[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Kanten und Flächen
eines in einer Transportrichtung bewegbar gelagerten Halbzeuges, insbesondere zum
Entgraten und Entbarten von Rohblöcken, Vorblöcken, Brammen und dergleichen, wobei
ein erster Schlitten vorgesehen ist, der an einem unbewegten Träger in einer ersten
Bewegungsachse beweglich gelagert ist, und am ersten Schlitten ein Schleifkopf mit
einer um eine Schleifscheibenachse drehbaren Schleifscheibe angeordnet ist, wobei
der Schleifkopf mittels einer Schwenkeinrichtung um eine Schwenkachse, die senkrecht
zur ersten Bewegungsachse ausgerichtet ist, rotierbar gelagert ist, und die Schleifscheibenachse
von der Schwenkachse beabstandet und parallel zur Schwenkachse ausgerichtet ist, gemäß
dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0003] Das Entgraten und Entbarten von Brennschnittkanten an Halbzeugen von beispielsweise
Stahlprodukten spielt in der Stahlindustrie für die Weiterverarbeitung der Vorprodukte
in Walzwerken eine große Rolle. Im Stranggießverfahren etwa wird flüssiger Rohstahl
in einzelne verarbeitungsfähige und feste Roherzeugnisse umgewandelt, indem der flüssige
Rohstahl zunächst in eine Kupferkokille gegossen wird, die in ihrer Form und Größe
den Querschnitt des entstehenden Stahlstrangs definiert, und in einer Abkühlzone der
langsam erstarrende Stahlstrang mit Hilfe von Rollen eines so genannten Rollganges
aus der senkrechten in eine waagrechte Transportrichtung umgelenkt und gekühlt wird.
Nach dem vollständigen Erstarren des Stahlstrangs wird er mithilfe von mitfahrenden
Brennschneidmaschinen in kleinere Roherzeugnisse zur weiteren Verarbeitung unterteilt.
Diese Halbzeuge werden je nach Form und Größe beispielsweise als Brammen, Knüppel,
Vorblöcke oder Schmiedeblöcke bezeichnet und müssen in der Regel weitere Umformungsstufen
durchlaufen, insbesondere Warm- oder Kaltwalzstufen.
[0004] Durch den Brennschnittprozess entstehen Brennschlackenablagerungen an der oberen
und unteren Schnittkante, sowie an den Stirnflächen des Halbzeugs. Diese Schlackenablagerung,
die auch als Brennbart bezeichnet wird, muss vor dem folgenden Umformprozess entfernt
werden, um Beschädigungen an den Walzen der Walzgerüste und den Rollen der Förderrollgänge,
die aufgrund des extrem harten Gefüges der Schlackenablagerungen auftreten können,
zu vermeiden. Des Weiteren muss das Einwalzen des Brennbarts in das Walzgut verhindert
werden, da ein solches Einwalzen des Brennbarts die Qualität des Walzgutes mindert
und die Ausschussrate des Walzerzeugnisses dadurch ansteigt. Das Entfernen der Schlackenablagerungen
wird auch als Entgraten oder Entbarten bezeichnet.
[0005] Zur Entfernung von Schlackenablagerungen werden in herkömmlicher Weise zwei Verfahren
eingesetzt, nämlich das Abscheren des Brennbartes mittels eines Messers und das Abschlagen
mittels rotierender Hämmer. Bei Entgratmaschinen, die nach dem Abscherprinzip verfahren,
ist ein heb- und senkbares Messer zwischen zwei Rollgangsrollen im Anschluss an die
Brennschneidmaschine installiert. Um die vordere Schnittkante der Bramme zu entgraten,
fährt diese zunächst über das Messer hinweg und wird gestoppt. Anschließend wird das
Messer angehoben und an die Bramme gedrückt. Durch das folgende Reversieren der Bramme
wird der Brennbart abgeschert und fällt nach unten weg. Danach wird das Messer wieder
in die abgesenkte Position gebracht und die Bramme kann in die Transportrichtung weiterfahren.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass nur die Brammenunterseite entgratet
werden kann. Der an der Brammenoberseite haftende Brennbart muss somit separat, zumeist
per Hand, entfernt werden. Des Weiteren kann durch eine ungleichmäßige Abnutzung des
Messers kein gleichmäßiges Entgraten über die gesamte Schnittkante sichergestellt
werden.
[0006] Beim Abschlagen mittels rotierender Hämmer sind einseitig gelagerte Hämmer in Reihe
am Umfang einer rotierenden Walze befestigt. Im Zuge der Rotation richten sich die
Hämmer aufgrund der wirkenden Fliehkraft nach außen hin aus. Die gesamte Welle ist
zudem heb- und senkbar ausgeführt. Bei Annäherung einer Bramme wird die rotierende
Welle angehoben. Sobald die Bramme mit den rotierenden Hämmern in Kontakt kommt, wird
der Brennbart aufgrund der Massenträgheit der Hämmer von der Bramme abgeschlagen.
Danach wird die Welle wieder abgesenkt. Dieses Verfahren verfügt über den Nachteil,
dass stark anhaftende Brennbärte nicht abgeschlagen, sondern mitunter noch tiefer
in das Materialgefüge der Bramme eingeschlagen werden, was die Ausschussrate des Walzerzeugnisses
wiederum erhöht.
[0007] Zudem geht aus dem Stranggießprozess zumeist eine lange Bramme (Mutterbramme) mit
vergleichsweise geringer Temperatur hervor, da ein mehrfaches Unterteilen auf kürzere
Längen im direkten Anschluss an den Gießprozess aufgrund von Taktzeitproblemen nicht
möglich ist. Im Walzwerk werden aber kürzere Brammenlängen benötigt. Es wird daher
die Mutterbramme mittels parallel arbeitender Brennschneidanlagen, die in einer eigenständigen
Anlage zusammengefasst sind, in sogenannte Tochterbrammen unterteilt. Typische Längen
sind zwischen 1.500 und 3.000 mm. Bei diesen Werkstücken ist der Brennbart noch schwieriger
zu entfernen, da diese im kalten bzw. warmen Zustand zerteilt werden. Bei herkömmlichen
Rotationsentbarter verschleißen in diesem Fall im Gegensatz zu heißen Entbartungsprozessen
die Werkzeuge bzw. Hämmer überdurchschnittlich schnell.
[0008] Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Bearbeitung
von Kanten und Flächen eines in einer Transportrichtung bewegbar gelagerten Halbzeuges,
insbesondere zum Entgraten und Entbarten, bereitzustellen, die die beschriebenen Nachteile
nicht aufweist. Die Vorrichtung soll dabei sowohl die Oberkante, als auch die Unterkante
sowie die Seitenkanten der Stirnfläche beispielsweise einer Bramme bearbeiten können,
und zwar sowohl der vorderen Stirnfläche als auch der hinteren Stirnfläche. Des Weiteren
soll es auch möglich sein, die brenngeschnittenen Stirnflächen zu bearbeiten, falls
es prozessbedingt erforderlich sei sollte.
[0009] Diese Ziele werden mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Kanten und Flächen eines in einer Transportrichtung
bewegbar gelagerten Halbzeuges, insbesondere zum Entgraten und Entbarten von Rohblöcken,
Vorblöcken, Brammen und dergleichen, wobei ein erster Schlitten vorgesehen ist, der
an einem unbewegten Träger in einer ersten Bewegungsachse beweglich gelagert ist,
und am ersten Schlitten ein Schleifkopf mit einer um eine Schleifscheibenachse drehbaren
Schleifscheibe angeordnet ist, wobei der Schleifkopf mittels einer Schwenkeinrichtung
um eine Schwenkachse, die senkrecht zur ersten Bewegungsachse ausgerichtet ist, rotierbar
gelagert ist, und die Schleifscheibenachse von der Schwenkachse beabstandet und parallel
zur Schwenkachse ausgerichtet ist. Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, dass
der Schleifkopf mittels der Schwenkeinrichtung um 360° um die Schwenkachse rotierbar
gelagert ist.
[0010] Erfindungsgemäß wird somit von einem Schleifprozess Gebrauch gemacht, insbesondere
von einem Hochdruckschleifverfahren, bei dem eine an sich bekannte Schleifscheibe
aus gebundenen Schleifkörnern unter hohem Anpressdruck mit entsprechend hoher Antriebsleistung
verwendet wird. Die Schleifscheibe wird von einem Schleifkopf geführt, der um 360°
um eine Schwenkachse rotierbar gelagert ist, die parallel zur Schleifscheibenachse
ausgerichtet ist. Der Anpressdruck der Schleifscheibe auf das Halbzeug wird somit
im Zuge einer Schwenkbewegung des Schleifkopfes um die Schwenkachse aufgebracht, wobei
das Halbzeug mit der Mantelfläche der um die Schleifscheibenachse rotierenden Schleifscheibe
bearbeitet wird. Die Positionierung der Schleifscheibe über die zu bearbeitende Kante
oder Fläche wird mithilfe eines Zusammenspiels des ersten Schlittens mit der Rotation
des Schleifkopfes bewerkstelligt. Auf diese Weise ergibt sich ein möglicher Bearbeitungsraum,
der durch die Bewegung des ersten Schlittens, sowie die Spannweite des Schleifkopfes
mit Schleifscheibe definiert ist. Innerhalb dieses Bearbeitungsraumes kann durch entsprechende
Steuerung des ersten Schlittens sowie des Schleifkopfes jeder Punkt mit der Schleifscheibe
erreicht werden. Das beweglich gelagerte Halbzeug muss lediglich mit seiner zu bearbeitenden
vorderen oder hinteren Stirnfläche in diesem Bearbeitungsraum positioniert werden.
[0011] Die um 360° rotierbare Lagerung des Schleifkopfes stellt dabei ein entscheidendes
Merkmal dar, da bei feststehender Bramme sowohl die Unterkante als auch die Oberkante
bearbeitet werden kann, ohne die Bramme zu bewegen. Es wird vielmehr nach einer Bearbeitung
beispielsweise der oberen Kante der vorderen Stirnfläche einer Bramme der Schleifkopf
so verschwenkt, dass er nach oben wegschwenkt, eine Drehbewegung vollzieht und sich
von unten der unteren Kante der vorderen Stirnfläche der Bramme annähert. Nach Bearbeitung
der unteren Kante kann der Schleifkopf durch eine Bewegung des Schleifkopfes und/oder
des Schlittens von der Bramme entfernt werden, sodass die Bramme in Transportrichtung
weiter bewegt werden kann, bis die hintere Stirnfläche der Bramme in den Bearbeitungsbereich
des Schleifkopfes gelangt ist. Die Bramme kann in dieser Position gestoppt werden,
sodass die Seitenkanten der hinteren Stirnfläche durch entsprechende Schwenkbewegungen
des Schleifkopfes bearbeitet werden können. Es ist aber unmittelbar ersichtlich, dass
auch die Stirnflächen selbst oder die an die Kanten angrenzenden, endseitigen Mantelflächen
des Halbzeugs bearbeitet werden können, soweit sie sich in Reichweite der Schleifscheibe
befinden.
[0012] Der erste Schlitten kann an einem zweiten Schlitten angeordnet sein, der am unbewegten
Träger in einer zur ersten Bewegungsrichtung orthogonalen, zweiten Bewegungsachse
beweglich gelagert ist, wobei die Schwenkachse und die Schleifscheibenachse parallel
zu einer von der ersten und der zweiten Bewegungsachse definierten Ebene ausgerichtet
sind. Der zweite Schlitten ermöglicht eine Abziehbewegung in Richtung der zweiten
Bewegungsachse bei ansonsten gleichbleibender Positionierung des Schleifkopfes und
des ersten Schlittens. Auf diese Weise ergibt sich eine Bewegungsebene für den ersten
Schlitten, die vorzugsweise senkrecht zur Transportrichtung des Halbzeugs angeordnet
wird, sodass das Halbzeug während seines Transportes diese Bewegungsebene des ersten
Schlittens "durchstößt".
[0013] Vorzugsweise ist die erste Bewegungsachse vertikal ausgerichtet und die zweite Bewegungsachse
somit horizontal. Somit wird auch der unbewegte Träger, an dem der zweite Schlitten
in der zweiten Bewegungsachse beweglich gelagert ist, horizontal verlaufen. Der Träger
kann dabei als Teil eines Portals ausgeführt sein, das in den Rollengang zwischen
zwei Rollen angeordnet wird, wobei das Halbzeug durch das Portal durchbewegt wird.
Die Bewegungsebene des ersten Schlittens ist dabei vertikal und senkrecht zur Transportrichtung
des Halbzeugs orientiert. Die Schwenkebene des Schleifkopfes steht vorzugsweise senkrecht
auf diese Bewegungsebene und ist ebenfalls vertikal orientiert, indem die Schwenkachse
und die Schleifscheibenachse horizontal ausgerichtet sind.
[0014] Vorzugsweise ist der erste Schlitten von einer oberen Warteposition in eine untere
Arbeitsposition bewegbar, wobei sich die Schwenkachse in der unteren Arbeitsposition
unterhalb des Trägers befindet. Das Halbzeug wird dabei unterhalb des Trägers bewegt,
wobei sich der erste Schlitten mit dem Schleifkopf von oben an das zu bearbeitende
Halbzeug annähert. Diese Konfiguration stellt eine "Steifigkeit" der Anordnung sicher,
mit der über die gesamte Stirnfläche des Halbzeugs unabhängig von der Positionierung
der Schleifscheibe gleichermaßen der gewünschte Anpressdruck erzeugt werden kann.
Zudem sind der Schleifkopf und der erste Schlitten vor herabfallenden Schleifspänen
geschützt.
[0015] Die Schwenkeinrichtung umfasst vorzugsweise ein Zahnradgetriebe, das einen am Schleifkopf
konzentrisch zur Schwenkachse angeordneten Zahnkranz und ein mit dem Zahnkranz kämmendes
und am ersten Schlitten angeordnetes Ritzel aufweist, das von einem am ersten Schlitten
angeordneten Schwenkantrieb angetrieben wird. Durch diese Schwenkeinrichtung ist es
möglich den Schleifkopf stufenlos und endlos um 360° in beide Drehrichtungen zu rotieren.
Neben der rotatorischen Positionierung des Schleifkopfs hat die Schwenkeinrichtung
auch die Aufgabe, den gewünschten Anpressdruck zwischen Schleifscheibe und dem zu
bearbeitenden Halbzeug zu erzeugen. Damit auch bei unebenen Konturen an der zu schleifenden
Kante oder Fläche das gewünschte Schliffbild erreicht wird, muss eine schnelle Regelung
der Schwenkeinrichtung gewährleistet sein, wie im Folgenden noch ausführlicher erläutert
werden wird.
[0016] Vorzugsweise ist für die Schleifscheibe ein Schleifspindelantrieb vorgesehen, der
einen im ersten Schlitten angeordneten Schleifantriebmotor umfasst, der über Keilriemen
mit einer konzentrisch zur Schwenkachse verlaufenden Zwischenwelle verbunden ist,
die sich vom ersten Schlitten bis in den Schleifkopf erstreckt und über einen Zahnriemen
mit der Schleifspindel der Schleifscheibe verbunden ist. Der Schleifantriebmotor ist
dabei vorzugsweise auf einer Motorwippe oder einem Motor- oder Spannschlitten gelagert,
um die notwendige Riemenspannung sicher zu stellen. Mithilfe des Zahnriemens kann
ein Nachspannen des Riemens entfallen, was innerhalb des Schleifkopfes nur schwierig
umzusetzen wäre. Durch die beiden Riementriebe kann eine Übersetzung ins Schnelle
erreicht werden, um somit die Motordrehzahl in eine höhere Schleifscheibendrehzahl
umzuwandeln. Die Ansteuerung des Schleifantriebmotors erfolgt dabei vorzugsweise über
einen Frequenzumrichter, um je nach Schleifscheibendurchmesser die Drehzahl anpassen
zu können und eine konstante Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe sicher zu stellen.
Zur Sollwertermittlung der Motordrehzahl des Schleifantriebmotors kann etwa ein Lichtschrankensystem
vorgesehen sein, das den Durchmesser der Schleifscheibe in regelmäßigen Abständen
vermisst.
[0017] Wie bereits ausgeführt wurde, muss die Bramme in Transportrichtung so bewegt werden,
dass sie mit ihrer vorderen oder hinteren Stirnfläche innerhalb des Bearbeitungsbereiches
des Schleifkopfes positioniert wurde. Für diese Positionierung wird vorzugsweise eine
Erkennungs- und Positionierungseinheit für das zu bearbeitende Halbzeug vorgeschlagen,
die optische Sensoren zur Ermittlung der Lage des Halbzeugs in Transportrichtung,
optische Distanzsensoren zur Ermittlung der Dicke des Halbzeugs, sowie optische Distanzsensoren
zur Ermittlung der Breite des Halbzeugs quer zur Transportrichtung umfasst. Mithilfe
dieses berührungslosen Messsystems kann der Rollgang mit den hohen Massen der Bramme
kontrolliert zum Stillstand geregelt und gleichzeitig die Brammenposition im Transportrichtung
vor und während des Schleifprozesses überwacht werden. Die Messwerte der Erkennungs-
und Positionierungseinheit werden in weiterer Folge einer Steuer- oder Regelungseinheit
übergeben, die auf Basis dieser Daten die Bewegung der beiden Schlitten und des Schleifkopfes
und somit den Schleifprozess regelt.
[0018] Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mithilfe der
beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dessen Anordnung in einem Rollengang zum Transport eines Halbzeugs mit teilweise
geöffnetem ersten Schlitten,
Fig. 2a-j schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Schleifpositionen des
Schleifkopfes,
Fig. 3 eine Darstellung einer Innenansicht des ersten Schlittens und des Schleifkopfes,
Fig. 4 eine weitere Darstellung einer Innenansicht des ersten Schlittens und des Schleifkopfes
in geänderter Perspektive,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Schwenkeinrichtung,
Fig. 6 eine Seitenansicht der Schwenkeinrichtung gemäß der Fig. 5, und die
Fig. 7 eine Schnittansicht gemäß der Schnittebene A-A der Fig. 6.
[0019] Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und dessen Anordnung in einem mithilfe von Rollen 1 gebildeten Rollengangs
zum Transport eines Halbzeugs 2, etwa einer Bramme. Das Halbzeug 2 kann durch Rotation
der entsprechend antreibbaren Rollen 1 in eine Transportrichtung R bewegt werden,
die in einer horizontalen Achse x verläuft. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist
einen den Rollengang horizontal überspannenden und unbewegten Träger 3 auf, der oberhalb
des Halbzeugs 2 positioniert ist und senkrecht zur Transportrichtung R verläuft. Der
Träger 3 ist Teil eines Portalgestells, das als massive und unbewegte Konstruktion
ausgeführt ist, um die Kräfte des Schleifprozesses aufnehmen und in das Fundament
ableiten zu können. Da das Halbzeug 2 Materialtemperaturen von bis zu 900°C aufweist,
ist eine Hitzeschutzvorrichtung 5 vorgesehen, um den Träger 3 vor der permanenten
Strahlungswärme des Halbzeugs 2 zu schützen. Hierfür wird etwa ein wasserdurchflossener
Kühlkörper aus geschweißten Stahlprofilen am Träger 3 befestigt und an das Brauchwassersystem
der Stranggießanlage angeschlossen. Die Hitzeschutzvorrichtung 5 wird freilich nur
bei der Bearbeitung von heißen Brammen benötigt, bei Kaltanwendungen ist diese nicht
erforderlich. Um das abgeschliffene Material zu sammeln, ist unterhalb des Trägers
3 und des Arbeitsbereiches ein Spänesammelbehälter 10 zwischen zwei Rollen des Rollganges
angeordnet. Die Späneentsorgung kann wahlweise auch über einen Förderer geschehen,
wobei in diesem Fall zwischen den Rollen 1 nur ein Trichter vorgesehen ist, um die
Späne in den Förderer oder in einen tieferliegenden Spänebehälter zu leiten.
[0020] Ein erster Schlitten 6 ist an einem zweiten Schlitten 4 angeordnet, der wiederum
am Träger 3 angeordnet ist. Der zweite Schlitten 4 ist dabei am Träger 3 mithilfe
eines Linearführungssystems beweglich gelagert, sodass er mit einem horizontalen Vorschubsystem
in einer horizontalen Bewegungsachse y bewegt werden kann. Als horizontales Vorschubsystem
kann etwa eine Zahnstangen-Ritzel-Kombination verwendet werden, wobei das Ritzel von
einem Synchron-Servogetriebemotor angetrieben wird. Die Zahnstange ist dabei am Träger
3 und der Synchron-Servogetriebemotor mit Ritzel am zweiten Schlitten 4 befestigt.
Die Positionierung des zweiten Schlittens kann über einen Absolutwertencoder erfolgen,
der direkt am Synchron-Servogetriebemotor angeordnet ist. Auf diese Weise ist das
Messsystem vor äußeren Einflüssen geschützt und vermeidet einen zusätzlichen Sensor
zur Referenzierung des zweiten Schlittens 4.
[0021] Mit dem zweiten Schlitten 4 ist der erste Schlitten 6 über ein Linearführungssystem
beweglich verbunden, der mittels eines vertikalen Vorschubsystems in einer vertikalen
Bewegungsachse z bewegt werden kann. Für das vertikale Vorschubsystem wird ein Kugelgewindetrieb
in Kombination mit einem Synchron-Servogetriebemotor vorgeschlagen. Die Positionierung
des ersten Schlittens 6 kann wie beim zweiten Schlitten 4 über einen Absolutwertencoder
erfolgen, der direkt am Synchron-Servogetriebemotor des vertikalen Vorschubsystems
angeordnet ist. Gegebenenfalls kann eine Bremse vorgesehen sein, damit der erste Schlitten
6 bei Spannungsausfall in Position gehalten wird und nicht nach unten sackt.
[0022] Im ersten Schlitten 6 befindet sich ein Schleifantriebmotor 7 (siehe Fig. 3 und 4),
der eine Schleifscheibe 8 antreibt, wie noch näher ausgeführt werden wird. Die Schleifscheibe
8 ist an einem Schleifkopf 9 um eine Schleifscheibenachse S
1 drehbar gelagert und vorzugsweise als Hochdruckschleifscheibe ausgeführt. Unter einer
Hochdruckschleifscheibe wird eine unter hoher Temperatur und unter hohem Druck verdichtete,
kunstharzgebundene Schleifscheibe 8 verstanden. Sie besteht aus einer Schleifschicht,
die für den eigentlichen Schleifprozess vorgesehen ist, und dem Feinkornzentrum mit
eingelegten Stahlringen, die zur Stabilitätserhöhung der Scheibe dienen. Die Schleifschicht
besteht in an sich bekannter Weise aus dem Schleifkorn und Bindemittel, wobei das
Schleifkorn unterschiedlichen Materials in unterschiedlichem Kornabstand im Bindemittel
eingelagert sein kann.
[0023] Der Schleifkopf 9 ist am ersten Schlitten 6 um eine Schwenkachse S
2 drehbar gelagert, wobei diese Lagerung eine stufenlose und endlose Drehbewegung um
360° in beide Drehrichtungen ermöglicht. Die erste Bewegungsachse z und die zweite
Bewegungsachse y definieren eine Bewegungsebene für den ersten Schlitten 6, die vertikal
orientiert ist und senkrecht zur Transportrichtung R angeordnet ist. Die Schwenkebene
des Schleifkopfes 9 steht senkrecht auf diese Bewegungsebene und ist ebenfalls vertikal
orientiert, indem die Schwenkachse S
2 und die Schleifscheibenachse S
1 horizontal ausgerichtet sind. Der Anpressdruck der Schleifscheibe 8 auf das Halbzeug
2 wird somit im Zuge einer Schwenkbewegung des Schleifkopfes 9 um die Schwenkachse
S
2 aufgebracht, wobei das Halbzeug 2 mit der Mantelfläche der um die Schleifscheibenachse
S
1 rotierenden Schleifscheibe 8 bearbeitet wird. Die Abziehbewegung, also die Bewegung
der Schleifscheibe 8 über die zu bearbeitende Kante oder Fläche des Halbzeugs 2, wird
mithilfe der beiden Schlitten 4, 6 bewerkstelligt. Auf diese Weise ergibt sich ein
möglicher Bearbeitungsraum, der durch die Bewegungsebene des ersten Schlittens 6,
sowie die senkrecht zu dieser Bewegungsebene ausgerichtete Spannweite des Schleifkopfes
9 mit der Schleifscheibe 8 definiert ist. Innerhalb dieses Bearbeitungsraumes kann
durch entsprechende Steuerung des ersten und zweiten Schlittens 4, 6 sowie des Schleifkopfes
9 jeder Punkt mit der Schleifscheibe 8 erreicht werden. Das beweglich gelagerte Halbzeug
2 muss lediglich mit seiner zu bearbeitenden vorderen oder hinteren Stirnfläche in
diesem Bearbeitungsraum positioniert werden.
[0024] Auf diese Weise können Schleifpositionen der Schleifscheibe 8 verwirklicht werden,
die eine Bearbeitung der oberen Kante, der unteren Kante und der Seitenkanten der
vorderen Stirnfläche als auch der hinteren Stirnfläche des Halbzeugs 2 erlauben, wie
anhand der Fig. 2 erläutert wird. Zudem können auch die an die Kanten angrenzenden,
endseitigen Mantelflächen des Halbzeugs bearbeitet werden, soweit sie sich in Reichweite
der Schleifscheibe 8 befinden. So zeigen die Fig. 2a-e zunächst schematisch eine Bearbeitung
des vorderen Endes eines Halbzeugs 2, das im Bearbeitungsraum der Schleifscheibe 8
positioniert wurde. Die Fig. 2a zeigt dabei die Bearbeitung einer an die obere Seitenkante
angrenzenden Mantelfläche des Halbzeugs 2, und die Fig. 2b die Bearbeitung einer an
die untere Seitenkante angrenzenden Mantelfläche des Halbzeugs 2. Der Wechsel von
der Schleifposition gemäß der Fig. 2a in jene der Fig. 2b kann durch Rotation des
Schleifkopfes 9 entgegen dem Uhrzeigersinn in Bezug auf die Fig. 2a unter allfälliger
Höhenjustierung des ersten Schlittens 6 in der ersten Bewegungsachse z erfolgen, ohne
dabei das zu bearbeitende Halbzeug 2 bewegen zu müssen. Mithilfe einer Vorschubbewegung
des zweiten Schlittens 4 in die zweite Bewegungsrichtung y kann die gesamte Breite
des Halbzeugs 2 quer zur Transportrichtung R bearbeitet werden. Die Fig. 2c zeigt
die Bearbeitung der unteren Seitenkante des Halbzeugs 2, und die Fig. 2d die Bearbeitung
der oberen Seitenkante des Halbzeugs 2. Der Wechsel von der Schleifposition gemäß
der Fig. 2c in jene der Fig. 2d kann durch Rotation des Schleifkopfes 9 im Uhrzeigersinn
in Bezug auf die Fig. 2c erfolgen, wiederum unter allfälliger Höhenjustierung des
ersten Schlittens 6 in der ersten Bewegungsachse z, ohne dabei das zu bearbeitende
Halbzeug 2 bewegen zu müssen. Mithilfe einer Vorschubbewegung des zweiten Schlittens
4 in die zweite Bewegungsrichtung y kann wiederum die gesamte Breite des Halbzeugs
2 quer zur Transportrichtung R bearbeitet werden. Die Fig. 2e zeigt schließlich die
Bearbeitung der vorderen Stirnfläche des Halbzeugs 2. Der Wechsel von der Schleifposition
gemäß der Fig. 2d in jene der Fig. 2e kann etwa durch Rotation des Schleifkopfes 9
entgegen dem Uhrzeigersinn in Bezug auf die Fig. 2d unter Höhenjustierung des ersten
Schlittens 6 in der ersten Bewegungsachse z erfolgen, ohne dabei das zu bearbeitende
Halbzeug 2 bewegen zu müssen. Mithilfe einer Vorschubbewegung des zweiten Schlittens
4 in die zweite Bewegungsrichtung y kann wiederum die gesamte Breite des Halbzeugs
2 quer zur Transportrichtung R bearbeitet werden.
[0025] Nach Bearbeitung des vorderen Endes des Halbzeugs 2 kann der Schleifkopf 8 durch
eine Bewegung des Schleifkopfes 8 und/oder der beiden Schlitten 4, 6 vom Halbzeug
2 entfernt werden, sodass das Halbzeug 2 in Transportrichtung R weiter bewegt werden
kann, bis das hintere Ende des Halbzeugs 2 in den Bearbeitungsbereich des Schleifkopfes
8 gelangt ist. Das Halbzeug 2 kann in dieser Position gestoppt werden, sodass die
Kanten der hinteren Stirnfläche, die hintere Stirnfläche selbst, sowie die an die
Kanten angrenzenden, endseitigen Mantelflächen des Halbzeugs 2 durch entsprechende
Schwenkbewegungen des Schleifkopfes 8 bearbeitet werden können, wie anhand der Fig.
2f-j erläutert wird. Die Fig. 2f zeigt dabei die Bearbeitung einer an die obere Seitenkante
angrenzenden Mantelfläche des Halbzeugs 2, und die Fig. 2g die Bearbeitung einer an
die untere Seitenkante angrenzenden Mantelfläche des Halbzeugs 2, und zwar jeweils
der hinteren Stirnfläche. Der Wechsel von der Schleifposition gemäß der Fig. 2f in
jene der Fig. 2g kann durch Rotation des Schleifkopfes 9 im Uhrzeigersinn in Bezug
auf die Fig. 2g unter allfälliger Höhenjustierung des ersten Schlittens 6 in der ersten
Bewegungsachse z erfolgen, ohne dabei das zu bearbeitende Halbzeug 2 bewegen zu müssen.
Mithilfe einer Vorschubbewegung des zweiten Schlittens 4 in die zweite Bewegungsrichtung
y kann die gesamte Breite des Halbzeugs 2 quer zur Transportrichtung R bearbeitet
werden. Die Fig. 2h zeigt die Bearbeitung der unteren Seitenkante des Halbzeugs 2,
und die Fig. 2i die Bearbeitung der oberen Seitenkante des Halbzeugs 2. Der Wechsel
von der Schleifposition gemäß der Fig. 2h in jene der Fig. 2i kann durch Rotation
des Schleifkopfes 9 entgegen dem Uhrzeigersinn in Bezug auf die Fig. 2h erfolgen,
wiederum unter allfälliger Höhenjustierung des ersten Schlittens 6 in der ersten Bewegungsachse
z, ohne dabei das zu bearbeitende Halbzeug 2 bewegen zu müssen. Mithilfe einer Vorschubbewegung
des zweiten Schlittens 4 in die zweite Bewegungsrichtung y kann wiederum die gesamte
Breite des Halbzeugs 2 quer zur Transportrichtung R bearbeitet werden. Die Fig. 2i
zeigt schließlich die Bearbeitung der hinteren Stirnfläche des Halbzeugs 2. Der Wechsel
von der Schleifposition gemäß der Fig. 2h in jene der Fig. 2i kann etwa durch Rotation
des Schleifkopfes 9 im Uhrzeigersinn in Bezug auf die Fig. 2h unter Höhenjustierung
des ersten Schlittens 6 in der ersten Bewegungsachse z erfolgen, ohne dabei das zu
bearbeitende Halbzeug 2 bewegen zu müssen. Mithilfe einer Vorschubbewegung des zweiten
Schlittens 4 in die zweite Bewegungsrichtung y kann wiederum die gesamte Breite des
Halbzeugs 2 quer zur Transportrichtung R bearbeitet werden.
[0026] Nach Bearbeitung des hinteren Endes des Halbzeugs 2 kann der Schleifkopf 8 durch
eine Bewegung des Schleifkopfes 8 und/oder der beiden Schlitten 4, 6 vom Halbzeug
2 entfernt werden, sodass das Halbzeug 2 in Transportrichtung R weiter bewegt werden
kann. Der Vorgang kann in weiterer Folge an einem nachfolgenden Halbzeug 2 wiederholt
werden.
[0027] Anhand der Fig. 3 bis 7 werden nun der Schleifspindelantrieb für die Schleifscheibe
8 und die Schwenkeinrichtung für den Schleifkopf 9 näher erläutert. Der Schleifspindelantrieb
umfasst einen im ersten Schlitten 6 angeordneten Schleifantriebmotor 7, der über Keilriemen
11 mit einer konzentrisch zur Schwenkachse S
2 verlaufenden Zwischenwelle 12 verbunden ist. Für die Keilriemen 11 ist eine Abdeckung
18 vorgesehen, die als wassergekühlte Schutzabdeckung ausgeführt werden kann, da dieser
Bereich bei der Bearbeitung heißer Brammen auch in der Warteposition von der Wärmeabstrahlung
des Halbzeugs 2 betroffen ist. Die Zwischenwelle 12 erstreckt sich vom ersten Schlitten
6 bis in den Schleifkopf 9 und ist über einen Zahnriemen 13 mit der Schleifspindel
14 der Schleifscheibe 8 (siehe auch Fig. 7) verbunden ist. Der Schleifantriebmotor
7 kann etwa als Asynchronmotor ausgeführt sein und ist vorzugsweise über eine Motorwippe
15 im Inneren des ersten Schlittens 6 befestigt, mit der die erforderliche Riemenspannung
der Keilriemen 11 erzeugt wird. Durch den Einsatz eines Zahnriemens 13 zwischen der
Zwischenwelle 12 und der Schleifspindel 14 kann das Nachspannen des Riemens hingegen
entfallen. Durch die beiden Riementriebe kann eine Gesamtübersetzung ins Schnelle
erreicht werden, bei der etwa eine maximale Motordrehzahl von 3.000 min
-1 auf eine maximale Schleifscheibendrehzahl von 6.500 min
-1 umgewandelt wird. Die Ansteuerung des Asynchronmotors erfolgt über einen Frequenzumrichter.
Auf diese Weise kann je nach Schleifscheibendurchmesser die Drehzahl angepasst werden,
um eine konstante Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe 8 von 60 bis 80 m/s zu
erreichen. Zur Sollwertermittlung der Motordrehzahl wird die Schleifscheibe 8 in regelmäßigen
Abständen mit einem Lichtschrankensystem vermessen.
[0028] Die Schleifscheibe 8 ist als Hochdruckschleifscheibe ausgeführt und wird auf den
Innenflansch 16 des Schleifkopfes 9, der wiederum mittels einer Kegelverbindung an
der Schleifspindel 14 befestigt ist (siehe Fig. 7), aufgespannt. Die notwendige Spannkraft
wird durch einen Außenflansch 17, der mittels Innensechskantschrauben am Innenflansch
16 befestigt ist, aufgebracht. Der Schleifkopf 9 wird bei Heißanwendungen über Strahlenschutzbleche
und einem entsprechenden Isolationsmaterial vor der Wärmestrahlung des Halbzeugs 2
geschützt.
[0029] Der Schleifkopf 9 weist auf seiner dem ersten Schlitten 6 zugewandten Seite einen
Zahnkranz 19 auf und ist über eine Wälzlagerung am unteren Teil des ersten Schlittens
6 drehbar gelagert. Im Inneren des ersten Schlittens 6 befindet sich ein Planetengetriebe
22, das über ein am ersten Schlitten 6 angeordnetes Ritzel 20 mit dem am Schleifkopf
9 angeordneten Zahnkranz 19 verbunden ist und von einem als Synchronmotor ausgeführten
Schwenkantrieb 21 angetrieben wird. Die Rotationsbewegung des Schleifkopfes 9 wird
somit ausgehend vom Schwenkantrieb 21 und das Planetengetriebe 22 durch Übersetzung
über das Ritzel 20 und den Zahnkranz 19 erzeugt. Die Übersetzung des Zahnradgetriebes
wird ins Langsame vorgenommen, sodass etwa bei einer Nenndrehzahl des Schwenkantriebes
21 von 3.000 min
-1 eine maximale Rotationsgeschwindigkeit des Schleifkopfs 9 von unter 20 min
-1 eingestellt wird. Um permanent die Position des Schleifkopfs 9 messen zu können,
ist direkt am Schwenkantrieb 21 ein Absolutwertencoder angeordnet.
[0030] Neben der rotatorischen Positionierung des Schleifkopfs 9 hat die Schwenkeinrichtung
auch die wesentliche Aufgabe, den notwendigen Anpressdruck zwischen Schleifscheibe
8 und dem Halbzeug 2 zu erzeugen. Damit auch bei unebenen Konturen an der zu schleifenden
Kante oder Fläche das gewünschte Schliffbild erreicht wird, muss eine schnelle Regelung
der Schwenkeinrichtung gewährleistet sein, wie im Folgenden ausführlicher erläutert
werden soll.
[0031] Zunächst muss hierfür das Halbzeug 2 in Transportrichtung R so bewegt werden, dass
sie mit ihrer vorderen oder hinteren Stirnfläche innerhalb des Bearbeitungsbereiches
des Schleifkopfes 9 positioniert wurde. Für diese Positionierung ist eine Erkennungs-
und Positionierungseinheit für das zu bearbeitende Halbzeug 2 vorgesehen, die optische
Sensoren zur Ermittlung der Lage des Halbzeugs 2 in Transportrichtung R, optische
Distanzsensoren zur Ermittlung der Dicke des Halbzeugs 2, sowie optische Distanzsensoren
zur Ermittlung der Breite des Halbzeugs 2 quer zur Transportrichtung R umfasst. Als
optischer Sensor zur Ermittlung der Lage des Halbzeugs 2 in Transportrichtung R wird
etwa ein Lichtgitterpaar mit einem Strahlenabstand von 20 mm vorgeschlagen. Um die
Lichtgitter vor den rauen Umgebungsbedingungen zu schützen, sollten sie vorzugsweise
in einem luftgespültem Schutzgehäuse verbaut werden. Der Vorteil dieses berührungslosen
Messsystems liegt darin, dass der Rollgang mit den hohen Massen der Bramme kontrolliert
zum Stillstand geregelt und gleichzeitig die Brammenposition im Transportrichtung
R vor und während des Schleifprozesses überwacht werden kann. Zur Erfassung der Brammendicke
wird ein Laserdistanzsensor vorgeschlagen, der am Träger 3 oberhalb der Hitzeschutzvorrichtung
5 befestigt wird, wobei die Hitzeschutzvorrichtung 5 im Signalweg des Laserdistanzsensors
freilich optisch transparent ausgeführt ist. Der Wert für die Brammendicke wird nur
unmittelbar vor dem Schleifen der vorderen Stirnfläche ermittelt und für den nachfolgenden
Schleifzyklus der hinteren Stirnfläche zwischengespeichert. Zusätzlich sind optische
Distanzsensoren zur Ermittlung der Breite des Halbzeugs 2 quer zur Transportrichtung
R vorgesehen um zu ermitteln, wo die Schleifscheibe 8 in der zweiten Bewegungsachse
y zu schleifen beginnen oder aufhören muss.
[0032] Die Messwerte dieser Erkennungs- und Positionierungseinheit werden in weiterer Folge
einer Steuer- oder Regelungseinheit übergeben, die auf Basis dieser Daten die Bewegung
der beiden Schlitten 4,6 und des Schleifkopfes 9 und somit den Schleifprozess regelt.
Zudem wird ein Schleifzyklus vorgegeben, also welche Kanten und/oder Flächen des Halbzeugs
2 in welcher Abfolge bearbeitet werden sollen. Ausgehend von der Position und der
Dicke des Halbzeugs 2 werden für den gewünschten Schleifzyklus von der Steuer- oder
Regelungseinheit die erforderlichen Schleifpositionen errechnet, und der erste Schlitten
6 und der zweite Schlitten 4 mithilfe entsprechender Vorschubbewegungen in die notwendigen
Schleifpositionen verfahren. Gleichzeitig werden der vom Schleifkopf 9 anzusteuernde
Rotationswinkel x
soll, seine Rotationsgeschwindigkeit v
soll und das begrenzende Drehmoment M
Betrieb des Schleifkopfs 9, welches aufgrund der Schwerpunktverlagerung wiederum vom Rotationswinkel
x
soll abhängig ist, von der Steuer- oder Regelungseinheit an den Schwenkantrieb 21 der
Schwenkeinheit übermittelt. Der Strom ist bei Servo-Synchronmotoren proportional zum
Drehmoment, wodurch die begrenzende Stromgröße für den Schleifbetrieb I
qBetrieb durch eine Multiplikation aus dem begrenzenden Drehmoment M
Betrieb und einem Proportionalitätsfaktor K
MI errechnet werden kann. Um einen konstanten Schleifdruck zu erzeugen wird der Schwenkantrieb
21 in der Betriebsart Moment- bzw. Stromregelung betrieben. Durch die Steuer- oder
Regelungseinheit wird der anzusteuernde Rotationswinkel x
soll so gewählt, dass dieser Sollwert durch den Schleifkopf 9 nie erreicht werden kann.
Dem Schwenkantrieb 21 kann etwa vorgegeben werden, dass die Schleifscheibe 8 beispielsweise
30 mm unterhalb der Halbzeugoberfläche schleifen soll. Da der Schleifkopf 9 die vorgegebene
Sollposition für den Rotationswinkel x
soll somit nicht erreichen kann, wird der Schleifkopf 9 bzw. die Schleifscheibe 8 mit
dem begrenzenden Drehmoment M
Betrieb an das Halbzeug 2 gepresst, wodurch die Schleifscheibenanpresskraft erzeugt wird.
Gleichzeitig wird permanent die Stromaufnahme I
qIst des Schwenkantriebes 21 gemessen und in die Steuer- oder Regelungseinheit rückgeführt.
Trifft der Schleifkopf 9 beispielsweise auf eine Vertiefung am Halbzeug 2, nimmt die
Stromaufnahme I
qIst ab. In diesem Fall wird der Schleifkopf 9 zum Halbzeug 2 hin aktiv nachgeregelt,
bis der Schleifkopf 9 wieder mit dem begrenzenden Drehmoment M
Betrieb betrieben wird. Während der Nachregelung bleibt die Anpresskraft jedoch nicht konstant,
da ein Teil des Motorendrehmoments für die Beschleunigung der Mechanik (Schwenkantrieb
21, Planetengetriebe 22 und Schleifkopf 9) aufgewendet werden muss. Fährt der Schleifkopf
9 über eine Erhebung am Halbzeug 2 hinweg, weicht der Schleifkopf 9 bei Überschreitung
eines begrenzenden Stromwerts Iq
max zurück, wird aber nicht aktiv zurückgeregelt. Um Beschädigungen am Schwenkantrieb
21 oder dem Planetengetriebe 22 zu vermeiden, können des Weiteren noch zusätzliche
Sicherheitsfunktionen vorgesehen sein, die eine Überschreitung der zulässigen Moment-
und Drehzahlwerte unterbinden, indem bei Erreichen kritischer Werte der Schleifkopf
9 mit einem maximalen drehmomenterzeugenden Strom Iq
max und einer maximalen Drehzahl n
max in eine sichere Position zurückgeschwenkt wird. Bei einem Schleifprozess mit einer
Schleifscheibenanpresskraft von 4.000 N kann der Schleifkopf 9 in weniger als einer
Zehntelsekunde auf Betriebsdrehzahl beschleunigt werden, wodurch ein Schleifen von
unebenen Konturen mit relativ konstantem Anpressdruck der Schleifscheibe 8 ermöglicht
wird.
[0033] Durch dieses Regelkonzept und der Möglichkeit den Schleifkopf 9 um 360° in beide
Drehrichtungen stufenlos und endlos zu rotieren, können alle in der Fig. 2 gezeigten
Anwendungen auf einfache Weise verwirklicht werden.
Bezugszeichenliste:
[0034]
- 1
- Rollen
- 2
- Halbzeug
- 3
- Träger
- 4
- zweiter Schlitten
- 5
- Hitzeschutzvorrichtung
- 6
- erster Schlitten
- 7
- Schleifantriebmotor
- 8
- Schleifscheibe
- 9
- Schleifkopf
- 10
- Spänesammelbehälter
- 11
- Keilriemen
- 12
- Zwischenwelle
- 13
- Zahnriemen
- 14
- Schleifspindel
- 15
- Motorwippe
- 16
- Innenflansch
- 17
- Außenflansch
- 18
- Abdeckung
- 19
- Zahnkranz
- 20
- Ritzel
- 21
- Schwenkantrieb
- x
- horizontale Achse
- y
- zweite Bewegungsachse
- z
- erste Bewegungsachse
- R
- Transportrichtung
- S1
- Schleifscheibenachse
- S2
- Schwenkachse
- 22
- Planetengetriebe
1. Vorrichtung zur Bearbeitung von Kanten und Flächen eines in einer Transportrichtung
(R) bewegbar gelagerten Halbzeuges (2), insbesondere zum Entgraten und Entbarten von
Rohblöcken, Vorblöcken, Brammen und dergleichen, wobei ein erster Schlitten (6) vorgesehen
ist, der an einem unbewegten Träger (3) in einer ersten Bewegungsachse (z) beweglich
gelagert ist, und am ersten Schlitten (6) ein Schleifkopf (9) mit einer um eine Schleifscheibenachse
(S1) drehbaren Schleifscheibe (8) angeordnet ist, wobei der Schleifkopf (9) mittels einer
Schwenkeinrichtung um eine Schwenkachse (S2), die senkrecht zur ersten Bewegungsachse (z) ausgerichtet ist, rotierbar gelagert
ist, und die Schleifscheibenachse (S1) von der Schwenkachse (S2) beabstandet und parallel zur Schwenkachse (S2) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkopf (9) mittels der Schwenkeinrichtung um 360° um die Schwenkachse (S2) rotierbar gelagert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlitten (6) an einem zweiten Schlitten (4) angeordnet ist, der am unbewegten
Träger (3) in einer zur ersten Bewegungsrichtung (z) orthogonalen, zweiten Bewegungsachse
(y) beweglich gelagert ist, wobei die Schwenkachse (S2) und die Schleifscheibenachse (S1) parallel zu einer von der ersten und der zweiten Bewegungsachse (y,z) definierten
Ebene ausgerichtet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bewegungsachse (z) vertikal ausgerichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlitten (6) von einer oberen Warteposition in eine untere Arbeitsposition
bewegbar ist, wobei sich die Schwenkachse (S2) in der unteren Arbeitsposition unterhalb des Trägers (3) befindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung ein Zahnradgetriebe umfasst, das einen am Schleifkopf (9)
konzentrisch zur Schwenkachse (S2) angeordneten Zahnkranz (19) und ein mit dem Zahnkranz (19) kämmendes und am ersten
Schlitten (6) angeordnetes Ritzel (20) aufweist, das von einem am ersten Schlitten
(6) angeordneten Schwenkantrieb (21) angetrieben wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schleifscheibe (8) ein Schleifspindelantrieb vorgesehen ist, der einen im
ersten Schlitten (6) angeordneten Schleifantriebmotor (7) umfasst, der über Keilriemen
(11) mit einer konzentrisch zur Schwenkachse (S2) verlaufenden Zwischenwelle (12) verbunden ist, die sich vom ersten Schlitten (6)
bis in den Schleifkopf (9) erstreckt und über einen Zahnriemen (13) mit der Schleifspindel
(14) der Schleifscheibe (8) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifantriebmotor (7) auf einer Motorwippe (15) gelagert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennungs- und Positionierungseinheit für das zu bearbeitende Halbzeug (2)
vorgesehen ist, die optische Sensoren zur Ermittlung der Lage des Halbzeugs (2) in
Transportrichtung (R), optische Distanzsensoren zur Ermittlung der Dicke des Halbzeugs
(2), sowie optische Distanzsensoren zur Ermittlung der Breite des Halbzeugs (2) quer
zur Transportrichtung (R) umfasst.