DE1402362A1

DE1402362A1 - Servogesteuerter Antrieb

Info

Publication number: DE1402362A1
Application number: DE19591402362
Authority: DE
Inventors: Walker Donald Ferguson; Williamson David Theodo Nelson
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1958-07-14
Filing date: 1959-07-13
Publication date: 1968-11-28
Also published as: GB892418A; US2951344A; CH375234A; FR1233217A

Description

Die Erfindung "betrifft servogesteuerte Antriebe, die einem Gegenstand eine Bewegung in bezug auf einen Festpunkt in Abhängigkeit von einem,Steuersignal erteilen. Derartige Antriebe werden insbesondere für Werkzeugmaschinen benötigt, können aber auch für alle Geräte Verwendung finden, bei denen ein Gegenstand in bezug auf einen Bezugspunkt in Abhängigkeit von einem Steuersignal bewegt werden soll.

Bei Werkzeugmaschinen kann der zu bewegende Gegenstand der Arbeitstisch der Maschine sein und als Festpunkt der Maschinenrahmen gewählt werden, wobei der Antrieb des Arbeitstisches von dem Steuersignal abgeleitet wird. Es wird angenommen, daß die gewünschte Bewegung des Arbeitstisches geradeaus gerichtet ist, jedoch kann die Erfindung ebenso bei anderen Bewegungen eines Werkzeuges, z.B. einer drehenden Bewegung angewendet werden.

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Es ist bereits bekannt, derartige Antriebe mit Elektromotor und G-ewindewelle auszurüsten. Diese Systeme haben den Nachteil, daß sie relativ langsam dem Steuersignal folgen. Sollen sie schnelle Drehzahländerungen gestatten, so werden meist größere Verstärker benötigt. Diese Nachteile nehmen insbesondere bei höheren Antriebsleistungen zu.

Es ist weiterhin bekannt, diese Antriebe hydraulisch zu steuern, indem ein Kolben in einem Zylinder bewegt wird, wobei die steuerung die relativen Flüssigkeitsdrucke auf den Endflächen des Kolbens verändert. Die Folge auf Signalschwankungen k. isc wesentlich schneller als die des einfachen elektrischen Antriebs der vorbeschriebenen Art. Jedoch hat dieses System den Nachteil, daß für größere Bewegungen des Arbeitstisches die Anordnung sehr undhaxidlich wird und die Folgegeschwindigkeit durch die elastische Deformation der notwendigen langen Flüssigkeitssäulen reduziert wird. Diesem Nachteil wurde bisher durch aufwendige mechanische Übertragungssysteme begegnet«

Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet diese Nachteile und gestattet eine besonders große Bewegung des Objektes, indem mindestens zwei Antriebe kurzer freier Weglänge vorgesehen sind, die abwechselnd unter Zwischenschaltung je einer Kupplung .. an den zu bewegenden Gegenstand angeschlossen werden. Der jeweils neu einzuschaltende Antrieb wird vor dem Einschalten in die der Antriebsrichtung entgegengesetzte Endlage eingestellt.

Vorteilhaft wird weiterhin ein Meßgerät angeordnet, das ein Meßsignal ableitet, welches in jedem Zeitpunkt die wirkliche Stellung des bewegten Objektes, seine Geschwindigkeit oder seine Beschleunigung relativ zu dem Bezugspunkt angibt und das einem Vergleicher zugeführt wird, welcher dieses Meßsignal mit dem Steuersignal vergleicht und ein Fehlersignal ableitet, dessen

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Richtung in der Richtung der Abweichung zwischen den Signalen liegt und welches auf die Antriebe nachsteuernd wirkt.

Die Umschaltvorrichtung der Antriebe kann z.B. für jeden Antrieb aus zwei Endschaltern bestehen, die so angeordnet sind, daß sie jeweils dann in Tätigkeit treten, wenn der jeweilige Antrieb sich dem Ende seines freien Weges nähert. Von diesen Schaltern wird ein Relaissystem gesteuert, das die entsprechenden Schaltungen der Kupplungen und die Anlegung des Fehlersignales an den jeweiligen Antrieb bewirkt.

Der Schaltschrittablauf wird zweckmäßig durch einen Schrittschalter bewirkt, dessen Schleifer eine feste Kontaktbank überstreicht, sobald einer der Antriebe durch Annäherung an das Ende seiner freien Weglänge einen Endschalter betätigt. Über den Schleifer werden nacheinander mit den festen Kontakten verbundene Relais erregt, die das Fehlersignal auf den einzuschaltenden Antrieb umschalten, die Kupplung des einzuschaltenden Antriebes einrücken, die Kupplung des auszuschaltenden Antriebes ausrücken, das Pehlersignal von dem auszuschaltenden Antrieb abschalten und das bewegliche Glied des abgeschalteten Antriebes in die andere Endstellung zurückführen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand zweier Ausführungsbeispiele und deren zeichnerischer Darstellung in den Mguren beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

"Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer Ausführung eines Antriebes für einen Werkzeugtisch nach der Erfindung,

ffig. 2 einen Schnitt im vergrößerten Maßstab durch eine Kupplung des Gerätes von Mg. 1,

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ffig. 3 ein vereinfachtes schematisches Schaubild einer für beide Bewegungsrichtungen umschaltbaren Anordnung nach Ji'ig. 1.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird ein servogesteuerter Antrieb benutzt, der den Arbeitstisch 10 einer Werkzeugmaschine in der Zeichnungsebene von links nach rechts bewegt, wobei die Geschwindigkeit der Bewegung abfc hängig von einem von einem Rechner abgeleiteten Servosteuersignal gesteuert wird. Erfindungsgemäß werden zwei Kurzwegantriebe 11 und 12 benützt, die z.B. eine Bewegung gegen den Maschinenrahmen der Werkzeugmaschine erzeugen.

Der Antrieb 11 besteht aus einem Kolben 13, der unter der Steuerung eines elektrisch gesteuerten flüssigkeitsventiles 15 durch einen Zylinder 14 laufen kann. Das Ventil führt bei Anlegung eines Steuersignales einer Polarität, z.B. einer positiven, den Kolben zur rechten Seite des ' Zylinders/entsprechend auf die Anlegung eines Signales negativer Polarität zur linken Seite des Zylinders.

Der Kolben 13 ist mit dem Arbeitstisch 10 über eine Kupplung 16 verbunden, die aus einem mit dem Kolben 13 fest verbundenen Zylinder 17 besteht. Die Achsen der Zylinder 14 und 17 liegen im rechten Winkel zueinander. Der Zylinder 17 enthält eine Stößelstange 18, deren Stellung durch ein weiteres elektrisch gesteuertes Ventil 19 bestimmt wird. Das freie Ende des Stößels 18 liegt in einem Längsschlitz 20 des Arbeitstisches.

Diese Anordnung ist vergrößert in I¹Ig. 2 gezeigt. In dieser Darstellung ist die Bewegungsrichtung des Arbeitstisches 'senkrecht zur Zeichnungsebene.

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Der Schlitz hat einen schwalb ens chwanzförinigen Querschnitt, während der Stößel 18 an seinem Ende 21 entsprechend komplementär dazu geformt ist. Wenn der Stößel 18 unter der Steuerung des Ventiles abwärts bewegt wird, liegt das Ende 21 an dem Schlitz mit Reibungsschluß an und verbindet auf diese Weise den Antrieb mit dem Tisch. Eine Aufwärtsbewegung des Stößels 18 stellt das Ende 21 frei und löst damit die kraftschlüssige Verbindung des jeweiligen Antriebes mit dem Arbeitstisch. '

Mit dem Antrieb 11 ist weiterhin ein elektrischer Endschalter 22 verbunden, der geschlossen wird, wenn sich der Kolben 13 dem linken Ende seines freien Weges nähert. Ein weiterer Endschalter 23 wird entsprechend geschlossen, wenn sich der Kolben 13 dem rechten Ende seines freien Weges nähert.

Eine ähnliche Ausrüstung ist mit dem Antrieb 12 verbunden, nämlich ein Kolben 24 in einem Zylinder 25, der von einem elektrisch gesteuerten Ventil 26 bewegt wird, und eine Kupplung 27, die von einem weiteren Ventil 28 gesteuert wird, sowie Endschalter 29 und 30, die jeweils dem linken und rechten Ende des freien ffeges zugeordnet sind.

Das Fehlersignal wird von einem Vergleicher 31 geliefert. Dieser empfängt ein von einem Rechner geliefertes Steuersignal über eine Leitung 32, das in jedem Moment die gewünschte Geschwindigkeit des Arbeitstisches in bezug auf den Maschinenrahmen darstellt. Weiterhin wird ihm ein Signal über die Leitung 33 zugeleitet, welches die wirkliche Geschwindigkeit des Arbeitstisches in diesem Moment darstellt. Das lehlersignal wird somit aus einem Vergleich dieser beiden Signale abgeleitet. Ein Meßgerät

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34 nach Tachometerart liefert die die wirkliche Geschwindigkeit des Arbeitstisches darstellende Spannung. Das über eine leitung 35 gelieferte Fehlersignal wird an das Ventil 15 über einen Schalter 36 angelegt. Ebenso ist dem Ventil 26 ein Schalter 37 zugeordnet. Jede der Kombinationen eines Schalters 36 und eines Ventiles 15 oder eines Schalters 37 und eines Ventiles 26 stellt eine Steuervorrichtung für einen der abwechselnd arbeitenden Antriebe dar.

Der Schalter 36 gehört zu einem bistabilen Relais 41» das zwei gegensinnig gewickelte Wicklungen aufweist, die durch die Buchstaben c (geschlossen) und ο (offen) gekennzeichnet sind. Wenn die C-vVicklung erregt wird, wird der Schaltkontakt 36 geschlossen und bleibt geschlossen bis die O-Wicklung kurzzeitig erregt wird. Hiernach bleibt der Schalter 36 offen, bis die C-Wicklung wiederum kurzzeitig erregt wird.

Ein ähnliches bistabiles Relais 42 wird zur Steuerung des Ventiles 19 der Kupplung 16 verwandt. Die gegensinnig gewickelten Wicklungen, hier e und g bezeichnet, bewirken also bei einer kurzzeitigen Erregung die dauernde Ein- und Ausschaltung der Kupplung.

Ähnlich gehört zu einem bistabilen Heiais 43 ein Schalter 44, der zwischen dem negativen Pol 50 und dem Ventil 15 angeordnet ist.

Weiterhin ist ein rotierender Sehrittschalter 45 vorgesehen, der einen auf positiver Spannung- liegenden Schleifer 46 aufweist, der eechs Kontakte 0 bis 5 überstreichen kann.

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Ähnliche Teile 51 bis 56, die den Teilen 41 bis 46 entsprechen, sind für den Antrieb 12 und seine Kupplung 27 vorgesehen.

Der Endschalter 23 ist zwischen der positiven Klemme und dem Schalter 45 so angeordnet, daß die Schließung des Endschalters 23 einen Schritt des Schleifers 46 bewirkt. Der Schleifer 46 bewegt sich vom Kontakt 0 aus bis zum Kontakt 5 und dann direkt zurück zum Kontakt Q. Jeder der Kontakte 1 bis 5 des Schalters 45 ist über eine i Wicklung eines der Relais mit Erde verbunden. Im einzelnen ist der Kontakt 1 mit der C-Wicklung des .Relais 51 verbunden, der Kontakt 2 mit der e-Wicklung des Relais 52, der Kontakt 3 mit der g-Wicklung des Relais 42, der Kontakt 4 mit der O-Wicklung des Relais 41 und der Kontakt 5 mit der C-Wicklung des Relais 43. Der Endschalter 22 ist zwischen die positive Klemme und die O-Wicklung des Relais 43 gelegt. Die Erdverbindungen der Wicklungen sind aus den Zeichnungen zur Erhöhung der Klarheit fortgelassen worden.

Ähnliche Verbindungen sind für die Endschalter 29 und 30 und für den Stufenschalter 55 des anderen Antriebes vorgesehen. Die Wirkungsweise der Anordnung wird nachfolgend unter der Annahme beschrieben, daß der Arbeitstisch mit einer konstanten Geschwindigkeit abhängig von einem entsprechenden Steuersignal nach rechts angetrieben werden soll. Es wird weiterhin angenommen, daß der Arbeitsablauf mit einem in Betrieb befindlichen Antrieb beginnt.

Der in direkter Verbindung mit dem Arbeitstisch stehende Antrieb sei der Antrieb 11, dessen Kupplung 16 durch dae Ventil 19 unter der Kontrolle des Relais 42 eingeschaltet gehalten wird. Das Ventil 15 wird durch ein

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Fehlersignal positiven Wertes, das über den geschlossenen Schalter 36 angelegt wird, so betätigt, daß es den Kolben 13 mit der gewünschten Geschwindigkeit nach rechts antreibt. Über die eingeschaltete Kupplung 16 wird dabei der Arbeitstisch mitgenommen.

In dieser Zeit bleibt die Kupplung 27 ausgeschaltet, der Antrieb 12 läuft leer und der Schalter 31 ist offen, so daß das Fehlersignal nicht an das Ventil 26 gelangen kann. Der Kolben 24 befindet sich am linken Ende seines freien vVeges.

In den Stufenschaltern 45 und 55 liegen die dchleifer in Ruhestellung auf den Nullkontakten. Nur die Schalter 2y und 36 sind geschlossen. Der Schalter 36 ist geschlossen, weil das Relais 41 in seiner geschlossenen stabilen Bedingung ist. Der Schalter 29 ist geschlossen/ weil der leerlaufende Kolben 24 an dem entsprechenden Ende seines Weges steht, und da dieser Schalter geschlossen ist, wird die O-Wicklung des Relais 53 erregt. Dieses hat an sich keine weitere Wirkung, stellt aber die offene Lage des Schalters 54 sicher. Es sind keine weiteren Relaiswicklungen erregt.

Diese Bedingungen bleiben solange bestehen, bis der Kolben 13 nahe genug an dem rechten Ende seines Weges angelangt ist, um den Schalter 23 zu schließen. Dadurch wird der Schalter 45 betätigt, so daß der Schleifer 46 jeden seiner Kontakte 1 bis 5 nacheinander überstreicht und die nachfolgende Schaltfolge abläuft:

1.) Durch den Kontakt 1 wird die C-Wicklung des Relais 51 erregt und schließt den Schalter 37. Das Fehlersignal wird daher an das Ventil 26 gelegt, um den

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Kolben 24 des einzuschaltenden Antriebes 12 mit der gewünschten Geschwindigkeit nach rechts zu bewegen.

2.) Durch den Kontakt 2 wird die e-Wicklung des Relais erregt, so daß schließlich die Kupplung 27 den Kolben 24 mit dem Tisch verbindet. In diesem Moment sind beide Antriebe wirksam. Es ist angenommen, daß zu der Zeit, zu der die Kupplung 27 eingeschaltet wurde, der Kolben 24 die volle Geschwindigkeit angenommen hatte. Diese Annahme wird später noch näher berücksichtigt.

3.) Durch den Kontakt 3 und die g-Wicklung des .Relais 43 wird die Kupplung 16 ausgeschaltet, so daß die Verbindung des Kolbens 13 des auszuschaltenden Antriebes 11 mit dem Tisch unterbrochen wird.

4.) Durch den Kontakt 4 und die 0-//icklung des Relais 41 wird der Schalter 36 geöffnet und schaltet das ffehlersignal vom Ventil 15 ab.

Das Ergebnis dieser vier Arbeitsschritte ist die Übertragung des Antriebes von dem Antrieb 11 auf den Antrieb 12, der nun allein in Antriebsverbindung mit dem Tisch steht, so daß der Antrieb 11 leer läuft. Ein weiterer Arbeitsschritt wird jedoch noch benötigt, um den nächsten Wechsel der Antriebe vorzubereiten, nämlich die Überführung des leerlaufenden Kolbens 13 zum anderen Ende seines freien Weges, so daß er die nächste Bewegung des Tisches nach rechts weiterführen kann. Dieser Übergang wird durch den fünften Schritt bewirkt.

Über den Kontakt 5 wird die G-Wicklung des Relais 43 erregt und schließt die Kontakte 44, so daß das negative Potential der Quelle 50 an das Ventil 15 gelegt wird und die Bewegung des Kolbens 13 nach links bewirkt.

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Im sechsten Arbeitsschritt wird der Schalter 22 durch den Kolben 13 beim Ende seiner Bewegung geschlossen und erregt die Nullwicklung des .Relais 43, die den Schalter 44 öffnet.

Vom Kontakt 5 aus kehrt der Schleifer 46 direkt zu seiner Ruhestellung auf dem Kontakt 0 zurück.

Der Antrieb 12 bleibt wirksam, bis sich der Kolben dem rechten Ende seines Weges soweit genähert hat, daß der ψ' Schalter 30 geschlossen wird. Dieser schaltet den Stufenschalter 5b ein, so daß der Antrieb 11 wieder eingeschaltet wird und der Antrieb 12 leer läuft. Dieser Wechsel endet entsprechend dem geschilderten Ablauf mit der Überführung des Kolbens 24 des nun leer laufenden Antriebes 12 vom rechten zum linken Ende seines Weges, so daß er für die nächste aktive Bewegung bereit steht.

Die Antriebe werden weiterhin abwechselnd wirksam gemacht, so daß der lisch mit der vorbestimmten G-eschwindigkeit beliebig weit stetig nach rechts bewegt wird» Die Tatsache, daß der Bewegungsbereich trotz seiner beachtlicinen Länge durch Kurzwegantriebe überstrichen wird, ergibt die Vorteile kurzer Antriebe, nämlich ein extrem schnelles Ansprechen auf Signaländerungen und eine vernachlässigbar kleine Verzögerung.

Aus der Beschreibung ist zu entnehmen, daß während der .Rechtsbewegung des Tisches die vier Endschalter zwei verschiedene Funktionen ausführen. Die zwei rechtsseitigen Schalter 23 und 30 wirken abwechselnd nur um die Wechselfolge der einzelnen Arbeitsschritte einzuleiten, die den Start der Überführung des neuerdings leerlaufenden Kolbens zum linken Ende seines Wegens einschließt, wohingegen die

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zwei linksseitigen Schalter 22 und 29 nur wirksam sind, um den leerlaufenden Kolben festzuhalten, wenn er das linke Ende erreicht.

Wenn es gewünscht wird, daß die Bewegung des Arbeitstisches nach links geht, kehren sich die Jftmktionen jedes dieser Schalter um. um den .arbeitstisch in jeder Richtung bewegen zu können, ist es nötig, die zwei Endschalter jedes Antriebes mit dem Heiaissystem durch einen Umpolschalter zu verbinden, um eine solche Umkehrung der funktion zu erreichen. Wenn das Fehlersignal einen ftichtungswechsel durch einen Wechsel der Polarität anzeigt, müssen solche Umwechselvorrichtungen automatisch arbeiten.

Ein weiterer Ausbau des Systems wird im allgemeinen benötigt, um sicherzustellen, daß der Kolben des einzuschaltenden Antriebes die Geschwindigkeit erreicht hat, die durch das Fehlersignal vorgeschrieben wurde. Dieses ist gleichzeitig die Geschwindigkeit des Kolbens des auszuschaltenden Antriebes, bevor seine Kupplung ausgeschaltet wird ο

Pur diesen Zweck sind Verzögerungsmittel vorgesehen, die ein Geschwindigkeitsfehlersignal proportional zu der Geschwindigkeit der zwei Kolben relativ gegeneinander ableiten und Mittel, die im Ansprechen auf dieses Signal eine weitere Schrittbewegung des Schleifers von dem Kontakt 1 solange verhindern bis die Kolbengeschwindigkeiten gleich sind und damit das Geschwindigkeitsfehlersignal zu null geworden ist.

Eine solche Anordnung wird nachfolgend in bezug auf die Fig. 3 beschrieben, bei der die Teile, die gleiche Funktionen ausüben wie die entsprechenden Teile der Fig. mi1i dergleichen Bezugszeichen versehen sind. Diese Anordnung

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zeigt weiterhin automatische Umsehalteinrichtungen, die bei einem Polaritätswechsel des fehlersignales wirksam werden. Weiterhin ist eine geeignete Form für die Stufenschalter 45 und 55 dargestellt.

Die automatische Umschaltung wird über ein Relais P/5 bewirkt, welches über die Leitung 35 das Fehlersignal empfängt und so angeordnet ist, daß es fünf Sätze von einpoligen Umschaltkontakten P1 bis P5 betätigt, so daß sie auf der einen oder der anderen ihrer zwei Stellungen

ψ entsprechend der Polarität des Fehlersignales stehen.

Die Kontakte P1 und P2 stellen einen zweipoligen Schalter dar, der mit P1/2 bezeichnet ist und in die leitungen von den Endschaltern ^2 und 25 zu dem Schalter 45 und dem Heiais 43 so eingefügt ist, daß bei einem positiven Fehlersignal der Schalter 23 mit dem Schalter 45 und der Schalter 22 mit dem Heiais 43 verbunden ist. Damit bewegt sich der Arbeitstisch von-links nach rechts wie vorher beschrieben. Wenn das Fehlersignal von entgegengesetzter • Polarität ist, werden diese Schaltverbindungen umgetauscht. Die Kontakte P3 verbinden die Schalter 44 und 54 mit der Klemme 50 vorher negativen Potentials, welche nun Span-

^. nungen beider Vorzeichen einspeist, so daß die durch diese Schalter zu den jeweiligen Ventilen 15 und 26 geleiteten Ströme den leerlaufenden Kolben an das andere Ende seines Weges zurückführen. Diese Rückführung ist immer entgegengesetzt zum Fehlersignal gerichtet. In diesem Fall ist die Polarität negativ für eine Links- nach Hechtsbewegung des Arbeitstisches und positiv für eine umgekehrte Richtung.

Die Verzögerungsmittel schließen Generatoren 61 und 62 nach Art eines Tachometers ein, die mit den Kupplungen oder Kolbenstangen der Antriebe 11 und 12 verbunden sind und die-eine Gleichspannung erzeugen, deren Höhe und Polari-

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tat von der Geschwindigkeit und der Richtung des jeweiligen Kolbens abhängt. Die Ausgangsspannungen der zwei Generatoren werden in einem Vergleicher 63 zusammengeführt, welcher ein Geschwindigkeitsfehlersignal in Porm eines Gleichstromsignales liefert, dessen Größe und Richtung von der Größe und "Richtung der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der zwei Generatoren abhängig ist. Dieses Signal wird über einen Schalter 65 an ein Ventil 15 gelegt, wobei die Verbindung mit der von dem Schalter 36 kommenden Leitung über eine Diode oder eine ähnliche Anordnung 66 hergestellt wird, die eine unerwünschte Rückkopplung verhindert, wenn zugleich Signale an das Ventil 15 über diese beiden " Verbindungen angelegt werden. Der Schalter 65 wird durch ein Relais 67 ähnlich dem Relais 4-1 gesteuert, wobei die C- und 0-Wicklungen des Relais 67 parallel mit der C-Wicklung des Relais 41 und der e-Wicklung des Relais 42 verbunden sind.

Das Geschwindigkeitsfehlersignal des Vergleichers 63 wird ähnlich über einen Schalter 71 und eine Anordnung 72 an das Ventil 26 angelegt, wobei -ein Relais 73 diesen Schalter steuert und zugleich ähnlich mit den Relais 51 und 52 des Antriebes 12 verbunden ist.

Um durch das Geschwindigkeitsfehlersignal die weitere Stufenschaltung des Schleifers zu blockieren, ist mit dem auszuschaltenden Antrieb ein Relais T/2 verbunden, an das dieses Signal angelegt wird und welches so angeordnet ist, daß es die mit den entsprechenden Stufenschrittschaltern verbundenen Kontakte T1 und T2 nur dann schließt, wenn das Geschwindigkeitsfehlersignal null ist.

Die kreisförmige Anordnung der Kontakte des Stufenschalters 45 ist auch hier schematisch in ebener Darstellung gezeichnet. Er besteht aus zwei Bänken 75 und 76, die jeweils von einem Schleifer überstrichen werden. Die Bank 75 enthält die sechs Kontakte 0 bis 5, die durch den positiv erregten Schleifer 46

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- wie schon in Figo 1 beschrieben - überstrichen werden» Die Bank 76 enthält 6 Kontakte a - f, die von einem weiteren Schleifer 77 überstrichen werden, um- den nötigen Antrieb für den Schleifer 46 zu erzeugen» Zu diesen Zwecke sind die Schleifer 46 und miteinander im Gleichlauf, aber nicht elektrisch verbunden, so daß immer dann, wenn der Schalter 77 den Kontakt a überstreicht, der Schalter 46 den Kontakt 0 überstreicht usw. Die zwei schleifer überstreichen die Kontakte in Pfeilrichtung und gelangen so von den Kontakten f und 5 auf die Kontakte A und 0 direkt zurück· Der Schleifer 77 ist mit Erde über einen an sich bekannten Schrittschalter 76 verbunden, der den Schleifer stets weiterschaltet, wenn er einen der unter Spannung stehenden Kontakt a - f überstreicht. Die Bewegung des Schleifers 77 wird auf diese Weise auf den Schleifer 46 übertragen.

In die von den Kontakten 1 des Schalters 45 zu den Relais 51 und 73 führende Leitung ist ein Schalter 81 eingefügt, der geschlossen ist, wenn die Kupplung 27 gelöst ist und der offen ist, wenn die Kupplung 27 durchgeschaltet ist.

Von den Kontakten der Bank 76 ist der Kontakt a mit dem beweglichen Kontakt des Schalters P1/2 verbunden, der den Antriebsschalter 23 mit dem Kontakt a verbindet, wenn der Antrieb von links nach rechts arbeitet. Der Kontakt b ist mit der positiven Klemme über einen Schalter 82 verbunden, der von der Kupplung 27 so gesteuert ist, daß er geschlossen ist, wenn die Kupplung eingeschaltet ist und offen, wenn die Kupplung gelöst ist. Parallel zu dem Schalter 82 sind die Kontakte T1 des Relais T gelegt. Die Kontakte c bis f sind jeweils mit der positiven Klemme verbunden.

Der Stufenschalter 55 ist in bezug auf die den Teilen 75

+ ) bis 78 entsprechenden Teile 85 bis 88. Die Schalter 91 und 92 entsprechen den Schaltern 81 und 82. Parallel zu dem Schalter liegen die Kontakte T2 des Relais T.

ähnlich angeordnet

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Die Wirkungsweise wird wiederum unter der Annahme beschrieben, daß der Arbeitstisch durch ein Fehlersignal positiver Polarität von links nach rechts mit dem Antrieb 11 eingeschaltet geführt wird. Der Antrieb 12 ist im Leerlauf und sein Kolben 24 sei am linken Ende seines Weges angelangt. Die entsprechenden Bedingungen der zusätzlichen Schalter und Relais sind wie nachfolgend:

Der Schalter P 1/2 verbindet jeweils die Schalter 23 und 22 mit dem Schalter 45 und dem Relais 43. Der Schalter P 4/5 verbindet jeweils die Schalter 30 und 29 zu dem Schalter 55 und dem Relais 53. Die Kontakte P 3 verbinden die Schalter 44 und 54 mit der negativen Klemme 50. Die von den Kupplungen gesteuerten Schalter haben folgende Stellungen: 81 ist geschlossen, 82 offen, 91 offen und 92 geschlossen. Die Kontakte T 1 und T 2 sind offen, da die Kolbengeschwindigkeiten ungleich sind. Die Kontakte 65 und 71 sind offen.

Diese Zustände bleiben bestehen, bis sich der Kolben 13 dem rechtsseitigen Ende seines Weges soweit genähert hat, daß die Kontakte 23 geschlossen werden. Die daraufhin erfolgende Erregung des Kontaktes a bewirkt, daß der Schleifer 77 auf den Kontakt b weitergeschaltet wird und dabei den Schleifer 46 vom Kontakt 0 auf den Kontakt 1 umstellt. Da der Schalter 81 geschlossen ist, weil die Kupplung 27 ausgeschaltet ist, bewirkt die an den

Schleifer 46 angelegte Spannung den Ablauf des bereits beschrieschrxttes 1

benen Arbätsfcieekes·. Es wird die Wicklung C des Relais 51 erregt, so daß es die Kontakte 37 schließt und das !Fehlersignal auf den einzuschaltenden Antrieb 12 schaltet. Da die C-Wicklung des Relais 73 nunmehr parallel mit der des Relais 51 geschaltet ist, schließt diese Schaltetufe auch das Schließen des Schalters 71 mit ein, so daß das Hauptfehlersignal durch die Anlegung des Geschwindigkeitefehlersignales vom Vergleicher 63 verstärkt wird. Diese Verstärkung wird an den Kolben des einzuschaltenden Antriebes gelegt und bewirkt eine Beschleunigung proportional dem Ausmaß in dem

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die Geschwindigkeit des Kolbens unter der des Kolbens des auszuschaltenden Antriebs ist. Auf diese Weise wird die Verzögerung bis zur Gleichheit der Geschwindigkeiten verkürzt.

Wenn der Kontakt b zum ersten Mal von dem Schleifer 77 überstrichen wird, liegt er nicht an Spannung, da der Schalter 82 offen ist, weil die Kupplung 27 ausgeschaltet ist. Die Kontakte T 1 sind offen, weil zunächst die Kolbengeechwindigkeiten ungleich sind. Die weitere Stufenschaltbewegung des Schleifers 46 wird daher angehalten, so daß der Schleifer auf dem Kontakt 1 r solange verbleibt, bis die Geschwindigkeit des Kolbens 24 des einzuschaltenden Antriebes gleich der des Kolbens 13 ist. Die Gleichheit der Geschwindigkeiten läßt das Geschwindigkeitsfehlersignal zu null werden, so daß das Relais T seine Kontakte schließt. Yon diesen legen die Kontakte T1 beim Schließen die positive Klemme an den Kontakt b und leiten so die Weiterschaltung der Schleifer ein. Da die restlichen Kontakte der Bank 76 an Spannung liegen, schalten sich die zwei Schleifer über ihre Kontakte fort und kehren schließlich in ihre Ruhestellung auf den Kontakten a und 0 zurück.

Wenn der Schleifer 46 nacheinander die Kontakte 2 bis 5 überstreicht, laufen die Arbeitsschritte 2) bis 5) wie vorbeschrieben ab. Der Schalter 22 läßt ebenso den 6.) Arbeitsschritt ablaufen. Beim zwdten Arbeitsschritt wird jedoch zusätzlich zum Einschalten der Kupplung 27 die Öffnung der Kontakte 71 bewirkt, die das Gesohwindigkeitsfehlersignal von den einzuschaltenden Antrieb abschalten. Diese Schaltung ist nötig, da trotz eines im Schaltmoment nicht vorhandenen Geschwindigkeitsfehlersignales dieses einen beachtlichen Wert annehmen wird, wenn der vorher in Betrieb gewesene Antrieb 11 abgeschaltet wird und über dieses Pehlersignal auf den eingeschalteten Antrieb unerwünschte Einflüße ausübt. Daher wird das Geschwindigkeitsfehlersignal nur während der Beschleunigüngszeit des Kolbens an den Antrieb angelegt.

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Im fünften Arbeitsschritt führt jetzt das negative Potential der Klemme 50 den leerlaufenden Kolben 13 zur Linken zurück bis der Kolben den Schalter 22 schließt, der der lage des Umschalters P 1/2 die Kontakte 44 öffnet.

Der Ablauf ist ähnlich, wenn der Antrieb 12 das Ende seines nach rechts gerichteten Weges erreicht und den Schalter 30 schließt, der die Schrittschaltbewegung des Schrittschalters 55 einleitet, wobei der Schleifer 56 dieses Schalters solange auf dem Kontakt verbleibt bis das Heiais T die Kontakte T2 geschlossen hat. l

Es sei angenommen, daß das Fehlersignal seine Richtung von positiv auf negativ wechselt, während der Antrieb 12 den Arbeitstisch stetig nach rechts antreibt, wobei der Kolben 13 des leerlaufenden Antriebes 11 sich am linken Ende seines Weges befindet, um den an sich erwarteten Wechsel zu übernehmen. Zu dieser Umkehr in der Bewegungsrichtung werden folgende Schritte nötig:

1.) Umkehr der Bewegungsrichtung des aktiven Kolbens 24,

2.) Überführung des leerlaufenden Kolbens 13 an das rechte Ende

seines Weges, da beim nächsten Wechsel eine Bewegung nach links erforderlich wird,

3.) Betätigung des doppelpoligen Umsehaltschalters P1/2 und P4/P5, um die Funktionen der Endschalter umzuschalten.

Der Wechsel 1.) wird automatisch durch das Ansprechen des Ventiles 26 auf den Polaritätswechsel des Fehlersignales bewirkt.

Die Schritte 2.) und 3.) werden durch das Relais P bewirkt, welches in Abhängigkeit von dem Vorzeichenwechsel des Fehlersignales seine Kontakte P1 bis P5 umschaltet. Da der Endschalter 22 geschlossen ist, weil der Kolben 13 an diesem Ende des Weges steht, bewirkt die Umschaltung von P1/2 eine Spannungsanlegung an den

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Kontakt a über den Schalter 22, so daß die Schrittschaltung des Schalters 45 eingeleitet wird. Obwohl die Kontakte T 1 offen sind, sind die Kontakte 82 geschlossen, da die Kupplung 27 eingeschaltet ist, mit dem Ergebnis, daß auch der Kontakt b unter Spannung steht und der Schleifer 46 seine Kontakte ohne Pause auf dem Kontakt 1 überstreicht.

Die Spannungsführung des Kontaktes 1 hat keine weitere Wirkung, da der Schalter 81 offen ist, weil die Kupplung ^7 eingeschaltet ist. Der Schalter 81 verhindert also während der Tätigkeit des Schalters 45 die Erregung des Relais 73 und daher auch die Schliessung des Schalters 71» so daß ein großes G-eschwindigkeitsfehlersignal an den eingeschalteten Antrieb 12 angelegt wird.

Die Erregung der Kontakte 2 bis 4 hat kein weiteres Ergebnis, als daß bereits bestehende Bedingungen gesichert werden. Durch die Erregung des Kontaktes 5 wird lediglich der Kontakt 44 geschlossen. Die Umschaltung der Kontakte P 3 brachte einen Wechsel der Polarität nach positiv, wodurch der Kolben 13 von dem linken an das rechte Ende seines Weges geführt wird. Bei der Ankunft dieses Kolbens am rechten Ende wird der Schalter 23. geschlossen. Da dieser Schalter nun über den Schalter P1/2 an das .Relais 43 angeschlossen ist, bewirkt die Schließung des Schalters 23 die Öffnung des Schalters 44, so daß der leerlaufende Antrieb den nächsten Wechsel von der linken Seite aus beginnt.

Die P-Kontakte verbleiben natürlich in dieser Lage solange, wie das Fehlersignal negativ ist. Hierbei leiten die Endschalter 22 und 29 anstelle der Schalter 23 und 30 die Schrittschaltung der Schalter 45 und 55 ein.

Verschiedene Einzelheiten der oben beschriebenen Anordnung können selbstverständlich geändert werden, ohne daß der Bereich der.Erfindung verlassen wird. Es können z.B. mehr als zwei Antriebe vorgesehen werden, die einzeln abwechselnd in Antriebs-

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Verbindung gebracht werden. Die Zylinder der Antriebe können mit dem Arbeitstisch fest verbunden werden, während die Kolben mit dem Maschinenrahmen zu verbinden sind. Wenn das Steuersignal
die·gewünschte Position oder Beschleunigung des Objektes anstelle der Geschwindigkeit darstellt, wird zweckmäßig das Meßgerät 34 nicht als Tachometer, sondern von irgendeiner anderen Art sein, die auf die zu messende Größe direkt anspricht.

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Claims

A 7881 - 20 - 1Ö .7.1959 Λ y Patentansprüche

1.) Servogesteuerter Antrieb zur vorbestimmten Bewegung eines Gegenstandes relativ zu einem Festpunkt im Ansprechen auf ein Steuersignal, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Antriebe (11, 12) kurzer freier Weglänge vorgesehen sind, die abwechselnd unter Zwischenschaltung je einer Kupplung (16, 27) an den zu bewegenden Gegenstand (10) angesehal-■ tet werden und bei der der jeweile neu einzuschaltende Antrieb vor dem Einschalten an die der Antriebsrichtung entgegengesetzte Endlage eingestellt wird.

2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gegenstand ein Meßgerät (34) verbunden iet, das in jedem Zeitpunkt einen von der Stellung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Gegenstandes relativ zum Festpunkt abgeleiteten Meßwert erzeugt, der einem Vergleicher»(31) zugeführt wird, in dem es mit.einem Steuersignal unter Bildung eines Fehlersignales verglichen wird, dessen Polarität die Richtung der Abweichung darstellt und daß dieses Fehlersignal über eine Steuervorrichtung die Stellung des jeweiligen in Betrieb befindlichen Antriebes bestimmt.

3.) Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe hydraulisch sind aus je einem im Vergleich zu der Gesamtbewegungslänge des gesteuerten Gegenstandes kurzen Zylinder (H, 25) bestehen, in dem sich ein Kolben {13, 24) bewegt.

4.) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung von einem Antrieb auf dtn anderen mit den Antrieben Endschalter (22, 23, 29, 30) verbunden eind, die von dem.sioh seiner jeweiligen Endetellung nähernden beweglichen Teil dee Antriebes betätigt werden und daß diese Sohalter einen Sohaltsohrittablauf einer naohgesohal-

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teten Vorrichtung steuern, die die wechselweise Betätigung der Kupplungen und Anlegung des Fehlersignales an die An-Iriebe bewirkt.

5.) Anordnung nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltschrittablauf, in der nachgeschalteten Vorrichtung durch einen Schrittschalter (45, 55) bewirkt wird, dessen SchMfer eine feste Kontaktbank überstreicht sobald einer der Antriebe durch Annäherung an das Ende seiner freien Weglänge einen Endschalter betätigt, daß über den Schleifer nacheinander mit den festen Kontakten verbundene Relais erregt werden, die das Fehlersignal auf den einzuschaltenden Antrieb umschalten, die Kupplung des einzuschaltenden Antriebes einrücken , die Kupplung des auszuschaltenden Antriebes ausschalten, das Fehlersignal von dem auszuschaltenden Antrieb abschalten und das bewegliche Glied des abgeschalteten Antriebes in die andere Endstellung zurückführen.

6.) Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Anlegung des Fehlersignales an den auszuschaltenden Antrieb folgenden Schaltschritte durch eine Verzögerungseinrichtung solange verzögert werden, bis der Kolben dieses Antriebes relativ zum Fixpunkt die gleiche Geschwindigkeit angenommen hat wie der noch in Betrieb befindliche.

7.) Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung eine Schalteinrichtung (63) aufweist, in der ein der relativen Geschwindigkeit der beiden Antriebe gegeneinander proportionales Signal erzeugt wird, das den Schrittschalter solange an der Weiterschaltung hindert, bis es zu null geworden ist.

8.) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitsfehlersignal zur Beschleunigung des beweglichen Teiles des einzuschaltenden Antriebes benutzt wird.

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9·) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Vorzeichenwechsel des Fehlersignales ümsehaltvorrichtungen P 1/2, P 4/5 betätigt werden, die die Verbindungen von den Endsohaltern der Antriebe zu den Relais umtauschen und die das bewegliche Organ des jeweils leerlaufenden Antriebes an das andere Ende seines freien Weges stellen.

10.) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine schwalbenschwanzartige Nute (20) aufweist, die in der Bewegungsrichtung verläuft, in der entsprechend komplementär geformte Endstücke (21) von Stößeln (18) gleiten oder unter der Wirkung einer Kraft reibungsschlüssig fest verriegelt werden.

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