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Elektrische Fühlersteuerung für Bearbeitungsmaschinen Es ist bekannt,
daß die Vorschubbewegung des Werkzeuges- oder Werkstückes einer spanabhebenden Bearbeitungsmaschine
durch einen Fühler gesteuert werden kann, der eine Leitkurve oder Leitfläche (Schablone)
abtastet. In Abhängigkeit von der Stellung des Fühlers werden dabei meist Magnetkupplungen
gesteuert und dadurch die Vorschubbewegungen ein- und ausgeschaltet.
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Gegenstand der Erfindung ist eine besonders zweckmäßige Ausbildung
der Steuerungsmittel, welche zwischen die Arbeitsstromkreise der Steuerungsanordnung,
d. h. zwischen die Magnetkupplungen und den die Schablone abtastenden Fühler, geschaltet
sind. Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung und die dadurch erzielbaren Vorteile
seien an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung
näher' erläutert.
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Es ist angenommen, daß für die Vorschubbewegung der Bearbeitungsmaschine
drei Bewegungskomponenten maßgebend sind und daß die diesen Komponenten zugeordneten
Getriebeteile durch drei elektromagnetische Kupplungen wahlweise ein- und ausgeschaltet
werden sollen. In dem Schaltungsschema der Zeichnung sind diese Kupplungen mit K1,
K2, K3 bezeichnet. Die Magnetwicklungen der Kupplungen sind über drei Stromrichteranordnungen
S1, S2, S3 an ein Wechselstromnetz W
angeschlossen. Die Stromrichter
bestehen aus Gas-oder Dampfentladungsstrecken, die als Zweiweggleichrichter geschaltet
sind. Die Kathoden aller Entladungsstrecken sind aus Gründen, die noch näher erläutert
werden, untereinander und mit je einem Pol der drei Magnetwicklungen K1, K2, K3
elektrisch verbunden.
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Zur Steuerung der Entladungsstrecken, d. h. im vorliegenden Falle
zum Ein- und Ausschalten, dienen Je zwei Steuergitter i und 2, von denen die Gitter
2 an die Kathode der Entladungsstrecken angeschlossen sind, während die Gitter i
ihre Spannung von Transformatoren T1, T2, T3 erhalten. Die Entladungsstrecken arbeiten
mit der soggenannten Zündkennliniensteuerung, bei der der Zündzeitpunkt durch Veränderung
der Zündkennlinie der Entladungsstrecke bestimmt und insbesondere zeitlich verschoben
werden kann: Die , Stromrichter S1 und S2 sind so geschaltet, daß die Entladungsstrecken
gesperrt oder gezündet sind, je nachdem die .Spannung der Gittertransformatoren
T, und T2 mit der Anodenspannung der Entladungsstrecken in Phase oder in Gegenphase
ist. Die Entladungsstrecken des Stromrichters S3 haben eine etwas andere Steuerung.
Die Spannung des Transformators T3 wird mit Hilfe eines Kondensators C gegenüber
der Anodenspannung um 9o° verschoben, und die Zündung der Entladungsstrecken hängt
von dem Potential der Steuergitter 2 ab, die über Widerstände R1 und R2 an die Magnetwicklungen
K1 und K2 angeschlossen sind.
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Es sei hier erwähnt, daß die angegebene Anordnung der Entladungsstrecken
der Stromrichter S nur als eine der Ausführungsmöglichkeiten anzusehen ist. Man
kann auch andere bekannte Entladungsstrecken, beispielsweise Entladungsstrecken
mit nur einem Steuergitter und einer Steuerung des Zündzeitpunktes durch Änderung
der Phasenlage zwischen Gitterspannung und Anodenspannung, verwenden. Auch für die
Änderung des Gitterpotentials lassen sich die in anderem Zusammenhang vorgeschlagenen
Einrichtungen zur Steuerung von Gas- oder Dampfentladungsstrecken anwenden. Es ist
auch nicht unbedingt notwendig, daß in jedem Falle Gasentladungsgefäße verwendet
werden, obwohl diese Entladungsgefäße für größere Leistungen anderen Entladungsgefäßen
vorzuziehen sind. Die Steuerung nach der Erfindung kann bei kleinen Leistungen auch
mit Hochvakuumelektronenrohren durchgeführt werden.
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Die für den Steuerungsvorgang maßgebende Leitkurve: L überträgt ihre
Bewegungen auf einen Fühlhebel F, von dessen Stellung der Belichtungszustand einer
Fotozelle P abhängig ist: Zwischen die Lichtquelle A, Welche mit dem Fühlhebel F
mechanisch verbunden ist, und die Fotozelle P sind zwei siebartige Blenden Bi und
B2 geschaltet. Von der gegenseitigen Stellung dieser beiden Blenden hängt die Belichtung
der Fotozelle P ab. Der Vorteil dieser Aufteilung der Gesamtbelichtung der Fotozelle
in mehrere einzelne Lichtbündel und deren Veränderung durch die gegenseitige Verlagerung
der beiden Siebe besteht darin, daß schon' bei kleinen Bewegungen des Fühlhebels
P kräftige Änderungen der Belichtung der Fotozelle erzeugt werden können.
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Die Fotozelle P ist an ein Drehspulsystem D angeschlossen, das die
Fahne eines Düsenbolometers B verstellt. Fotozelle und Drehspulsystem sind so aufeinander
abgestimmt, daß einer mittleren Belichtung die in der Zeichnung dargestellte Mittel-Lage
der Bolometerfahne entspricht, während bei Abweichungen der Belichtungsstärke in
dem einen oder anderen Sinne (hell oder dunkel) die Bolömeterfahne nach der einen
oder anderen Seite. ausschlägt. Die Brückenwiderstände des Bolometers sind über
einen Transformator 5 an das Wechselstromnetz W angeschlossen. Zwischen den Brückeneckpunkten
a und 8 tritt dann eine Spannung auf, die der Lage der Boiometerfahne und damit
der Belichtung der Fotozelle entspricht. Wenn beispielsweise bei mittlerer Belichtung
der Fotozelle die Brückenspannung gleich Null ist, .so hat die Brückenspannung bei
stärkerer Belichtung (hell) einen bestimmten Wert und bei entsprechend schwächerer
Belichtung (dunkel) den gleichen Wert, nur um i.8,o° in der Phase verschoben. Die
Brückenspannung wird über die Transformatoren TI und T2 den Gittern i der Stromrichter
S1 und S2 zugeführt. Die Anodenspannungen der Entladungsstrecken der Stromrichter
S1 und S2 sind um i8,o° gegeneinander phasenverschoben, so daß bei einer bestimmten
Brückenspannung des Bolometers jeweils entweder der Stromrichter S1 oder der Stromrichter
S2 eingeschaltet ist. Je, nachdem die Bolometerfahne in dem einen oder anderen Sinne
aus ihrer Mittellage abweicht, wird somit eine der beiden Magnetkupplungen K1 oder
K2 eingeschaltet.
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In der Mittellage der Bolometerfahne ist keiner der beiden Stromrichter
S1 und S2 gezündet. Beide Kupplungen K1 und K2 sind ausgeschaltet. In diesem Falle
soll die Kupplung K3 eingeschaltet sein. Dies wird nicht unmittelbar von der Stellung
der Bolometerfahne abhängig gemacht, sondern wird ; mittelbar dadurch erreicht,
daß die Entladungsstrecken des Stromrichters S3 gezündet werden, wenn die beiden
Magnetkupplungen K1 und K2 stromlos sind. Die: Steuergitter 2 des iS,tromrichters
S3 sind zu dem Zweck über Widerstände R1 und R2 an je einen Pol der Kupplungen K1
und K2 angeschlossen. Laie Steuergitter i des Stromrichters S3 erhalten über den
Transformator T3 eine Wechselspannung, die wegen des parallel geschalteten Kondensators
C gegenüber der Anodenspannung um go° in der Phase verschoben ist.,Solange die Kupplungen
K1 und K2 stromlos sind, d. h. solange die !Stromrichter S1 und S2 nicht gezündet
sind, haben die Gitter ,2 des Stromrichters S3 Kathodenpotential, und die Entladungsstrecken
sind gezündet. iSobald dagegen einer der beiden Stromrichter S1 und S2 gezündet-
wird, erhalten die Steuergitter 2 des, Stromrichters S3 über einen der beiden Widerstände
R1 und R2 negatives Potential, und der Stromrichter S3 wird gesperrt. Die Magnetkupplung
K3 wird somit jeweils dann eingeschaltet,
wenn weder die Kupplung
K1 noch die Kupplung K2 eingeschaltet ist.
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An Stelle der Widerstandsverbindung zwischen den Kupplungen K1 und
K2 einerseits und den Steuergittern a des Stromrichters S3 können auch andere Mittel
angewendet werden, um den elektrischen Zustand der beiden Kupplungen K1 und K2 auf
den Steuerzustand des Stromrichters S3 zu übertragen. .Man könnte beispielsweise
in den Gitterkreis des Stromrichters S3 die Kontakte von Relais schalten, die von
dem Strom oder der Spannung der beiden Kupplungen K1 und K2 abhängig sind. In jedem
Falle kommt es darauf an, daß der dritte Arbeitsstromkreis, d. h. der Stromkreis,
der nicht unmittelbar von dem Bolometer B und mit ihm von dem Fühler F abhängig
ist, gesteuert, d. h. ein- oder ausgeschaltet wird, sobald sich der Zustand eines
anderen Arbeitsstromkreises, d. h. im vorliegenden Falle der beiden Magnetkupplungen
K1 oder K2, ändert. Die Wahl der Mittel für die Steuerung wird auch von den Schaltmitteln
abhängen, die in den Arbeitsstromkreisen zum Ein- und Ausschalten der Verbraucher
angewendet werden.
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Aus der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ergibt sich, daß eine Reihe von Steuerungsmitteln notwendig sind,
um die Bewegungen des Fühlhebels, F, welcher die Schablone L abtastet, auf die Arbeitsstromkreise
der drei Magnetkupplungen K1, K2 und K3 zu übertragen. Auf diesem übertragungsweg
sind gewissermaßen hintereinandergeschaltet: Der Fühlhebel F mit der an ihm angebrachten
Beleuchtungseinrichtung A, die Fotozelle P mit den zwischen Zelle und Beleuchtungseinrichtung
geschalteten siebartigen Blenden Bi und B2, das Düsenbolometer B, welches durch
das Drehspulsystem D gesteuert wird, und schließlich die Stromrichter S1, S2 und
S3, die von der Brückenspannung des Bolometers B abhängig sind.
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Von besonderer Bedeutung ist die Ausbildung der Steuerungsmittel,
welche den Zustand der Brückenschaltung des Bobmeters auf die Arbeitsstromkreise
der drei Magnetkupplungen K1, K2 und K3 übertragen. Die Erfindung verwendet hier
ein Steuerungsprinzip, welches von allgemeiner Bedeutung ist und nicht nur für Fühlhebelsteuerungen
angewendet werden kann.
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Das zugrunde liegende Problem besteht darin, daß durch irgendeinen
Fühler, als den man auch die Bolometerfahne des Bolometers B bezeichnen kann, mindestens
zwei Arbeitsstromkreise gesteuert werden sollen, und zwar derart, daß zwei Stellungen
des Fühlers je einem Zustand der Arbeitsstromkreise, beispielsweise der Einschaltung
oder Ausschaltung, entsprechen. Man könnte beide Stellungen des Fühlers gleichmäßig
behandeln und beispielsweise in beiden Stellungen einen Kontakt öffnen oder schließen,
der den dieser Stellung zugeordneten Arbeitsstromkreis einschaltet oder ausschaltet:
Das macht jedoch Schwierigkeiten, wenn, wie im vorliegenden Beispiel, der Fühler
eine Mittelstellung hat und wenn auch in dieser Mittelstellung ein Arbeitsstromkreis
gesteuert werden soll.- Auch für diesen Fall könnte man Kontaktanordnungen wählen,
indem beispielsweise ein Doppelkontakt vorgesehen ist, der geöffnet wird, wenn der
Fühler von seiner Mittellage abweicht, und zwar sowohl bei der Abweichung nach der
einen Seite als auch bei dieser Abweichung nach der anderen Seite. Solche Kontaktanordnungen
sind verhältnismäßig kompliziert. Auf erhebliche Schwierigkeiten stößt man, wenn
es sich um Anordnungen handelt, die so empfindlich sind wie ein Düsenbolometer,
d. h. um Anordnungen, bei denen mechanische Kontakte nicht betätigt werden sollen.
Die Schwierigkeiten sind bei dem Bolometer auch noch dadurch bedingt, daß dieses
Instrument mit einer elektrischen Brückenschaltung zusammenarbeitet und da,ß eine
solche Brückenschaltung dann arm emp findldchstenr arbeitet, wenn man: nur die beiden
Brückenzustände der Abweichung des Gleichgewichtes in d@em einen oder anderen Sinne
für die Steuerung benutzt. In beiden Abweichstellu.ngen stellt die Brückenscha.ltu@n;g
eine Steuerspannung zur Verfügung, in der Mittelstellung dagegen ist diese Steuerspannung
Null, und Steuerimpulse können daher von der Brücke nicht abgegeb°n werden..
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Alle diese Schwierigk:iten werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt,
dia,ß in einer Stellung des die Arbeitsstromkreise steuernden Fühlers nicht unmittelbar
von dem Fühler aus, sondern indirekt von den anderen Arbeitsstromkreisen aus gesteuert
wird., und zwar derart, da.ß die Zustandsänderungem dieser Arbeitss -tromkreise,
welch° ihrerseits von der Stellung des Fühlers abhängig sind, auf den mittelbar
zu steuernden Arbeitsstromkreis übertragen werden. fEin Fühler, der an sich wie
das Bolometer des Ausführungsbeispiels nur zwei Steuerstellungen hat, kann auf diese
Weise drei Arb"e,itsstromkreis-e stuern. Für drei Arbeitsstromkreise können dann
Steuerungsmittel beibehalten werden, die mit elektrischen Brückenschaltungen: arbeiten,
und auch die Gleichgewichtsstellung der Brückenschaltung, bei der die Brückenspannung
Null ist, ergibt, wenn auch mittelbar, einen Steuerimpuls für einen dritten Arbeits
s@tromkre i s.
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Es wurde bereits a.nged°_utet, daß als Fühler im Sinne der Erfindung
nicht nur der Fühler F des Ausführungsbeispiels angesehen werden kann., sondern
auch die Fahne des Düsenbolometers B. Für eine Fühlersteuerung von spanabhebenden
Arbeitsmaschinen wird man dagegen mit Vorteil eine Anordnung wählen, bei der zwischen
das Düsenbolometer und den mechanischen Fühlhebel noch eine Fotozellen -anord-nung
geschaltet ist. Man erhält dadurch eine Steueranordnung, die ste-ue.rungstechnischgesehen
einen hohen Grad der Empfindlichkeit besitzt, die aber trotzdem werkstattechnisch
gesehen sehr widerstandsfähig ist. Letzteres wird vor allem dadurch erreicht, daß
das feinempfindliche Düsenboilometer von den mit der Schablone in Verbindung stehenden@
Steuerungsteilen mechanisch vollkommen getrennt ist, weil die Verbindung zwischen
dem Fühlhebel F und! dem Düsenbolometer durch Lichtstrahlen herg,- stellt wird..
Das Düsenbolometer kann auch durch ein Fotobolometer
ersetzt werden,
bei dem die Rolle des Luftstrahles durch: Lichtstrahlen übernommen wird.