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Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, insbesondere
Hammer oder Presse, mit einem Werkzeugträger, der an einem Maschinenständer, entlang
einer Führungsbahn geführt, geradlinig bewegbar ist und dessen Stellung gegenüber
dem Maschinenständer durch Verstellung der Elektroden eines Meßkondensators gegeneinander
erfaßbar ist, unter Anwendung des Prinzips, daß das bewegliche Maschinenteil die
eine Elektrode des Meßkondensators bildet.
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Es ist allgemein bekannt, bei einer Werkzeugmaschine zur Kontaktgabe
in den Umsteuerpunkten des Werkzeugträgers Endschalter zu verwenden. Die Endschalter
steuern einen Vorsteuermotor oder Vorsteuerschieber, der dann unmittelbar die Arbeitsbewegung
des Werkzeugträgers über Kolben oder Getriebe einleitet oder abstellt. Die Verwendung
von Endschaltern ist bei rauhem Betrieb wegen Verschmutzung und Zerstörung durch
mechanische Einflüsse mit Unsicherheiten behaftet.
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Es ist durch das Buch von Heilingbrunner, »Technik der Automatisierung«,
1958, S. 108, Abb. 48, eine Anordnung bekanntgeworden, bei der an einem Maschinentisch
eine Digitalskala angeordnet ist, die die eine Elektrode des Meßkondensators bildet.
Der Digitalskala gegenüber ist als zweite Elektrode eine besondere Kondensatorplatte
angeordnet. Damit sich beim Vorbeibewegen der Digitalskala an der besonderen Kondensatorplatte
die Kapazität des Meßkondensators ändert, ist eine gezahnte Ausbildung der Digitalskala
vorgesehen. Bei dieser Maschine sind nicht nur für den Meßkondensator zwei besondere
Teile vorgesehen, sondern besitzt die gezahnte Digitalskala auch eine empfindliche
und aufwendige Ausbildung. Die digital arbeitende Steuerung dieser Maschine ist
für viele Anwendungsfälle, bei denen es nur auf einzelne Umsteuerpunkte ankommt,
zu aufwendig und bei rauhem Betrieb oft nicht anwendbar.
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Eine im Aufwand einfache und für rauhen Betrieb geeignete kapazitiv
und analog arbeitende Vorrichtung zur Erfassung der Stellung eines beweglichen Teiles
gegenüber einen ruhenden Teil durch Änderung der Elektrodenstellung eines Meßkondensators
ist durch die USA.-Patentschrift 2 512 372 für die Regelung des Durchhanges von
bandförmigem Gut bekannt. Bei dieser Vorrichtung bildet das bandförmige Gut die
eine Elektrode des Meßkondensators, deren Abstand sich gegenüber der als besonderes
Teil vorgesehenen anderen Elektrode ändert. Bei dieser Anordnung ist der Meßkondensator
nicht vor Störeinflüssen geschützt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die bei den erwähnten bekannten Werkzeugmaschinen
und anderen kapazitiv arbeitenden Anordnungen bestehenden Mängel bei einer Werkzeugmaschine
der eingangs genannten Art von vornherein zu vermeiden.
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Die Erfindung ist bei einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten
Art nach einer ersten Lösung darin zu sehen, daß der Werkzeugträger gegen den Maschinenständer
isoliert ist und daß der Werkzeugträger und der Maschinenständer die Elektroden
des Meßkondensators bilden.
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Nach einer zweiten Lösung ist die Erfindung darin zu sehen, daß der
Maschinenständer und der mit diesem leitend verbundene Werkzeugträger selbst die
eine Elektrode des Meßkondensators bilden und daß die andere Elektrode . am Maschinenständer
isoliert derart angebracht ist, daß der Werkzeugträger über die Elektrode von dieser
isoliert verschiebbar ist.
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Bei der ersten Lösung sind für die Elektroden keine besonderen Teile
vorgesehen, sondern werden bereits vorhandene Teile, nämlich der Werkzeugträger
und der Maschinenständer, als Elektroden verwendet. Hierdurch ist der Aufbau der
erfindungsgemäßen Maschine gegenüber dem Aufbau der bekannten Anordnungen wesentlich
vereinfacht. Das Isolieren des Werkzeugträgers gegenüber dem Maschinenständer bereitet
keine unnötigen Aufwendungen. Im übrigen ist es durch die deutsche Auslegeschrift
1009 891 bekannt, zwischen Maschinenständer und Führungsleisten für den Werkzeugträger
synthetische Stoffe, Zement od. dgl., also Isoliermaterialien, vorzusehen.
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Bei der zweiten Lösung ist keine Isolation zwischen Werkzeugträger
und Maschinenständer notwendig. Beide bilden zusammen die eine Elektrode des Meßkondensators,
und die andere Elektrode wird, ohne daß sie grundsätzlich eine besondere Ausbildung
haben müßte, am Maschinenständer isoliert angebracht. Auf Grund der zweiten Lösung
ist die Maßnahme, den Werkzeugträger als Elektrode zu verwenden, auch bei bereits
vorhandenen Maschinen der anfangs genannten Art und ohne Gleitlager aus Kunststoff
anwendbar. Auch ist bei der zweiten Lösung von Vorteil, daß keine ausschließlich
bewegliche Elektrode vorgesehen ist, sondern beide Elektroden letztlich unbeweglich
sind, indem zu der einen Elektrode der Maschinenständer gehört und die zweite Elektrode
am Maschinenständer angebracht ist. Somit ruhen bei der zweiten Lösung diejenigen
Teile des Meßkondensators, an denen von dem Meßkondensator ausgehende elektrische
Leitungen angebracht sind. Weiterhin ist bei der zweiten Lösung vorgesehen, daß
sich der Werkzeugträger über die am Maschinenständer isoliert angebrachte zweite
Elektrode schiebt. Hierdurch überdeckt die vom Werkzeugträger gebildete Elektrode
die isoliert angebrachte Elektrode und wird der von Werkzeugträger, dem Maschinenständer
und der isoliert angebrachten Elektrode gebildete Meßkondensator gegen Störeinflüsse
abgeschirmt. Eine derartige Abschirmung ist im Prinzip durch einen in »Technische
Rundschau«, 1958, Nr.18, S.17, Bild 51, gezeigten, bei einer Werkzeugmaschine zu
verwendenden kapazitiven Taste bekannt, bei dem eine mit einer Tasterspitze versehene
zylindrische Innenelektrode innerhalb einer ringförmigen Außenelektrode verschiebbar
ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist der Meßkondensator
Wechselstromwiderstand in einer mit Wechselstrom gespeisten elektrischen Steuerschaltung
und wird von einem Strom geringer Höhe, z. B. 10-8 A, durchflossen. Der von dem
Meßkondensator abhängige Steuerstrom wird verstärkt, um ein Relais zu steuern, das
an die Stelle des bisherigen Endschalters tritt. Das zur Steuerung des Relais nötige
Maß der Kapazitätsänderung ist durch einen in der elektrischen Steuerschaltung vorgesehenen
Differential-Kondensator einstellbar. Eine derartige Schaltung ist durch »Elektronik«,
1959, Nr. 3, S. 70 Bild 2, bekannt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine Werkzeugmaschine gemäß der zweiten
Lösung, F i g. 2 eine Werkzeugmaschine gemäß der ersten Lösung und F i g. 3 eine
weitere Werkzeugmaschine gemäß der ersten Lösung.
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In F i g. 1 bildet ein Maschinenständer 4 bzw. dessen Führungsbahn
und der Werkzeugträger 1 die eine Elektrode eines Meßkondensators. Die andere Elektrode
12 wird durch ein Blech, welches vom Maschinenständer 4 mittels einer Isolierung
3 isoliert ist, gebildet. Das als zweite Elektrode 12 dienende Blech ist
in einer Höhlung des Maschinenständers 4 angeordnet. Als Isolation 3 kann Luft oder
ein anderer Nichtleiter, z. B. Kunststoff, verwendet werden. Beim Verschieben des
Werkzeugträgers 1, welcher in leitender Verbindung mit dem Maschinenständer 4 steht,
relativ zu der zweiten Elektrode 12 ändert sich der kapazitive Wechselstromwiderstand
zwischen zwei Leitungen 5 und 6 einer elektrischen Steuerschaltung.
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Die Stromflußänderung wird direkt zur Steuerelektrode einer Glimmrelais-Röhre
8 geleitet. Erreicht der Strom einen Wert von etwa 10-8A, dann zündet die Glimmrelais-Röhre
8, wodurch ein mechanisches Relais 9 anspricht. Dem mechanischen Relais
9 ist ein Kondensator 10 parallel geschaltet. Die die Zündung auslösende
Potentialverschiebung wird durch eine Kapazitätsänderung bewirkt. Die kritische
Einstellung wird an einem Differential-Drehkondensator 7 so vorgenommen, daß das
mechanische Relais 9 bei zunehmender Kapazität zwischen Werkzeugträger 1 und zweiter
Elektrode 12 anspricht.
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Die bereits vorhandene Kapazität zwischen Maschinenständer 4 und zweiter
Elektrode 12 sowie zwischen den beiden Leitungen 5 und 6 wird ebenfalls durch den
Differential-Drehkondensator 7 kompensiert. Durch eine Überkompensation in negativer
Richtung kann der Zündzeitpunkt der Glimmrelais-Röhre 8 so verschoben werden,
daß der Werkzeugträger 1 einen größeren Weg gegenüber der zweiten Elektrode 12 zurücklegen
muß, um die Zündung auszulösen bzw. das mechanische Relais 9 ansprechen zu lassen.
Durch eine bestimmte Einstellung des Differential-Drehkondensators 7 ist also eine
genau wegabhängige und stufenlose Steuerung des Hubes des Werkzeugträgers 1 möglich.
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Durch Frequenzänderung des Speisewechselstroms der Glimmrelais-Röhre
8 ist ebenfalls eine wegabhängige und stufenlose änderbare Steuerung möglich. Die
Änderung des Steuerstromes für die Glimmrelais-Röhre 8 beruht darauf, daß der kapazitive
Wechselstromwiderstand des Meßkondensators umgekehrt proportional der angelegten
Frequenz der Speisewechselspannung ist.
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Falls der Werkzeugträger 1 nicht über der zweiten Elektrode 12 steht,
ist die bereits vorhandene Kapazität des Maschinenständers 4 gegen die zweite Elektrode
12 durch den Differential-Drehkondensator 7 kompensiert.
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In F i g. 2 erfolgt die Steuerung mit einer ähnlichen Steuerschaltung
wie in F i g. 1. Jedoch bildet hier ein Hydraulik- oder Luftzylinder den Maschinenständer
4 und damit eine Elektrode und ein gegen ersteren isolierter beweglicher Kolben
den Werkzeugträger 1 und damit die Gegenelektrode eines Meßkondensators. Der Kolben
und eine diesen führende< Führungsbüchse 2 sind zu diesem Zweck mit einer Isolierung
aus Kunststoff in Form einer Schicht 1 a bzw. 3 a umspritzt. Es kann aber auch der
Zylinder innen mit einem nichtleitenden Kunststoff ausgespritzt werden oder die
Führungsbüchse 2 ganz aus Kunststoff bestehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wird die eine Elektrode
des Meßkondensators durch einen als Werkzeugträger 1 vorgesehenen Fallhammerbär
gebildet, welcher durch eine Isolierung 3 in Form eines nichtleitenden Kunststoffbelages
gegen den Maschinenständer 4 isoliert ist. Die Gegenelektrode umfaßt den
als Amboß vorgesehenen Maschinenständer 4. Bei Annäherung auf einen durch den Differential-Drehkondensator
7 eingestellten bestimmten Abstand von Fallhammerbär und Amboß zündet die Glimmrelais-Röhre
8, und der Fallhammerbär wird in üblicher Weise mittels Magnetschieber umgesteuert.
In F i g. 3 ist es erforderlich, daß die Kolbenstange des Fallhammerbären (Brett,
Kette usw.) ebenfalls gegen den Maschinenständer 4 isoliert ist. Der Vorteil dieser
Lösung liegt darin, daß keine fest eingestellten Anschläge erforderlich sind und
die Höhe der Gesenke und des Werkstückes variieren kann, ohne daß die Umsteuerung
des Fallhammerbären zu früh oder zu spät erfolgt.
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Eine Berührungsgefahr besteht insofern auch bei höheren Spannungen
nicht, da die Leitung 5 wegen des Transformators 11 keine galvanische Verbindung
mit der Speisewechselspannungsquelle hat. Außerdem kann in die Leitung 6 ein verhältnismäßig
großer Widerstand von einigen Megohm eingeschaltet werden.