DE2316172C3 - Schrittantrieb mit vorgegebenem Bewegungsverlauf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb zum Bewegen einer Last in Schritten vorgegebener Länge

und mit einem zeitabhängig gewählten, von einem Führungswertgeber vorgegebenem geregelten Bewegungsverlauf.

Bei der Konstruktion von geregelten Schrittantrieben mit vorgegebenem Bewegungsverlauf müssen besonders zwei Probleme bedacht werden. Zum einen soll der Schrittantrieb den gewählten Bewegungsverlauf einhalten, auch wenn Lasten verschiedener Trägheitsmomente angetrieben werden, so z.B., wenn der Schrittantrieb in Verbindung mit einem unterschied-Hch bestückten Drehtisch oder einer Magazintrommel für Flugkörper verwendet wird. Dieses setzt eine Regelung der Vortriebsgeschwindigkeit bzw. der Beschleunigung des Schrittantriebes voraus.

Zum anderen muß die Position der Last am Ende eines Schrittes eine exakte Endposition einnehmen. Aus der Deutschen Auslegeschrift 1 302 194 ist ein Antrieb bekannt, bei dem zur Ermittlung und Regelung der Geschwindigkeit der angetriebenen Last eine Einrichtung mit einem Digitalrechner benutzt wird, wobei die Sollvortriebsgeschwindigkeit der Last einer Fahrkurve entspricht, welche die durch den Digitalrechner vorgegebenen Werte von Beschleunigungsänderung, Beschleunigung und Geschwindigkeit einhält. Bei Übereinstimmung der möglichen, ständig und unabhängig von der Berechnung der Fahrkurvc errechneten Endposition mit der vorgegebenen Endposition wird die Verzögerung des Antriebs eingeleitet.

Ferner ist eine Wegregelung vorgesehen, die dafür sorgt, daß der Antrieb der Sollfahrkurve folgt, auf der die Berechnung der Endposition beruht.

Mil diesem Antrieb ist es möglich, die angetriebene Last an einer bestimmten vorgegebenen Stelle dadurch anzuhalten, daß eine fortlaufende Überwachung des Fahrkurvenverlaufes mittels des Rechners stattfindet, dieser also Führungswertgeber und Teil des Reglers ist.

Der Aufwand zur Regelung dieses Antriebes ist jedoch durch die Vielzahl der verwendeten Elemente erheblich; so sind ein Rechner, mehrere Integratoren, Digital-Analog-Umsetzer und Zielpositionsgeber notwendig. Da außerdem die einzelnen Elemente durch deren Verschaltung voneinander abhängig sind, ',5 werden beispielsweise Fehler, die in einem der ersten Elemente auftreten, unverändert weitergegeben. Damit ist aber der Antrieb für Störungen and Totalausfall anfällig.

Aber auch der regeltechnische Aufwand dieses Antriebe« ist hoch, da drei miteinander vermaschte Regelkreise vorgesehen sind, nämlich einer für die Einhaltung des Weges, einer für die Einhaltung der Vortriebsgeschwindigkeit und ein weiterer für die Einhaltung der Endposition. _as

Des weiteren ist in dieser Auslegeschrift nur ein Hinweis auf etwa trapezförmige Geschwindigkeitsprofile gegeben, denen bekannterweise Beschleunigungskurven entsprechen, die zu Beginn und am Ende der Bewegung der Last Sprungfunktionen sind. Die dabei auftretenden Beschleunigungsrucke bedingen jedoch eine erhöhte Lagerbelastung, die für die Lebensdauer eines derartigen Schrittantriebes und damit verbundener Einrichtungen nachteilig sind

Es ist allerdings bei gesteuerten Schrittgetrieben, die zum Antrieb von Drehtischen verwendet werden, bekannt, einen Geschwindigkeitsverlauf zu wählen, der einen etwa trapezförmigen Beschleunigungsverlauf der angetriebenen Last bedingt, vgl. Schrittantriebe Typenreihe E 11 der Expert-Maschinenbau GmbH. Dort wird der zugehörige Verlauf der Vortriebsgeschwindigkeit dadurch erreicht, daß als Antriebsorgan eine Indexwalze verwendet wird, in die eine gemäß dem gewünschten Geschwindigkeitsverlauf verlaufende oberflächengehärtete Nut eingearbeitet ist, die ihrerseits mit einem Indexbolzen am Drehtisch in Eingriff steht. Dieses Antriebsprinzip hat jedoch den Nachteil, daß die Fertigung der Indexwalze besonders für hohe anzutreibende Lasten schwierig und dadurch teuer ist, da die gesamte vom Schrittantrieb auf die Last übertragene Kraft von der Nut und dem Indexbolzen aufgenommen werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen geregelten Schrittantrieb mit vorgegebenem Geschwindigkeitsund Beschleunigungsverlauf anzugeben, der mit einer einfach ausgebildeten Regelung eine genaue Positionierung der Last unabhängig von äußeren Störgrößen bei geringem technischen Aufwand gestattet.

Diese Aufgabe ist bei einem Antrieb zum Bewegen einer Last in Schritten vorgegebener Länge und mi' β₀ einem zeitabhängig gewählten, von einem Führungswertgeber vorgegebenem geregelten Bewegungsverlauf gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der aus der jeweiligen momentanen Position der Last den zugeordneten zeitabhängigen Führungswert für den Bewegungsverlauf steuernde Führungswertgeber in einem Rückkopplungszweig für die Position der Last angeordnet ist.

Ist bei dem bekannten Schrittantrieb ein gerätetechnisch aufwendiger externer Führungswertgeber mit mehreren vermaschten Regelkreisen zur Regelung der Vortriebsgeschwindigkeit und der Endposition der Last notwendig, so ist bei einem Schrittantrieb gemäß der Erfindung lediglich ein interner, d.h. rückgekoppelter Führungswertgeber mit einem Regelkreis notwendig. Der Führungswertgeber dient demnach hierbei auch als Führungswertwandler, da der Führungswert für den zeitabhängigen Bewegungsverlauf aus der jeweiligen Position der angetriebenen Last intern gebildet wird. Dies bedeutet, daß der Schrittantrieb die geregelte Bewegung gemäß dem vorgegebenen Bewegungsverlauf und der vorgegebenen Endposition der angetriebenen Last autonom ausführt. Hierzu ist es nicht einmal, wie bei bekannten Schrittantrieben, nötig, die jeweilige Position der Last innerhalb eines Schrittes meßtechnisch zu bestimmen, sondern es wird durch geeignete Mittel lediglich jeder Position ein bestimmter einzuhaltender Bewegungszustand des Antriebes zugeordnet.

Trotz des einfachen Aufbaues des Regelteiles fur den Schrittantrieb werden die eingangs genannten Probleme gelöst, nämlich Einhaltung des Bewegungsverlaufes unabhängig vom Trägheitsmoment der angetriebenen Last und präzise Einhaltung der Endposition. Der gewählte Geschwindigkeitsverlauf, der damit zusammenhängende Beschleunigungsverlauf und Wegverlauf können durch entsprechende Gestaltung des Führungswertgebers bzw. Führungswertwandlers und dessen Übertragungsverhalten erzielt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als Regelgröße die Vortriebsgeschwindigkeit der Last bzw. eine dieser Vortriebsgeschwindigkeit direkt proportionale Größe gewählt, da diese im Gegensatz zu der Beschleunigung meßtechnisch einfach zu erfassen ist. Hierzu kann beispielsweise ein Tachogenerator dienen, der mit der Last verbunden ist, wenn als Regelgröße direkt die Vortriebsgeschwindigkeit gewählt wird. Bei hydraulisch betätigten Antrieben wird zweckmäßig der Durchfluß durch einen Hydromotor als Regelgröße verwendet, da dieser direkt proportional der Vortriebsgeschwindigkeit ist.

Der Führungswertwandler, der die Zuordnung der Position der Last zu der Vortriebsgeschwindigkeit gemäß dem gewählten zeitabhängigen Bewegungsverlauf herstellt, ist bevorzugt so ausgebildet, daß entlang der Schrittlänge als Teil des Führungswertgebers ein Abgriff für die Position der Last mit nichtlinearer, und zwar dem Integral der Vortriebsgeschwindigkeit direkt proportionaler Kennlinie vorgesehen ist.

Besonders einfach kann die Zuordnung zwischen der Position und der Sollvortriebsgeschwindigkeit dei Last dadurch erreicht werden, daß der Antrieb ein die Last treibendes Getriebe aufweist, bei dem eine Achse während einer Schrittlänge des Antriebes genau eine Umdrehung ausführt, daß mit dieser Achse als Teil des Führungswertgebers ein Abgriff mit nichtlinearer Kennlinie verbunden ist, dessen Ausgangs größe bei jeder Position dem jeweiligen zugeordneter zeitabhängigen Führungswert des Bewegungsverlau fesproportional ist, und daß ferner mit der Achse ein« Zwangssteuerung zur Arretierung der Last jeweil nach einer Umdrehung der Achse verbunden ist.

In vielen Fällen ist es erwünscht, daß die Taktzah des Schrittantriebes geändert werden kann, ohne dal

die Charakteristik des Bewegungsverlaufes dadurch verändert wird. Dieses ist bei einem Antrieb gemäß der Erfindung generell dadurch möglich, daß die Übersetzung des Getriebes veränderbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß mit dem Getriebe des Antriebes ein Meßgetriebe mit veränderlicher Übersetzung verbunden ist, bei dem eine Achse während der Schrittlänge des Antriebes genau eine Umdrehung ausführt, und daß der Abgriff des Führungswertgebers direkt mit dieser Achse verbunden ist.

Der Führungswertgeber kann für viele Anwendungsfälle in einfacher Weise dadurch gestaltet werden, daß der Abgriff aus einer auf der während einer Schrittlänge des Antriebes eine Umdrehung ausführenden Achse des Getriebes angeordneten Nockenscheibe und einem auf deren Umfang formschlüssig gleitenden Abtaststift besteht, und daß der Radius der Nockenscheibe sich über deren Umfang derart ändert, daß die Auslenkungen des Abtaststiftes direkt dem Führungswert für den zeitabhängig festgelegten Bewegungsverlauf proportional sind.

In diesem Falle ist es besonders deutlich, daß zur Regelung des Schrittantriebes nicht die zahlenmäßig erfaßte Position der Last, sondern lediglich die Zuordnung jeder Position zu der momentanen zeitabhängigen Vortriebsgeschwindigkeit notwendig ist.

Eine baulich und regelungstechnisch einfache Ausführungsform eines geregelten Schrittantriebes gemäß der Erfindung ergibt sich bei Verwendung eines Hydromotors als Antriebsorgan. In diesem Falle sind in dessen Zu- bzw. Abflußleitung zur Regelung der Vortriebsgeschwindigkeit der Last ein Zweiwegestromregelventil sowie eine verstellbare Führungsdrossel vorgesehen, wobei der Solldruckabfall an der Führungsdrossel durch die Federvorspannkraft der Reglerfeder des Zweiwegestromregelventils vorgegeben ist; der Führungswertgeber verstellt die der Vortriebsgeschwindigkeit der Last proportionale Drosselfläche der Führungsdrossel entsprechend dem gewählten zeitabhängigen Geschwindigkeitsverlauf in Abhängigkeit der zugeordneten Position der Last.

Als Regelgröße wird in diesem Falle der der Vortriebsgeschwindigkeit des Schrittantriebes proportionale Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit durch die Führungsdrossel gewählt. Zur Auslegung eines Antriebes gemäß der Erfindung ist eine einfache hydromechanische Schaltung aus handelsüblichen Bauteilen möglich, wobei lediglich der Führungswertwandler entsprechend der Erfindung ausgebildet werden muß.

Der Führungswertwandler, der die Drosselfläche der Führungsdrossel verstellt, kann hierbei, wie oben beschrieben, aus einer Nockenscheibe und einem zugeordneten Abtaststift bestehen, der direkt auf die Führungsdrossel wirkt.

Bei einem hydraulisch betätigten Schrittantrieb gemäß der Erfindung können jedoch in einfacher Weise Führungswertgeber und Führungsdrossel zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden. Diese Baueinheit besteht aus einer das Zweiwegestromregelventil beaufschlagenden Drossel mit einem Drehschieber, der mit der mit einer während einer Schrittlänge des Antriebeseine Umdrehung ausführenden Achse eines Getriebes kraftschlüssig verbunden ist und eine Steuerkante aufweist.die mit dem zugeordneten Ein- bzw. Auslaß der Drossel bei jeder, der Position der Last direkt entsprechenden Drehstellung des Drehschiebers eine dem zugeordneten zeitabhängigen Gcschwindigkeitsverlauf der Last proportionale Drosselfläche bildet.

Die Erfindung ist an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines bekannten geregelten Schrittantriebes.

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild für einen Schrittantrieb gemäß der Erfindung,

ίο Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung eines hydraulisch betriebenen Schrittantriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 eine ausführliche Darstellung des in der Fig. 3 gezeigten Schrittantriebes,

Fig. 5 die Darstellung des Radius über der Winkelposition eines als Nockenscheibe ausgebildeten Führungswertwandlers,

Fig. 6 einen als Drossel mit Drehschieber ausgebildeten Führungswertgeber für einen hydraulisch beschriebenen Schrittantrieb gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 7 eine Abwicklung der Drosselfläche der Drehschieber-Steuerkante über der Winkelposition des Drehschiebers.

as Ein bekannter Schrittantrieb mit einem Regelsystem ist in der Fig. 1 vereinfacht dargestellt und umfaßt einen Führungswertgeber 1, einen Regler 2 sowie eine Regelstrecke 3, die aus einem Antrieb und einer anzutreibenden Last besteht. Der Führungswertgeber 1 gibt jeweils den Sollwert für die Vortriebsgeschwindigkeit a_s, die hier als Winkelgeschwindigkeit angenommen ist. und den Sollwert für den zurückgelegten Weg, hier den Winkelweg O₁, vor. Beide Sollwerte werden jeweils in Mischstufen 4 und S mit den Istwerten a_1M bzw. a_M verglichen. Die jeweiligen Differenzsignale werden in einer weiteren Mischstufe 6 kombiniert und dem Eingang des Reglers 2 zugeführt. In dem externen, d.h. von dem eigentlichen Regelkreis nicht beeinflußten Führungswerlgeber 1 ist demnach ein Programm für den Gcschwindigkeitsverlauf, den zurückzulegenden Weg und die Endposition der Last enthalten.

Ein Regelsystem für einen Schrittantrieb der in Fig. 2 dargestellten Art umfaßt hingegen lediglich einen internen rückgekoppelten Führungswertgeber 11 sowie wiederum einen Regler 12 und die Regelstrecke A «3.

Zur Regelung der Vortriebsgeschwindigkeit wire die Regelgröße - in diesem Falle wiederum eine Win kelgeschwindigkeit α - auf eine Mischstufe 14 an Eingang des Reglers 12 rückgeführt, deren andere Eingang mit dem Sollwert der Vortriebsgeschwindig keit, d.h. dem Sollwert der Winkelgeschwindigkeit ό beaufschlagt ist.

Bei der Bildung des Führungswertes für die zeitab hängige Winkelgeschwindigkeit ist berücksichtigt, dal der zeitliche Bewegungsverlauf, d.h. die Winkelbe schleunigung, die Winkelgeschwindigkeit und de Winkelweg in Abhängigkeit von der Zeit, bei gegete

nen Anfangsbedingungen mathematisch fest vei knüpft sind. Somit ist während des Bewegungsablau fes des Schrittantriebes jedem Zeitpunkt zwische Anfang und Ende eines Schrittes eine bestimmte Wir kelbeschleunigung, eine bestimmte Winkelgeschwir

digkeit und ein bestimmter Winkelweg zugeordne Durch diese Zuordnung ist es aber möglich, die Wir kelbeschleunigung und die Winkelgeschwindigkc nicht in Abhängigkeit der Zeit, sondern in Abhängt}

kcit des jeweiligen Winkelweges, d.h. der Position der Last vorzugeben. Die an sich zeitabhängige Regelgröße, die Winkelgeschwindigkeit «, wird demnach durch eine wegabhängige Größe bestimmt, und zwar derart, daß der gewählte zeitabhängige Geschwindigkeitsverlauf über die Schrittlänge des Antriebes erreicht wird. Zu dieser autonomen Bildung des Führungswertes a_s für die Winkelgeschwindigkeit wird die integrierte Regelgröße, d.h. die Winkelposition a_ls, der angetriebenen Last, dem Eingang des Führungswertgebers 11 zugeführt.

Als Ausführungsbeispiel ist an Hand der Fig. 3 bis 5 der Antrieb für eine mit acht Flugkörpern bestückte Trommel TeinesTrommelmagazins beschrieben. Die Aufgabe dieses Antriebes ist es, die Trommel T des Trommelmagazins nach Verschuß eines Flugkörpers 21 um einen Winkel von 45" weiterzudrehen, damit der nächste Flugkörper in eine in der Fig. 3 nicht gezeigte Abschußlage transportiert werden kann.

Bei einem derartigen Antrieb treten die eingangs genannten Probleme sehr deutlich zutage, da beim Verschießen der Flugkörper die Trommel sukzessive geleert wird, und sich damit eine erhebliche Änderung des Massenträgheitsmomentes des gesamten, aus Trommel und Flugkörpern bestehenden Trommelmagazins ergibt. Das hierbei als Hauptstörgröße wirkende veränderliche Trägheitsmoment der Magazintrommel beeinflußt jedoch die Dynamik des Bewegungsablauf s während der Arbeitsphase des Antriebes erheblich, da bei konstantem Antriebsmoment dieses umgekehrt proportional zu der Winkelbeschleunigung der Magazintrommel ist. Da außerdem bei einem derartigen Trommelmagazin die Forderung nach hoher Schußkadenz und somit hoher Arbeitsgeschwindigkeit besteht, außerdem der Antrieb bei weiteren Störgrößen, wie z. B. bei schrägstehender Trommel und Schwankungen des hydraulischen Versorgungsdrucks, weiterhin exakt arbeiten und unter all diesen Bedingungen exakt positioniert werden soll, muß also dessen Regelung unabhängig von der erheblichen Änderung einer Vielzahl von Parametern sein.

Bei der Auslegung eines geregelten Antriebes ist ein Beschleunigungsverlauf gewählt, der einen weichen, ruckfreien Verlauf hinsichtlich der dynamischen Belastung des Gesamtsystems gewährleistet, um Verschleiß und Verformungen der verwendeten Bauteile sowie das Arb-·'¹ .geräusch der gesamten Mechanik gering zu halten. Diese Forderungen können beispielsweise durch einen sinusförmigen Verlauf der Beschleunigung über der Zeil erfüllt werden. Dieser Beschleunigungsverlauf legt dann zwangläufig einen bestimmten zeitabhängigen Verlauf der Vortriebsgeschwindigkeit und des zurückgelegten Weges fest.

Der Antrieb der Trommel T erfolgt durch einen Hydromotor M, der von einer nichtgezeigten Druckmittelquelle mit einem Druckmittel versorgt wird. Der Durchfluß durch den Hydromotor ist mit Q bezeichnet. Der Hydromotor ist mit einem Getriebe G verbunden, das seinerseits mit der Trommel T im Eingriff steht. In der Abflußleitung des Hydromotors M befindet sich der Regler R, der den der Winkelgeschwindigkeit proportionalen Durchfluß Q durch den Hydromotor M regelt. Auf der Welle eines der Getrieberäder ist der hier als Nockenscheibe ausgebildete Führungswertwandler 22 angeordnet, der formschlüssig mit einem Abtaststift 23 in Verbindung steht. Über eine in der Fig. 3 gestrichelt dargestellte mechanische bzw. hydromechanischc Verbindung 24 wird der Eingang des Reglers R beaufschlagt. Die Nockenscheibe 22 ist dabei derart ausgebildet, daß der geregelte Durchfluß Q durch den Regler, der der Geschwindigkeit proportional ist. einen wie oben fesigesetzten Verlauf annimmt.

Der Gesamtaufbau des Reglers geht aus der Fig. 4 hervor. Der Hydromotor M wird über ein Ansteuerventil 31 mit Druckmittel versorgt, wobei die Drehrichtung durch ein Umsteuerventil 32 geändert werden kann. Ausgangsseitig ist der Hydromotor mit dem Eingang einer Führungsdrossel 33 mit einer Drosselfläche F₀ verbunden. Die Führungsdrossel besteht aus einer Kammer, in der ein Druckkolben 34 mit einem etwa dreieckförmigen Ausschnitt gegen die Kraft einer Feder 35 verschiebbar ist. Die Drosselfläche F₀ kann somit durch Verschiebung des Druckkolbens 34 vergrößert bzw. verkleinert werden. Diese Verschiebung geschieht durch die bereits in der Fig. 3 erwähnte mechanische oder hydromechanische Verbindung 24, die auf Seiten der Führungsdrossel 33 mit einem Druckstift 36 verbunden ist. der entsprechend auf den Druckkolben 34 wirkt.

Zwischen Ein- und Ausgang der Führungsdrossel 33 entsteht ein Druckabfall Δ p_D, der die Eingangsgröße für ein Zweiwegestromregelventil 40 darstellt. Der Druckabfall Ap₀ übt eine Kraft auf einen Reglerkolben 41 des Regelventils 40 aus. die durch eine vorgespannte Reglerfeder 42 kompensiert wird. Die Reglerfeder besitzt eine sehr flache Kennlinie, so daß bei einer Verschiebung des Reglerkolbens 41 innerhalb seines Verstellbereiches keine wesentliche Änderung der Federvorspannkraft auftritt. Der Ausgang 43 des Regelventils 40 ist an einer derartigen Stelle angeordnet, daß im statischen Gleichgewicht der Reglerkolben 41 gemeinsam mit dem Ausgang 43 eine bestimmte Drosselflächc F_n bildet.

Sinkt nun z.B. als Folge eines größer werdenden Lastdrucks am Hydromotor M der Druckabfall A p_o und damit auch die Durchflußmenge Q an der Führungsdrossel 33, so geht das statische Kräftegleichgewicht am Reglerkolben 41 verloren. Da nun die Vorspannkraft der Reglerfeder 42 die durch das Druckmittel auf den Reglerkolben 41 ausgeübte Kraft überwiegt, wird der Reglerkolben 41 in der Weise verschoben, daß die Drosselfläche F_R und damit auch die Durchflußmenge Q durch das Druckdifferenzregelventil 40 vergrößert wird. Dieser Vorgang hält an, bis sich an der Führungsdrossel 33 der ursprüngliche Druchfluß und Druckabfall und damit am Regelventil 40 sich wiederum das statische Gleichgewicht einstellt.

Steigt andererseits der Druckabfall Δ p_D und damit

die Durchflußmenge Q an der Führungsdrossel, se läuft der eben erklärte Regelvorgang mit umgekehrtei Tendenz ab.

Die Führungsdrossel 33 und das Regelventil 40 bilder» also eine Funktionseinheit, deren Arbeitsweise sicherstellt, daß der auf Grund der Vorspannkraft dei Reglerfeder 42 festgelegte Druckabfall A p_D an de Führungsdrossel 33 unabhängig von Belastungsände rungen konstant gehalten wird.

Bei konstanter Druckdifferenz Δ p_D an der Füh rungsdrossel 33 ist die Durchflußmenge Q und dami auch die Winkelgeschwindigkeit ä proportional de jeweils eingestellten Drosselfläche F₀. Somit kan durch Verändern der Drosselfläche F₀ jeder beliebig Durchfluß und damit auch eine beliebige Winkelgc schwindigkcit α der Trommel T innerhalb der Auslc gcgrcnzcn belastungsunabhängig eingestellt wcrdei

609651/2;

Der Öffnungsverlauf der Drosselfläche F_n wird durch die Nockenscheibe 22 über die Verbindung 24 und den Druckstift 36 in Abhängigkeit vom jeweiligen Winkel ο der Trommel Tinder Art angesteuert, daß der Verlauf der Durchflußmenge Q den gewünschten Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ά ergibt.

Um für alle Betriebszustände gleiche Bedingungen bei der Regelung der mit der Durchflußmenge Q proportionalen Winkelgeschwindigkeit ά zu erhalten, wird für die Drosselfläche F_n der Führungsdrossel 33 eine Blendenform gewählt, die bei einer Querschnittsänderung der Drosselfläche ihre Kontur beibehält. Hierdurch wird auch ein relativ temperaturunabhängiger Durchfluß Q erzielt. Am geeignetsten erweist sich dafür eine Blendenform in Form eines gleichseitigen Dreieckes. Aus diesem Grunde ist der Druckkolben 34 der Führungsdrossel 33 mit einer in ihrem Querschnitt einem gleichseitigen Dreieck entsprechenden Nut versehen, während die am Eingang der Führungsdrossel 33 gelegene Steuerkante die Basis der Drosselfläche F_n bildet. Da der Querschnitt der Drossclfläche F₀ proportional dler Winkelgeschwindigkeit ά ist. so ist der Abstand der Spitze des gleichseitigen Dreiecks der Nut in dem Kolben von der Steuerkante proportional der Wurzel der Winkelgeschwindigkeit. Da die Winkelgeschwindigkeit ihrerseits, wie oben erwähnt, mit dem Winkel der Trommel Tzusammenhängt, läßt sich aus dieser Beziehung die Zuordnung zwischen Winkelweg und Verstellweg des Druckkolbens 34 in der Führungsdrossel einerseits und der Winkelgeschwindigkeit gemäß dem gewünschten zeitabhängigen Geschwindigkeitsverlauf andererseits errechnen. Der Verstellweg des Druckkolbens 34 ist nun gleich dem des Druckstiftes 36 und dem des Abtaststiftes 23. Durch diesen Verstellweg ist eindeutig die Form der als Führungswertwandler dienenden Nockenscheibe 22 mathematisch festgelegt.

Ist der Querschnitt der Drosselfläche ein gleichseitiges Dreieck, so ergibt sich für einen sinusförmigen Verlauf der Beschleunigung der Trommel der in der Fig. 5 gezeigte Verlauf für den Radius der Nockenscheibe in Abhängigkeit von deren Drehstellung.

Wird das Ansteuerventil 31 geöffnet und gleichzeitig das Getriebe über eine Sperrklinke 50 freigegeben welche durch die Steuerschaltung 51 betätigt wird, so läuft der Hydromotor M an und bewegt über das Getriebe G die Trommel T. Der als Nockenscheibe 22 ausgebildete Führungswertwandler sowie die Sperrklinke 50 sind der.! entsprechenden Getrieberad so zugeordnet, daß während einer Umdrehung des Getrieberades die Trommel gerade einen Schrittwinkel von 45° zurücklegt, durch den der nächste Flugkörper 21 in die Position des vor dem Arbeitsspiel aus der Trommel T entnommenen Flugkörpers gelangt.

Durch eine derartige Zuordnung von Getrieberad Nockenscheibe 22 und Sperrklinke 50 wird demnach bei jedem Schaltschritt des Antnebes die Trommel Γ um den gleichen Winkel mit dem gleichen Geschwindigkeitsverlauf transportiert. Nach einem Arbeitsspiel rastet die Sperrklinke 50 durch die entsprechende Steuerung der Steuerschaltung 51 automatisch in dem Getrieberad ein, so daß dann ein neuer Schaltschritt durch Betätigen der Steuerschaltung 51 eingeleitet werden kann.

Die eben beschriebene Nockenscheibe und die Führungsdrossel sind gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel durch eine einzige hydraulische Steuer-

drossel 60 ersetzt worden; vgl. die Fig. 6. Wie zuvor erwähnt, wird wiederum die Trommel T über ein Getriebe G von dem Motor M angetrieben. Das Getriebe G hat hierbei eine konstante Übersetzung. Das Getriebe G ist mit einem Meßgetriebe MG verbunden, dessen Übersetzung variabel gewählt werden kann. Eine Achse 61 des Meßgetriebes, die während eines Schaltschrittes des Antriebes genau eine Umdrehung macht, ist mit einem Drehschieber 62 der Steuerdrossel 60 kraftschlüssig verbunden. Der Steuerschieber 62 besteht aus einer Grundplatte 63, auf der ein Zapfen 64 befestigt ist. Mit diesem Zapfen ist der obere Teil des Drehschiebers 62 verbunden. Der Drehschieber 62 weist eine Steuerkante 65 auf. die miteinem in seinem Querschnitt rechteckförmigen Einlaß 66 eine Drosselfläche F'_D bildet. Der Einlaß

66 ist seinerseits mit dem Hydromotor Λί verbunden. Das in die Steuerdrossel 60 einströmende Druckmittel gelangt über die Steuerfläche F'_D durch Bohrungen

67 in der Grundplatte 63 des Drehschiebers 62 zu einem Ausgang 68, von dem es zu dem hier nicht dargestellten Zweiwegestromregelventil 40 gemäß der Fig. 4 strömt.

Der Verlauf der Steuerkante 65 des Drehschiebers 62 ist wiederum derart ausgebildet, daß die Drosselfläche F'_D über den Verlauf eines Arbeitsschrittes des Antnebes diesem den gewünschten Geschwindigkeitsverlauf aufzwingt. Durch den Wegfall von mechanischen Übertragungsgliedern innerhalb des Führungswertgebers ist diese Lösung störunanfällig.

Der Verlauf der Drosselfläche F_n der Drehschieber-Steuerkante 65 über den Winkelweg des Drehschiebers 62 ist für einen sinusförmigen Beschleunigungsverlauf in der Fig. 7 dargestellt.

Durch die Änderung der Übersetzung des Meßgetriebes AfG ist es möglich, die Taktzahl des Antriebes bei gleicher Bewegungscharakteristik zu verändern. Damit die Trommel T bei jeder gewählten Schrittlänge angehalten werden kann, ist hierzu eine besondere Steuerschaltung notwendig. Hierzu weist der Drehschieber 62 eine Steuernut 70 auf. die in Drehrichtung des Drehschiebers kurz vor dessen gewünschtem Haltepunkt an dessen Umfang angeordnet ist. Die Steuerdrossel weist einen unter Druck ρ stehenden Eingang 71 auf, der über die Steuernut 70 mit einem Ausgang 72 verbunden werden kann.

Sobald diese Verbindung hergestellt ist. wird ein Kolben 73 eines Haltegliedes 74 mit Druck beaufschlagt und gegen die Kraft einer Feder bewegt. Das Halteglied weist ebenfalls einen unter dem Druck ρ stehenden Eingang 76 auf, der in der gezeigten Stellung des Kolbens 73 mit einem Ausgang 77 in Verbindung steht. Dieser Ausgang 77 führt zum Eingang 78 eines Stellgliedes 79, das aus einem Kolben 80, ar dem eine Haltestange 81 mit einer Indexrolle befestigi ist und einer Druckfeder 82 besteht. Die Stange 81 kann mit ihrer Indexrolle in Nuten 85 eingreifen, die am Umfang der Trommel Γ jeweils in einem Winkelaostand angeordnet sind, der der kleinsten Schrittlange des Antnebes entspricht.

Sobald der Kolben 73 des Haltegliedes 74 nach unten bewegt wird, drückt das aus dem Eingang 76 in aas Halteglied 74 strömende Druckmittel mit dem Druck ρ auf die Oberseite des Kolbens 73, so daß krL J⁶¹?"⁸,^{77 mit einer} a» einem Tank 83 führender Niederdruck-Rücklaufleitung 84 verbunden wird. S^ ^^rFolge' ^{daß die} Druckfeder 82 des Stellgliedes 79 die Stange mit ihrer Indexrolle auf die

Trommel drückt und sodann die Indexrolle in die nächstfolgende Nut 83 einrastet, so daß die Trommel angehalten wird.

Mit dieser Steuerschaltung ist gewährleistet, daß bei variabler Übersetzung des Meßgetriebes MG die Trommel Γ jeweils nach einem Schaltschritt, der über mehrere Nuten 85 laufen kann, exakt in ihrer Endposition angehalten wird.

Die Taktfrequenz der geschilderten Schrittantriebe kann ebenfalls unter Beibehaltung der Bewegungscharakteristik in weiten Grenzen stufenlos erhöht oder verringert werden, indem beispielsweise die Vorspannkraft der Reglerfeder des Reglcrkolbens 41 in Zweiwegestromregelventil 40 verändert wird.

Insgesamt ist mit dem- beschriebenen autonom geregelten Schrittantrieb ein Antrieb geschaffen, der bei einfacher Bauweise und einfacher Regeltechnik den Antrieb einer Last mit vorgegebenem Bewegungsverlauf und deren exakte Positionierung ermöglicht.

Obwohl im Vorhergehenden lediglich die Be-

Schreibung eines Schrittantriebes für Drehbewegungen mit einem Hydromotor als Antriebsorgan geschildert wurde, ist es selbstverständlich, daß durch entsprechende Modifikation des Führungswertgebers auch Linearbewegungen mit vorgegebener Schrittlänge und vorgegebenem Geschwindigkeitsprofil erzeugt werden können. Ebenso ist es natürlich prinzipiell möglich, einen Elektro- oder Pneumatikmotor als Antrieb zu wählen. Auch die Ausführungsform des

ίο Führungswertgebers bzw. Führungswertwandlers in Form einer Nockenscheibe bzw. einer gesteuerten Drossel ist nur beispielhaft und kann in anderen Anwendungen beispielsweise durch ein unterschiedlich gewickeltes Potentiometer, durch elektrische bzw. elektronische, kapazitive oder lichtelektrische Abgriffe in digitaler oder analoger Anwendung ersetzt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet derartiger autonom geregelter Schrittantriebe ist in Verbindung mit Werkzeugmaschinen, Transferstraßen, Verpackungsmaschinen u. ä. zu sehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   1 .Antrieb zum Bewegen einer Last in Schritten vorgegebener Länge und mit einem zeitabhängig gewählten, von einem Führungswertgeber vorgegebenem geregelten Bewegungsverlauf, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der jeweiligen momentanen Position (α) der Last (7") den zugeordneten zeitabhängigen Führungswert für den Bewegungsverlauf steuernde Führungswertgeber (22,33; 69) in einem Rückkopplungszweig für die Position (α) der Last (T) angeordnet ist.
2. 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße die Vortriebsgeschwindigkeit (ei) gewählt ist.
3. 3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße eine der Vortriebsgeschwindigkeit (ά) der Last (T) direkt proportionale Größe gewählt ist.
4. 4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Schrittlänge als Teil des Führungswertgebers (22, 33; 60) ein Abgriff (22, 23; 65) für die Position (α) der Last (T) mit nichtlinearer, und zwar dem Integral der Vortriebsgeschwindigkeit (a) direkt proportionaler Kennlinie vorgesehen ist.
5. 5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein die Last (T) treibendes Getriebe (G) aufweist, bei dem eine Achse während einer Schrittlänge des Antriebes genau eine Umdrehung ausführt, daß mit dieser Achse als Teil des Führungswertgebers (22,33; 60) ein Abgriff (22,33; 65) mit nichtlinearer Kennlinie verbunden ist, dessen Ausgangsgröße bei jeder Position dem jeweiligen zugeordneten zeitabhängigen Führungswert (O₁) des Bewegungsverlaufes proportional ist, und daß ferner mit der Achse eine Zwangssteuerung zur Arretierung dei Last jeweils nach einer Umdrehung der Achse verbunden ist.
6. 6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Getriebe (G) des Antriebes ein Meßgetriebe (MG) mit veränderlicher Übersetzung verbunden ist, bei dem eine Achse (61) während der Schrittlänge des Antriebes genau eine Umdrehung ausführt, und daß der Abgriff (22, 23; 60) direkt mit dieser Achse (61) verbunden ist.
7. 7. Antrieb nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff aus einer auf der während einer Schrittlänge des Antriebes eine Umdrehung ausführenden Achse des Getriebes (G bzw. MG) angeordneten Nockenscheibe (22) und einem auf deren Umfang formschlüssig gleitenden Abtaststift (23) besteht, und daß der Radius der Nockenscheibe (22) sich über deren Umfang derart ändert, daß die Auslenkungen des Abtaststiftes (23) direkt dem Führungswert (α,) für den Bewegungsverlauf proportional sind.
8. 8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Hydromotors (M) als Antriebsorgan in dessen Zu- bzw. Abflußleitung zur Regelung der Vortriebsgeschwindigkeit (ά) der Last (T) ein Zweiwegestromregelventil (40) sowie eine verstellbare Führungsdrossel (33; 60) vorgesehen sind, wobei der Solldruckabfall (Δ P₀) an der Führungsdrossel (33; 60) durch die Feder (42) des Zweiwegestromventils (40) vorgegeben ist, und daß der Führungswertgeber (22, 33; 60) die der Vortriebsgeschwindigkeit (ά) der Last (T) proportionale Drosselfläche (F_D; F'_D) der Führungsdrossel (33; 60) entsprechend dem gewählten zeitabhängigen Geschwindigkeitsverlauf (a_s) in Abhängigkeit der zugeordneten Position (u) der Last (T) verstellt.
9. 9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungswertgeber ein Abgriff gemäß Anspruch 7 ist, und daß der der Nockenscheibe (22) zugeordnete Abtaststift (23) die Drosselfläche (F„) der Führungsdrossel (33) verstellt.
10. 10. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Führungswertgeber und Führungsdrossel zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind und aus einer das Zweiwegestromregelventil (40) beaufschlagenden Steuerdrossel (60) mit einem D'ehschieber (62) bestehen, der mit einer während einer Schrittlänge des Antriebes eine Umdrehung ausführenden Achse (61) eines Getriebes (G bzw. MG) kraftschlüssig verbunden ist und eine Steuerkante (65) aufweist, die mit dem zugeordneten Ein- bzw. Auslaß (66 bzw. 68) der Steuerdrossel (60) bei jeder, der Position (α) der Last (T) direkt entsprechenden Drehstellung des Drehschiebers (62) eine dem zugeordneten zeitabhängigen Geschwindigkeitsverlauf (ά,) der Last (T) proportionale Drosselfläche (F₀) bildet.