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Elektrische Steuerung für fühlergesteuerte Nachformwerkzeugmaschinen,
insbesondere Fräsmaschinen Die Arbeitsgüte, die auf einer fühlergesteuerten Nachformwerkzeugmaschine,
z. B. auf einer fühlergesteuerten Fräsmaschine, erreicht werden kann, wird maßgeblich
durch die mechanischen Eigenschaften des Fühlers beeinflußt. Ein Steuervorgang der
Maschine kann nur dann zustande kommen, wenn der Fühler aus seiner Nullage aasgelenkt
wird. Je geringer seine Aaslenkung nur zu sein braucht, um einen Steuerbefehl hervorzurufen,
um so geringer wird die Abweichung zwischen Werkstück und Musterstück sein, d. h.
um so höher wird die Arbeitsgüte werden. Bei dem rein mechanischen Fühler ist die
Größe der notwendigen Aaslenkung durch den Kontaktabstand gegeben. Ein gewisser
kleinster Abstand darf nicht unterschritten werden, vor allem deshalb nicht, weil
sonst beim Öffnen der Kontakte ein Lichtbogen stehenbleibt, der die Abgabe genauer
Steuerbefehle unmöglich macht. Aus dieser Überlegung heraus sind bereits andere
Fühlerbauformen vorgeschlagen und zum Teil auch angewendet worden, bei denen die
mechanischen Kontakte durch andere Befehlsgeber ersetzt sind. Gute Ergebnisse hat
man mit dem Bolometerfühler erzielt. Auch mit Fühlern, die auf dem Prinzip der Induktionsänderung
in Magnetkreisen aufgebaut sind, hat man bereits gearbeitet: In dem Bestreben, die
notwendigen Steuerungswege noch weiter zu verringern und darüber hinaus die Steuerung
zu vereinfachen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, als vom Fühler beeinflußte
Befehlsgeber Kohledruckwiderstände zu verwenden,
also Kohlesäulen,
deren Widerstandsw ersich je nach dem `Belastungsdruck ändert. Dez Ersatz der Wegabhängigkeit
des Befehlsgeber: durch die Druckabhängigkeit würde theoretisch bedeuten, daß man
mit unendlich kleinen Fühlerauslenkungen arbeiten könnte. In Wirklichkeit müssen
jedoch offensichtlich gewisse Steuerwege zugelassen werden, da sonst ein Bearbeitungsvorgang
überhaupt nicht denkbar wäre. Bis zu einem gewissen Grad werden die notwendigen
Wege allein schon durch die Elastizität des Fühlers geschaffen werden können.
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Neben der Verkleinerung der Steuerwege bietet die Anwendung derartiger
Kohledruckwiderstände als Befehlsgeber noch eine verhältnismäßig einfache Möglichkeit,
die absatzweise Treppensteuerung des Bearbeitungsvorganges durch eine stetige Steuerung
zu ersetzen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei an Hand der Zeichnung erläutert,
und zwar sei zunächst das der Fig. i besprochen.
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Der Fühlerhebel i endet in bekannter Weise in einer Kugelspitze 2,
die in einer Pfanne 3 ruht. Diese wird von einer Membran q. getragen und geht in
ein Druckstück 5 über. Innerhalb des Mantels 6 ruht eine geschichtete Kohlesäule
7 zwischen den Druckstücken 8 und g. io und ii sind die zur Stromquelle führenden
Leitungen; 13 ist eine Einstellschraube. Die Kohlesäule 7 hat im Gleichgewichtszustand
einen bestimmten Widerstand, dem ein bestimmter Strom zugeordnet ist. Ändert sich
jetzt die Auslenkung des Fühlerhebels i, so ändert sich damit auch der Druck, der
auf der Kohlesäule ruht. Steigt er an, so verringert sich der Widerstand in der
Kohlesäule, d. h. der Strom wird größer, und er wird kleiner, wenn infolge absinkenden
Druckes der Widerstand der Kohlesäule ansteigt. Um Überbeanspruchungen durch zu
große Auslenkungen des Fühlers vorzubeugen, ist der Mantel 6 auf einer Feder 14
abgestützt, so daß die Vorrichtung im ganzen um einen bestimmten Betrag in axialer
Richtung verschiebbar ist.
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Fig.2 gibt eine Schaltmöglichkeit der Anordnung an. Die Kohlesäule
7 ist in eine Brücke 15 eingeschaltet, deren Mittelpunkte an eine Wicklung 16 eines
Relais geführt sind. Der Wicklung 16, die also vom Gleichstrom durchflossen wird,
ist eine Wicklung 17 zugeordnet, der beispielsweise über einen Reläiswechselrichter
i8 und einen Transformator ig eine Wechselspannung aufgedrückt wird.
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Die Schaltung könnte naturgemäß auch anders aufgebaut werden, doch
ist gerade diese Art besonders zweckmäßig.
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In Fig. 2 a zeigt der Linienzug w den Verlauf der Spannung an, die
vom Wechselrichter 18 geliefert wird. Die Spannung hat etwa Sägezahnform. Der Wechselspannung
überlagert sich eine Gleichspannung von der Brücke 15 her. Wenn diese Gleichspannung
den Wert gll hat, so ist beispielsweise die Strecke a-b gleich der Strecke b-c usf.,
d. h. die Dauer der positiven Halbwelle ist gleich der Dauer der negativen Halbwelle.
Wenn. man jetzt die Gleichspannung auf den Wert gl, verschiebt, ist die Dauer der
positiven Halbwelle d-e offensichtlich wesentlich geringer als die Dauer der negativen
Halbwelle e-f. Wird umgekehrt die Gleichspannung nach gl, verlegt, so ist die Dauer
der positiven Halbwelle g-h wesentlich größer als die Dauer der negativen Halbwelle
h-i. Von dieser Tatsache wird in der Relaisschaltung 2o mit zwei hintereinandergeschalteten
Relais Ra. und R., Gebrauch gemacht, die mit dem Arbeitskontakt 21 des Relais 2o
in Reihe geschaltet sind. Wenn also das Relais 2o anspricht, wird der Arbeitskontakt
21 geschlossen, und dadurch werden die Relais Ml und R2 eingeschaltet. Das Relais
R1 sei der Fühlvorschubbewegung, das Relais R, der Leitvorschubbewegung zugeordnet.
Es ist dabei angenommen, daß für Fühlvorschub und Leitvorschub je ein Leonardsatz
vorgesehen sei. Das Relais 2o sei angesprungen, so daß R1 und R., angesprochen haben.
Dann sind die Arbeitskontakte 22 von R1 und 23 von R2 geöffnet und folgende Stromläufe
hergestellt: Für den Leonardsatz F von Anschluß 24 über den Vorwiderstand 25, Erregerwicklung
26 des Generators G1, die jetzt geschlossenen Arbeitskontakte 27 von R2 nach 28.
Ein entsprechender Stromlauf ist für den Leonardsatz I_ zustande gekommen, nämlich
von Anschluß 29 über die jetzt geschlossenen Arbeitskontakte 30 von R1, die
Erregerwicklung 31 des Generators G2, den Vorwiderstand 33 nach Anschluß 3q.. Jetzt
kommt es darauf an, wie die Gleichspannung gl liegt. Liegt sie so wie gh,
so ist die Dauer der positiven Halbwelle, d. h. die Dauer des Schließens des Relais
2o gleich seiner Öffnungsdauer, und damit ist auch das Verhältnis des Laufes von
F und L gleich, d. h. beide Vor- , Schubmotoren arbeiten gleich und ergeben dadurch
eine resultierende Bewegung unter q.5°; ist die Gleichspannung aber auf den Wert
äl, gelegt, so ist die Erregungsdauer des Relais 2o erheblich kleiner als die Zeit
seines Abfalles. Infolgedessen dauert das Schließen von R1 nur kurze Zeit an. Kurzes
Schließen und langes Öffnen von R1 bedeutet aber längen Lauf von F und kurzen Lauf
von L, d. h. die Bewegung in Richtung auf das Werkstück zu (bzw. vom Werkstück weg)
ist größer als die Leitvorschubbewegung. Wenn umgekehrt die Gleichspannung auf gl,
verlegt wird, ist die Laufzeit von F kleiner gegenüber der von L, d. h. die Leitvorschubbewegung
ist größer als die Fühlvorschubbewegung.
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Mit der beschriebenen Schaltung ist es also, wie schon angedeutet
wurde, möglich, auf sehr einfachem Wege eine Steuerung entsprechend der Kurvenneigung
durchzuführen.
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Der Befehlsgeber kann jedoch noch weiter ausgestaltet werden, und
zwar dadurch, daß zwei Kohlewiderstände mit dazwischenliegendem Druckstück verwendet
werden in der Weise, daß bei Erhöhung des Druckes auf die eine Kohlesäule der auf
die andere Kohlesäule wirkende Druck erniedrigt wird. Man erhält hierdurch eine
Summenwirkurig
der Steuerströme, die in gewissen Schaltungen wertvoll
ist. Die vom Befehlsgeber ausgelösten Steuerbefehle können in einfacher Weise auf
mechanische oder elektrische Differentialgetriebe übertragen werden, die in die
Antriebe für die Fühlvorschubbewegung und Leitv orschubbewegung eingeschaltet sind.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in der Fig. 3 dargestellt. Innerhalb
des Gehäuses 35 liegen zwei Kohlesäulen 36 und 37 mit einem gemeinsamen Druckstück
38, gegen das sich der Tasterkopf 39 legt. Die beiden Kohlensäulen 36 und 37 sind
in die Erregerwicklungen 40 und 41 zweier Motoren eingeschaltet, die je ein Kegelrad
43, 44 eines Differentialgetriebes antreiben. Ist die Umlaufzahl der beiden Motoren
gleich, so wird das mittlere Rad 45 ohne Drehung mitgenommen. Ist jedoch infolge
der Auslenkung des Fühlers die Belastung der beiden Kohlesäulen verschieden, so
daß also ein Differenzstrom entsteht, so wird einer der beiden Motoren 41, 42 gegenüber
dem anderen voreilen. Die beiden Kegelräder 43. 44 nehmen dadurch verschiedene Geschwindigkeiten
an, so daß jetzt auf das Rad 45 eine Drehbewegung übertragen wird. Jetzt wird durch
das Ritzel 46 eine Bewegung auf die Zahnstange 47 übertragen, die mit dem Fräser
48 verbunden ist. Dieser wird je nach der Fühlerauslenkung auf das Werkstück zu
oder von ihm weg bewegt.
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Wenn man zwei derartige Kohlesäulen in einem Kreuz. anordnet, kann
man eine Steuerung für Umrißfräser entwickeln, die dem bekannten Quadrantenwähler
bei den Kontaktsteuerungen entspricht. Ein schaubildliches Beispiel hierfür ist
in Fig. 4 dargestellt. Durch eine nicht eingezeichnete Feder kann der Fühler jeweils
auf einen Quadranten des Kreuzes eingestellt werden. Die hierdurch ausgelösten Stromänderungen
werden auf die Wicklungspaare 5o bzw. 51 zweier Differentialgetriebe 53, 54 übertragen,
so daß sich entsprechend den bekannten Vorgängen bei Kontaktsteuerungen eine resultierende
Bewegung entlang des Umrisses ergibt.