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Stufenlos arbeitende elektrische Fühlersteuerung Die bisher bekannten
elektrischen Fühlersteuerungen arbeiten so, daß der Fühler je nach der Größe der
Auslenkung der Tastspindel mehrere elektrische Kontakte nacheinander schließt bzw.
öffnet, wodurch über entsprechende Schaltrelais die Antriebselemente der Maschine
ein- und ausgeschaltet bzw. reversiert werden. Um eine hohe Kopiergenauigkeit zu
erhalten, müssen die für die Betätigung der Kontakte erforderlichen Auslenkungen
der Tastspindel sehr klein gehalten werden, wodurch ein sehr häufiges Stillsetzen
und Wiederanfahren der Vorschubantriebe notwendig wird. Mit solchen Fühlersteuerungen
lassen sich keine größeren Vorschubgeschwindigkeiten erzielen. Vor allem dann, wenn
die Abbremsung der Maschinentische nicht schnell genug erfolgt, fährt der Maschinentisch
über den durch den Fühler vorgeschriebenen Weg hinaus, so daß der Fühler in die
nächste Schaltstellung kommt, wodurch die Maschine anfängt zu pendeln.
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Die hydraulischen Fühlersteuerungen haben demgegenüber den Vorteil,
daß sie stufenlos arbeiten und somit ein plötzliches Stillsetzen der schweren Maschinentische
bei der Abtastung von geneigten Konturen nicht auftritt. Der Nachteil der hydraulischen
Fühlersteuerung besteht jedoch darin, daß eine Erhöhung der Tastgenauigkeit des
Fühlers stets eine Verringerung der Tastgeschwindigkeit
zur Folge
hat, weil man bei den geringen Fühlerauslenkungen nur ganz geringe COlmengen steuern
kann, die nicht ausreichen, um die schweren Maschinentische zu bewegen. Es müssen
aus diesem Grunde besondere Hilfsmittel vorgesehen werden, wie Zwischenventile u.
dgl., die eine weitere Verzögerung der Schaltzeiten zur Folge haben.
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Es wurde versucht, elektrische stufenlos arbeitende Fühlersteuerungen
zu bauen, bei welchen elektrische Induktionsmeßlehren gittergesteuerte Röhren zur
Entladung bringen, durch die die Vorschubmotoren gespeist werden und je nach der
Auslenkung des Fühlers die Drehzahl der Vorschubmotoren verändert wird. Eine nach
diesem Prinzip arbeitende Steuerung ist bekannt. In einer mit Wechselstrom gespeisten
Widerstandsbrücke sind zwei Induktionsspulen vorgesehen, und durch die Bewegung
des Tasters wird der Luftspalt zwischen den Spulenkernen und dem -Anker verändert.
Dadurch wird die Widerstandsbrücke induktiv beeinflußt und eine Veränderung des
Brückenstromes hervorgerufen. Um eine genügend große Tastgenauigkeit zu erzielen,
muß man mit sehr kleinen Brückenströmen arbeiten; es sind deshalb besondere Verstärkereinrichtungen
nötig. Außerdem gibt es noch weitere Schwierigkeiten und sind besondere Maßnahmen
erforderlich, um einen linearen Regelvorgang durch die Luftspaltveränderung zu erzielen.
Die Steuerung wird dadurch kompliziert, umfangreich und teuer. Ferner wird durch
die sonstigen Zusatzelemente der Steuerung für die Konstant11altungderMeßspannung
und denlinearen Stromanstieg bei einerVeränderung desLuftspaltes durch den Taster
usw. die Störanfälligkeit der Steuerung größer und die Wartung für den Betriebsmann
schwierig.
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Die Erfindung zeigt demgegenüber eine neue stufenlos arbeitende Fühlersteuerung,
derenAufbau einfach ist, so daß sie für die verschiedensten Zwecke verwendet werden
kann. Für die Steuerung ist ein allseitig auslenkbarer Fühler vorgesehen, durch
welchen zwei Schleifkontakte auf zwei kleinen Potentiometern verstellt werden. Die
Potentiometer steuern je einen Verstärker, an welche die Vorschubmotoren für die
Tastbewegungen angeschlossen sind. Durch diese Schleifkontakte werden die Drehzahlen
der Motoren geregelt und ist durch die Lage der Schleifkontakte die Drehzahl genau
bestimmt. Da die Tische für eine reine Abtastbewegung sehr leicht ausgeführt werden
können, können hierfür verhältnismäßig kleine Motoren verwendet werden, so daß die
Steuerung für die Tasteinrichtung nur für die geringen Kräfte der kleinen Motoren
zu bemessen ist. Durch diese Vorschubmotoren für die Tastbewegung können elektrische
Geber mit angetrieben werden, welche die großen Vorschubmotoren einer getrennten
Werkzeugmaschine, z. B. einer Kopierfräsmaschine, steuern.
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Bei einer solchen Fühlersteuerung folgt der Fühler bzw. die Schablone
oder das Modell außerordentlich rasch den Fühlerkommandos. Es können folglich mit
dieser Steuerung nicht nur hohe Tast geschwindigkeiten, sondern auch sehr hohe Genauigkeiten
erreicht werden. Bei verschiedenen Maschinen, z. B. für die Automatisierung von
Nähmaschinenstraßen u. dgl., werden solche hohen Tastgeschwindigkeiten benötigt.
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Die Erfindung betrifft zusammengefaßt eine stufenlos arbeitende elektrischeFühlersteuerung
für Kopiereinrichtungen, bei der beim zeilenweisen Abtasten des Modells durch die
Tastbewegung eines Fühlers zwei Vorschubmotoren gesteuert werden, indem der Fühler
zwei Einstellteile verstellt, die in die Zweige je einer Brücke eingeschaltet sind,
deren Querstrom über elektrische Verstärker die Drehzahl der Vorschubmotoren verändert.
Sie besteht darin, daß die Einstellteile starr gekoppelte Potentiometer mit durch
Federdruck eingestellter Endstellung in Uhrzeigerdrehrichtung als Ausgangslage sind,
wovon das erste die Anstellbewegung an das Modell steuernde Potentiometer beiderseits
eines Mittelabgriffs denAnstellmotor aufwachsende Drehzahlen fürVor- oderRücklauf
steuert, während das zweite die relative Querbewegung von Modell und Fühler zueinander
steuernde Potentiometer über den Mittelabgriff den Querverstellmotor für maximale
Umlaufzahl und beiderseits des Mittelabgriffes gleichartig abnehmende Umlaufzahlen
steuert.
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Für eine solche Fühlersteuerung ist es weiterhin von Vorteil, wenn
den Vorschubmotoren für die Modellabtastung die Vorschubmotoren einer getrennt angeordneten
Werkzeugmaschine steuernde Geber zugeordnet sind. Weiterhin soll zusätzlich die
Fühlersteuerung so ausgebildet sein, daß sie die Umschaltung der Anschaltung der
Vorschubmotoren an die von den Potentiometern gesteuerten Kreise auslösende Endkontakte
am ersten Potentiometer aufweist; für dieses Umschalten kann eine Umschaltwalze
eingesetzt werden.
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Diese Weiterbildungen werden nur im Zusammenhang mit der Fühlersteuerung
nach dein Hauptanspruch als erfinderisch angesehen.
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Die Erfindung wird an Hand folgender Abbildungen beschrieben: Abb.
z und r a zeigen die stufenlos arbeitende Fühlersteuerung; Abb. 2, 2a und 2b zeigen
die grundsätzliche Arbeitsweise des Fühlers bei der Abtastung einer Kontur; Abb.
3 zeigt die Schaltungsanordnung der Potentiometer sowie der Verstärker und der Vorschubmotoren;
Abb. q. zeigt eine Fühlersteuerung, durch welche eine Kopierfräsmaschine gesteuert
wird; Abb. 5 und 5 a zeigen die Arbeitsweise der Steuerung beim vollautomatischen
Umrißfräsen; Abb. 6 zeigt die Umschaltwalze.
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Wie aus der Abb. z ersichtlich ist, besteht die Fühlersteuerung aus
einem in horizontaler Richtung beweglichen Tisch r, auf welchen das Modell 2 aufgespannt
wird, und einem Vertikalsupport 3, der auf dem Ständer q. gleitet. Der Fühler 5
ist auf dem Vertikalsupport befestigt. Er ist kardanisch aufgehängt, so daß er allseitig
beweglich
ist. Am oberen Ende der Fühlerspindel sitzt der Gleitstift
6, der in den Konus 7 eingreift. Der Konus sitzt auf einem Hebelarm 8, der um den
Zapfen 9 drehbar gelagert ist. Am Ende des Hebelarmes 8 ist die Zahnstange io befestigt,
durch welche das Ritzel i i für die Verstellung der Potentiometer 12 und 13 angetrieben
wird. Durch die Feder 14. wird der Hebelarm 8 gegen den Gleitstift 6 des Fühlers
gedrückt, so daß die Schleifkontakte der Potentiometer senkrecht nach unten zu liegen
kommen.
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Je nach der Größe der Aaslenkung der Fühlerspindel wird der Hebelarm
8 gegen den Federdruck 1,4 nach oben aasgelenkt, so daß hierdurch die Potentiometerschleifkontakte
verstellt werden. Durch die Potentioineter werden die beiden Vorschubmotoren 15
und 16 gesteuert.
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Wie aus Abb. i a ersichtlich ist, steuert das Potentioineter 1 2 den
Vorschubmotor 15 für den Vertikalsupport. Das Potentiometer 13 steuert den Vorschubmotor
16 für den Horizontalsupport. In der Ruhelage des Fühlers stehen die beiden Schleifkontakte
17 und 18 entsprechend der Abb. i a in den Stellungen I und IV. Der Antriebsmotor
15 läuft somit mit seiner maximalen Drehzahl und bewegt den Fühler senkrecht nach
unten in Richtung auf die Modelloberfläche. Der Horizontalantriebsinotor 16 hingegen
ist ausgeschaltet. Sobald der Fühler an die Modelloberfläche anstößt, werden die
Schleifkontakte 17 und 18 gemäß Abb. i a entgegen dein Uhrzeigersinn verstellt.
Beide Schleifkontakte sind miteinander mechanisch gekuppelt. Sie werden, wie bereits
erwähnt, durch das Ritzel I1 angetrieben.
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je mehr die Schleifkontakte sich den Stellungen 1I und V, d. h. der
Horizontallage, nähern, um so mehr nimmt die Drehzahl des Motors 15 ab, während
die des Motors 16 ansteigt. Befinden sich die beiden Schleifkontakte in der Horizontallage,
so steht der Motor 15 still, während der Motor 16 mit der maximalen Drehzahl läuft.
Wird der Fühler noch stärker aasgelenkt, so daß die Schleifkontakte 17 und 18 noch
weiter verstellt werden und sich den Stellungen III und VI nähern, so nimmt die
Drehzahl des Horizontalantriebsmotors 16 wieder ab; der Motor 15 läuft im umgekehrten
Drehsinne; seine Drehzahl nimmt immer mehr zu, je mehr sich die Schleifkontakte
den Stellungen III und VI nähern. Auf diese Weise tastet der Fühler stufenlos selbsttätig
die Modelloberfläche zeilenförmig ab. Am Ende eines jeden Tasthubes wird
der Motor i9 eingeschaltet, wodurch mit Hilfe des Quersupportes 2o das Modell um
den gewünschten Betrag (Zeilenabstand) seitwärts gefahren wird. Anschließend wird
die Drehrichtung des Motors 16 umgeschaltet, so daß der Fühler die Modelloberfläche
in entgegengesetzter Richtung abtastet.
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Die Abb. 2, 2a und 2b zeigen die grundsätzliche Arbeitsweise des Fühlers
bei der Abtastung einer Kontur. Der Fühler ist in dem Punkt 21 allseitig beweglich
gelagert. Der Gleitstift 6 greift in das Konusstück 7 ein. Durch die Aaslenkung
der Tastspindel wird der diesmal einarmige Hebel 8 nach oben ausgeschwenkt. Der
Hebel 8 ist in dem Punkt 9 drehbar gelagert. Am rechten Ende des Hebels 8 befindet
sich die Zahnstange als Zahnsegment io, das in das Ritzel i i eingreift. Durch die
Feder 14 wird der Hebel 8 nach unten gedrückt und dadurch der Fühler in senkrechter
Lage gehalten. Das Ritzel i i mit zugeordnetem Zwischenrad für Bewegungsumkehr treibt
die Welle 22 an, auf der die Schleifkontakte 17 und i8 sitzen. Während der Abtastung
der Strecke A bis B der Schablone 2 stehen die beiden Schleifkontakte
17 und i8 in horizontaler Lage. Der Schleifkontakt 17 gleitet auf dem Potentiometer
12; der Schleifkontakt 18 gleitet auf dem Potentiometer 13. Durch das Potentiometer
12 wird die Bewegung des Fühlers in Richtung a. oder b
gesteuert; durch das
Potentiometer 13 wird die Bewegung des Fühlers in Richtung c gesteuert.
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Bei der in der Abb. 2 dargestellten Fühlerstellung hat der Fühler
die Schablonenkontur bereits berührt, so daß das Zahnsegment io etwas nach oben
ausge-lenkt worden ist, wodurch die Schleifkontakte 17 und 18 aus der in Abb.2 gezeigten
senkrechten Ausgangslage in die horizontale Lage gelangen. Der Antriebsmotor für
die Bewegung des Fühlers in Richtung b ist ausgeschaltet. Der Antriebsmotor für
die Bewegung des Fühlers in Richtung c läuft jedoch mit maximaler Geschwindigkeit.
Sobald der Fühler den Punkt B der Schablone erreicht, wird er noch stärker aasgelenkt,
wodurch die beiden Schleifkontakte 17 und 18 noch weiter entgegen dein Uhrzeigersinn
verstellt werden. Dadurch verringer t sich die Drehzahl des horizontalen Antriebsinotors.
Die Drehrichtung des Vertikalantriebsmotors wird umgekehrt; mit zunehmender Verstellung
der Schleifkontakte 17 und 18 steigt auch die Drehzahl des Vertikalantriebsmotors
an. Die Schleifkontakte 17 und 18 nehmen schließlich eine Schräglage ein, die um
den Winkel a gegenüber der horizontalen Lage geneigt ist.
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Aus der Abb. 2 a ist die Richtung der resultierenden Bewegung R sowie
der beiden Komponenten a und c ersichtlich. Von dem Punkt C der Schablone ab wird
der Fühler wieder frei. Durch die Feder 14 wird der Hebel 8 nach unten gedrückt.
Die Schleifkontakte 17 und 18 werden dadurch im Uhrzeigersinn verstellt, bis sie
schließlich schräg abwärts stehen und gegenüber der Horizontalen den Winkel ß einnehmen.
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Die Abb. 2b zeigt die resultierende Bewegung R und die beiden Komponenten
c und b. Auf diese Weise kann der Fühler die verschiedensten Modellkonturen abtasten,
wobei die beiden Schleifkontakte 17 und 18 sich selbsttätig auf die Neigung der
Schablonenkontur einstellen.
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Die Abb.3 zeigt die Schaltungsanordnung der Potentiometer sowie der
Verstärker und -der Vorschubmotoren. Die beiden Potentiometer 12 und 13 liegen je
in einer Brückenanordnung zusammen mit den Widerständen 23 bzw. 2.4. Die Brücken
werden durch den Transformator 25 gespeist. Die Diagonalspannung jeder Brücke wird
an den Schleifkontakten der Potentiometer und den Anzapfungen 26 bzw. 27 der beiden
Brückenwiderstände 23 und
24 abgenommen und den. Verstärkern 28
und 29 zugeführt. Befinden sich die beiden Schleifkontakte der Potentiometer in
der vertikalen Lage, so sind die Brücken ausgeglichen. Die den Verstärkern 28 bzw.
29 zugeführte Brückenspannung hat ihren Nullwert erreicht. Je weiter die Schleifkontakte
aus der vertikalen Lage gebracht werden, um so mehr steigt die den Verstärkern 28
und 29 zugeführte Brückenspannung an. Sobald die Schleifkontakte sich in der waagerechten
Lage befinden, erreicht die den Verstärkern zugeführte Brückenspannung ihren Maximalwert.
Die Richtung der den Verstärkern zugeführten Brückenspannung ist jedoch verschieden.
Das Potentiometer 12 steuert den Vorschubmotor 15 für die Vertikalbewegung des Fühlers.
Durch den Verstärker 29 wird die Brückenspannung entsprechend verstärkt; der Übertrager
30 sorgt für die Anpassung der verstärkten Brükkenspannung an den Motor 15.
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Wenn der Schleifkontakt des Potentiometers 13 sich in der vertikalen
Lage befindet und die abgenommene Brückenspannung für den Verstärker 28 ihren Nullwert
erreicht hat, ist ein Zusatzstromweg vorgesehen, durch welchen über den Widerstand
42 der Anker gespeist wird. Für den Steuerstrom ist ein Gleichrichter 40' vorgesehen,
der die verstärkte Brückenspannung nur in einer Richtung, die dem Zusatzstrom entgegengerichtet
ist, durchläßt. Der Kondensator 41 dient zur Glättung des Gleichstromes. Je mehr
der Schleifkontakt des Potentiometers 13 aus der vertikalen Lage gebracht wird,
um so. mehr steigt die Brückendiagonalspannüng an, welche dem Verstärker 28 zugeführt
wird. Sobald der Schleifkontakt sich in der waagerechten Lage befindet, heben beide
Ströme sich gegenseitig auf, so daß der Anker des Motors 16 zum Stillstand kommt.
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Die Abb. 4 zeigt eine Abtastvorrichtung, durch welche eine Kopierfräsmaschine
gesteuert wird. Die Abtastvorrichtung besteht aus einem Kreuzsupport, auf welchem
das Modell 2 a aufgespannt wird. Durch den Fühler 5 wird das Modell abgetastet.
Entsprechend den. Fühlerauslenkungen wird der Hebel 8 mehr oder weniger ausgelenkt
und über das Zahnsegment zo das Ritzel i i gedreht. In dem Gehäuse 43 befinden sich
die beiden Potentio@meter, die an dem Verstärkerkasten 44 angeschlossen. sind. An
dem Verstärkerkasten 44 sind die beiden Vorschubmotoren 15 und 16 angeschlossen.
Der Fühler 5 tastet zeilenförmig die Modelloberfläche ab, wobei am Hubende jeder
Zeile der Motor ig für den Zeilenabstand eingeschaltet wird. Mit den Vorschubmotoren
15 und 16 sind die beiden elektrischen Geber 45 und 46. gekuppelt. Durch den Geber
45 wird der Vertikalvorschubmotor 47 der Fräsmaschine gesteuert; durch den Geber
46 wird der Horizontalvorschubmotor 48 der Fräsmaschine gesteuert.
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Die Motoren 47 und 48 machen somit alle Bewegungen der Geber mit.
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Die Abb. 5 zeigt die Arbeitsweise der Steuerung beim vollautomatischen
Umrißfräseu. Die Schleifkontakte der beiden Potentiometer stehen, solange der Fühler
die Schablone nicht berührt, in der links oben gezeichneten Lage, d. h. senkrecht
nach unten. Für das Umrißtasten sind vier T'astrichtungen erforderlich. Um die Kontur
A B der Abb.. 5 abzutasten, muß die Fühleranbewegung in Richtung d gegen die Schablone
erfolgen. Durch das Potentiometer 12 in Endstellung in Uhrzeigerdrehrichtung wird
die Fühlerbewegung in Richtung d gesteuert. Durch das Potentiometer 13 wird anschließend
der Quervorschub c bzw. f gesteuert. Sobald der Fühler beim Punkt A an der Schablone
anstößt, wird er ausgelenkt, bis die Schleifkontakte der Potentiometer i2 und 13
sich auf die horizontale Lage einstellen. Von dem Punkt A, ab. stehen die beiden
Schleifkontakte der Potentiometer entsprechend der Abb.2b schräg nach unten gerichtet.
Der Winkel, den die Schleifkontakte gegenüber der Horizontalen einnehmen, entspricht
der Richtung der Schablonenkontur. Von dem Punkt A2 ab stehen die beiden Schleifkontakte
der Potentiometer 12 und 13 wieder in horizontaler Richtung; von dem Punkt A3 bis
A4 sind die Schleifkontakte schräg aufwärts gerichtet. Auf diese Weise tastet der
Fühler die ganze Schablonenkontur stufenlos ab.
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Von dem Punkt B der Schablonenkontur ab wird der Fühler wieder frei.
Die Schleifkontakte der Potentiometer 12 und 13 verstellen sich deshalb wieder senkrecht
nach unten. Damit der Fühler die Kontur B C abtasten kann, muß die Tastrichtung
geändert werden. Für die Umschaltung der Tastrichtungen ist die aus der Abb. 6 ersichtliche
Schaltwalze vorgesehen. Diese Schaltwalze besitzt entsprechend den vier Himmelsrichtungen
vier Schaltstellungen. Durch die Magnete 49 und 50 kann die Schaltwalze in
und entgegen dem Uhrzeigersinn verstellt werden.
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Bei der bereits beschriebenen Tastrichtung, bei welcher der Fühler
in Richtung d gegen die Schablone fährt, wird durch das Potentiometer 12, wie bereits
erwähnt, der Antriebsmotor für die Vertikalbewegung des Fühlers in Richtung d gesteuert.
Durch das Potentiometer 13 wird die Fühlerbewegung in Richtung c gesteuert. Die
Abtastung der Kontur B C der in der Abb. 5 dargestellten Schablone muß mit geänderter
Tastrichtung vorgenommen werden. In diesem Falle steuert das Potentiometer 12 die
Horizontalbewegung in Richtung cl f ; das Potentiometer 13 steuert jedoch
die Vertikalbewegung in Richtung d. Bei der Tastrichtung C D steuert das
Potentiometer 12 wieder die Vertikalbewegung in Richtung dle, während das Potentiometer
13 die Horizontalbewegung in Richtung f steuert. Befindet sich der Schleifkontakt
des Potentiometers 12 in der gezeichneten Lage senkrecht nach unten, so hat dann
der Fühler das Bestreben, in Richtung e nach oben gegen die Schablonenkontur zu
fahren. Die Drehrichtung des Antriebsmotors für die Bewegung dfe ist also umgekehrt
worden. Auch die Drehrichtung des Horizontalantriebsmotors verläuft entgegengesetzt.
Sobald der Schleifkontakt des Potentiometers 13 in die horizontale Lage kommt, bewegt
sich der Fühler in Richtung f nach links. Bei der vierten Tastrichtung
D-A
steuert das Potentiometer 12, wieder den Horizontalmotor, und zwar so, daß der Fühler,
sobald er frei wird, das Bestreben hat, in Richtung c nach rechts gegen die Schablonenkontur
zu fahren. Durch das Potentiometer 13 wird der Antriebsmotor für die Bewegung
in Richtung c gesteuert.
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Damit an den Ecken der Schablone, bei welchen eine Umschaltung der
Tastrichtung erforderlich ist, diese selbsttätig umgeschaltet wird, ist das Potentiometer
12 mit entsprechenden Umschaltkontakten 5 i, 52 versehen, die in der Abb. 5 a eingezeichnet
sind. Durch den Umschaltkontakt 51 wird der Magnet 49 eingeschaltet. Durch den Magnet
49 wird die Umschaltwalze im Uhrzeigersinn verstellt; durch den Umschaltkontakt
52 wird der Magnet 5o eingeschaltet. Der Magnet 5o verstellt die Umschaltwalze entgegen
dem Uhrzeigersinn. Die Schaltpunkte 3o bis 38 dienen der Umschaltung der Tastrichtungen.