldruckmesser (53) ist.
(Fig. 4).
21. Einrichtung nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (9 bzw. 9') über einen Verstärker (38) mit einem als Mittelwertbilder
ausgebildeten und mit einem Zeitvorgabegerät (39)versehenen Messumformer (10) wirkverbunden
ist, welcher Sollwertgeber für den oder die Regelkreise (11, 12) ist.