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Steuereinrichtung für Kopierwerke
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für Kopierzwecke, an Werkzeugmaschinen,
Hebezeugen, Förderanlagen usw.
Bei einer Reihe von Arbeitsmaschinen ist es notwendig, Schalthandlungen in Abhängigkeit der Stell- lung von Werkstücken auszulösen, beispielsweise Änderungen der Geschwindigkeit innerhalb eines vorge- i gebenen Bereiches mit Hilfe einer Relaisbetätigung. Der Bereich, in dem der entsprechende Befehl gel- ten soll, muss einstellbar sein. Solche Aufgaben werden durch Kopierwerke erfüllt, die den vollen Arbeitsweg als Umdrehung einer Trommel abbilden. Auf dem Umfang der Trommel sind einstellbare Nocken vorgesehen, die bei der Bewegung der Trommel Schaltkontakte betätigen. Im einfachsten Fall besteht ein Nocken aus einer Kurvenscheibe, die für eine bestimmte Anwendung angefertigt werden muss. Derartige Nockenkontaktanordnungen sind im allgemeinen wenig anpassungsfähig.
Nachteilig wirkt sich auch aus, dass die Nockentrommel mit der Arbeitsmaschine unmittelbar verbunden sein muss und dass in einem rauhen Betrieb bei Beschädigung des Kopierwerkes sämtliche Kontakteinstellungen ungültig werden können. Eine Reparatur des störanfälligen Kontaktsystems bzw. das Umstellen auf ein geändertes Programm nimmt viel Zeit in Anspruch.
Es ist einKopierwerk bekanntgeworden, das an Stelle des mechanischen Kontaktnockensystems elektronische Schaltelemente benutzt. Der Bewegungsvorgang wird als Drehbewegung des Schleifringläufers eines Asynchronmotors abgebildet, der unter Zwischenschaltung eines Polygon-Transformators mehrere phasenverschobene Wechselspannungen abgibt. Diese Wechselspannungen stehen unter sich in einem starr, aber beliebig wählbaren Phasenverhältnis und werden über Diodenschaltungen den Gittern von Tyratrons zugeführt. Die Zündung der Tyratrons geschieht nur innerhalb derjenigen Zeitspanne, in der sämtliche parallelgeschalteten Gitterspannungen gegenüber der in der Phasenlage festbleibenden, fre- quenzgleichen Anodenwechselspannung positive Werte aufweisen.
Durch diesen Phasenvergleich zweier umlaufender Wechselspannungen mit einer festen Wechselspannung wird der gleiche Schaltvorgang erreicht, wie mit dem Nockenkontaktsystem. Ein Relais kann nur innerhalb eines bestimmten Drehwinkels des Motorankers betätigt werden.
Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, dass wegen der unvermeidbaren Streuung des Zündeinsatzes die Genauigkeit der Kontaktgabe unbefriedigend ist. In der Regel müssen für einen Bewegungsvorgang mehrere Schaltbefehle bereitgestellt werden. Bei der bekannten Anordnung bedeutet das aber die Entnahme einer grossen Anzahl von Wechselspannungen aus dem Phasenschieber der eine beträchtliche Grösse und Leistung erhalten muss. Ausserdem wird wegen des starr festgelegten Schaltmomentes die Neigung zum Flattern des ausgelösten Schaltvorganges bei unruhigen und zittrigen Bewegungsvorgängen sehr begünstigt.
Es ist weiters eine Steuereinrichtung für Kopierwerke mit kraftschlüssig mit dem zu steuernden Bewegungsvorgang gekoppelten Drehtransformator, aus der deutschen Auslegeschrift Nr. 1073071 bekannt, bei der der gegenseitige Phasenabstand zweier elektrischer Wechselstromgrössen der Kontaktzeit und die gemeinsame Phasenänderung dieser beiden Wechseistromgrössen gegenüber einer dritten Wechselstromgrösse der zu steuernden Bewegung zugeordnet ist. Bei dieser bekannten Anordnung ist nur eine begrenzte Zahl von Schaltbefehlen möglich, da der dort benutzte Drehtransformator sonst einen untragbaren Auf-
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wand erfordern würde.
Die angeführten Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, die gekennzeichnet ist durch die
Verbindung des Drehtransformators unter Zwischenschaltung eines ersten Kurvenformumwandlers für die
Erzeugung einer rechteckigen Kurvenform, eines Differenziergliedes und eines Impulsformers für die Erzeugung eines rechteckigen Kurzimpulses mit der"Und"-Schaltung, ferner gekennzeichnet durch einen vom Netz gespeisten Polygontransformator, der zwei oder mehrere sinusförmige Wechselspannungen nach
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Speicherglied, das. über eine Rückführung zur Herbeiführung einer zeitlichen Verschiebung an den Kurvenformwandler angeschlossen ist. Im Gegensatz zur letzterwähnten bekannten Anordnung können eine praktisch unbegrenzte Zahl von Schaltbefehlen ohne weiteren Aufwand ausgelöst werden.
Ein weiterer von der Einrichtung gemäss der Erfindung erzielter Effekt ist die erhebliche Steigerung der Genauigkeit der Kontaktgabe. Dies ist einmal auf die Verwendung elektronischer Kippkreise zurückzuführen und zum andern auf die neuartige Massnahme der hystereseartigen Rückführung des Steuerungsausganges auf die Kurvenformumwandler. Das Verhalten der eIektronischenKippkreiselässt sich mit demjenigen eines Thyratrons oder einer gasgefüllten Röhre nicht ohne weiteres vergleichen. Dies trifft insbesondere auf den Vorgang der Rückstellung der Kippkreise zu, der nicht der Löschung eines Thyratrons entspricht.
Ein besonderer Fortschritt wird auch in der sicheren Kontaktgabe bei schleichenden und zittrigen Bewegungsvorgängen gesehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt das Prinzipschema der Kontaktsteuereinrichtung in funktionsmässiger Darstellung. Fig. 2 gibt Diagramme für die verschiedenen Stadien der Impulsumformung wieder. Fig. 3 stellt schliesslich einen Befehlsimpuls mit hystereseartig verschobenen Bereichsgrenzen dar.
In der Anordnung nach Fig. 1 wird an die Netzklemmen 1 zunächst der als Geber dienende Phasenschieber 2 angeschlossen. Er kann als Drehtransformator bzw. als Asynchronmotor mit Schleifringläufer ausgebildet sein. Die von ihm gelieferte Spannung wird einem Umwandler 3 zugeführt und anschliessend über ein Differenzierglied 4 dem Impulsformer 5 zugeleitet. Am Ausgang des Impulsformers steht die Eingangswechselspannung als Markierungimpuls zur Verfügung.
An die Netzklemmen 1 ist ferner ein Polygontransformator 6 angeschlossen, der zwei oder mehrere Wechselspannungen liefert, von denen jede in einem Umwandler 7, 8 umgeformt und schliesslich in einer
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"Und" -Schaltung 9dereTeilderRechteckimpulsegehterstüberdie Umkehrstufe12undwirddann in einer andern" Und - Schal- tung 11 mit dem gleichen Markierungsimpuls verglichen. Die daraus entstehenden Schaltbefehl werden in dem Speicher 13 für die Betätigung eines an dieKIemmelS anzuschliessenden Relais bereitgestellt.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Kontaktsteuerungseinrichtung ist an Hand der Fig. 2 leicht verständlich. Die Antriebswelle des als Geber 2 benutzten Schleifringläufers eines Asynchronmotors ist kraftschlüssig mit dem Bewegungsvorgang verbunden und überträgt dessen Bewegung als Drehbewegung.
Die von dem Geber 2 abgegebene einphasige Wechselspannung gemäss Diagramm 16 ändert ihre Phasenlage entsprechend dem Bewegungszustand des zu steuernden Maschinenteiles. In der erfindungsgemässen Kontaktsteuerungseinrichtung wird diese in der Phase bewegliche Wechselspannung 16 in Übereinstimmung mit der analog arbeitenden mechanischen Nockenkontakteinrichtung nach Art eines Gegenkontaktes benutzt. Die Wechselspannung 16 wird zweckmässig inkurzdauernde Markierungsimpulse umgeformt. Das geschieht zunächst durch Umwandlung der Sinusform in eine Rechteckform mit Hilfe des Umwandlers 3.
Die Diagramme 16 und 17 geben diese Umwandlung wieder. Zur Bildung der Kurzimpulse ist eine Dif- ferenzierung der Rechteckimpulse in der Differenzierstufe 4 notwendig. Es entstehen Spannungsstösse ge- mäss Diagramm 18. Von der Umformerstufe 5 werden schliesslich die eigentlichen Markierungsimpulse ge- mäss Diagramm 19 abgegeben.
Die Phasenlage der Markierungsimpulse bezogen auf zwei feste Wechselspannungen ist ein genaues Abbild der räumlichen Position des Bewegungsvorganges.
Unabhängig von der durch die mechanischeDrehbewegung bedingten Phasenverschiebungist in der Um- formerstufe 5 noch eine zusätzliche zeitliche Verschiebung des Markierungsimpulses 19 möglich, was einer Verdrehung der Geberwelle in bezug auf die Welle der Arbeitsmaschine entspricht. Diese Korrekturmöglichkeit erlaubt eine gleichzeitige und gleichmässige Verschiebung sämtlicher eingestellter Kon-
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taktbereiche.
In Analogie zu der Nockenscheibe der bekannten Nockenkontakteinrichtungen werden in der erfin- dungsgemässen Einrichtung zwei feste Wechselspannungen verwendet, die einen starren, aber beliebig wählbarenPhasenabstand besitzen. Die Wechselspannungen werden dem Polygon-Transformator 6 entnom- men, an dessen Wicklungsanzapfungen der festbleibende Phasenabstand eingestellt wird. In den Diagram- men 20 und 21 sind die beiden Wechselspannungen mit ihren gegenseitigen Phasenbeziehungen darge- stellt.
Da es in der digitalen, mit elektronischen Baugruppen arbeitenden Steuertechnik zweckmä- ssig ist, mit Impulsen zu operieren, werden die beiden Sinusspannungen mit Hilfe der Umwandler 7 und 8 in Rechteckimpulse gemäss den Diagrammen 22 und 23 umgewandelt. Es soll gemäss der Erfindung die
Zeitspanne der gemeinsamen Überlappung derReckteckimpulseals"Schliessungszeit"des Kontaktes für die
Auslösung von Steuerungsvorgängen gelten. Zu diesem Zweck werden beide Rechteckimpulse einer soge- nannten logischen"Und"-Schaltung 9 zugeleitet, in der ein neuer Impuls gebildet wird, dessen Dauer der gemeinsamen Überlappungszeit entspricht (Diagramm 24) und den man als"Nockenimpuls"bezeich- nen kann.
In einer weiteren Stufe 10, die als logisches Element einer"Und"-Schaltung gleichzusetzen ist, er- folgt der Vergleich des Nockenimpulses 24 mit dem Markierungsimpuls 19. Daraus ergibt sich aber nur dann ein Steuerbefehl ("Kontaktschliessung"), wenn beide Impulse gleichzeitig den Wert "1" haben. Der
Steuerbefehl wird als sogenannte "Ja"-Entscheidung in dem Speicher 13 für die Abgabe an den Ausgang
15 bereitgehalten.
Da aus schaltungstechnischen Gründen auch die"Nein"-Entscheidung gespeichert werden muss, ist es notwendig, den Nockenimpuls 24 in der Umkehrstufe 12 zu invertieren und als Umkehrimpuls 25 wiederum mit dem Markierungsimpuls 19 zu vergleichen, wofür die Stufe 11 vorgesehen ist. Diese Stufe gibt nur dann einen Befehl an den Speicher 13, wenn der Umkehrimpuls 25 und der Markierungsimpuls 19 gleichzeitig den Wert"l"haben. Dieser Fall ist in den Diagrammen 25, 26 dargestellt. Die Dauer, in der sich der Speicher 13 im"Ja"-Zustand befindet, entspricht dem räumlichen Drehungswinkel des Gebers 2, in welchem ein Steuerbefehl, z. B. der Anzug eines Relais, ausgelöst werden soll.
Es sind Betriebszustände denkbar, in denen die Bewegungen sehr langsam und vor allem unruhig ablaufen. Solche Zitterbewegungen würden zur Auslösung unklarer und undefinierter Steuerbefehle führen. Um dies zu verhindern, muss an der sogenannten" Ablaufkante" des "Ja" -Bereiches durch hystereseartige Verzögerungen ein gewisser Spielraum geschaffen werden. In der erfindungsgemässen Kontaktsteuerungseinrichtung geschieht das dadurch, dass vom Speicherausgang 15 eine den Steuerbefehlen entsprechende Gleichspannung abgenommen und in den Umwandlerstufen 7 bzw. 8 zu den beiden, festen Wechselspannungen 20 bzw. 21 addiert wird. Das bedeutet, dass die Flanken der daraus abgeleiteten Rechteckspannungen nicht den Nulldurchgang der Sinusspannung markieren, sondern etwas zeitlich verschoben sind.
Bei der Umschaltung von "0" auf "1" wird der Ja-Bereich 31 um den Zeitbetrag 29 bzw. 30 vergrössert, bei der Umschaltung von "1" auf "0" nimmt er wieder die alte Grösse an. Dieser Vorgang, den man als Hysterese bezeichnen kann, ist aus der Fig. 3 deutlich zu erkennen. Es wird so mit einfachsten Mitteln ein eindeutiger Steuerbefehl bzw. eine flatterfreie Kontaktgabe auch unter ungünstigen Bewegungsverhältnissen erreicht.
In der Regel sind bei grösseren Anlagen eine Vielzahl von Steuerbefehlen auszuführen. Für jeden Befehl wird eine Kontaktsteuerungseinrichtung der beschriebenen Art ("Kanal") benötigt. Die erfindungsgemässe Kontaktsteuerungseinrichtung besitzt nun den Vorzug, dass für alle Befehlsvorgänge nur ein Markierungsimpuls erforderlich ist, während die zu jedem Kanal gehörigen Wechselspannungspaare in beliebiger Anzahl über den Polygontransformator direkt dem Netz entnommen werden können. Aus dieser Vereinfachung und aus der Anwendung digitaler Baugruppen ergibt sich ein Fortschritt, der sich insbesondere auf die Anpassungsfähigkeit und die Genauigkeit der Steuerung bezieht.
Die Verwendung der erfindungsgemässen elektronischen Kontaktsteuerungseinrichtung ist nicht auf die Steuerung mechanischer Bewegungen beschränkt. Es ist denkbar, dass sie sinngemäss zur Lösung ähnlich gelagerter Aufgabe, beispielsweise rein elektrischer Art, verwendet werden kann.