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Vorrichtung zum Spannen und Entspannen von Speichern potentieller
Energie Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen und Entpannen von Speichern
potentieller Energie, wobei die Speicher beim Bremsen insbesondere nicht periodischer
Bewegungen zwischen beliebigen An.fangs- und Endlagen geladen bzw. entladen werden.
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Von vielen Geräten und Maschinen werden Bewegungen ausgefahrt, die
in einem bestimmten Punkt beendet sein müssen. Die bei der Abbremsung frei werdende
kinetische Energie wandelt sich dabei zum Teil in Wärmeenergie und zum Teil in potentielle
Energie um. Während die Wärmeen.ergie zur Erwärmung der Maschinen beiträgt und durch
entsprechende Kühlung abgeführt werden muß, wird die potentielle Energie von Puffern
aufgenommen und gespeichert. Diese gespeicherte und potentielle Energie muß nun
ebenfalls abgeführt werden, da sie sonst zu einer Veränderung der Bewegungen der
Maschine gegenüber von einer Ruhelage ausgehenden Bewegung führt. Aber auch schon
im statischen Zustand der Maschine wirkt die gespeicherte potentielle Energie auf
d.ie einzelnen Teile der Maschine ein und verursacht durch zusätzliche Flächenpressung
ein erhöhtes Reibungsmoment. Diese Vergrößerung des Reibungsmomentes muß durch eine
erhebliche Vergrößerung des gesamtenAntriebsmomentes und infolge der erhöhten Flächenpressung
durch eine entsprechende tSb.erdimen,sionierung ausgeglichen werden.
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Es ist bereits eine Steuerung der die Klemmbacken tragenden und unabhängig
voneinander bewegbaren sowie einzeln angetriebenen Stoßstangen eines Unterflurklsemmbackenkanters
vorgeschlagen worden, bei der in den einzelnen Antrieben der Stoßstangen in Abhängigkeit
der Stellungen der Klemmbacken verschiedene Stellungen einnehmende Schaltnocken
vorgesehen sind, die bei Erreichen bestimmter Stellungen der ihr zugeordneten Klemmbacke
den Lauf oder den Stillstand oder die Bewegungsrichtung des Motors der anderen Klemmbacke
bestimmende Schalter betätigen.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrichtung zum Spannen und
Entspannen von Speichern potentieller Energie, wobei die Speicher beim Bremsen von
Bewegungen zwischen Anfangs- und Endlagen geladen bzw. entladen werden, insbesondere
beim Bremsen nicht periodischer Bewegungen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
wenigstens zwei symmetrische Antriebsglieder vorgesehen sind, die über eine steuerbare
Kupplung, beispieisweise eine Magnetkupplung, derart einander zugeordnet sind, daß
bei Bewegungsvorgängen, bei denen die Energiespeicher gespannt bzw. völlig entspannt
werden, die Kupplung zwischen den Antriebsgliedern ausgeschaltet ist, während bei
eingeschalteter Kupplung durch den Schlupf ein Ausgleich des durch die Energiespeicher
hervorgerufenen
Momentes ermöglicht wird, wobei durch eine Steuerung des Schlupfes
die Antriebsglieder mit eine Entspannung der Energiespeicher ermöglichenden, unterschliedlichen
Drehzahlen asynchron anlaufen können. Nach der Entspannung des Energiespeichers
gehen bei dann starrer Kupplung die Antriebsglieder wieder in eine synchrone Bewegung
über. Häufig wird man nach Erreichen dieses synchronen Laufes ein Antriebsglied
absch,a,lten können. Dieses abgeschaltete Antriebsglied kann man zur Beendigung
des Bewegungsvorganges wieder so an das treibende Antriebsglied binzuschalten, daß
es eine Bremswirkung ausübt. In ihm wird dann ein großer Teil der bei der Bremsung
frei werdenden Energie verzehrt werden, so daß ein vorgesehener Energiespeicher
für die potentielle Energie nicht mehr in Tätigkeit zu treten braucht. Die Steuerung
der Kupplung wird im allgemeinen slellbsttätig er folgen.
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Die neue Vorrichtung läßt sich beispieisweise vorteilhaft bei Werkzeugmaschinen,
Förderantrieben, Walzenstraßen u. dgl. verwenden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung n.ach der Erfindung ist in
der Zeichnung dargestellt. In ihr ist ein Greifer l dargestellt, dessen Greiferarme
2 und 3 aufeinander zu- oder voneinander wegbewegt werden können. Zum Antrieb der
Greiferarme dienen die Elektromotoren 4 und 5, die über je ein Schnecken-und Zahnradgetriebe
6 und 7 und die Kurbelstangen 8 und 9 auf die Greiferarme wirken. Die Antriebswellen
10 und 11 beider Motoren, die beide mit einer Feder 12 und 13 zur Speicherung bei
der Bremsung etwa frei werdender potentieller Energie verbunden sind, sind an eine
Magnetkupplung 14 geführt, deren Schlupf von einem Steuerglied 15 aus beeinflußt
werden kann.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung soll ein Werkstück gedreht
werden, dessen Lage im Raum nicht genau gegeben ist. Das Werkstück muß also
zunächst
ergriffen werden, dann in der vorgegebenen Richtung gedreht und nachher wieder freigegeben
werden. Während des Drehens soll ein bestimmter Anpreßdruck der Greifer aus fabrikatorischen
Grün den nicht überschritten werden.
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Zum Greifen des Werkstüclses ist es erforderlich, die Greiferarme
aufeinanderzu zu bewegen, bis sie einen bestimmten Anpreßdruck auf das Werkstück
ausüben. Danach muß der gesamte Greifer so bewegt werden. daß er das Werkstück entweder
dreht, hebt oder sonstwie verschiebt.
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Die Bewegungen des Greifers bzw. der Greiferarme geschieht über die
Antriebsmotoren 4 und 5. Die Drehbewegung der Motonveile wirkt auf in Richtung der
NIotonvellen achse verschiebbare Schnecken und wird über je ein Schneckenrad und
ein entsprechendes Übersetzungsgetriebe auf die Greiferarme übertragen.
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Die Schnecken stehen in Motorwellenrichtung unter der Einwirlcung
je einer Druckfeder, die mit einem Ende an einem in bezug auf die Motonveile festen
Widerlager befestigt sind und mit ihren anderen Enden an den Stirnseiten der Schnecken
anliegen.
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Es sei zunächst angenommen, daß sich beide Federn im entspannten Zustand
befinden. Zum Greifen muß nun der Greiferarm 2 nach unten und der Greiferarm 3 nach
oben bewegt werden. Nimmt man einen gleichartigen Aufbau der Übersetzungsgetriebe
an, so bedeutet das, daß die beiden Antriebsmotoren in entgegengesetzter Richtung
laufen müssen.
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Sobald die Greiferarme das Werkstück berühren, wird die freie Drehhewegungsmöglichkeit
der Schneclienräder und des Übers etzungsgetrieb es gehemmt. Da die Schnecken nicht
mehr die Schneckenräder drehen kennen, werden sich die Schnecken in Richtung der
Motorachse vom Motor weg entgegen der Wirkung der Federn bewegen. Dabei werden die
Federn gespannt und können, wenn sie einen bestimmten Spannungszustand erreicht
haben, über ein geeignetes Abschaltorgan den Antriebsmotor abschalten.
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Schließt sich an den Greifvorgang ein anderer Arbeitsvorgang an,
beispielsweise ein Drehen des Werkstiickes, so müssen beide Motoren in gleicher
Dreh richtung laufen. Das bedeutet, daß der eine Motor entgegen, der andere aber
mit der Federspannung anlaufen muß. Laufen beide Motoren synchron an, so ergeben
sich beiderseits der dargestellten Kupplung unterschiedliche Drehmomente, die zu
einem Ausgleichsmoment führen. Um ein Ausgleichen dieses Ausgleichsmomentes zu ermöglichen,
wird nun die Kupplung gerade so eingestellt, daß das auftretende Ausgleichsmoment
zu einem Schlupf der Kupplung führt. Die Möglichkeit des Schlüpfens der Kupplung
gestattet somit ein asynchroniZsches Hochlaufen der beiden Motoren.
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Wenn nun das Werkstück gedreht werden soll, wird die Kupplung so
gesteuert, daß sie nach Ausgleich der beiden Energiespeicher in eine starre Kupplung
übergeht, die eine synchrone Bewegung der beiden Motoren zur Folge hat. Die durch
das Ausgleichsmoment zum Rutschen gebrachte Kupplung ermöglicht dadurch einen Ausgleich
der Energiespeicher und damit nach einem Anlaufvorgang unter schiedlicher Drehzahl
den Übergang zu einem synchronen Lauf.
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Folgende drei Vorgänge laufen also zeitlich nacheinander ab: 1. Greifen
2. Drehen (nach rechts oder nach links) 3. Lösen.
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Der eigentliche Arbeitsvorgang ist der Vorgang 2.
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Beim Vorgang 1, dem Greifen, sind die Wellen 10 und 11 nicht gekuppelt
und laufen gegensinnig. Hat eine Greiferklaue das Werkstück berührt, ändert sich
die Last nur geringfügig. Die zuerst am Werkstück anliegende Klaue soll das Werkstück
auf die andere Klaue hinzu bewegen, so daß zum Abschluß des Vorganges 1 das Werkstück
von beiden Klauen ergriffen ist. Bei diesem Vorgang laufen beide Motoren gegen die
Federspannung an, wobei diese Federn nur vorübergehend die Beschleunigungskraft
aufnehmen.
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Beim 2. Bewegungsvorgang, dem Drehen des Werkstückes, laufen beide
Wellen 10 und 11 gleichsinnig.
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Die Kupplung ist nun im Eingriff, beispielsweise als Magnetpulverkupplung
erregt, und vernichtet die Energie, die durch den Schlupf bestimmt ist. Diese Energie
ist geringfügig, da die Drehzahldifferenz wie auch die Schlupfzeit sehr klein ist.
Es handelt sich hier also nicht um eine Leistungsvernichtung durch Reibung. Das
Kupplungsmoment wird durch die beispielsweise elektrische Erregung der Kupplung
eingestellt, die den beim Arbeitsvorgang benötigten Anpreßdruck der G;tleiferklauen
bestimmt. Ist das durch die Federspannung der Federn 12 und 13 hervorgerufene Moment
größer als das Kupplungsmo,ment, schlüpft die Kupplung bis zum Ausgleich dieser
Momente, also bis zur Entspannung.
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Der Vorgang 3, das Lösen, nutzt eine noch vom Greifvorgang her im
System vorhandene potentielle Energie zum Beschleunigen aus. Die Kupplung ist hierbei
nicht im Eingriff, also entregt. Die Wellen drehen sich gegensinnig.
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Für die Vorstellung der nacheinander ablaufenden Bewegurlgsvo,rgänge
ist es zweckmäßig, sich auf den Wellen 10 und 11 angeordnete Bremsen, beispielsweise
Backenbremsen, vorzustellen, die nach jedem Bewegunsvorgang das gesamte System bis
zum nächsten B ewegungsvorgang, der an und für sich sofort danach erfolgt, blockieren,.
Hierdurch wird ein Ausgleich der im System gespeicherten potentiellen Energie im
Moment des Urnschaltens des Antriebes verhindert.
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Der Umfang der Entspannung, und damit die verbleibende Restspannung,
wird zeibhängig gesteuert.
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Nach einer einstellbaren Zeit wird der ziehende Motor vom Netz abgeschaltet.
In diesem Augenblick stellt die Magnetkupplung wieder die starre Verbindung her,
da das zusätzliche Ausgleichsmoment weggefallen ist. Der übrigbleibende Motor schiebt
nun über die beiden starr gekuppelten und damit jetzt synchron laufenden Getriebeglieder
die Greiferarme in die gewünschte Stellung. Beim Stillsetzen wird nun nicht der
schiebende Motor gebremst, sondern der vorher abgeschaltete Zugmotor erhält, z.
B. durch Umpolen, ein Ubermoment, so daß die einmal eingestellte Federspannung erhalten
bleibt.
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Die durch das Abbremsen in der Feder gespeicherte potentielle Energie
wirkt sich beim Anlauf beschleunigend auf den ziehenden Motor aus. Somit erleichtert
also die vorstehend genannte Schaltung dadurch, daß sie die potentielle Energie
der Federn mit ausnutzt, den Anlauf in seiner kritischen Phase. Dies bedeutet aber
eine Verringerung des Anlaufdrehmomentes der Antriebsmotoren.