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Ablangmaschine für draht- und schlauchförmiges Gut
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ablängmaschine für draht-und schlauchförmiges
Gut, bestehend aus einer, von einem Motor angetriebenen Transportrolle zum Vorschub
des zwischen ihr und einer Gegendruckrolle eingeführten Gutes, einer nachgeschalteten
Trennvorrichtung zum Abschneiden des ihr von der Transportrolle zugeführten Gutes,
einem die Vorschublänge des Gutes messenden Messwerk, einem, bestimmte Abschneidlängen
speichernden Speicherwerk und einem Signalgeber, der bei Koinzidenz der gespeicherten
Abschneidlänge mit der gemessenen Vorschublänge ein Koinzidenzsignal zur Auslösung
des Trennvorgangs abgibt.
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An derartige Ablängmaschinen werden in Bezug auf genaue Reproduzierbarkeit
und Masshaltung der Abschneidlängen des Gutes grosse Anforderungen gestellt. Die
Genauigkeit der Längen ist erforderlich, weil die Kabel- oder Drahtstücke z.B. in
Verdrahtungssysteme mit genau vorgeschriebener Struktur, als Lötbrücken zum Verbinden
zweier Punkte auf gedruckten Schaltungen oder für das Verdampfen oder für das Vergiessen
genau vorbestimmter Materialmengen ohne aufwendige Nachbearbeitung oder Verschnitt
einsetzbar sein müssen.
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Insbesondere sollen auch Schläuche, welche heute immer häufiger als
Hitze- und Isolationsschutz in elektronischen Geräten verwendet werden, einwandfrei
getrennt werden können.
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Die meisten bekannten Ablängmaschinen besitzen neben einem Transportrollenpaar
ein Messrollenpaar für den Antrieb des Messwerkes, bzw die Erfassung der Vorschublänge.
Das Messrollenpaar ist in einer
gewissen Distanz vom Transportrollenpaar
angeordnet und wird über das Gutmaterial von dem Transportrollenpaar angetrieben.
Im Gutmaterial treten daher Zugkräfte auf, welche zur Ueberwindung der Trägheit
des Messwerkes dienen. Das mehr oder weniger elastische Kabelmaterial wird unter
dem Einfluss dieser Zugkräfte gedehnt, so dass die Masshaltung nicht mehr gewährleistet
ist. Insbesondere für das Trennen von Materialien mit grosser Elastizität, wie z.B.
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Silikonschläuchen sind derartige Ablängmaschinen unbrauchbar.
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Es ist andererseits eine Ablängmaschine bekannt, die mit einem Rollenpaar
auskommt. Das Rollenpaar wird von einem Motor über ein Servogetriebe angetrieben.
Auf der Motorseite des Getriebes, wo eine konstante Drehzahl herrscht, sind rotierende
Messer angeordnet, welche in festen Zeitabständen an einem gelochten Teil vorbeischleifen,
durch das das Kabel vorgeschoben wird. Ferner wird, ebenfalls auf der Motorseite,
ein umschaltbares mechanisches Zählwerk angetrieben, welches über Mikroschalter
gewisse Schaltfunktionen auslöst. Bei grösseren Längen wird beispielsweise die Trennung
des Kabels derart vorgenommen, dass, durch einen vorgewählten Zählbereich bestimmt,
die motorseitigen Wellen eine gewisse Anzahl Umdrehungen ausführen, bis das, durch
einen Elektromagneten an das Messerrad herangestossene gelochte Teil mit dem durchgestossenen
Kabel vom nächstfolgenden Messer überstrichen und damit abgeschnitten wird. Ueber
das stufenlose Servogetriebe muss jeder Messbereich durch verdrehen einer Einstellschraube
justiert werden, was nur durch Versuche zum Ziel führt.
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Bei grõsseren Längen treten daher häufig Ausschusstücke auf, deren
Längen mit dem Masstab abgemessen werden müssen, bis die Einstellung stimmt. Ein
grosser Material- und Zeitverschleiss ist die Folge.
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Ausserdem wird das Kabel auch während dem Schneidevorgang mit konstanter
Geschwindigkeit transportiert. Die während der Schneidezeit vorgeschobene Länge
wird bei der beschriebenen Anordnung durch einen langen Zuführschlauch zwischen
Transportrolle und Messer aufgestaut und bei den normalen steifen Kabeln elastisch
ausgeglichen. Ferner ist durch die Magnetbewegung des gelochten Teils von und zum
Messer eine horizontale Winkeldrehung des Kabels bezüglich Rollenpaar auszuführen.
Beim Vorschieben von flexiblen Schläuchen treten also auch hier Schwierigkeiten
auf. Das flexible Material im langen Zuführschlauch zum Messer wird aufgestossen,
wodurch ein weiterer Transport verunmöglicht wird.
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Den meisten Apparaten ist gemeinsam, dass sie kontinuierlich drehende
Transportrollen aufweisen. Bei den Ablängmaschinen mit getrennten Mess- und Transportroilenpaaren
wird während der Schneidephase ein Kabelstillstand dadurch erreicht, dass die kontinuierlich
drehenden Transportrollen auseinandergehen, betätigt durch einen Pneumatikzylinder,
sobald die Messrollen die vorbestimmte Länge festgestellt haben. Durch diesen Mechanismus
treten bei solchen Geräten zusatzliche systembedingte Toleranzen auf, insbesondere
beim Verarbeiten der flexiblen Schläuche. Die bekannten Ablängmaschinen eignen sich
nur für die Verarbeitung von Kabeln, die genügend Steifigkeit besitzen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ablängmaschine
zu schaffen, die Drähte, Kabel, Kabelsysteme und vor allem auch Schläuche, insbesondere
flexible Silikonschläuche geringsten Durchmessers unter Gewährleistung guter Reproduzierbarkeit
und Masshaltung mit geringstem Aufwand an Material und Zeit auf vorbestimmte Längen
trennt.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Ablängmaschine gelöst,
die das zur Auslösung des Trennvorgangs abgegebene Koinzidenz signal einem Motor-Steuergerät
zur Reduktion der Motordrehzahl auf einem praktisch einem Stillstand gleichkommenden
Wert zuführt und im Steuergerät einen einstellbaren Zeitkreis für die Wiedereinschaltung
des Motors auf die ursprüngliche Drehzahl nach einer bestimmten Zeit aufweist, wobei
zur Fortschaltung des, die Vorschublänge des Gutes messenden Messwerkes diesem eine,
zur Drehzahl der Transportrolle proportionale Impulsfrequenz zugeleitet ist.
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Durch diese Ausbildung wird ein Aufstossen des Gutes während dem Trennvorgang
verhindert, da der Vorschub während dem Trennen praktisch unterbrochen wird.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform gelangt als Motor ein elektronischer
Impuls-Schrittmotor zur Anwendung.
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Ein Ausfürungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig.1. Ein Prinzip einer Ablängmaschine
Fig.2. Eine Ruckführungsschaltung der Ahlängmaschinensteuerung Fig.3. Eine graphische
Darstellung der Spannungszustände im Regelsystem der Ablängmaschinensteuerung und
Fig.4. Eine Eingangsschaltung der Ablängnaschinensteuerung Im Ausfürungsbeispiel
einer Ablängmaschine nach Fig.l. ist mit 1 ein Steuergerät bezeichnet, welches aus
an sich bekannten logischen Schaltelementen 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7 und
1.8 besteht.
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Mit 2 und 3 sind zwei digitale Zähler bezeichnet, die je ein, von
Hand einstellbares, aus Codierschaltern aufgebautes Vorwahlzählwerk 2.1 bzw 3.1
und je ein, durch Impulse des Steuergerätes 1 weitergeschaltetes elektronisches
Zählwerk 2.2 bzw 3.2 enthalten.
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Beide Zähler 2 bzw 3 enthalten ausserdem eine Koinzidenzschaltung
2.3 bzw 3.3, die bei Uebereinstimmung der Zählstellungen der beiden Zählwerke 2.1
und 2.2 bzw 3.1 und 3.2 einen Impuls LP bzw. SP abgibt.
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Dem Steuergerät 1 ist über vier Leitungen L1, L2, L3 und L4 ein Verstärkerteil
4 nachgeschaltet, der vier einzelne Verstärker 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 aufweist, deren
Ausgänge über die Verbindungen PL1, PL2, PL3 und PL4 an einen Reluktanz-Schrittmotor
5 angeschlossen sind. Mit 5.1, 5.2, 5.3 und 5.4 sind vier Wicklungen des Schrittmotors
5 bezeichnet, die von den Verstärkern 4.1 bis 4.4 in einer bekannten 2-Strang-Ansteuerung
geschaltet werden. Die andern Enden der Wicklungen sind gemeinsam an einer Gleichspannungsquelle
(+) angeschlossen. Der Schrittmotor 5 ist mechanisch mit einer ränderierten
Transportrolle
6 gekuppelt. Zwischen der Transportrolle 6 und einer Gegendruckrolle 7 ist das zu
trennende draht- oder schlauchförmige Gut, z.B. ein Kabel 8 eingeführt. Der Anpressdruck
der Rollen 6 und 7 ist durch bekannte, in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel
einstellbar. Das Kabel 8 wird von der Transportrolle 6 in Pfeilrichtung in einen
Schneideblock 9 einer, aus Schneideblock 9 und einem Betätigungsgerät 10 bestehenden
Trennvorrichtung geschoben, der aus einem Messerblatt 9.1 und einem, mit einer Bohrung
9.2 versehenen und gegen die Seite des Messerblattes 9.1 geschliffenen Messerhalter
9.3 besteht. Das Messerblatt 9.1 wird von dem, aus einer elektrisch betätigten und
mit Druckluft (p) gespeisten Kolben-Zylindereinheit zusammznaasetzten Betätigungsgerät
10 bewegt. Die abgeschnittenen Kabelstücke sind mit 8.1 bezeichnet. Vor dem Einlauf
zwischen die Rollen 6 und 7 wird das Kabel 8 von zwei Rollen 11.1 eines Endabschalters
11 abgetastet, der einen Impuls an das Steuergerät 1 abgibt, wenn das Kabelende
zwischen den Rollen erscheint.
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Im Steuergerät 1 sind als Schrittmotorsteuerung zwei bistabile Multivibratoren
1.1 bzw 1.2 vorgesehen, welche in bekannter Anordnung aus einer Impulsfrequenz IF
eines, als spannungskontrollierten astabilen Multivibrator geschalteten Generators
1.3 die, für die 2-Strang-Ansteuerung des Schrittmotors 5 erforderlichen Impulsreihen
erzeugen. Die, auf den Verstärkerteil 4 geführten Ausgänge L1 bis L4 sind ausserdem
an einer Rückfuhrungsschaltung 1.4
angeschlossen, wo in einer, in
Fig.2 naher beschriebenen Weise Zählimpulse erzeugt werden, die über eine Leitung
L5 dem elektronischen Zählwerk 2.2 zugeführt werden. Mit 1.5 ist ein Frequenzregulator
des Generators 1.3 bezeichnet, der auf dem Prinzip der Spannungsregulierung arbeitet,
und von einer Eingangsschaltung 1.6 gesteuert wird, die in Fig.4 näher beschrieben
wird. Jedesmal, wenn der Frequenzregulator 1.5 gestartet wird, gibt dieser eine,
von einem Minimalwert exponentiell gegen einen Maximalwert steigende Spannung an
den Generator 1.3 ab, der dadurch die, von einem Minimalwert exponentiell gegen
einen Maximalwert hochlaufende Impulsfrequenz IF erzeugt. Im Zusammenhang mit der
Schrittmotorsteuerung bezeichnet man diesen Vorgang als Hochlauf, der zur Ueberwindung
der Trägheitskräfte im Antriebssystem des Schrittmotors 5 dient-.- -Durch die Koinzidenzschaltung
2.3 werden über die Eingangsschaltung 1.6 der Generator 1.3 und der Frequenzregulator
1.5 gestoppt (Fig.4). Gleichzeitig wird je ein Impuls bestimmter Dauer, ZP bzw ZI
an das elektronische Zählwerk 3.2 bzw an einen Impulsverstärker 1.7 abgegeben, der
das Betätigungsgerät 10 treibt. Ausserdem wird das elektronische Zählwerk 2.2 auf
null gestellt. Trifft ein Koinzidenzimpuls aus der Koinzidenzschaltung 3.3 des andern
Zählers 3 in der Eingangsschaltung 1.6 ein, oder erscheint der Impuls aus dem Endschalter
11, stoppt die Eingangsschaltung 1.6 ebenfalls die Impulsfrequenz IF, und damit
den Schrittmotor 5, bis eine manuelle Rückstellung letzgenannter Koinzidenz erfolgt.
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Mit 1.8 ist ein Schalter bezeichnet, welcher das Steuergerät 1 über
die Eingangsschaltung 1.6 startet.
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Die oben beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt: Zuerst wird das
Kabel 8 durch die Rollen 11.1 bzw 6 und 7 in die Bohrung 9.2 des Messerhalters 9.3
eingeschoben, bis der Kabelanfang auf die Höhe des Messerblattes 9.1 reicht. Nun
wird am Vorwahlzählwerk 2.1 die gewünschte Länge der abzuschneidenden Kabelstücke
8.1, am Vorwahlzählwerk 3.1 die gewünschte Stückzahl derselben eingestellt. An dem
Schalter 1.8 wird der automatische Betrieb ausgelöst. Dadurch starten Frequenzregulator
1.5 und Generator 1.3, und der Schrittmotor läuft hoch, direkt proportional der
Impulsfrequenz IF. Der Schrittmotor 5 dreht derart, dass das Kabel 8 in Pfeilrichtung
vorgeschoben wird. Die aus der Rückführungsschaltung 1.4 erzeugten Impulse werden
im digitalen Zähler 2 aufgezählt, bis seine Koinzidenzschaltung 2.3 die Impulsfrequenz
IF bzw den Schrittmotor 5 stoppt und einen für den Trennvorgang notwendigen Schneideimpuls
SI auslöst, wobei das erste Kabelstück 8.1 geschnitten wird. Der digitale Zähler
3 zählt dieses Kabelstück im Zählwerk 3.2. Nach der bestimmten Impulsdauer ZP, der
von einem, in Fig.4 beschriebenen Zeitkreis 1.6.1 festgelegt ist, wiederholt sich
der eben beschriebene Startvorgang erneut, so viele Male, bis der digitale Zähler
3 einen Koinzidenzimpuls erzeugt, der die Maschine zum Stillstand bringt, was bedeutet,
dass die gewünschte Stückzahl geschnittener Kabelstücke 8.1, die im Vorwahlzähler
3.1 eingestellt war, erreicht ist. Trifft vor Erreichen der vorgewählten Stückzahl
ein Kabelende beim Endabschalter 11 ein, stoppt die Maschine ebenfalls, damit ein
neues Kabel eingeführt werden kann.
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Dabei bleibt die schon aufgezählte Stückzahl im elektronischen Zählwerk
3.2 gespeichert, und die Kabelstücke 8.1 aus dem neu eingeführten Kabel werden bei
erneutem Start automatisch zugezählt.
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Die Länge der Kabelstücke 8.1 wird derart erhalten, dass pro Periode
der Impulsfrequenz IF ein Impuls im digitalen Zähler 2 gezählt, bzw ein Schritt
am Schrittmotor 5 ausgeführt wird.
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Der Schrittmotor 5 hat bekanntlich eine feste Schrittzahl pro Umdrehung
seiner Achse bzw der Transportrolle 6, welche durch geeignete Wahl des Durchmessers
derselben in eine gleiche Anzahl Millimeter vorgeschobenen Kabels 8 umgesetzt wird.
Dadurch ist die Möglichkeit direkter Längenvorwahl am Vorwahlzählwerk 2.1 in Millimetern
gegeben. Es entsprechen sich Anzahl Perioden von IF und Anzahl Millimeter vorgeschobenen
Kabels 8 pro Zeiteinheit.
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In der Fig.2 ist die Rückführungsschaltung 1.4 der Fig.l näher dargestellt.
Mit L1, L2, L3 und L4 sind die Phasenleitungen der 2-Strang-Ansteuerung des Schrittmotors
5 bezeichnet, welche über je einen Kondensator 1.4.1, 1.4.2, 1.4.3 und 1.4.4 an
vier Eingängen eines NAND-Tores 1.4.5 angeschlossen sind. Die Tor-seitigen Anschlüsse
der Kondensatoren 1.4.1 bis 1.4.4 sind je über einen Widerstand 1.4.6, 1.4.7, 1.4.8
und 1.4.9 an die positive Gleichspannungsquelle (+) verbunden. Die aus Kondensator
und Widerstand bestehenden vier RC-Kombinationen bilden je ein Differenzierglied
nach der negativen Flanke der in Fig.3 dargestellten Impulsreihen der Phasenleitungen
L1 bis L4. Aus der Fig.3 ist zu ersehen, dass pro Periode einer dieser Impulsreihen,
z.B. Ll, genau vier Nadelimpulse
NI' am Ausgang des NAND-Tores
1.4.5 erscheinen.
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Diese Nadelimpulse NI' werden in einem an sich bekannten monostabilen
Multivibrator 1.4.10 geformt, und über eine Leitung L5 als Zäblimpulse NI an den
hier nicht mehr gezeichneten digitalen Zähler 2 weitergegeben. Die Zählimpulse NI
sind ebenfalls in der Fig.3 dargestellt, ebenso ist dort die Impulsfrequenz IF (siehe
Fig.l) dargestellt. In der Fig.3 stellt die Abszisse die Zeitachse dar, zeitgleiche
Ereignisse der verschiedenen Impulsreihen stehen untereinander. Die Ordinate enthält
für jede Impulsreihe L1 bis L5 bzw IF die logischen Pegel 0 und 1.
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Die Rückführungsschaltung 1.4 arbeitet wie folgt: Die Impulsreihen,
auf den Leitungen L1 bis L4, die zeitlich um je eine Viertelsperiode gegeneinander
verschoben sind, in der Reihenfolge L1 - L3 - L2 - L4, erzeugen über die Schaltung
1.4 für jede Periode der Impulsfrequenz IF einen Impuls NI. Aus den Eigenschaften
der 2-Strang-Ansteuerung ist bekannt, dass die Impulsfrequenzen L1 bis L4 je ein
Viertel der Impulsfrequenzen NI bzw IF betragen.
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Tritt bei der Triggerung der bistabilen Multivibratoren 1.1 und 1.2
oder sonstwo im Impulserzeugersystem der Impulsfrequenz IF eine Störung auf, so
wird die Impulsfrequenz IF momentan eine ungleiche Zahl von Perioden durchlaufen,
als die, aus den Impulsreihen der 2-Strang-Ansteuerung tatsächlich generierte Impulsfrequenz
NI. Da der Schrittmotor 5 mit den Impulsreihen der Phasenleitungen L1 bis L4 streng
gekoppelt ist, wird dadurch die Störung nicht in die Zählung des durch die Impulsfrequenz
NI betätigten Zählwerkes 2.2 eingehen.
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In Fig.4 ist die Eingangsschaltung 1.6 des Steuergerätes 1 der Ablängmaschine
näher dargestellt. Mit 1.6.1 ist ein, als monostabiler Multivibrator bekannter Bauart
geschalteter Zeitkreis vorgesehen, der durch einen Koizidenzimpuls aus der Koinzidenzschaltung
2.3 angestossen wird, und dadurch einen zwischen zwei Transportphasen für das Kabel
8 liegenden Pausenimpuls der Impulsdauer ZP auslöst. Dieser Impuls setzt das elektronische
Zählwerk 2.2 auf null, wird im elektronischen Zählwerk 3.2 gezählt und gelangt ausserdem
an ein NAND-Tor 1.6.2, sowie an einen zweiten monostabilen Multivibrator 1.6.3,
welcher einen Impuls ZI von ungefähr der halben Zeitdauer des Impulses ZP an den
Impulsverstärker 1.7 abgibt, der einen Impuls SI gleicher Zeitdauer erzeugt. Am
NAND-Tor 1.6.2 sind zwei, im Betriebsfall der Maschine (d.h. wenn der automatische
Betrieb regelmässig abläuft) auf logisch 1 stehende Spannungen angelegt. Die erste
stammt aus dem digitalen Zähler 3 und wechselt den logischen Zustand bei Koinzidenz
der Koinzidenzschaltung 3.3. Die zweite führt gemeinsam über einen, im Endabschalter
11 befindlichen Schalter 11.2, welcher vorzugsweise aus einem magnetisch betätigten
Schutzrohrankerkontakt besteht, sowie über den Schalter 1.8 für den automatischen
Betrieb auf die Masse (0V) der Gleichspannungsquelle (+) und damit auf den logischen
Zustand 0. Ist einer der beiden Schalter 11.2 bzw 1.8 durchgeschaltet, so kann der
Ausgang des NAND-Tores 1.6.2 nur den Zustand 1 annehmen. Dieser Ausgang ist über
einen Inverter 1.6.4
am Steuereinyang des Generators 1.3 bzw an
dessen Frequenzregulator 1.5 angeschlossen.
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Die Eingangsschaltung 1.6 arbeitet wie folgt: Beim Start der Maschine
ist am NAND-Tor 1.6.2 kein Koinzidenzimpuls (Zustand logisch 0) vorhanden, ausser
dem des geschlossenen Schalters 1.8. Dieser wird durch die Wahl des automatischen
Betriebes geöffnet, und dadurch schaltet das NAND-Tor 1.6.2 am Ausgang um auf logisch
0.
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Dadurch gelangt ein Befehlssignal BS an den Generator 1.3 bzw seinen
Frequenzregulator 1.5 und erzeugt somit die Impulsfrequenz IF. Sobald der Schalter
1.8 zum Stoppen der Maschine oder der Schutzrohrankerkontakt im Schalter 11.2 geschlossen
wird, stoppt die Impulsfrequenz IF durch Ausbleiben des Befehlssignals BS.
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Dieselbe Wirkung hat das Eintreffen eines Koinzidenzimpulses aus dem
digitalen Zähler 3. Bleiben die eben beschriebenen Koinzidenzen aus 11.2, 1.8 und
3.3 aus, so wird der logische Zustand des Befehlssignals BS und damit die Impulsfrequenz
IF durch Impulse ZP aus dem Zeitkreis 1.6.1 allein bestimmt. Beim Eintreffen eines
Koinzidenzimpulses ZP am NAND-Tor 1.6.2 schaltet BS die Impulsfrequenz IF ab, und
löst über den Impulsverstärker 1.7 einen Trennvorgang am Schneideblock 9 der Trennvorrichtung
(durch SI dargestellt) aus.
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Nachdem der Schnitt beendet ist, kippt der Zeitkreis 1.6.1 wieder
in seinen Ruhezustand logisch 1 zurück und löst über BS die Impulsfrequenz IF wieder
aus, bis erneut ein Koinzidenzimpuls an 1.6.2 eine Transportpause einleitet.
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Anstelle von Kabel ist auch das Ablängen von Flachbandkabel und Schläuchen
möglich, vorzugsweise eignet sich die eben beschriebene Ablängmaschine zum präzisen
Trennen von hochflexiblen Silikonschläuchen bis zu dünnsten Durchmessern Es ist
ebenfalls eine Ausführungsform für unvulkanisierte Silikonschläuche vorgesehen,
wobei keine Quetschungen bei Transport und Schnitt zulässig sind. Nun kann an der
beschriebenen Ausführung der Ablängmaschine durch einfaches Auswechseln von dem
Schneideblock der Trennvorrichtung bzw der Transport-und Gegenrollen zwischen den
Anwendungsbeispielen der draht- und schlauchförmigen Güter gewählt werden.
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Anstelle der 2-Strang-Ansteuerung des Schrittmotors sind andere Ansteuerschaltungen
denkbar, insbesondere ist die Verwendung des verlustarmen Schaltbetriebs (Choppersteuerung)
zur Stromregulierung realisiert worden. Ebenso eignet sich das Prinzip der vorgeschlagenen
Maschine zum automatischen Abisolieren isolierter Kabel, durch hinzufügen entsprechender
Abisoliereinheiten.
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Schlussendlich soll erwähnt werden, dass durch die Verwendung von
gedruckten Schaltungskarten mit Steckerleisten der entscheidende Vorteil guter Servicefreundlichkeit
durch einfache Austauschbarkeit der Schaltungsgruppen gewahrt wird. Dies ist vor
allem durch die streng elektronisch betätigte Impuls-Schrittmotor-Transporteinheit
möglich geworden.