-
Vorschubmotor-Steuerung Die Erfindung betrifft eine Vorschubmotor-Steuerung
für Werkzeugmaschinen, bei der der Vorschubmotor selbsttätig in Abhängig-]zeit von
der Bewegung des Werkzeuges oder des Werkstückes von Zeit zu Zeit angelassen und
nach Erzielung einer bestimmten einstellbaren Vorschubgröße wieder stillgesetzt
wird. Zum Abschneiden von Stücken bestimmterLänge von strangförmibgemMaterial sind
bereits selbsttätige Vorschubsteuerungen bekannt, bei .denen der jeweilige Vorschub
durch .eine mechanisch mit dem Vorschubmotor gekuppelte Meßeimrichtung bestimmt
wird. Hierbei muß die Meßeinrichtung nach erfolgtem Schnitt immer wieder in ihre
Null-Lage zurückgebracht werden, was ein Ausrücken der Kupplung zwischen der Meßeinrichtung
und dem Vorschubmotor erfordert. Die Übertragung einer solchen Einrichtung auf die
Vorschubsteuerung von Werkzeugmaschinen würde zu einem außerordentlich verwickelten
Aufbau führen, auf den bereits bei derKonstruktionderMaschine Rücksicht genommen
werden muß und unter Jem die Bed.ienbarkeit der Werkzeugmaschinr erheblich leiden
würde.
-
Es sind auch schon Vorschubmotor-Steuerungen für Werkzeugmaschinen
bekanntgeworden, -bei denen die Meßeinrichtung, die den Vorschub nach einer bestimmten
Wegstrecke wieder stillsetzt, rndt denn Vorschubmotor über ein Getriebe verstellbaren
übersetzungsverhältnisses gekuppelt ist. Der Weg, den die Meße inrichtting bei einer
Vorschubbewegung zurücklegt, bleibt dabei immer derselbe. Jedoch läßt sich durch
Verstellen des erwähnten Getriebes der Weg, den der Vorschubmotor gleichzeitig zurücklegt,
verschieden festlegen. Eine ähnlich wirkende bekannte Einrichtung benutzt einen
mit konstanter und einen mit einstellbarer Drehzahl laufenden Motor, die beide über
ein Differentialgetriebe den Vorschub antreiben. Die Meßeinrichtung ist dabei mit
dem mit konstanter Drehzahl laufend-en Motor gekuppelt und setzt jedesmal beide
Motoren gleichzeitig still. Die Größe des Vorschubes wird durch dieDrehzahl des
regelbaren Motors bestimmt. Auch .diese Anordnungen erfordern einen recht erheblichen
Auf wand und sind an Werk:-zeu@gmaschinen nur mit großen Schwierigkeiten
unterzubringen.
-
Weiterhin ist es bekannt, mit dem Vorschubmotor eine Steuerwalze
und gegebenenfalls zur Feinsteuerung noch außerdem eine Photozelleneinrichtung zu
kuppeln, wobei an
der Steuerwalze bzw. der Photozelleneinrichtung
die Größe der aufeinanderfolgenden Vorschübe durch Bemessung der Kontaktstreifen
.bzw. der Blenden von vornherein festgelegt sind. Eine Änderung des Vorschubes ist
infolgedessen nur sehr schwer möglich, und außerdem ist die Zahl der aufeinanderfolgenden
Vorschübe begrenzt, so daß diese Einrichtung nur in Sonderfällen brauchbar ist.
Außerdem erfordert auch hier die mechanische Kupplung der Steuereinrichtung mit
dem Vorschubmotor eine Sonderkonstruktion der Werkzeugmaschine.
-
Es ist bereits der Gedanke ausgesprochen worden, die Vorschubsteuerung
in der Weis,. durchzuführen, daß der Vorschubmotor mit konstanter Geschwindigkeit
läuft, daß aber die Laufzeit je nach der Größe des beabsichtigten Vorschubes verschieden
eingestellt werden kann. Man hielt die Verwirklichung dieses Steuerprinzips jedoch
für zu verwickelt. Die Erfindung zeiht einen Weg, wie man dieses Prinzip, bei dessen
Durchführung man keinerlei mechanische Kupplung zwischen dem Vorschubmotor und der
Meßeinrichtung benötigt, mit einfachen Mitteln und für fast alle Zwecke hinreichender
Steuergenauigkeit durchführen kann. Die Erfindung benutzt zum Aufbau der Meßeinrichtung
für die Festlegung des Vorschubes eine Photozelle, die mit einer beweglichen Blende
zusammenarbeitet und bei einer durch die bewegliche Blende hervorgerufenen Beleuchtungsänderung
den Vorschubmotor stillsetzt. Die Verwendung von Photozellen zur Vorschub-_steuerung
ist, abgesehen von der oben bereits erwähnten Einrichtung, auch noch in einem anderen
Zusammenhang in Vorschlag gebracht worden. Dieser Vorschlag geht dahin, die Größe
des Vorschubes durch eine mit dem Vorschubmotor gekuppelte Lochscheibe zu bestimmen,
durch die dieBeleuchtungsintensität einer die Schaltapparate steuernden Photozelle
geändert wird. Eine solche Einrichtung gestattet jedoch keine stetige Veränderung
in der Einstellung des bei jeder Einschaltperiode bewirkten Vorschubes. Man kann
lediglich bestimmte von vornherein festliegende Vorschubgrößeneinstellen, die durch
dieLochung der Blende gegeben sind. Die Erfindung gestattet demgegenüber eine stetigveränderbare
Einstellung des Vorschubes.
-
Es sei noch erwähnt, daß auch zum Abschneiden von Stücken :bestimmter
Länge von einem fortlaufenden Strang die Verwendung von Photozellen bekannt ist.
Hierbei dient der zu zerteilende Strang selbst als Blende zur Abdunkelung der Photozelle,
die die Schneideeinrichtung in Tätigkeit setzt. Die stetige Einstellung der Vorschubgröße
erfolgt durch Verschiebung der Lichtquelle samt Photozelle in bezug auf dieLage
der Schneideeinrichtung. An sich könnte man dieses Prinzip der Längenbestimmung
auch für die Steuerung der Vorschubbewegung bei einer Werkzeugmaschine anwenden,
indem man die Steuerblende unmittelbar mit dem die Vorschubbewegung ausführenden
Teil der Werkzeugmaschine kuppelt und die Photozelle ebenfalls verschiebbar anordnet.
Der Durchführung dieses Gedankens stellen sich jedoch insofern erhebliche Schwierigkeiten
entgegen, als .es sich ja bei der Vorschubbewegung einer Werkzeugmaschine um einen
Vorgang handelt, der fortgesetzt wiederholt «-erden muß. Man müßte dann gerade die
Photozelle nach jedesmaiigem Stillsetzen der Vorschubbewegung um ein bestimmtes
Stück nachrücken lassen, was aber zu einem verhältnismäßig verwickelten Aufbau der
Steuereinrichtung führen würde.
-
Gemäß der Erfindung wird deshalb die Anordnung so getroffen, daß im
Einschaltaugenblick des Vorschubmotors durch einen von dem Vorschubmotor getrennten
Antrieb eine Blende aus einer bestimmten Null-Lage heraus in Bewegung gesetzt wird,
die mit einer der Größe des gewünschten Vorschubes entsprechend verschiebbaren Photozelle
derart zusammenarbeitet, daß durch die Einstellung der Photozelle die Zeit bzw.
die Strecke festgelegt ist, nach welcher die sich bewegende Blende den auf die Photozelle
gerichteten Lichtstrahl freigibt bzw. unterbricht und damit den Vorschubmotor wieder
stillsetzt, worauf die Blende wieder in ihre Null-Lage zurückkehrt.
-
Die Erfindung möge im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Fig. z zeigt .die erfindungsgemäße Vorschubsteuerung unter
Verwendung einer umlaufenden Kurvenblende. In ,den Fig. 2 bis .I dient dagegen als
Blende eine _denLiehtstrahl beeinflussende Flüssigkeitssäule.
-
Den beispielsweisen Ausführungen ist eine Hobelmaschine zugrunde gelegt,
bei der ein Vorschubmotor selbsttätig in Abhängigkeit vom Wechsel der Bewegungsrichtung
des Tisches angelassen und nach bestimmter Zeit wieder stillgesetzt wird. Beim Wechsel
der Bewegungsrichtung bzw. nach Beendigung des Arbeitshubes wird ein Endschalter
E betätigt. Dadurch werden, wie in Abb. r dargestellt, die Kontakte r und -2 geschlossen,
die Schütze S1 und S@ springen an und der Steuermotor S11, der die Scheibe Sch dreht,
fingt an zu laufen. Gleichzeitig ist auch der Vorschubmotor I' 17 angelaufen, der
den Stahl um e?ne gewünschte Strecke verschieben soll. Gemäß der Erfindung sind
die Photozelle Z und die auf der Zeichnung nicht sichtbare, hinter der Scheibe befindliche
Lichtquelle
stetig verschiebbar angeordnet. Die Größe dieser Verschiebung
kann mit Hilfe eines an der Photozelle bzw. der Lichtquelle befestigten Zeigers
3 und einer Skala 4 abgelesen werden. Die Photozelle Z sei z.-B.. um eine Strecke
5 von ihrer Null-Lage nach dem Mittelpunkt der Scheibe hin bewegt worden. Da sich
die Photozelle auf der Abbildung vor der Scheibe und die Lichtquelle hinter der
Scheibe befinden, kann in der dargestellten Lage noch kein Licht auf die Photozelle
treffen; es fließt nur in der Anodenleitung des Gleichstromverstärkers TV ein Ruhestrom,
der das Relais R nicht anzieht. Nach Drehung der Scheibe im Gegen-Uhrzeigersinne
um einen bestimmten Winkel kommt jedoch der auf der Scheibe befindliche Kurvenzug
6, der an späterer Stelle näher beschrieben wird, an die Stelle, -wo sich Lichtquelle
und Photozelle befinden. In diesem Augenblick wird die Zelle belichtet, der Anodenstrom
des Verstärkers steigt auf einen solchen Wert an, daß das Relais R anspricht. Dadurch
wird die Steuerleitung für die Einschaltspule des Schützes S1 unterbrochen und der
Vorschubinotor stillgesetzt. Das Relais R fällt zwar sofort wieder ab, da die Scheibe
sich noch weiterbewegt und der Lichtstrahl demzufolge wieder unterbrochen ist; ein
erneutes Einschalten des Vorschubmotors findet jedoch nicht statt, da der Endschalter
E sich bereits wieder in der betriebsbereiten Aus-Stellung befindet. Die Scheibe
läuft .nun weiter, bis der Knopf eines Unterbrechers U in eine Vertiefung 7 am Scheibenrande
einspringt. Dadurch wird der Selbsthaltestromkreis des Schützes S2 unterbrochen,
dieses fällt ab, wodurch der Steuermotor S1H stillgesetzt wird. Infolge der Trägheit
der umlaufenden Masse läuft :die Scheibe noch um ein kleines Stück 8 weiter, wodurch
der Unterbrecher U die Selbsthalteschaltung des Schützes S. wieder schließt, so
daß die Einrichtung wieder betriebsbereit ist.
-
Der auf der Scheibe befindliche Kurvenzug 6 stellt gemäß der Abbildung
eine archimedische Spirale dar. Infolge der Gleichung dieser Spirale in Polarkoordinaten
r = a x ilt, ist die Strecke 5, um welche die Photozelle von ihrer
Ausgangslage verschoben wurde, dem Drehwinkel der Scheibe verhältnisgleich, um den
die Scheibe sich drehen muß, .bis die Photozelle belichtet wird. Da die ScheibeSch
sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht, ist die Zeit, die vergeht, bis
.die Photozelle belichtet wird, gerechnet vom Augenblick der Betätigung,des EndschaltersE,
stets der Strecke 5 verhältnisgleich. Da der VorschubmotorTlihl seinerseits dieselbe
Zeit läuft, die zum Zurücklegen des Winkels y benötigt wird, ist auch die Zahl der
Umdrehungen des Vorschubmotors der Strecke 5 verhältnisgleich. Damit ist bewiesen,
daß der Vorschub des Stahles und die Verschiebung der Photozelle verhältnisgleich
sind. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, anfänglich eine größere und darauf
eine kleinere Vorschubbewegung auszuführen; dies kann in einfacher Weise dadurch
erreicht werden, daß statt einer archimedischen Spirale ein anfangs gleichmäßig
ansteigender und zum Schluß weniger ansteigender Isurvenzug, z. B. nach Art einer
parabolischen Kurve, in der Drehscheibe vorgesehen wird.
-
Da der stetig verlaufende Regelbereich etwa 1:20o betragen soll, ergibt
sich bei einem praktisch noch zulässigen Winkel von etwa 300°, daß die kleinste
Verdrehung der Scheibe nur 1,5° betragen würde. Dieser Winkel ist so klein, daß
die Einrichtung nicht mehr zuverlässig arbeiten würde; es ist .daher zweckmäßig,
den großen Regelbereich von 1 :20o zu unterteilen, etwa in 1 :14 und i : 16, was
sehr einfach dadurch ermöglicht wird, daß die Scheibe über Zahnräder mit dein Steuermotor
SLI gekuppelt wird; die Geschwindigkeit der Scheibe kann ,dann durch Umschalten
der Zahnräder geändert werden.
-
Gemäß den Ausführungen nach Fig. 2 bis 4 wird als Steuermittel eine
Flüssigkeitssäule benutzt, welche beispielsweise von einem elektromagnetisch gesteuerten
Kolben beaufschlagt sein kann. Die Flüssigkeitssäule wird durch den Kolben in-einem
dünnen, durchsichtigen Rohr zum Steigen oder Sinken gebracht. Die Flüssigkeitssäule
.beendet den von. einem Endschalter eingeleiteten Vorschub dadurch, :daß sie den
auf eine stetig verschiebbar angeordnete Fotozelle einfallenden Strahl beeinflußt.
In Fig.2 ist die Einrichtung so getroffen, daß zum Steuern die Flüssigkeitssäule
sinkt, wodurch der Lichtstrahl freigegeben wird. In den Fig. 3 und 4. dagegen steigt
die Flüssigkeitssäule, wodurch er sonst frei durchgehende Lichtstrahl unterbrochen
wird. In allen drei Ausführungen ist die Anlage jeweils so dargestellt, daß die
Abschaltung des Vorschubmotors Vlll gerade erfolgt ist.
-
In Fig. 2 wurde der Endschalter E nach beendigtem Arbeitshub .der
Maschine kurzzeitig geschlossen, wodurch der Magnet g angehoben wurde. Dieser hält
sich dann über die beiden Kontakte lo und 1 i selbst. Durch den angehobenen Magneten
wurde die Rückzugfeder 12 gespannt, welche nun den Kolben 13 allmählich aufwärts
zieht, so lange, bis durch einen an der Kolbenstange befestigten Mitnehmer 14 der
Kontakt i i :den Stromkreis des Magneten g wieder öffnet. Danach fällt der Magnet
unbehindert ab. Die beim Ansteigen des Magneten infolge der Saugwirkung des Kolbens
13 zum Sinken gebrachte
Flüssigkeitssäule 15 wird durch das Abfallen
des Magneten 9 und des Kolbens 13 im Regelrohr 16 wieder hochgeführt, um bei erneuter
Betätigung des Endschalters E wieder steuerbereit zu sein. Die Lichtquelle 17 und
die Photozelle 18 sind gemäß der Erfindung auch hier stetig verschiebbar angeordnet,
und zwar parallel zur Flüssigkeitssäule. Die Einstellung kann durch Gleithalter
i9 auf Schienen 2o oder auch durch' Schraubspindeln bewirkt werden. Das Steigen
und Sinken der Flüssigkeitssäule bzw. die Flüssigkeitsgeschwindigkeit kann noch
durch ein Drosselventil 21 geregelt werden. In diesem Falle hat man die Möglichkeit
der Grobeijstclluiig (durch die Drossel 21) und der Feineinstellung (,durch Gleithalter
i9) des Vorschubes, Nach beendeter Regelung kann die Flüssigkeit über ein in einem
Umlaufrohr 22 eingebautes Riickschlagventil 23 schnell zurückfließen, um wieder
auf den betriebsbereiten Flüssigkeitsstand zu gelangen. Das Ventil 23 sperrt in
dieser Ausführung die Flüssigkeit in der Regelrichtung; die Steuerung wird also
beim Sinken der Flüssig-
keitssäule bewirkt, wie bereits oben erwähnt.
-
Bei der Anlage nach Fig.3 erfolgt die Steuerung des Vorschubes, nachdem
der Magnetstromkreis durch den Endschalter E kurzzeitig unterbrochen wurde. Der
Magnet kennte infolge des Langloches 24 frei heraiifallen. Er hält seinen Stromkreis
in der gezeichneten - Stellung über die Kontakte io offen, so lange, bis der Kolben
13 langsam nachgefolgt ist und mittels an der Kolbenstange befestigter Mitnehiner
14 den Kontakt i ,i schließt, wodurch der Magnet 9 durch den Endschalter E wieder
zum Anheben gebracht wird. Im übrigen wirkt die Einrichtung h:er genau gleich wie
in Fig. 2. Da hier jedoch die Steuerung des Vorschubes beim Steigen der Flüssigkeitssäule
bewirkt wird, erfolgt die Schließung des Rückschlagventiles 23 in umgelehrter Strömungsrichtung
der Flüssigkeit.
-
In Fig. 4. wird als Steuermittelflüssigkeit eine leitende Flüssigkeit,
z. B. Quecksilber, verwendet. Das Rohrsvstem 16 ist in sich geschlossen und kann
deshalb gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden. DerMagnetkern oder auch der
ganze :Magnet 9 mit dein Arbeitskolben 13 liegt im Innern des Rohrsvstems. Anker
und Kolben werden durch die Rückzugsfeder 12 in ihrer oberen Lage gehalten. Die
Einschaltung des Magneten erfolgt über.den Ruhekontakt 25 des Relais 2 Außer .dem
Ruhekontakt hat das Relais noch einen Selbsthaltkontakt 27. In der gezeichneten
Tage wurde der :4lagnet 9 durch kurzzeitige Unterbrechung des Endschalters E über
Relais 26` eingeschaltet. Der Kolben 13 wird durch eine Ausgleichsfeder 28 allmählich
nach unten gedrückt. Der Kolben drückt die Flüssigkeit über das Drosselventil 21
in das Rohr 16, wodurch die Flüssigkeitssäule steigt und der Lichtstrahl von der
Lichtquelle nach der Fotozelle unterbrochen wird. Nach Abschaltung .des Vorschubmotors
I'1I steigt das Quecksilber bis zum oberen Kon-#akt 29, wodurch über die Quecksilbersäule
der untere Kontakt 3o geschlossen wird und der Endschalter E das Relais 26 wieder
einschaltet. Der Ruhekontakt 25 öffnet seinerseits den Stromkreis,des Magneten 9,
und die Rückzugsfeder 12 kann den -Magneten unrl damit den Kolben wieder zurückziehen.
Da das Rückschlagventil 23 sich nun öffnet, kamt die Flüssigkeitssäule ungehindert
absinl;:-n, um wieder auf den betriebsbereiten Flüssigkeitsstand zurückzugelangen.