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Mehrspindel-Drehautomat
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Die Erfindung betrifft einen Mehrspindel-Drehautomat mit einer mittels
eines Spindeltrommelantriebs bezüglich eines feststehenden Maschinenrahmens schrittweise
in eine der Anzahl der Arbeitsspindeln entsprechende Anzahl von Schaltstellungen
fortschaltbaren Spindeltrommel, in der die Arbeitsspindeln drehbar gelagert sind,
mit jeweils einem individuell steuerbaren Elektromotor pro Arbeitsspindel, mit:Speiseeinrichtungen
für die Elektromotoren und mit Steuereinrichtungen zur Steuerung der Drehzahl der
Elektromotoren.
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Ein derartiger Mehrspindel-Drehautomat ist in der DE-PS 12 65 539
beschrieben. Bei dem bekannten Drehautomaten ist jeder der jeweils einer Arbeitsspindel
bzw. Werkstückspindel zugeordneten Elektromotoren an der Innenseite einer Befestigungstrommel
befestigt, die eestandteil der Spindeltrommel ist. Weiterhin sind die Spindeln und
die Motorwellen jeweils mit Keilriemenscheiben versehen, über die ein den Motor
mit der zugeordneten spindel verbindender Keilriemen läuft.
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Nachteilig an dem bekannten Mehrspindel-Drehautomaten ist der große
Platzbedarf für die Befestigungstrommel und die Elektromotoren, die bezüglich der
Drehachse
der Spindeltrommel radial außerhalb der Arbeitsspindel
angeordnet sind. Außerdem ist der Antrieb über Treibriemen relativ laut und bringt
im Hinblick auf die Tatsache, daß Treibriemen ausgesprochene Verschleißteile sind,
einen hohen Wartungs- und Reparaturaufwand mit sich.
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Aus der DEZ ZwF 76 (1981) 1 S. 24 bis 27 ist ebenfalls ein Mehrspindel-Drehautomat
der eingangs angegebenen Gattung bekannt, bei dem die einzelnen Arbeitsspindeln
jeweils einen Winkel mit der Drehachse einer nach Art eines Spindelkopfes ausgebildeten
Spindeltrommel einschließen, wobei jeder Arbeitsspindel ein am Maschinenrahmen befestigter
individuell steuerbarer Elektromotor zugeordnet sein kann, welcher, wie dies in
der DE-OS 23 38 207 detailliert beschrieben ist, über eine axial verschiebbare Kupplung
mit der betreffenden Arbeitsspindel gekuppelt und von dieser gelöst werden kann.
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Nachteilig an dieser Lösung ist es, daß während der Fortschaltung
des Spindelkopfes bzw. der Trommel keine Steuerung der Drehzahl der Spindeln möglich
ist und daß in den Kupplungen erhebliche Reibungswärmeverluste auftreten, durch
die der Drehautomat unnötig aufgeheizt wird, wie dies auch bei Mehrspindel-Drehautomaten
der Fall ist, bei denen für alle Arbeitsspindeln ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen
ist, der über den Spindeln individuell zugeordnete Kupplungen dem Antreiben der
Spindeln dient (siehe z.B. DE-OS 24 43 087).
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Weiterhin ergeben sich bei den bekannten Mehrspindel-Drehautomaten
mit Küpplungseinrichtungen zwischen den
Arbeitsspindeln und den
Antriebseinrichtungen beim Fortschalten der Spindeltrommel wegen der damit verbundenen
Drehzahländerungen der Arbeitsspindel ungünstige Beschleunigungsmomente, welche
die Lebensdauer der Maschine verkürzen und letztlich die Arbeitsgeschwindigkeit
des Drehautomaten einschränken.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Mehrspindel-Drehautomaten der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern,
daß bei störungsfreiem Betrieb eine hohe Lebensdauer bei hoher Arbeitsleistung und
hoher Präzision erreichbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei dem Mehrspindel-Drehautomaten der eingangs
angegebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede der Arbeitsspindeln
unmittelbar die Welle des zugehörigen Elektromotors umfasst, daß die Speisung für
sämtliche Elektromotoren über Schleifringanordnungen an einem Teilstück der Welle
der Spindeltrommel und über Bürstenanordnungen erfolgt, die angrenzend an die Schleifringanordnungen
am Maschinenrahmen befestigt sind und daß die Steuereinrichtungen Bestandteil von
Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen sind, welche pro Arbeitsspindel jeweils einen
Drehwinkelgeber zur Absolutwert-Winkelcodierung aufweisen, welcher ein synchron
mit der zugeordneten Arbeitsspindel umlaufendes Geberelement und eine relativ dazu
feststehende Sensoranordnung umfasst.
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Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Drehautomaten besteht
darin, daß aufgrund der Tatsache, daß die Arbeitsspindeln unmittelbar die Welle
des zugehörigen
Elektromotors umfassen bzw. durch die Motorwelle
gebildet sind, ein sehr kompakter Aufbau der SPindeltrommelanordnung erreichbar
ist, so daß der Platzbedarf für den Drehautomaten insgesamt gegenüber der eingangs
erläuterten bekannten Konstruktion reduziert wird. Gleichzeitig wird auch die Masse
der Spindeltrommelanordnung reduziert, so daß diese mit höherer Geschwindigkeit
fortgeschaltet werden kann. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Speisung der
Elektromotoren über Bürstenanordnungen und Schleifringe auch während der Trommel
schaltungen eine problemlose Energiezufuhr zu den Elektromotoren erreicht, so daß
die Drehzahl der Elektromotoren während der Schaltvorgänge gesteuert, also erhöht
oder verringert werden kann. Dies bringt zunächst einmal den Vorteil mit sich, daß
die für das Fortschalten der Trommel benötigte Zeit genutzt werden kann, um die
erforderlichen Änderungen der Drehzahl der einzelnen Arbeitsspindeln zu bewirken,
so daß diese die neue Schaltstellung der Trommel bereits mit der in der neuen Schaltstellung
gewünschten Drehzahl erreichen können, wodurch letztlich mit den Spindeln nach einer
kurzfristig durchführbaren Nachregelung der Drehzahl und der Lage mit Hilfe der
dann wieder wirksamen Drehwinkelgeber sofort weitergearbeitet werden kann. Außerdem
kann bei einem erforderlichen Abbremsen eines Elektromotors während der Schaltvorgänge
aufgrund der ständig bestehenden elektrischen Verbindungen auch Energie von dem
in diesem Fall als Generator arbeitenden Motor zurückgespeist werden, wodurch die
im Drehautomaten auftretende Verlustwärme weiter reduziert wird, was aus vielerlei
Gründen erwünscht und vorteilhaft ist.
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Zusätzlich ist für jeden der Elektromotoren durch die Zuordnung einer
Absolutwert-Winkelcodierung eine exakte Drehzahl- und Lageregelung möglich. Auch
hierdurch unterscheidet sich der erfindungsgemäße Drehautomat in vorteilhafter Weise
von dem bekannten Mehrspindel-Drehautomaten, bei dem wegen der begrenzten Möglichkeiten
der Drehzahlsteuerung für die einzelnen Elektromotoren der Riementrieb die Auswahl
eines von mehreren Ubersetzungsverhältnissen gestattet Bei der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung der Speiseeinrichtungen für die Elektromotoren, bei der die Schleifringanordnungen
vorzugsweise am hinteren Ende der Welle der Spindeltrommel vorgesehen sind, d.h.
hinter den vom Arbeitsbereich abgewandten Ende der Arbeitsspindeln, sind die SchleiEring-
und die Bürstananordnungen als Baueinheit bequem zugänglich, um Wartungs- und Reparaturarbeiten
durchzuführen.
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Als besonders günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die Sensoranordnungen
der einzelnen Drehwinkelgeber nicht an dem Maschinenrahmen, sondern an der Spindeltroumel
befestigt und mit zugehörigen Auswerteeinrichtungen mittels an der Welle der Spindeltrommel
angeordneter Ubertragungseinrichtungen gekoppelt sind, welche eine mit der Spindeltrommel
umlauf ende Sendeeinheit und eine am Maschinenrahmen befestigte Empfangseinheit
umfassen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sendeeinheit am einen Ende
der Welle der Spindeltrommel angeordnet ist und einen auf der Achse der Spindeltrommel
liegenden Signalausgang aufweist und wenn die Empfangseinheit als berührungslos
arbeitende Empfangseinheit ausgebildet ist. Bei dieser Konstruktion nimmt nämlich
der Signalausgang der Sendeeinheit
trotz der Tatsache, daß diese
ebenso wie die Sensoranordnungen mit der Spindeltrommel umläuft bzw. fortgeschaltet
wird, eine quasi-stationäre Lage ein, deren Ausgangssignale von einer stationär
am Maschinenrahmen befestigten Empfangseinheit berührungslos empfangen werden können,
wobei die Ausgangssignale vorzugsweise Lichtsignale sind, die von einer optischen
Empfangseinheit empfangen werden können. Die Lichtsignale können dabei im sichtbaren
Bereich oder auch im nicht sichtbaren Bereich, beispielsweise im Infrarot-Bereich
liegen. Weiterhin kann die Sendeeinheit auch so ausgebildet werden, daß sie akustische
Signale, insbesondere Ultraschall-Signale, erzeugt, die von einer entsprechenden
Empfangseinheit empfangen werden können.
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Gegebenenfalls können von der Sendeeinheit auch Signale in Form von
sich ändernden Magnetfeldern erzeugt werden, deren Änderungen von der entsprechend
ausgebildeten Empfangseinheit erfasst werden.
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Obwohl prinizipiell die Möglichkeit besteht, die von den einzelnen
Sensoranorinungen gelieferten Signale in der Sendeeinheit unterschiedlich aufzubereiten,
so daß sie von der Empfangseinheit unterschieden werden können, ist es im allgemeinen
vorteilhaft, wenn die Sendeeinheit einen Parallel/SeriellUmsetzer umfasst, mit dem
die von den Drehwinkelgebern bitparallel angelieferten Daten in eine serielle Form
umgesetzt werden, um dann in der Empfangseinheit wieder in bit-parallele Daten umgesetzt
zu werden. Dabei lassen sich die anfallenden Datenmengen im Hinblick auf die hohe
Arbeitsgeschwindigkeit der heute verfügbaren elektronischen Bauelemente ohne weiteres
im Echtzeitbetrieb verarbeiten.
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Zur Synchronisation des Datenflusses durch die Übertragungseinrichtungen
wird es außerdem im allgemeinen vorteilhaft sein, wenn sowohl auf der Sendeseite
wie auch auf der Empfangsseite jeweils ein Pufferspeicher vorgesehen ist, in dem
die von einem Winkelcodierer stammenden Daten kurzfristig abgelegt bzw. zwischengespeichert
werden können. Außerdem ist auf der Sendeseite eine Umschaltlogik bzw. ein Multiplexer
vorzusehen, über welchen der Abruf der Daten von den einzelnen Winkelcodierern mit
vorgegebener Abtastfrequenz steuerbar ist.
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Bei einem Mehrspindel-Drehautomaten gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft,
wenn der Drehwinkelgeber als umlaufendes Geberelement eine Codescheibe und als Sensoranordnung
mehrere, den einzelnen Spuren der Code-.,: scheibe zugeordnete Sensoren umfasst.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Drehwinkelgeber
als umlaufendes Geberelement aber auch eine Impulsscheibe mit mindestens zwei gegeneinander
versetzten Inkrement-Marken-Spuren und mit einer Null-Marke aufweisen, wobei die
Sensoranordnung dann Sensoren zum Erfassen der Inkrement-Marken und der Null-Marke
aufweist. Außerdem weist die Sensoranordnung in diesem Fall eine Impulsformer-Schaltung
auf, die erkennen kann, ob der Inkrement-Marken-Ring vorwärts oder rückwärts läuft
und die auch die Null-Marken-Signale erfasst und in Abhängigkeit von diesen Signalen
eine entsprechende Ausgangsimpulsfolge, ein Richtungssignal und ein Rückstellsignal
für einen Vorwärts/Kückwärts-Zähler erzeugt, der die Ausgangsimpulse der Impulsformer-Schaltung
zählt, wobei seine Zählrichtung durch das Richtungssignal bestimmt wird und der
in Abhängigkeit von dem Nuilmarken-Signal auf den Zählerstand Null zurückgesetzt
wird, so daß sich auch bei längerer Betriebszeit keine Schrittfehler aufsummieren
können. Dabei sind die Inkrementmarken vorzugsweise einzelne Zähne, deren Flanken
erfasst werden, so daß es beim Abtasten der Flanken zu einer Impulsvervielfachen
kommt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es zeigen.
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Mehrspindel-Drehautomaten
gemäß der Erfindung, wobei einige Teile weggebrochen und andere im Schnitt dargestellt
sind; Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform
eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäß der Erfindung, wobei einige Teile weggebrochen
und andere im Schnitt dargestellt sind; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten
bevorzugten Ausführungsform der wesentlichen Teile der Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen
eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäß der Erfindung; Fig. 4 ein Blockschaltbild
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der wesentlichen Teile der Drehzahl- und
Lageregeleinrichtungen eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäß der Erfindung;
Fig.
5 ein schematisches, mehr ins Detail gehendes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
der Sendeeinheit der Drehzahl- und Lageregeleinrichtungen eines Mehrspindel-Drehautomaten
gemäß der Erfindung, Fig 6 ein detaillierteres schematisches Schaltbild der Empfangseinheit
der Drehzahl- und Lageeinrichtungen eines Mehrspindel-Drehautomaten gemäß der Erfindung
und Fig. 7 ein gegenüber dem Automaten gemäß Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel.
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Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen kehrspindel-Drehautomat mit einem
Maschinenrahmen 10, in dem eine Spindeltrommel 12 mit mehreren Arbeitsspindeln 14
und mit einer Welle 16 drehbar gelagert ist. Die Spindeltrommel 12 ist dabei mittels
zugeordneter Antriebseinrichtungen (nicht dargestellt) in üblicher Weise schrittweise
in verschiedene Schaltstellungen fortschaltbar.
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Die einzelnen Arbeitsspindeln 14 sind jeweils durch einen individuell
zugeordneten Elektromotor 18 antreibbar, dessen Welle 20 als Hohlwelle ausgebildet
ist, die ein Teil der zugehörigenArbeitsspindel 14 ist.
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Mit anderen Worten bildet also die Welle eines der Elektromotoren
18 gleichzeitig die zugehörige Arbeitsspindel 14, die jedoch zusätzlich noch eine
übliche Spannvorrichtung zum Festspannen des stangenförmigen Werkstoffs 22 umfasst
Beim Ausführungsbeispiel
umfasst die Spannvorrichtung ihrerseits
ein Spannrohr 24 mit einem konischen Ende - in Fig. 1 rechts - welches mit Hilfe
eines Spannzylinders 26 betätigbar ist. Jeder Elektromotor 18 besitzt einen Stator
mit einer mit einem Speisestrom gespeisten Wicklung und einen Rotor, welcher als
permanentmagne tischer Rotor oder als Kurzschlußläufer ausgebildet ist. Erfindungsgemäß
werden als Elektromotoren für die Arbeitsspindeln vorzugsweise regelbare Drehstrommotoren
verwendet, die als Synchron- oder Asynchron-Motoren ausgebildet sein können, da
regelbare Gleichstrommotoren den Nachteil haben, daß die Kommutatoren besitzen,
die einem Verschleiß unterworfen sind.
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Die Speisung der Statorwicklungen jedes der Motoren 18 erfolgt beim
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 über Schleifringe 28, die am hinteren - in
Fig. 1 und 2 rechten - Wellenende der Welle 16 der Spindeltrommel 12 angeordnet
sind und dort mit Bürstenanordnungen 30 zusammenwirken, die am Maschinenrahmen 10
befestigt sind. Dabei verlaufen die Zuleitungen zwischen den Schleifringen und den
Statorwicklungen der Elektromotoren 18 durch die hohle Welle der Spindeltrommel
12.
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Man sieht, daß die Anordnung der Schleifringe und der Bürstenanordnungen
an dem von den Arbeitsspindeln 14 abgewandten Ende der Spindeltrommel 12 den Vorteil~mit
sich bringt, daß diese Baugruppe zu einer für Wartungs-und Reparaturarbeiten gut
zugänglichen Einheit zusammengefasst ist.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist jeder der Arbeitsspindeln 14 außerdem eine Geberanordnung
zugeordnet, die aus einem mit der Arbeitsspindel 14 umlaufenden Geberelement 32
und
einer zugehörigen Sensoranordnung 34 besteht. Die Sensoranordnungen 34 sind dabei
in den den verschiedenen Schaltstellungen der Spindeltrommel 12 entsprechenden Positionen
befestigt.
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Aufgrund der beschriebenen Anordnung der Bürstenanordnungen 30 und
der Sensoranordnungen 34 am Maschinenrahmen 10 ist gewährleistet, daß auch beim
Fortschalten der Spindeltrommel 12 für jeden Motor 18 stets ein Speisestrom verfügbar
ist, so daß die Motordrehzahl je nach Bedarf auch während der Fortschaltvorgänge
geändert werden kann, wie dies eingangs erläutert wurde.
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Am Ende eines Fortschaltvorgangs steht dann für jedes Geberelement
32 auch wieder eine Sensoranordnung 34 zur Verfügung, so daß nunmehr für die während
der Fortschaltung nur steuerbaren Elektromotoren 18,nachdem sie die neue Schaltstellung
erreicht haben, auch wieder eine Drehzahl- und Lageregelung durchgeführt werden
kann.
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Insgesamt lassen sich aufgrund der beschriebenen Konstruktion des
erfindungsgemäßen Mehrspindel-Drehautomaten geringe Abmessungen und ein entsprechend
geringes Gewicht der Spindeltrommel 12 realisieren, da der Durchmesser der Spindeltrommel
12 praktisch nur noch vom Durchmesser ihrer Welle 16 und vom Durchmesser der Motoren
18 bestimmt wird Der in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Mehrspindel-Drehautomat
ist rein konstruktiv im wesentlichen ebenso aufgebaut wie der Drehautomat gemäß
Fig. 1. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen
besteht
darin, daß bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 auch die Sensoranordnungen 34
fest mit der Spindeltrommel 12 verbunden sind, und zwar mit dem vorderen Ende der
Welle 16 der Spindeltrommel. Die Anschlußleitungen der Sensoranordnungen 34 laufen
durch die hohle Welle 16 zu einer Sendeeinheit 36 am hinteren Wellenende. Die Sendeeinheit
36 ist so ausgebildet, daß sie einen Signalausgang besitzt, der direkt auf der Drehachse
der Welle 16 liegt und damit eine quasi-stationäre Lage einnimmt, obwohl sich die
Sendeeinheit 36 gemeinsam mit der Spindeltrommel 12 dreht. Eine am Maschinenrahmen
10 befestigte Empfangseinheit 38 liegt der Sendeeinheit 36 bzw. dem Signalausgang
derselben derart gegenüber, daß die von der Sendeeinheit 36 erzeugten Signale von
der Empfangseinheit 38 empfangen und an zugeordnete Auswerteeinrichtungen weitergeleitet
werden können.
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Außerdem ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Vorteil gegeben,
daß die Drehzahl- und Lageregelung für die einzelnen Arbeitsspindeln während der
Trommelfortschaltungen nicht mehr unterbrochen wird, so daß eine Arbeitsspindel
sofort nach Erreichen der neuen Arbeitsposition weiterarbeiten kann.
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Bezüglich der Anordnung der umlaufenden Geberelemente 32 und der zugeordneten
Sensoranordnungen 34 hat die Ausgestaltung gemäß Fig. 2 den Vorteil, daß jedem Geberelement
32 eine bestimmte Sensoranordnung 34 individuell zugeordnet ist, so daß jeder der
aus einem Geberelement 32 und einer zugehörigen Sensoranordnung 34 bestehenden Signalgeber
individuell sehr exakt justiert werden kann, was bei der Ausführungsform gemäß Fig.
1 nicht möglich ist, da dort jedes Geberelement 32 entsprechend der Fortschaltung
der Spindeltrommel 12 nacheinander mit jeder der Sensoranordnungen 34 zusammenwirkt.
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Nachstehend soll nunmehr anhand von Fig. 3 und 4 der Aufbau und die
Funktion der erfindungsgemäß verwendeten Absolutwert-Winkelcodierer näher erläutert
werden.
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Im einzelnen zeigt Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der die einzelnen
Geberanordnungen als Absolutwertgeber ausgebildet sind, bei denen als umlaufendes
Geberelement 32 auf der Arbeitsspindel eine Codierscheibe vorgesehen ist und bei
denen die Sensoranordnung mehrere, den einzelnen Spuren der Codescheibe zugeordnete
Sensoren umfasst, so daß die Sensoranordnung unmittelbar ein bit-paralleles Ausgangssignal
liefert, welches in codierter Form den Drehwinkel der betreffenden Arbeitsspindel,
bezogen auf eine Null- bzw. Referenzposition,anzeigt. Die einzelnen Sensoranordnungen
sind in diesem Fall direkt mit einer Umschaltlogik 40 der Sendeeinheit 36 verbunden,
deren Baugruppen in Fig. 3
von einer strichpunktierten Linie umrahmt
sind. Die Umschaltlogik 40 sorgt dafür, daß die einzelnen Geber, die in Fig. 3 mit
den Bezugszeichen G1 bis Gn bezeichnet sind, nacheinander zyklisch und periodisch-mit
einem Pufferspeicher 42 verbunden werden, der das Ausgangssignal des jeweils mit
ihm verbundenen Gebers G1 bis Gn jeweils zu einem durch die Umschaltlogik 40 vorgegebenen
Zeitpunkt übernimmt. Die bit-parallel in den Puffer 42 eingeschriebenen Ausgangssignale
werden dann mit Hilfe eines Parallel/Serieli-Umsetzers 44 in serielle Bit-Folgen
umgesetzt, welche über einen Ausgangsverstärker 46 an den Signalausgang der Sendeeinheit
gegeben werden. Dieser Signalausgang kann beispielsweise aus einer Leuchtdiode bestehen,
welche entsprechend der an den Verstärker 46 angelegten Bit-Folge Lichtimpulse erzeugt,
die von der Empfangseinheit, welche am Eingang beispielsweise einen Fototransistor
aufweisen kann, empfangen und einem Seriell/Parallel-Umsetzer 48 zugeführt werden,
an dessen Ausgang jetzt wieder die bit-parallelen Daten der einzelnen Geber G1 bis
Gn nacheinander zur Verfügung stehen und in üblicher, im Rahmen der vorliegenden
Erfindung nicht näher zu erläuternder Weise ausgewertet werden können, um eine Drehzahl-
und Lageregelung für die einzelnen Arbeitsspindeln durchzuführen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind anstelle der Absolutwert-Geber
G1 bis Gn sogenannte inkrementelle Geber I1 bis In vorgesehen. Diese inkrementellen
Geber besitzen als umlaufendes Geberelement beispielsweise
eine
Impulsscheibe mit zwei gegeneinander versetzten Spuren mit Inkrement-Marken und
mit einer Null-Marke.
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Die Inkrement-Marken-Spuren und die Null-Marke der Impulsscheibe werden
von Sensoren der zugeordneten Sensoranordnung abgetastet, welche zwei phasenverschobene
Impulsfolgen sowie der Null-Marke entsprechende Referenz impulse bzw. Null-Marken-Signale
liefert.
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Gemäß Fig. 4 ist jedem Geber I1 bis In eine Schaltung 50.1 bis 50.n
zugeordnet, in der für jede Flanke der beiden Impulsfolgen jeweils ein Zählimpuls
erzeugt wird, in der ferner aufgrund der Phasenlage der Flanken der beiden Impulsfolgen
ein Vorwärts- bzw. ein Rückwärts-Zählsignal erzeugt wird und in der schließlich
in Abhängigkeit von dem Referenzimpuls ein Rückstellimpuls erzeugt wird. Die Ausgangssignale
der Schaltungen 50.1 bis 50.n werden dem Zähleingang, dem Zählrichtungseingang bzw.
dem Rückstelleingang eines jeweils zugeordneten Vorwärts/Rückwärts-Zählers 52.1
bis 52.n zugeführt. An den Ausgängen der Zähler 50.1 bis 50.n stehen nunmehr in
bit-paralleler Form wieder die Daten zur Verfügung, welche der absoluten Winkelstellung
der betreffenden Arbeitsspindel entsprechen, so daß jeder der inkrementellen Geber
I1 bis In zusammen mit der jeweils zugeordneten Schaltung 50.1 bis 50.n und dem
zugehörigen Zähler 52.1 bis 52.n wieder einen Absolutwert-Geber bildet, wie er in
Fig. 3 mit den Bezugszeichen G1 bis Gn bezeichnet ist, wobei jeder dieser Absolutwert-Geber,
genauer gesagt,einen Absolutwert-Winkelcodierer darstellt. Die Ausgangssignale der
verschiedenen
"Absolutwert-Winkelcodierer" gemäß Fig.4 können nunmehr über die Umschaltlogik 40
wieder den Schaltungen 42 bis 46 der Sendeeinheit und von dort der Empfangseinheit
38 und der Schaltung 48 zugeführt werden, wie dies anhand der Fig. 3 erläutert wurde.
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Fig. 5 zeigt, teilweise etwas schematisch, die wesentlichen Einzelheiten
einer mit integrierten Schaltungen aufgebauten Sendeeinheit 36 gemäß der Erfindung.
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In dem Schaltbild gemäß Fig. 5 sind nur die wesentlichen integrierten
Schaltungen besonders mit Bezugszeichen bezeichnet, während passive Bauelemente
wie Widerstände und Kondensatore#n und kleinere, in ihrer Funktion unproblematische
Baugruppen wie Inverter und Und-Schaltungen nur mit ihren üblichen Symbolen dargestellt
sind.
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Außerdem sind in Fig. 5, soweit erforderlich, die verschiedenen Speisespannungen,
wie z.B. +5V, angegeben, wobei diese Angaben noch durch die Bezeichnung und Numerierung
der einzelnen Anschlüsse bzw. "pins" der integrierten Schaltungen ergänzt sind.
Dasselbe gilt für das schematische Schaltbild gemäß Fig. 6, die eine mit integrierten
Schaltungen aufgebaute Emofängereinheit gemäß der Erfindung zeigt.
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In den nachfolgenden Tabellen I und II sind die Typen-Nummer, der
Hersteller, die Bezeichnung und, soweit erforderlich, eine kurze Funktionsbeschreibung
für die wesentlichen Elemente der Schaltungen gemäß Fig. 5 und 6 tabellarisch zusammengefasst..
In den Tabellen sind die Hersteller für die Bauelemente mit folgenden Abkürzungen
bezeichnet: TI = Texas Instruments, MC = Motorola.
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Tabelle 1 Bezugs- IC zeichen Baustein 61, 62 TI-SN74LS 245 Treiber;
Erzeugen ein Test Bit Muster das vom Zustand des Flio-Flops 63 abhängig ist Alternativ
0101 0101 0101 0101 = 1010 1010 1010 1010 = AAAA16 Dieses Muster wird als Information
von dem ersten Geber (Geber 0) gesendet und ermöglicht eine zyklische Synchronisation
zwischen Sender und Empfänger 63 TI-SN74LS74 D-Flip-Flop; Nach jedem Zyklus wechselt
sein Zustand von ->L-st usw.
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64 TI-SN74LS1 93 4bit Binär-Zähler; Zähler der beim Einschalten der
Spannung auf "0" gesetzt wird und dann nach jeder abgeschlossenen Ubertragung um
1 erhöht wird. Zusammen mit dem Dekodierer 65 dient er zur Auswahl eines von "n"
Gebern (in diesem Beispiel 6 Geber) 65 TI-SN74LS1 38 Dekoder; Dekodiert den Zählerstand
und aktiviert einen von den "n" Gebern oder den Bitmuster Generator 61, 62 66 TI-TL7705
Spannungsüberwacher; überwacht die Betriebsspannung 5V.
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Erzeugt Reset Signale für System Normierung 67 M0-K1114A Quarz Generator;
Takt Generator, quarzgesteuert 8MHz Grundtakt ~ 68 TI-SN74LS462 Sender; Parallel-serieller
Wandler und Kodierer (Modulator). Treiber für die LED 71 69 TT-SN74LS377 8bit Register;
Erweitert zusammen mit dem Schift-Register 70 die Breite des Senders 68 von 8 auf
16 Bit.
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70 TI-SN74LS165 8bit Schift-Register; Siehe 69 71 F BE'102E Sendediode;
Photodiode. Setzt die elektrischen Impulse in Lichtsignale um 72 Honeywell Fiber
Optik Kabel mit Kupplung
Tabelle 2 Bezugs- IC Bezeichnung; Funktion
zeichen Baustein Bezeichnung, Funktion 72 Honeywell Fiber Optik Kabel 82 MO-MFOE104F
Empfängerdiode; Photodiode zum Umsetzen der Lichtsignale in elektrische Impulse
83 MO-K1114A Quarz Generator; Takt Generator (s. Sendeeinheit 36, Baustein 67) 84
TI-TL7705 Spannungsüberwacher; Spannungsüberwachung (s. Sendeeinheit 36, Baustein
66) 85 Ti-SN74LS463 Empfänger; Seriell-paralleler Umsetzer und Dekodierer (#mcdu1ator)
86 TI-SN74LS374 8bit Register, Zusammen mit 87 dient zur Erweiterung der W5rtbrei'e
des Empfängers 85 von 8 auf 16 Bit 87 TI-SN74LS164 8bit Schift Register; Siehe 86
88 TI-SN74LS1 93 4bit Binärer Zähler; Impuiszählung (s. Sendeeinheit 36r Baustein
64) 89 TI-SN74LS1 38 Dekoder; Dekodiert den Zählerstand von 84 und erzeugt einen
Schreibimpuls für ein (von "n") 16bit Register 90 bis 93 90,91, TI-SN74LS377 8bit
Register; Paarweise gekoppelt bilden 16bit Register.
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92,93 Hier wird die von den "n" Gebern kommende Information abgespeichert.
Wobei das Registerpaar i, i+1 die Information des Gebers i festhält.
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94,95 AM# 8bit Komparatoren; Vergleichen die für den Geber "0" AM25LS2521
gesendeten Informationen (dieser Geber wurde beim Sender ersetzt. durch einen Bitmuster-Generator
- s. Sender Beschreibung) mit dem vereinbarten Bitmuster: 5555 16 o. AAAA16, die
von dem Flip Flop 96 gelieferte werden.
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96 TI-SN74LS74 DFlip-Flop; Nach jedem Zyklus wechsel sein Zustand
von
usw.
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57,58 TI-SL#4LS74 D-Flip-Flop; Stimmt das für den Geber "0" gesendete
Bit-Muster mit dem erwarteten überein, wird eine o.k Meldung erzeugt, die auch zur
Synchronisation verwendet werden kann. Diese Flip Flops werden zyklisch gelöscht.
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Während bei den Drehautomaten gemäß Fig. 1 und 2 ständig eine Speisung
der Elektromotoren und damit eine Steuerung derselben auch während der Trommelschaltungen
erfolgen kann, zeigt Fig. 7 ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vereinfachtes
Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 lediglich durch die Ausbildung der Speiseeinrichtungen.
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Die Speisung der Statorwicklung jedes der Motoren 18 erfolgt bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 über Schleifringe 28, welche auf der hohlen Motorwelle
20 bzw. der Arbeitsspindel 14 sitzen und mit Bürstenanordnungen 30 zusammenwirken,
denen der Strom aus einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) zugeführt wird
und die am Maschinenrahmen 10 befestigt sind. Die Bürstenanordnungen 30 sind dabei
an der in Fig. 7 linken Stirnseite des Maschinenrahmens 10 derart angeordnet, daß
sie in den verschiedenen Schaltstellungen der Spindeltrommel jeweils mit einem Satz
von Schleifringen 28 bzw. mit einer Schleifringanordnung zusammenwirken können wobei
sie sich jeweils über einen größeren Umfangswinkel erstrecken können.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ergeben sich insofern erhebliche
Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, als wegen der den Arbeitsspindeln individuell
zugeordneten Elektromotoren für jede Spindel die optimale Drehzahl eingestellt werden
kann, wobei dadurch, daß jede der Arbeitsspindeln unmittelbar die welle des zugehörigen
Elektromotors umfasst, außerdem eine kompakte und vergleichsweise leichte Trommelanordnung
erhalten wird.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß bei einem Mehrspindel-Drehautomaten
gemäß der Erfindung alle Motoren über den gleichen Gleichstromzwischenkreis gespeist
werden können, beispielsweise bei geregelten Wechselstrommotoren, wodurch die Verlustwärme
ebenso erheblich reduziert werden kann wie bei einer Rückspeisung ins Netz, wie
sie beispielsweise bei der Drehzahlreduzierung von Gleichstrommotoren möglich ist.