DE1063691B

DE1063691B - Vorrichtung zur elektrischen Fuehlersteuerung entsprechend einem vorgegebenen Modell

Info

Publication number: DE1063691B
Application number: DEW24207A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Singer
Original assignee: Waldrich Siegen Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Current assignee: Waldrich Siegen Werkzeugmaschinenfabrik GmbH
Priority date: 1958-10-03
Filing date: 1958-10-03
Publication date: 1959-08-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrischen Steuern von Maschinen entsprechend einem vorgegebenen Modell mittels eines Fühlers. Die Vorrichtung ist vornehmlich zum Steuern von Kopier-Werkzeugmaschinen bestimmt. Die Erfindung bezweckt hauptsächlich, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit besitzt, einfach im Aufbau gehalten ist und nur in geringem Maße der Abnutzung unterhegt.

Bei Steuervorrichtungen mittels Fühler ist es bekannt, die zur Steuerung nötige Fehlergröße bei Auslenkung des Fühlers aus der Nullage auf induktivem oder kapazitivem Wege zu erzeugen. Die bekannten Vorrichtungen müssen mit großer Genauigkeit erstellt werden. Sie bilden daher hochwertige Präzisionsinstrumente, deren Herstellungskosten hoch sind und die beim Gebrauch sehr sorgsam behandelt werden müssen. Hinzu kommt, daß ihre Empfindlichkeit verhältnismäßig gering und ihr Innenwiderstand groß ist. Daher besteht das Bedürfnis nach einer Fühlersteuervorrichtung, die bei kleinen Verschiebungen des Fühlerstiftes aus der Nullage eine verhältnismäßig große Änderung der die Steuerung bewirkenden Größe herbeiführt und hinsichtlich des Aufbaues nicht die hohen Anforderungen an die Präzision der Einzelteile stellt wie die bekannten Vorrichtungen.

Das erstrebte Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein vom Fühler mechanisch beeinflußter Hall-Generator in einem Magnetfeld angeordnet ist und die beim Auslenken des Fühlers aus der Nullage erzeugte Hallspannung zum stufenlosen Steuern der Maschine verwendet wird. Dabei läßt es sich durch entsprechende Ausbildung erreichen, daß bei einer relativen Verschiebung des Hall-Leiters gegenüber dem Magnetfeld von 1 μ eine Hallspannung von 1 mV entsteht. Bei kleinen Verschiebewegen entstehen also verhältnismäßig hohe Steuerspannungen.

Eine besonders günstige Anordnung des Fühlers erreicht man, wenn der Hall-Generator sich in einem Magnetfeld befindet, welches von U-förmigen Dauermagneten erzeugt wird, die in der Mitte der Pole eine neutrale Zone bilden. Die Magnetfelder müssen hierbei homogen und konstant sein. Die neutrale Magnetzone muß zum Hall-Generator so liegen, daß sich in der Nulllage die im oberen und unteren Teil des Hall-Generators entstehenden Spannungen aufheben, d. h. gleich groß und entgegengerichtet sind.

Das relativ kleine Gewicht des aktiven Hall-Generators und die Möglichkeit, den Fühlerstift konstruktiv leicht und massearm zu gestalten, bringt den Vorteil mit sich, daß der Fühlerdruck 50 g und weniger betragen kann. Hinzu kommt der weitere Vorzug, daß eine solche Vorrichtung nur einen kleinen Innenwiderstand in der Größenordnung von 1 Ohm besitzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für Steuervor-

Vorrichtung

zur elektrischen Fühlersteuerung
entsprechend einem vorgegebenen Modell

Anmelder:

Werkzeugmaschinenfabrik

Adolf Waldrich,

Coburg

Siegfried Singer, Coburg-Cortendorf,
ist als Erfinder genannt worden

gänge mit Phasenvergleichsschaltungen geeignet, wenn der erforderliche Erregerstrom für den Hall-Generator ein Wechselstrom ist. Die Frequenz kann zwischen Null und einigen kHz gewählt werden. Die Phasenlage der Hallspannung bei entsprechender Auslenkung des Fühlers entspricht der Fühlerlage, d. h., es entsteht eine Phasendrehung, die in gleicher Weise wie bei kapazitiven oder induktiven Fühlern in der nachgeschalteten Steuereinrichtung verarbeitet wird.

Ratsam ist es, den Fühlerstift unmittelbar am HaE-Leiter anzubringen, wobei dieser in an sich bekannter Weise als Flachschiene mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein kann. Wenn aber die Anschlußleitungen beim Auslenken des Fühlers nicht bewegt werden sollen, dann empfiehlt es sich, den Hall-Leiter ortsfest vorzusehen und den Feldmagnet verschiebbar mit dem Fühler zu verbinden. Zweckmäßigerweise wird das Magnetfeld durch einen Dauermagnet erzeugt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung mit dem Hall-Leiter,

Fig. 2 ein die Steuerspannung als Funktion der Auslenkung des Hall-Leiters veranschaulichendes Schaubild, Fig. 3 eine mit Fühler ausgerüstete, der Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechende Anordnung.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sind zwei U-förmige Dauermagnete, die mit 1 und 2 bezeichnet sind, einander so gegenübergestellt, daß jeweils der nordmagnetische Schenkel des einen Magnets dem südmagnetischen Schenkel des anderen Magnets unter Freilassung eines Luftspalts L gegenüberstehen. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Magnetfeld einerseits einer neutralen Linie N

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Claims

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dem Magnetfeld andererseits der neutralen Linie ent- eignet, in Verbindung mit einem elektrischen Verstärker gegengerichtet ist. Nach der Zeichnung ist das oberhalb in Phasenvergleichsschaltung und Demodulator entder neutralen Linie JV liegende Magnetfeld Φ_ι nach sprechende Steuerventile, Motoren und andere Steuerrechts, das unterhalb der neutralen Linie JV befindliche elemente zu betätigen.

Magnetfeld Φ₂ nach links gerichtet. Die Dauermagnete 1 5 Wenn, wie zuvor angenommen wurde, die Dauer-

und 2 sind so gewählt, daß sie in ihrer Magnetstärke magnete übereinstimmende Feldstärke besitzen, dann

übereinstimmen. hat ein Verschieben des Hall-Leiters 3 in Feldrichtung

Im Luftspalt L befindet sich der Hall-Leiter 3, der als keinen Einfluß aut die Steuerspannung. Deshalb brauchen flache Schiene rechteckigen Querschnitts ausgebildet ist. an die Lagerung des auslenkbaren Hall-Leiters 3 nur Der Hall-Leiter 3 kann in Richtung des Doppelpfeiles A io geringe Anforderungen gestellt zu werden. Es muß auf und ab bewegt werden. An einer Seitenbewegung ist lediglich dafür gesorgt werden, daß der Hall-Leiter 3 in er durch nicht dargestellte Einrichtungen gehindert. An seiner Bewegungsrichtung weitgehend spielfrei und starr den kurzen Schmalseiten 4 und 5 des Hall-Leiters 3 sind ist. Außerdem soll der Luftspalt L möglichst klein gedie Stromzuführungen angebracht, die über Leitungen 6 halten werden, damit der Streufluß ebenfalls klein bleibt, und 7 mit der Erregerstrom-Spannungsquelle U_e in Ver- 15 Wird die Vorrichtung zum Steuern von Kopier-Werkbindung stehen. Die langen Schmalseiten 8 und 9 des zeugmaschinen verwendet, dann kann sie etwa in der Hall-Leiters 3 sind mit Leitungen 10 und 11 verbunden, aus Fig. 3 ersichtlichen Weise ausgebildet sein. Danach zwischen welchen die Hallspannung U_h, also die Steuer- ist der Luftspalt L sehr klein gehalten und der Hallspannung, abgenommen wird. Leiter 3 unmittelbar mit einem Fühler 12 verbunden.

Solange der Hall-Leiter 3 oberhalb der neutralen Linie 20 Dieser kann sich in Richtung des Doppelpfeiles A bevon der gleichen Menge magnetischer Kraftlinien des wegen. Bei seiner Bewegung nimmt er den Hall-Leiter 3 Feldes Φ_χ wie unterhalb der neutralen Linie JV des mit. Er ist schiebebeweglich in den ortsfesten Halte-Feldes Φ₂ durchsetzt wird, ist die Spannung U_n = 0. schienen 13 und 14 gelagert. Zwischen einer fest mit ihm Wird der Hall-Leiter 3 aber in der einen oder anderen verbundenen Scheibe 15 und der Halteschiene 13 ist eine Richtung des Doppelpfeiles A ausgelenkt, dann durch- 25 Feder 16 vorgesehen, die bestrebt ist, den Hall-Leiter 3 setzen ihn einerseits der neutralen Linie JV mehr magne- nach unten zu ziehen. Beim Abtasten des Werkstückes W tische Kraftlinien als andererseits der neutralen Linie JV. wird in der zuvor beschriebenen Weise eine zur Steuerung Infolgedessen nimmt die Spannung U_n eine von Null der Kopier-Werkzeugmaschine verwendbare Hallspanabweichende Größe an. Der den Hall-Leiter 3 oberhalb JV nung U_h erzeugt.

durchsetzende Flußteil Φ/ des magnetischen Flusses Φ_χ 3° Versuche haben ergeben, daß es günstig ist, den Hallist also bei Nichtauslenkung des Hall-Leiters 3 gleich Leiter 3 in ferritisches Material einzubetten. In diesem dem Flußteil Φ₂' des magnetischen Flusses Φ₂. Für den Fall ergibt sich eine höhere Empfindlichkeit. Nachteilig schienenförmigen Hall-Leiter 3 gilt allgemein: ist hierbei aber, daß der Hall-Leiter 3 dann dazu neigt,

an den Polen der Magnete 1 und 2 zu kleben. Um ein

φ' — ]L.T* = _a.7 . B ^{35 s0}^^cnes Kleben zu verhindern, können die Luftspalt-

¹ ~ 2 ^x ' begrenzungsflächen der Magnete 1 und 2 mit einem

dünnen Bronzeüberzug, beispielsweise aus Bronzefolie,

φ 1 ]i__ _{R R} versehen werden.

² 2"·^0=—ίϊ'^ί2'·"· Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch als

40 Längenmeßgerät verwendet werden. In diesem Fall muß

Darin bedeutet α die Länge des Hall-Leiters, I₁ die der Erregerstrom I_e unbedingt konstant gehalten werden.

Entfernung des oberen Hall-Leiterrandes von der neu- Anstatt den Hall-Leiter 3 beweglich anzuordnen, kann

tralen Linie, Z₂ die Entfernung des unteren Hall-Leiter- dieser auch ortsfest eingebaut und der Feldmagnet be-

randes von der neutralen Linie. weglich vorgesehen werden. Dann ergibt sich der Vorzug,

Ist der ErregerstromI_e konstant, dann gilt: 45 daß die Anschlußdrähte beim Auslenken nicht bewegt

werden. Eine solche Ausbildung läßt sich beispielsweise

U_K1 = K (Φ/ ■ I_e), dadurch verwirklichen, daß ein kleiner Dauermagnet,

etwa aus AlNiCo, mit dem Fühler verbunden und gegen-

^42 ⁼ K [®t ' Ie) ■ über dem HaE-Leiter beweglich vorgesehen wird. Durch

50 den niederohmigen Ausgang des Fühlers entstehen keine

Bei Nichtauslenkung ist U_hl = U_h2, daher U₇₁ = 0. Bei Anpassungsschwierigkeiten durch die Länge der Über-

Auslenkung des Hall-Leiters 3 nimmt entweder U_hl oder tragungsleitung bis zum Verstärker, wie dies oft bei

U_h2 zu, so daß sich die Spannung U_h entsprechend ändert. induktiven, mehr noch bei kapazitiven Fühleranord-

Die an den Leitungen 10 und 11 zur Verfugung ste- nungen der Fall ist. Bezüglich der Übertragung des

hende Steuerspannung U_h ist, wie Fig. 2 erkennen läßt, 55 Steuersignals vom Fühler zum Verstärker ist diese An-

innerhalb eines großen Bereiches direkt proportional der Ordnung unempfindlich gegen äußere Störeinflüsse und

Auslenkung Al des Hall-Leiters 3. Wie Fig. 2 ferner wird nicht von der Kapazität der Übertragungsleitung

erkennen läßt, kehrt die Steuerspannung ihre Richtung beeinflußt,
um, sobald die Mittellinie des Hall-Leiters 3 die neutrale

Linie JV überschreitet. Daher kann die erfindungsgemäße 60 Patentansprüche:

Vorrichtung für Phasenvergleichsschaltungen benutzt 1. Vorrichtung zur elektrischen Fühlersteuerung,

werden. insbesondere von Kopier-Werkzeugmaschinen, ent-

AIs Erregerspannung U_e kann Gleichspannung ver- sprechend einem vorgegebenen Modell, dadurch gewendet werden. Es ist aber auch möglich, Wechselstrom kennzeichnet, daß ein vom Fühler (12) mechanisch mit einer Frequenz von beispielsweise 400 oder 1000 Hz 65 beeinflußter Hall-Generator (3) in einem Magnetfeld zu verwenden. Die Amplitude der "Hallspannung ist angeordnet ist und die beim Auslenken des Fühlers auch in diesem Falle proportional der Auslenkung. Sie aus der Nullage erzeugte Hallspannung zum stufenist in der Mittellage des Fühlers gleich Null und kehrt losen Steuern der Maschine verwendet wird,
die Phase bei Durchgang durch die neutrale Linie um.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-Die vom Fühler abgegebene Wechselspannung ist ge- 1° zeichnet, daß das Magnetfeld von U-förmigen Ma-

gneten (1, 2) erzeugt wird, deren Pole so angeordnet sind, daß das Magnetfeld aus zwei Teilen (Φ_1; Φ₂) besteht, deren Richtung entgegengesetzt und durch eine neutrale Zone (N] getrennt ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem als flache Schiene rechteckigen Querschnittes ausgebildeten Hall-Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlerstift (12) unmittelbar am Hall-Leiter (3) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Hall-Leiter ortsfest vorgesehen und der Fühler mit dem beweglich ausgebildeten Feldmagnet verbunden ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Feldmagnete Dauermagnete dienen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Hall-Leiter zugekehrten Luffcspaltbegrenzungsflächen der Feldmagnete einen dünnen Bronzeüberzug, beispielsweise aus Bronzefolie, aufweisen, wenn der Hall-Leiter in ferritischen Werkstoff eingebettet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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