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Axial verschieb- und radial schwenkbarer elektrischer Fühler für Kopiermaschinen
Die Erfindung betrifft einen axial verschieb- und radial schwenkbaren elektrischen
Fühler für Kopiermaschinen, insbesondere Kopierfräsmaschinen, der sowohl zum Zeilen-
als auch zum Umfangfühlen dient.
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Es sind Zeilenfühler, Umrißfühler und kombinierte Fühler bekannt,
die zum Abtasten eines Modellkörpers beim Kopieren verwendet werden. Die Wahl des
Fühlers, mit dem das Modell abgetastet werden soll, ist unter anderem abhängig von
der Oberflächengüte des hergestellten Werkstückes. Dabei ist es möglich, daß zwei
eventuell drei der verschiedenen Fühler angewendet werden, um die Nacharbeit von
Hand am Werkstück auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Beim Übergang vom Zeilenfühlen
auf das Umrißfühlen mußte früher der jeweils entsprechende Fühler eingesetzt werden.
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Um eine möglichst geringe Einstellzeit beim übergang von einem auf
das andere Kopierverfahren zu erzielen, wurde schon das Steuersystem eines Zeilenfühlers
und das eines Umrißfühlers in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Mit diesem Fühler
ist es jedoch nicht möglich, daß Umrißverfahren mit gleichzeitiger Tiefensteuerung
(kombiniertes Umrißverfahren) durchzuführen. Für Umrißformen mit unebenem Grund
ist dies jedoch besonders wichtig.
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Ein speziell für das kombinierte Umrißverfahren entwickelter Fühler,
in dessen Fühlspindel für die radialen Bewegungen eine weitere die axialen Bewegungen
steuernde Fühlspindel längsverschieb- und schwenkbar gelagert ist, arbeitet auf
getrennte Steuereinrichtungen. Diese Steuerung ist bekannterweise in vier Sektoren
unterteilt und muß am Ende jedes Sektors umgeschaltet werden, wozu Stromwendeschalter
als Quadrantenwähler erforderlich sind. Für spitz auslaufende Formen ist der Fühler
nicht geeignet, da er sich dort festfährt.
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Eine andere Steuerung für Umrißfräsen, die mit einem in dauernder
Berührung mit der Musterform gehaltenen, als Schleppfühler ausgebildeten Hilfstaster
arbeitet, ist ebenfalls nicht für spitz auslaufende Formen geeignet. Außerdem ist
es nicht möglich, tiefe Formen mit ausreichender Genauigkeit zu kopieren, da hierzu
ein längerer Hilfstaster notwendig ist, der in jedem Fall dem Anpreßdruck in unzulässiger
Weise nachgibt. Das Zeilenkopieren ist nur durch Fühlerumbau möglich, was zu Nachformungenauigkeiten
und höherem Zeitaufwand führt.
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Eine bekannte Einrichtung für automatisches Umrißfräsen mit einer
in allen Richtungen schwenkbaren Spindel steuert über Regler, die im Stromkreis
der Vorschubmotoren liegen, eine resultierende Vorschubbewegung zwischen Fühlfinger
und Modell in tangentialer Richtung der Modellkontur. Hierbei ist ein sehr großer
Aufwand an komplizierten elektronischen Steuergeräten notwendig.
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Des weiteren ist ein induktiv arbeitender Fühler bekannt, der die
Tiefen- von der Seitenabtastung getrennt vornimmt. Dieser erfordert ebenfalls umfangreiche
Verstärkereinrichtungen, um die Steuerimpulse in direkte Schaltkommandos umzuwandeln;
auch hier sind Sektorenwähler erforderlich.
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Der erfindungsgemäße Fühler hat den Vorteil, daß er für das Zeilenkopierverfahren
wie für Umrißkopieren und kombiniertes Umrißkopieren gleich gut geeignet ist. Ebenso
lassen sich komplizierte wie auch spitz auslaufende Formen einwandfrei kopieren.
Es ist dabei kein Umbau erforderlich, um Einstellfehler zu vermeiden und die Nachformgenauigkeit
bei gleichzeitiger Zeiteinsparung zu verbessern. Der Fühler ist einfach und wenig
störanfällig aufgebaut.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf einer Fühlspindel
ein Kontaktträger in zwei Stellungen, für das Zeilen- oder Umfangfühlen, einstellbar
ist. Der Kontaktträger trägt in einer axial angeordneten Kugelpfanne, die mit einer
mittigen öffnung versehen ist, eine Kugel, die beim Zeilenfühlen mit einem ebenfalls
mit einer Kugelpfanne versehenen Kontakthebelpaar für An- und Abbewegung zusammenarbeitet.
Nach Verstellen des Kontaktträgers für das Umfangfühlen betätigt das durch die Öffnung
der Kugelpfanne hindurchtretende, stirnseitige Ende der Fühlerspindel das Kontakthebelpaar
nur noch bei axialer Fühlerbewegung, während Umfangskontakte des gegen Verdrehen
gesicherten Kontaktträgers in Arbeitsstellung mit ihren Gegenkontakten treten. Ein
um
die Fühlspindel drehbarer Ring trägt eine mittels Stellknopf spannbare Feder, mit
der beim Umfangsfühlen die Fühlerkontakte zu schließen sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Dabei
zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Fühler in Zeilenkopierstellung, Fig. 2
einen Längsschnitt durch den Fühler in der Stellung kombiniertes Umrißkopieren,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach
der Linie IV-IV in Fig. 1. Eine Fühlerspindel 1 ist in einem Gehäuse
2 mittels Kugel 3 schwenk- und axial verschiebbar gelagert und trägt am unteren,
aus dem Gehäuse 2 herausstehenden Ende einen Fühlstift 4 und einen
Stellring 5. Der im Gehäuse 2 liegende Teil ist mit einem Gewinde
versehen, das mit einem Innengewinde eines am oberen Ende der Fühlerspindel1 axial
verschiebbar angeordneten, büchsenförmigen Kontaktträgers 6 in Wirkverbindung steht.
In dem Boden des Kontaktträgers 6 ist ein sich nach innen verengender Durchbruch
zur Aufnahme einer Kugel ? und zum freien Durchlaß des oberen Endes 8 der Fühlerspindel
1 vorgesehen. Am oberen stiftförmig auslaufenden Ende 8 der Fühlerspindel 1 ist
ein Anschlag 9 angeordnet: Ein am Kontaktträger 6 befestigter Arm 10 umschließt
einen im Gehäuse 2 vorgesehenen Anschlag 11. Die Kugel 7 ist nach
oben in einer sich nach innen verengenden Bohrung 12' eines im Gehäuse
2 schwenkbar um eine Achse 13 befestigten Kontakthebels
12 gelagert. Dem Kontakthebel 12 ist ein ebenfalls im Gehäuse
2 schwenkbar gelagerter Kontakthebel 14 zugeordnet. Zwei im Gehäuse
2 angeordnete Schrauben 15, 16 begrenzen den Schwenkbereich der Kontakthebel
12, 14, wobei die Schraube 16 als Sicherheitskontakt ausgebildet ist.
Durch einstellbare Federn 17, 18 werden die Hebel 12, 14 in ihrer
Ausgangslage gehalten. Der Kontaktträger 6 ist mit zwei Ringen 19, 20 versehen,
von denen der Ring 19 Einzelkontakte 21, 22, 23, 24 (Fig. 3) aufnimmt,
die mit im Gehäuse 2 federnd gelagerten Gegenkontakten 25, 26, 27, 28
einem Umrißsteuersystem zugeordnet sind, während der Ring 20 mit im Gehäuse
2 angeordneten, parallel geschalteten Kontakten 29 zusammenwirkt.
Auf der Fühlspindel 1 ist ein Stellring 30 befestigt, der mit (nicht dargestellten)
am Gehäuse 2 angeordneten elastischen Gliedern in Wirkverbindung steht. Am
unteren Ende des Gehäuses 2 ist ein die Fühlerspindel 1 umschließender Ring
31 drehbar gelagert, in dem eine Feder 32 und ein Stellkopf
33 radial verschiebbar aufgenommen sind. Im Kontaktträger 6 ist eine Rastvorrichtung
34 vorgesehen, die mit der Fühlerspindel1 in Wirkverbindung steht.
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Die Wirkungsweise des Fühlers wird an dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel beschrieben. Als Ausgangslage für die Beschreibung der Wirkungsweise
wurde die in Fig. 1 gezeigte Stellung des Fühlers zum Abtasten einer Raumform nach
dem Zeilenverfahren gewählt. Hierbei steht der Kontaktträger 6 in der oberen, durch
den Anschlag 9 begrenzten Stellung. Beim Abtasten eines Modells wird der Fühler
nach der dem Zeilenverfahren eigenen Art in gerader Richtung (Leitvorschub) über
dieses hingeführt. Grundsätzlich wird dabei der Fühler auf das Modell zu bewegt.
Stößt der Fühlstift 4 an die Modellkonturen, so wird die Fühlspindel l nach
oben verschoben. Diese axiale Verschiebung wird über die im Kontaktträger 6 vorgesehene
Bohrung auf die Kugel 7 übertragen, die ihrerseits den schwenkbar gelagerten Kontakthebel
12 entgegen der Wirkung der Feder 17 auslenkt, bis der Kontakt des Hebels
12 den des Hebels 14 berührt und, solange sich beide Kontakte berühren,
über eine elektrische Steuereinrichtung den Fühler auf Abbewegung schalten. Die
Verzögerung, mit der der Fühler von An- und Abbewegung geschaltet wird, ist abhängig
vom Kontaktabstand der Hebel 12, 14, dessen Größe durch Verstellen der Schraube
15 geändert werden kann. Stößt der Fühlerstift 4 beim Abtasten eines
Modells seitlich an steil ansteigende Konturen, so wird die Fühlerspindel 1 um ihre
Lagerung im Gehäuse 2 radial ausgelenkt, der auf ihr angeordnete Kontaktträger
6 führt die gleiche Bewegung aus, und die Achsen der beiden sich nach innen verengenden
Bohrungen werden seitlich voneinander entfernt. Dadurch rollt die Kugel 7 an den
ansteigenden Flächen der Bohrungen hoch und drückt den Kontakthebel 12 vom
Kontaktträger 6 ab. Eine Verschiebung des Kontaktträgers 6 nach unten ist durch
den am Modell anstoßenden Fühlerstift 4 nicht möglich, so daß der Kontakthebel
12 entgegen dem Druck der Feder 17 geschwenkt wird und auf Abbewegung
schaltet. Damit ist die Gewähr gegeben, daß der Fühler auch bei steil ansteigenden
Flächen, bei denen die Fühlerspindel l radial ausgelenkt wird, das sinnfällige Steuerkommando
abgibt. Treten Störungen in der Steuerung der Maschine auf, so sind Sicherheitskontakte
16, 29 vorgesehen, um die Maschine bei übernormaler Verschiebung oder radialer Auslenkung
der Fühlerspindel1 abzuschalten. Beispielsweise schaltet der obere Kontakt des Hebels
14 in Verbindung mit dem an der Schraube 16 angeordneten Kontakt die
Maschinenbewegung ab, wenn nach Auslenkung des Hebels 12
die Kontakte auf
den Hebeln 12, 14 trotz Berührung keine Abbewegung des Fühlers eingeleitet
haben und der Hebel 14 noch weiter verschoben wurde. Die Sicherheitskontakte
29 kommen bei übernormaler radialer Auslenkung der Fühlerspindel 1 zur Wirkung,
und zwar dann, wenn der auf dem Kontaktträger 6 angeordnete Kontaktring
20 einen der im Gehäuse befestigten Kontakte 29 berührt. Das bisher
Gesagte bezieht sich auf die Arbeitsweise des Fühlers nach dem Zeilenverfahren.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des Fühlers nach dem Umrißverfahren
mit gleichzeitiger Tiefentastung und dazu nötige Umstellung beschrieben: Der Kontaktträger
6 befindet sich in der oberen durch den Anschlag 9 begrenzten Stellung. Durch Drehen
des Stellringes 5 wird über die Fühlerspindel 1 der auf ihr angeordnete
Kontaktträger 6 nach unten verschoben, da dieser durch den den Anschlag
11 umschließenden Arm 10 an der Drehung verhindert ist. Die Verschiebebewegung
wird durch das Auftreffen des Kontaktträgers 6 auf dem Stellring
30 begrenzt (Fig. 2). Hierbei löst sich der nach innen verengende Durchbruch
von der Kugel?, deren Lage nun von der oberen, stirnseitigen Abschlußfläche der
Fühlerspindel1 und der sich nach innen verengenden Bohrung 12'
bestimmt wird.
Gleichzeitig mit dem Kontaktträger 6 wurden die Ringe 19, 20 nach unten verschoben.
Der Ring 19 mit seinen Kontakten 21, 22, 23, 24 steht nun den federnd
im Gehäuse 2 angeordneten Gegenkontakten 25, 26, 27, 28 gegenüber.
Die Sicherheitskontakte 29 haben weiterhin als Gegenkontakt den Ring
20, da dieser auf Grund seiner breiten Ausbil-
Jung trotz
Verschiebung des Kontaktträgers 6 die Kontakte 29 bei übernormaler radialer Auslenkung
der Fühlerspindel l berührt.
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Beim Arbeiten nach dem Umrißverfahren bewegt sich der Fühler in der
Hauptrichtung in radialer Richtung auf das Modell zu. Damit diese Anbewegung vom
Steuersystem geschaltet wird, erteilt man der Fühlerspindell eine radiale Auslenkung,
indem die im Ring 31 angeordnete Feder 32 durch Verschiebung des Stellknopfes 33
gespannt wird, wodurch einer der im Ring 19 angeordneten Einzelkontakte einen zugehörigen
Gegenkontakt berührt. Der Fühler bewegt sich auf das Modell zu, bis der Fühlstift
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seitlich an das Modell stößt, die Fühlspindel1 um ihre Lagerung verdreht,
die sich auf Grund der Vorspannung berührenden Kontakte, beispielsweise 21, 25,
trennt und die Anbewegung unterbricht. Erfolgt eine weitere Auslenkung der Fühlerspindel1,
so berühren sich die Kontakte, beispielsweise 23, 27, und schalten die zur
vorhergehenden entgegengesetzt gerichtete Bewegung ein.
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Erfolgt trotz weiterer Auslenkung keine Umsteuerung der Bewegung,
so wird, da die Kontakte 25 bis 28 federnd angeordnet sind und zurückgedrückt
werden, die Maschine abgeschaltet, sobald sich die Kontakte 20, 29 berühren.
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Befindet sich der Kontaktträger 6 in der unteren Stellung, so wird
der Hebel 12 nur bei axialer Verschiebung der Fühlerspindel 1 betätigt, da bei radialer
Auslenkung die Kugel 7 nicht wie beim Arbeiten nach dem Zeilenverfahren hochgedrückt
wird, sondern auf der ebenen Spindelabschlußfiäche gleitet. Trifft jedoch die Fühlerspindel1
in axialer Richtung auf das Modell auf, so wird das beim Abtasten einer Raumform
nach dem Zeilenverfahren erläuterte Steuersystem betätigt. Es arbeiten also beide
Steuersysteme gleichzeitig. Auf Grund dessen ist die Möglichkeit gegeben, Raumformen
mit steilen Wänden, die in einen unebenen Grund übergehen, nach dem Umrißverfahren
nachzuformen, ohne auf das für diese Fälle zeitraubendere und ungenauere Zeilenverfahren
überzugehen. Beim Abtasten nach diesem Verfahren wird durch Drehen des Ringes 31
die Anbewegung des Fühlers an das Modell geändert, weil damit die Angriffsrichtung
der Feder 32 gegenüber der sich nicht drehenden Fühlerspindel 1 geändert
wird.
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Werden die Umrißkonturen eines Modells nur in einer Ebene, also ohne
Tiefensteuerung, nachgeformt, so wird das Steuersystem, das auf axiale Verschiebung
der Fühlerspindel 1 anspricht, außer dem Sicherheitskontakt 16 abgeschaltet. Der
Tiefenvorschub kann dann kontinuierlich durch die Vorschubeinrichtung der Maschine
oder absatzweise nach jedem Umlauf um das Modell erfolgen. Es ist noch zu erwähnen,
daß der Anschlag 11 auf Grund seiner schneidenartig ausgebildeten Kanten
an der Berührungsstelle mit dem am Kontaktträger 6 angeordneten Arm 10 den Kontaktträger
6 und damit die Fühlerspindel1 nicht in ihrer radialen Auslenkung bzw. axialen Verschiebung
behindert.
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Der Fühler kann an Maschinen, bei denen das Werkstück stillsteht und
das Werkzeug sowie der Fühler die Vorschub- und Steuerbewegungen ausführt, ebenso
verwendet werden wie an Maschinen, bei denen das Werkstück diese Bewegung übernimmt.