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Elektromotorisch angetriebene Werkzeugmaschine mit Einrichtung zum
Ausschalten des Vorschubs bei Überlastung des Werkzeugs Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektrisch' angetriebene Werkzeugmaschine mit einem umlaufenden Fräser,
Messerkopf od. dgl. sowie mit einem das Werkstück tragenden Tisch, dessen Vorschubtriebwerk
durch Steuermittel, die eine Elektronenröhre enthalten und bei Erreichen einer bestimmten
Grenze der Belastung des Werkzeugs in Tätigkeit treten, eine Verringerung oder Unterbrechung
seiner Geschwindigkeit erfährt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Steuermittel besonders
einfach und betriebssicher auszugestalten.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Gitterspannung der Elektronenröhre in Abhängigkeit von der Antriebsleistung
des Werkzeugs steht und den Anodenstrom der Röhre sperrt, wenn diese Antriebsleistung
den Grenzwert erreicht.
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Im Gegensatz zu dieser Lösung wurde bei einer bekannten Steuerung
die Gitterspannung nicht von der Antriebsleistung des Werkzeugs bestimmt, sondern
von der Vorschubkraft. Zwischen dieser und der Antriebsleistung besteht aber keine
feste, unabänderliche Beziehung. Schließlich ist es bei Holzschleifern zur Herstellung
von Holzschliff bekannt, den Vorschub des Holzes in Abhängigkeit der Antriebsleistung
der Schleifscheibe mit Hilfe einer Elektronenröhre zu bringen, um eine Überlastung
des Schleifsteines zu verhindern. Die Übertragung dieser Anordnung auf eine Werkzeugmaschine
bedeutet
eine erhebliche Bereicherung der Werkzeugmaschinentechnik.
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In den Zeichnungen ist der Werkstückschlitten i einer Fräsmaschine
oder einer entsprechenden Werkzeugmaschine dargestellt, der seinen Antrieb durch
eine Leitspindel2 erfährt. Diese wird über Zahnräder 3 und 4 vom einer Welle 5 angetrieben,
die durch, zwei einander gegenüberliegende Magnetkupplungen 6 verläuft, zwischen
denen eine durch Feder und Nut auf der Welle 5 befestigte Ankerscheibe 7 liegt.
Jede der beiden Magnetkupplungen 6 trägt ein Kegelrad 8, das mit einem Kegelritzelg
kämmt. Dieses wird von der Welle io .eines Elektromotors ii angetrieben. Dieser
treibt also die Vorschubspindel 2 an, welche ihrerseits den Schlitten i über die
Magnetkupplungen 6 und die Welle 5 in Bewegung versetzt, wobei die Richtung dieses
Vorschubes davon abhängt, welche der beiden durch das Ritzel 9 in entgegengesetzten
Umlauf versetzten Magnetkupplungen 6 erregt ist.
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Das Werkstück W, das auf dem Werktisch i befestigt ist, wird durch
einen Fräser 12 bearbeitet, der über Zahnräder 13 und 14 durch die Welle 15 eines
Elektromotors 16 angetrieben wird. Der die Werkzeugspindel 12 antreibende Motor
16 hat eine der Größe der Fräsmaschine angepaßte Leistungsfähigkeit. Es ist daher
im Interesse der bestmöglichen Ausnutzung der Maschine erwünscht, daß er mit voller
Leistung arbeitet, um die größtmögliche Zerspanungsarbeit zu leisten. Wenn dies
geschieht, schneidet der Fräser den für Werkzeug und Maschine zulässigen stärksten
Span. Dann muß freilich Vorsorge dafür getroffen werden, daß der Fräsmotor 16 nicht
überlastet wird, wenn die Spanstärke zunimmt oder der Fräser auf eine harte Stelle
im Werkstoff gerät. Diesem Zweck dient die nachstehend beschriebene Steuerung für
den Vorschub des Werktisches i. Diese Steuerung ermöglicht es daher, den Vorschub
jederzeit auf die Leistungsfähigkeit von Fräser 12 und Motor 16 zu begrenzen.
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Zu diesem Zweck sind die beiden Hauptadern 17 und 18, die den Vorschubmotor
i i speisen, mit einem Zweigstromkreis für die Erregung der Magnetkupplungen 6 versehen.
Die Ader 18 hat einen Umschalter i9, dessen Schaltkontakte an Leitungen 2o und 21
liegen, welche die beiden-Magnetkupplungen 6 für den Vorschub in beiden Richtungen
speisen. Die -Stromkreise durch die Magnetkupplungen 6 laufen weiter über Zweigleitungen
22 und 23, die an eine Leitung 24 angeschlossen sind, welche zu einem Arbeitskontakt
25 eines Relais 27 führt. Dieser Arbeitskontakt kann durch den Relaisanker 26 geschlossen
werden, an dem die Ader 17 der Zuleitung angeschlossen ist. Das nachstehend näher
erläuterte Relais 27 trennt daher mittels seines Ankers 26 den Stromkreis der Vorschubkupplungen
6 am Kontakt 25, wenn der Anker 26 abfällt.
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Der Leistungsbedarf richtet sich nach Größe und Gestalt des Fräswerkzeugs
12 und danach, auf welche Spanstärke der Vorschub. eingestellt werden kann, ohne
Werkzeug und Werkstück zu gefährden und ohne die Maschine zu überlasten. Um daher
das Fräswerkzeug mit voller Leistung betreiben zu können, ohne die Gefahr der überlastung
zu laufen, wird in bekannter Weise das vom Motor 16 erzeugte Drehmoment benutzt,
um den Werkstückvorschub innerhalb der zulässigen Höchstgrenze zu steuern.
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Zu diesem Zweck ist die Primärspule 28 eines Wandlers 29 in die Ader
a des den Motor 16 speisenden Drehstromkabels eingeschaltet. Die Sekundärspule 3o
des Wandlers ist parallel zu einem Widerstand 31 geschaltet, an dessen Klemmen daher
eine Spannung entsteht, die der Stromaufnahme des Motors 16 verhältnisgleich ist.
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Zwischen die Adern b und c des Zuleitungskabels für den Drehstrommotor
16 ist die Primärwicklung 32 eines Wandlers 33 mit zwei Sekundärwicklungen 34 und
35 geschaltet. Die Sekundärwicklung 34 liefert einen Heizstrom für den Heizdraht
36 einer Röhre 5o, und zwar über Leitungen 37 und 38. Zwischen diese ist ein Widerstand
39 geschaltet, auf dem ein Gleitkontakt 40 angeordnet ist. Dieser steht durch eine
Leitung 41 mit der einen Klemme des Widerstandes 31 in Verbindung, wodurch der an
den Klemmen des Widerstandes 31 liegenden Spannung ein durch den Kontakt 4o abgreifbares
Potential hinzugefügt wird. Die Leitung 42 verläuft von der anderen Klemme des Widerstandes
31 und die Leitung 37 von einer Klemme des Widerstandes 39 aus, und diese beiden
Leitungen führen daher eine Spannung, welche dem am Widerstand 31 liegenden, vermehrt
um das vom Gleitkontakt 4o am oberen Abschnitt des Widerstandes 39 abgegriffenen
Potential entspricht. Dabei ist die am Widerstand 39 liegende Spannung phasenverschoben
gegenüber der Wirkkomponente des Stromes der Ader a des ' Motors 16. Die Spannung
wird so gewählt und eingestellt, daß sie der durch die magnetisierende Komponente
des Stromes erzeugten Spannung am Widerstand 31 entgegenwirkt. Infolgedessen liegt
zwischen den Leitungen 37 und 42 eine Spannung, die im wesentlichen der Wirkkomponente
des Motorstrdmes verhältnisgleich ist. Diese Spannung ist ziemlich genau proportional
der abgegebenen Leistung des Motors, und zwar ist sie in dem kleinen Leistungsbereich
sehr viel genauer proportional, als es eine Spannung wäre, die sich von dem Strom
im Zuleitungskabel des Motors 16 ableiten ließe.
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Ein in PS oder einer anderen Einheit geeichtes Voltmeter 43 liegt
aal dem: Leitungen 37 und 42, und diese Leitungen sind nun mit der Eingangsseite.
einer Trockengleichrichteranordnung 44 verbunden, dessen Ausgangsseite an Leitungen
45. und `46 liegt. Zwischen diesen beiden Leitungen sind ein Widerstand 47 und ein
Kondensator 48 geschaltet. An den Klemmen des Widerstandes 47 liegt daher ein Gleichstrom,
der verhältnisgleich der an der Eingangsseite des Gleichrichters 44
liegenden
Wechselspannung ist. Die negative Klemme des Widerstandes 47 ist mit dem Gitter
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einer Dreielektrodenröhre 5o verbunden. Die Ausgangswicklung 35 des Wandlers 33
liegt an den wechselstromseitigen Eingangsklemmen einer Trockengleichrichteranordnung
51, deren gleichstromseitige Ausgangsklemmen an Leitungen 52, 53 angeschlossen sind.
Die Gleichspannung zwischen diesen Leitungen wird durch einen Stabilisator 54 geregelt,
so daß sich eine sehr genau konstante Gleichspannung zwischen den Anschlußstellen
55 und 56 ergibt.
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Ein einstellbarer Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen
57 und 58, ist zwischen den Anschlußpunkten 55 und 56 eingeschaltet, und mit dem
Punkt 56 ist ferner die Leitung 45 verbunden. Die Kathode 59 ist an dem Punkt 6o
zwischen den beiden Widerständen 57 und 58 angeschlossen. Der Widerstand 58 ist
durch einen Gleitkontakt 61 einstellbar. Auf diese Weise erhält das Gitter 49 eine
regelbare Vorspannung gegenüber der Kathode 59 der Röhre 5o.
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Die Röhre 5o ist eine Triode. Ihre Anode 62 ist mit dem Anschlußpunkt
55 über eine Relaisspule 27 verbunden. Außerdem ist in die Leitung 52 ein Widerstand
63 eingeschaltet.
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Beim normalen Lauf der Maschine fließt durch die Röhre 5o ein Anodenstrom,
der die Relaisspule 27 erregt, welche ihren Arbeitskontakt 25, 26 schließt. Die
Spannung am Widerstand 47 addiert sich zu der Vorspannung, die anfänglich am Widerstand
58 durch den Gleitkontakt 61 eingestellt ist. Diese Gittervorspannung ist beim normalen
Gang der Maschine jedoch zu niedrig, um die Röhre zu sperren. Wenn sich jedoch die
Zerspanungsarbeit des Werkzeugs erhöht und daher die Leistungsaufnahme des Motors
16 wächst, nimmt die Spannung am Widerstand 47 zu, so daß die negative Gittervorspannung
steigt. Schließlich erreicht diese denjenigen Wert, bei welchem der Anodenstrom
der Röhre 5o plötzlich schnell abnimmt, bis er schließlich so verringert wird, daß
das Relais 27 abfällt und seine Arbeitskontakte 25, 26 trennt. Dadurch wird der
Vorschub verringert oder ganz beendigt, so daß der Motor 16 entlastet wird und infolgedessen
die Spannung am Widerstand 47 sinkt. Sie sinkt so weit, daß die Röhre 5o wieder
entsperrt wird und das Relais 27 erregt, was dann seine Arbeitskontakte 25, 26 schließt
und die Wiederaufnahme des Vorschubs herbeiführt. Der Vorschub währt dann so lange,
bis wieder eine Überlastung des Werkzeugs eintritt und der Vorschub von neuem unterbrochen
oder herabgesetzt wird. Die Triode ist so gewählt, daß ihre Kennlinie bei zunehmender
Gittervorspannung eine steile Abnahme des Anodenstromes gewährleistet. Die Stelle,
bei welcher die Röhre 50 gesperrt wird, läßt sich durch Einstellen der Gittervorspannung
mittels des Schiebers 61 bestimmen. Wird die Gittervorspannung von vornherein so
gewählt, daß sie sich der Sperrspannung nähert, so genügt eine kleine Zusatzspannung
am Widerstand 47 bereits, um die Sperrung herbeizuführen. Ist die eingestellte Vorspannung
aber klein, so muß der Motor mit entsprechend größerer Leistung arbeiten, damit
die Sperrung der Röhre 5o eintritt. Das Relais 27 kann durch irgendein anderes elektrisches
oder elektromechanisches Schaltmittel ersetzt werden, das den Vorschub von Werkzeug
und Werkstück überwacht. So kann man z. B. einen kleinen Geschwindigkeitssteuermotor
verwenden, um die Welle 5 anzutreiben, oder ein magnetgesteuertes Ventil benutzen,
das die Kupplungen 6 durch ein gasförmiges oder flüssiges Steuermedium betätigt.
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Wichtig ist es, daß die vom Motorstrom entwickelte Spannung durch
Subtraktion derjenigen Spannung abgewandelt wird, die durch die Magnetisierungskomponente
des Stromes bewirkt wird, damit eine lineare Abhängigkeit von der Leistung bei niedriger
Motorleistung aufrechterhalten werden kann.