-
Verfahren zur meßtechnischen Erfassung der Regelgröße für einen Regler
mit pneumatischem Regel- und Stellwerk und Meßwerk zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Meßwerk zur Durchführung des Verfahrens
zur meßtechnischen Erfassung der Regelgröße für einen Regler mit pneumatischem Regel-und
Stellwerk, insbesondere für die Anwendung bei Arbeits-oder Werkzeugmaschinen mit
pneumatisch gesteuerten Werkzeugträgern.
-
Derartige, in der modernen Präzisions-Fertigung angewendete Werkzeugträger
(vg1. z. B. Patent ........... Patentanmeldung S 103 157 Ib/49a+) ermöglichen eine
sehr feine Werkzeugzustellung in der Größenordnung von einem oder mehreren Mikro.
metern innerhalb von Stellbereichen von etwa 0.2 bis 0,4 mm.
-
+) im Drups wegzulassen
Arbeitet ein zur Steuerung
dieser Werkzeugträger geeigneter Regler ebenfalls pneumatisch, dann benötigt er
ein Meßwerk, das derartig kleine Maße oder Längen exakt erfassen und pneumatisch
darstellen kann, damit das eigentliche Regelwerk die den Unterschied zwischen Regel-
und Führungsgröße darstellende Regelabweichung einfach ermitteln und als Stellgröße
an das dann gleichfalls pneumatisch arbeitende Stellwerk weitergeben kann.
-
Bekannte Verfahren zur pneumatischen Ermittlung einer Maß-oder Längenänderung,
bei denen der2ptautruck eines durch eine Meßdüse gegen eine Fläche, d.h. gegen den
Prüfling, ausströmenden Lurtstromes mit einem Flüssigkeitsmanometer gemessen wird
(vgl. Werkstattstechnik und Maschinenbau, 42. Jahrgang, 1952, Seiten 140 bis 145+),
sind hierfür nicht geeignet, da der zur Anzeige gelangende Ausgangsluftdruck innerhalb
der geforderten Meßbereiche nicht proportional der gemessenen Längenänderung ist.
Mit den bekannten Verfahren können nämlich nur geringe Abweichungen von einem Sollmaß
sehr genau gemessen werden, so daß im Falle einer Regelung oder Steuerung nach dem
sog. Nullverfahren zu arbeiten wäre. Eine Anwendung dieses Verfahrens bei einer
digitalen Steuerung von pneumatische Stellglieder aufweisenden Werkzeugmaschinen,
bei denen die jeweilige Größe des Luftdruckes ein Maß für die Jeweilige Position
des Werkzeuges ist, ader z.B, beim Sortieren von bearbeiteten Werkstücken, deren
Abmessungen im Verhältnis zur zugelassenen Toleranz weit verschieden sind, ist also
nicht möglich. im im Druck wegzulassen
Hier setzt nun die Erfindung
ein, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren und ein Meßwerk zur Durchführung des Verfahrens
zur pneumatischen meßtechnischen Erfassung der Regelgröße für einen Regler mit pneumatischem
Regel- und Stellwerk, also insbesondere ein neues pneumatisches Längenmeßgerät zu
schaffen, bei dem Proportionalität zwischen gemessener Längenänderung und dem dieser
Längenänderung entsprechenden Anzeige-, Steuer-, Regel- und ähnlichen Zwecken dienenden
Ausgangsluftdruck besteht, und zwar für wesentlich größere Meßbereiche als bei den
bisher bekannten pneumatischen Verfahren und Meßwerken.
-
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Ermittlung der Regelgröße
für einen Regler mit pneumatischem Regel- und Stellwerk zur Feinverstellung des
Werkzeugträgers einer Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die
als Regelgröße dienende Maß- oder Längenänderung des zu bearbeitenden Werkstückes
in an sich bekannter Weise mit Hilfe des Staudruckes eines aus einer Düse aus strömenden
Luftstromes einer Druckkammer abgetastet und der sich jeweils ergebende Staudruck
derart pneumatisch abgewogen wird, daß Proportionalität zwischen Maß- oder Längenänderung
und Anzeige-, Steuer-, Regel- und ähnlichen Zwecken dienendem Ausgangsluftdruck
besteht.
-
Ausgehend von den bekannten Tatsachen, daß eine Länge durch Uerschiebung
der Tastvorrichtung eines Meßwerkes abgetastet und ein auftretender Druck über einen
mit einem Düse-Prallplattesystem in Verbindung stehenden Faltenbalg pneumatisch
abgewogen
werden kann (vgl. W.Oppelt, Kleines Handbuch für Regelungstechnik, 1964, Seite 2?6+),
ist ein Meßwerk zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dadurchagekennzeichnet,
daß es als ein an sich bekanntes, Proportionalität zwischen abgetastet er Längenänderung
und AusgangsluRtdruck aufweisendes pneumatisches Weg-Nachlauflrerk ausgebildet ist.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei einem
Meßwerk zur Abtastung einer Länge durch Verschiebung seiner Tastvorrichtung der
Staudruck eines durch eine der Tastvorrichtung zugeordneten Düse ausströmenden Luftstromes
einer Druckkammer über einen Kraftspeicher derart pneumatisch abwiegbar, daß Proportionalität
zwischen abgetasteter Längenänderung und Anzeige-, Steuer-, Regel- und ähnlichen
Zwecken dienendem Ausgangsluftdruck besteht.
-
Die Druckkammer ist in bekannter Weise durch den Raum zwischen einer
Vordrossel und der im Zusammenwirken mit dem Prüfling oder einer Prallplatte eine
steuerbare Drossel darstellenden DUse gebildet, während zur Verstärkung des sich
einstellenden Stau- oder Kaskadendruckes ein an sich bekannter pneumatischer Verstärker
mit linearer Übersetzungskennlinie vorgesehen ist.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Tastvorrichtung
eine parallel zu sich selbst geführte Düse, deren Austrittsquerschnitt im Zusammenwirken
mit dem Prüfltng veränderim im Druck wegzulassen
bar ist, und die
von mindestens einer Feder abgestUtzt ist, deren Auslenkung über einen Faltenbalg
oder ein Wellrohrsystem pneumatisch derart abtastbar ist, daß Propdrtionalität zwischen
Federweg und Luftdruck im Faltenbalg oder Wellrohrsystem besteht.
-
Besonders vorteilhaft ist es, die Düse mittels zweier Federn zu lagern,
die gleichzeitig als Parallelf;ihrung für die Düse dienen.
-
Zur Einstellung des Proportionalitätsfaktors ist gemäß der Erfindung
parallel zu den genannten Federn eine weitere Feder angeordnet, deren eine Einspannstelle
fest und deren andere Einspannstelle verschiebbar ausgebildet ist.
-
Zum Zwecke der Meßbereichsänderung sind nach einem weiteren Merkmal
der-grfindung die der Weg-Druckwandlung dienenden Federn austauschbar. Die Meßfedern
sind hierbei so zu bemessen, daß ihre Durchbiegung erheblich größer als der zur
Einstellung des Stau- oder Kaskadendruckes erforderliche Steuerweg ist.
-
Zur Vergrößerung des Meßbereichs ist nach einer anderen Aus-SUhrungs
Nrm der Erfindung der beweglich gelagerten Düse eine Parallel geführte und federnd
gelagerte-Prallplatte vorgeschaltet.
-
Die Meßgenauigkeit kann erhöht werden, wenn nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung der Düse eine Prallplatte zugeordnet ist, die über eine Hebelübersetzung
durch einen parallel geführten Taststi-ftsbewegbar ist.
-
Bei einem solchen, im wesentlichen als Weg-Druckwandler aufgebauten
Meßwerk beeinflußt also die zu messende Lingenänderung die aus Düse und Prüfling
bzw. Prallplatte gebildete veränderliche Drossel einer Luttdruck-Kaskade, deren
Druck direkt oder über einen Verstärker mit linearer Übersetzungskennlinie in einen
Faltenbalg geleitet wird, dessen Kraft eine oder mehrere Meßfedern zur Durchbiegung
bringt, die die veränderliche Drossel im umgekehrten, d.h. den Spalt zwischen Düse
und Prüfling oder Prallplatte vergrößernden, Sinne beeinflußt. Die Durchbiegung
der Meßfedern folgt somit der zu messenden Längenänderung, wobei die hierbei auftretende
Federkraft von dem im Faltenbalg wirkenden Kaskadendruck, also dem Staudruck, abgewogen
wird. Das Meßwerk ist daher einem sog. Anschlag-Meßwerk ähnlich und zeichnet sich
durch einfachen und kompakten Aufbau sowie hohe Meßgenauigkeit bei großer Zuverlässigkeit
und Robustheit aus. Die Proportionalität zwischen Ausgangsluftdruck und Weg-, d.h.
Längenänderung ist über den gesamten Meßbereich gegeben. Es kann überall dort Verwendung
finden, wo sehr kleine Bewegungen oder Lageänderungen sehr genau gemessen werden
müssen. Darüber hinaus eignet es sich auch zur exakten Messung von Dehnungen als
Funktion von Kräften oder von Temperaturen, für Auftriebsmessungen oder zur Messung
der Volumenänderung flüssigkeitsgefüll-. ter Federrohre u.ä.
-
Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der drei Ausführungsbeispiele
mehr oder minder schematisch dargestellt sind. Im einzelnen zeigen Figur 1 eine
erste Ausführungsform eines Meßwerkes zur pneumatischen Ermittlung einer Maß- oder
Längenänderung, mit beweglicher Düse, Figur 2 eine zweite Ausführungsform des Meßwerk
gemäß Fig. 1, bei dem der Düse eine Prallplatte vorgeschaltet ist und Figur 3 eine
dritte Ausführrungform des Mefjwerkes gemäß Fig. 1 mit einer über einen Taststift
beweglichen Prallplatte. \ Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform
der Erfindung ist ein Faltenbalg 1 so zwischen einem Grundkörper 2 und einem beweglichen
Rahmen 3 angeordnet, daß eine Druckerhöhung in dem Faltenbalg den beweglichen Rahmen
3 in bezug auf Fig. 1 nach oben bewegt. Der Rahmen 3 ist durch Federn 4 und 5 parallelbeweglich
mit dem Grundkörper verbunden.
-
Die Federn, 4 und 5 sind gleichzeitig die Meßfedern und so bemessen,
daß ihre Durchbiegung erheblich größer als der zur Einstellung des noch zu beschreibenden
Stau- oder Kaskadendruckes
erforderliche Steuerweg ist. Zur Justierung,
also zur genauen Einstellung des Proportionalitätsfaktors, ist eine im Grundkörper
2 befestigte HilSsfeder 6 vorgesehen, deren wirksame Länge und damit deren Federsteife
durch Verschieben einer Schraube 7 in einem Schlitz 8 im Rahmen 3 verändert werden
kann.
-
Die Zuluft wird über eine Vordrossel 9 und eine bewegliche Leitung
lo zu einer Düse 11 geleitet, die starr mit dem beweglichen Rahmen 3 verbunden ist.
Der sich zwischen Vordrossel 9 und Düse 11 einstellende Kaskadendruck, also der
sich in der durch die Leitung lo gebildeten Druckkammer einstellende Staudruck,
wird durch eine Leitung 12 zu einem Verstärker 13 mit vorzugsweise linearer Kennlinie
geführt, von wo er - verstärkt - durch ein Rohr 14 mit dem Faltenbalg 1 und einem
Manometer 15 in Verbindung steht. Eine Leitung 16 führt zu den hier nicht dargestellten
Abschlußgliedern, wie Schreiber, Drucker, Sortiervorrichtungen, Werkzeugträger,
Regler o.ä.
-
Einrichtungen.
-
Die Wirkungsweise ist folgende. Wird ein zu messendes Werkstück 17
der Düse 11 genähert, so wird der aus der Düse aus strömende Luftstrom gedrosselt
und dadurch der Stau- oder Kaskadendruck erhöht. Dieser höhere Druck, durch den
Verstärker 13 linear verstärkt, wirkt in dem Faltenbalg 1 und bewegt den Rahmen
3 entgegen der Kraft der Meßfedern 4 und 5 in bezug auf Fig. 1 nach oben. Die Düse
11, die mit dem Rahmen 3 fest verbunden
ist, entfernt sich von
dem-zu messenden Werkstück, die Drosselwirkung der Düse 11 verringert sich, und
der Kaskadendruck geht wieder etwas zurück, bis sich Gleichgewicht zwischen der
Kraft der Meßfedern und der Kraft des Faltenbalges, die vom Kaskadendruck verursacht
wird, einstellt. Auf diese Weise wird die Bewegung der Düse 11, verursacht durch
die Längenänderung des zu messenden Werkstückes, von der Durchbiegung der Meßfedern
abgebildet, deren Kraft von dem LuStdruck im Faltenbalg 1 und damit vom ausgehenden
Steuerdruck, also dem Ausgangsluftdruck, abgewogen wird.
-
Bei diesem Meßwerk oder Meßgerät tastet die offene Düse das zu messende
Werkstück ab. Es wird also berührungslos gemessen.
-
In Fig. 2 ist eine Anordnung des Meßgerätes mit Düse und einer zusätzlichen
Prallplatte und außerdem eine Anordnung zur Erweiterung des Meßbereiches durch eine
Federübersetzung gezeigt. Der Faltenbalg 1, der Grundkörper 2, der bewegliche Rahmen3
mit der Düse 11 und die nicht gezeichneten Teile entsprechen der in Fig. 1 gezeigten
Anordnung. Darüber hinaus ist eine Prallplatte 18 federnd am Grundkörper 2 befestigt
und gegenüber der Düse 11 angeordnet. Eine zusätzliche Feder 19 stützt sich gegen
die Prallplatte 18 ab und ist durch ein am Grundkörper 2 befestigtes Federband 20
geführt, welches eine Tastplatte 21 aufweist. Die Bewegung der Tastplatte 21 und
damit der Meßbereich ist um das Verhältnis Federsteife der Prallplatte zur Steife
der Zusatzreder 19 vergrößert.
-
Es kann aber auch, wie ein weiteres Beispiel zeigt, ein besonderer
Taststift 22 zum Messen vorgesehen sein; vgl. Fig. 3.
-
Die Anordnung von Faltenbalg 1, Grundkörper 2, Rahmen 3, Düse 11 und
aller nicht gezeichneter Teile ist dieselbe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.
Der Taststift 22 ist vermittels Federbänder 23 und 24 parallelbeweglich zum Rahmen
3 geführt. Die Düse 11 ist starr und eine Prallplatte 25 durch eine Blattfeder 26
beweglich mit dem beweglichen Rahmen 3 verbunden.
-
Die Arbeitsweise ist ähnlich wie für Fig. 1 beschrieben mit der Maßgabe,
daß der Taststift 22 vom zu messenden Werkstück 17 gegen die Prallplatte 25 und
diese wieder gegen die Düse 11 gedrückt wird. Dadurch ergibt sich eine Hebelübersetzung
zwischen der Bewegung des Taststiftes 22 und der Bewegung der Prallplatte 25 in
bezug auf die Düse 11. Durch diese Übersetzung wird die Meßgenauigkeit noch erhöht,
denn die Bewegungen des Taststiftes 22, die zur Steuerung des Spaltes zwischen der
Düse 11 und der Prallplatte 25 notwendig sind, werden verkleinert. Ebenso werden
dadurch ungünstige Einflüsse, wie z. B. Verschmutzen oder Verkrusten der Düsenmündung,
auf die Meßgenauigkeit herabgesetzt.
-
Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Meßfedern
4 und 5 oder eine von ihnen zum Andern des Meßbereiches austauschbar ausgebildet
sein.
-
-Patentansprüche-