DE1963199A1 - Schaltungsanordnung zur Drehmomentsbegrenzung einer Werkzeugmaschine mit elektronischer Drehzahlregelung ihrer Antriebsmaschine - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Drehmomentsbegrenzung einer Werkzeugmaschine mit elektronischer Drehzahiregelung ihrer Antriebsmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehmomentsbegrenzung einer Werkzeugmaschine mit elektronischer Drehzahlregelung ihrer Antriebsmaschine, insbesondere einer Bohrmaschine, die von einem über eine Phasenanschnittsteuerung gespeisten Elektromotor angetrieben ist, wobei der jeweilige Anschnittwinkel durch die Größe einer zwischen zwei Anschlußpunkten er Phasenanschnittsteuerung liegenden Spannung bestimmbar ist.
• Bei Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, muß die jeweils gewünschte und vorgewählte Drehzahl unabhängig von dem für den jeweiligen Bearbeitungsprozeß von der Maschine aufzubringenden Drehmoment konstant gehalten werden. Dieses geschieht meist mit Hilfe bekannter Phasenanschnittsteuerungen, die dem Elektromotor der Werkzeugmaschine einen bei Absinken der Drehzahl größeren und bei Ansteigen der Drehzahl kleineren Strom zuführen. Wird das von der Maschine bei bestimmten Bearbeitungsprozessen abverlangte Drehmoment z. B. infolge Verklemmens eines Werkzeugs im Werkstück zu groß, so kann es zum Bruch des Werkzeuges oder gar zum Durchbrennen des Elektromotors kommen, da dieser infolge der automatischen Drehzahlregelung einen immer größeren Strom erhält. Aus diesem Grund ist bei solchen mit einer automatischen Drehzahlregelung versehenen Maschinen eine Begrenzung des maximal zulässigen Drehmoments erforderlich.
• Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine zuverlässige, mit wenigen Bauelementen auskommende Schaltungsanordnung zu schaffen, die bei automatischer Drehzahlregelung ein selbsttätiges Begrenzen des durch den Motor fließenden Stromes bei Überschreiten eines bestimmten maximalen Drehmoments bewirkt, und zwar unabhängig von d er- jeweils eingestellten Drehzahl, um die Maschine zum Stillstand kommen zu lassen, ohne daß das Werkzeug, z. B. ein Gewindebohrer, bricht.
• Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen die Anschlußpunkte der Phasenanschnittsteuerung ein Fotowiderstand geschaltet ist, der von einer mit einer dem.Ankerstrom des Motors proportionalen Spannung gespeisten Lichtquelle beaufschlagt ist, die den Widerstandswert des Fotowiderstands bei Erreichen eines dem maximal zulässigen Drehmoment entsprechenden Ankerstroms soweit herabsetzt, daß er klein gegenüber dem Innenwiderstand einer dem Fotowiderstand parallelgeschalteten Spannung~ quelle ist, deren Spannung proportional der Drehzahl des Elektromotors und deren Polarität der zwischen den Anschlußpunkten liegenden Spannung der Phasenanschnittssteuerung entgegengesetzt ist.
• Bei dieser gemäß der Erfindung ausgebildeten Schaltungsanordnung wird durch einfache Bauelemente, nämlich einekleine Glühlampe und einen Fotowiderstand, erreicht, daß beim Auftreten eines bestimmten maximalen Ankerstroms, der einem bestimmten maximalen Drehmoment entspricht, die Glühlampe aufleuchtet und damit der von ihr beaufschlagte Fotowiderstand so niederohmig wird, daß die an ihm liegende Spannung der Phasenanschnittsteuerung zusammenbricht.
• Ein bei herkömmlichen Phasenanschnittsteuerungeu zwischen den genannten Anschlußpunkten vorhandener einstellbarer Widerstand ist also durch den Fotowiderstand ersetzt, wobei die bei den herkömmlichen Schaltungen durch Änderung des Widerstands bewirkten unterschiedlichen Spannungen gemäß der Erfindung mit einer Spannungsquelle änderbarer Spannung erreicht werden, die der zwischen den Anschlußpunkten liegenden Spannung der Phasenanschnittsteuerung entgegengeschaltet ist, so daß sich an der Phasenanschnittsteuerung immer eine solche- Spannung einstellt, die die gewünschte Drehzahl konstant hält.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spannungsquelle durch einen Brückengleichrichter gegeben, dem eine der Drehzahl proportionale, von einem elektromagnetischen Drehgeber erzeugte Impulsspannung zugeführt ist. Gemäß einer Weiterbildung-der Erfindung ist dabei zwischen Drehgeber und Brückengleichrichter ein Transistorverstärker geschaltet. Die Verwendung eines Verstärkers ist besonders vorteilhaft, wenn infolge möglichst kleiner äußerer Abmessungen der Schaltungsanordnung nur sehr kleine Induktionsspulen und Magnete -für den Drehgeber verwendet werden, so daß von diesem keine für die unmittelbare Ans teuerung der Phasenanschnittsteuerung ausreichende Signalspannungen erzeugt werden.
• Selbstverständlich kann als Drehgeber auch ein Tachogenerator Verwendung finden.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle eine Glühlampe, die erst-bei Erreichen einer Schwellspannung aufleuchtet, die an einem dem Ankerstromkreis parallelgeschalteten Widerstand abgreifbar ist.
• Da bereits normale Glühlampen eine solche Widerstandscharakteristik haben, daß sie nach Erreichen einer bestimmten Spannung ihren Widerstand erniedrigen, steigt der sie durchfließende Strom schneller an, also leuchten sie auch schneller auf, als der Ankerstrom infolge der Drehzahlregelung weiter ansteigen kann. Es findet daher sehr schnell eine erhebliche Widerstandsverkleinerung des Fotowiderstands statt, die eine sofortige Herabsetzung des Ankerstroms zufolge hat, d. h. der sich einstellende Strom bleibt trotz Stillstand oder gerade noch laufender Maschine unter einer Schaden verursachenden Größe.
• Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der elektronischen Schaltungsanordnung näher erläutert.
• In der Zeichnung ist eine nicht näher dargestellte, bekannte Phasenanschnittsteuerung 1 gezeigt, die über einen Thyristor 2 in bekannter Weise den einem Elektromotor 3 zugeführten Strom regelt. Den mit den Ankerwicklungen 31 hier in Reihe geschalteten Feldwicklungen 32 des Elektromotors 3 sind Widerstände 4 und 5 parallelgeschaltet, wobei zwischen einem Potentiometerabgriff und einem Anschluß des Widerstands 5 eine dem Ankerstrom des Motors 3 proportionale Spannung abgegriffen und einer Glühlampe 6 zugeführt wird. Die Glühlampe 6 beleuchtet einen Fotowiderstand 7, der zwischen AnschlußKlemmen 10 und 11 der Phasenanschnittsteuerung 1 geschaltet ist. Dem Fotowiderstand 7 ist über einen einstellbaren Widerstand 8 ein Brückengleichrichter~9 parallelgeschaltet, dem seinerseits ein Glättungskondensator 2O parallelgeschaltet ist.
• Dem Brückengleichrichter 9 wird eine an einer Übertragerwicklung 21 liegende Impulsspannung zugeführt. Mit der Übertragerwicklung 21 ist eine Primärwicklung 22 gekoppelt, die im Kollektorkreis eines Transistors 23 liegt. Die Basis des Transistors 23 wird über einen Kondensator 24 von einem hier nur schematisch dargestellten elektromagnetischen Drehgeber 25 angesteuert, der seinerseits eine der Drehzahl des Elektromotors 3 entsprechende Impuls-spannung abgibt.
• Bei laufender Maschine, also eingeschaltetem Elektromotor 3 liefert der Drehgeber 25 eine bestimmte impulsförmige Spannung, die, vom Transistor 23 verstärkt, dem Brückengleichrichter 9 zugeführt wird. Der Brückengleichrichter 9 gibt daher eine Gleichspannung ab, deren Amplitude der Drehzahl des Elektromotors proportional ist. Diese Gleichspannung wird über den Widerstand 8 der zwischen den Anschlüssen 10 und 11 der Phasenanschnittsteuerung 1 liegenden Spannung entgegengeschaltet. Zwischen den Anschlußpunkten 10 und 11 stellt sich daher immer eine solche Spannung ein, daß die jeweils gewünschte und z. B. über ein Potentiometer 26 vorgewählte Drehzahl konstant bleibt.
• Sinkt also z. B. die Drehzahl infolge eines zu großen von der Maschine abverlangten Drehmoments ab, so wird auch die am Gleichrichter 9 liegende Spannung kleiner, d. h.
• die zwischen den Anschlußpunkten 10 und 11 liegende Spannung an der Phasenanschnittsteuerung 1 wird größer, wodurch der Anschnittwinkel und damit der Ankerstrom des Elektromotors 3 so lange vergrößert wird, bis die Drehzahl wieder den gewünschten Wert erreicht hat.
• Bei dieser Drehzahlregelung spielt der Fotowiderstand 7 keine Rolle, da er bei nichtleuchtender Glühlampe 6 so hochohmig ist, daß sein Widerstandswert gegenüber dem Widerstand der Drehzahlspannungsquelle, al-so dem Brückengleichrichter 9 und dem Widerstand 8 vernachlässigt werden kann. Dieser Zustand ändert sich jedoch sofort, wenn der Ankerstrom des Elektromotors 3 einen solchen Wert erreicht, daß die am Widerstand 5 abgegriffene Spannung groß genug ist, um die Glühlampe 6 aufleuchten zu lassen.
• Infolge dieser Lichteinwirkung verringert sich der Widerstand des Fotowiderstands so stark, daß er den Zusammenbruch der zwischen den Anschlußpunkten 10 und 11 liegenden Spannung bewirkt. Bricht aber diese Spannung zusammen, so liefert die Phasenanschnittsteuerung keine Steuersignale an den Thyristor 2, d. h. der Ankerstrom wird schlagartig verringert bzw. abgeschaltet. Gleichzeitig wird aber auch die Drehzahlregelung durch das Kurzschlißen über den gegenüber der Spannungsquelle sehr niederohmigen Fotowiderstand unwirksam, so daß tatsächlich ein Stillsetzen der Maschine durch Einsetzen der Strombegrenzung erreicht wird.
• Die Wirkung der Drehmomentsbegrenzung über den Fotowiderstand 7 und der Drehzahlregelung über die vom Gleichrichter 9 abgegebene Spannung mit entgegengesetzter Polarität auf die Phasenanschnittsteuerung 1 ist erkenntlich, wenn, wie in der Zeichnung gestrichelt dargestellt, angenommen wird, daß die Anschlußpunkte 10 und 11 mit dem Emitter und der Basis eines Transistors der Phasenanschnittsteuerung verbunden sind, der seine Basis spannung im Ruhezustand von einer auch mit dem Kollektor verbundenen positiven Speisespannung der gesamten Schaltungsanordnung erhält.
• Im normalen Betriebszustand wird der Transistor je nach der vom Gleichrichter 9 abgegebenen, der Drehzahl entsprechenden Spannung mehr oder weniger ausgesteuert, da bei steigender Drehzahl die Basisspannung infolge der entgegengeschalteten Gleichspannung kleiner wird. Am Kollektorwiderstand des Transistors wird dann ein den Anschnittwinkel bestimmendes entsprechend kleineres Signal abgegeben. Wird dagegen bei Erreichen des maximal zulässigen Drehmoments der Fotowiderstand 7 niederohmig, so wird die Basis praktisch auf Emitterpotental gelegt, d. h. der Transistor sperrt und die Phasenanschnittsteuerung 1 gibt vorübergehend keinen Strom mehr an den Elektromotor3.
• Diese gemäß der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung-verfügt nur über wenige, zuverlässige Bauelemente und kann daher so klein ausgebildet werden, daß sie sogar in jeder Handbohrmaschine unterzubringen ist.
• Da anhand der Zeichnung nur die MeSçmale und Funktionsweise der Erfindung erläutert :werden sollten, wurden der Einfachheit halber alle für sich bekannten Einrichtungen zur Drehzahlvorwahl und auch Drehrichtungsumkehr der Werkzeugmaschine, wie z. B. Potentiometer und Relais, fortgelassen. Selbstverständlich arbeitet die gemäß der Erfindung ausgebildete Schal tungs anordnung- unabhängig von der jeweils eingestellten Drehzahl und auch Drehrichtung.

Claims (4)

1. Patentansprüche

   Schaltungsanordnung zur Drehmomentsbegrenzung einer Werkzeugmaschine mit elektronischer Drehzahlregelung der Antriebsmaschine, insbesondere einer Bohrmaschine, die >on einem über eine Phasenanschnittsteuerung gespeist Elektromotor angetrieben ist, wobei der jeweilige Anschnittwinkel durch die Größe einer zwischen zwei Anschit;'punkt-en der Phasenanschnittsteuerung liegenden Spannung bestimmbar ist, d a d-u r c h g e -k e n z e i- c h n e t , daß zwischen diese Anschlußpunkte (10, 1-1) -ein Fo-towiderstand (7) geschaltet ist, -der- -von eier mit einer dem Ankerstrom des Elektromotors (3) proportionalen Spannung gespeisten Lichtquelle (6) beaufschlagt ist, die -den Widerstandswert des Fotowiderstands (2) bei Erreichen eines dem maximal zulässigen Drehmoment tsprechenden Ankerstroms so weit herabsetzt, daß er klein gegenüber dem Innenwiderstand einer dem Fotowiderstand y7) parallelgeschalteten Spannungsquelle (8, 9) ist, deren nung proportional der Drehzahl des Elektromotors (3) und deren Polarität der zwischen den Anschlußpunkten (10, 11) liegenden Spannung der Phasenanschnittsteuerung (1) entgegengesetzt ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spannungsquelle (9, 23, 25) durch einen Brückengleichrichter (9) gegeben ist, dem eine der Drehzahl proportionale, von einem elektromagnetischen Drehgeber (25) erzeugte Impulsspannung zugeführt ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß -zwischen Drehgeber (25) und Brückengleichrichter (9) ein Transistorverstärker (23) geschaltet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtquelle eine bei Erreichen einer Schwellspannung aufleuchtende Glühlampe (3) ist, die an einem dem Ankerstromkreis des Elektromotors (3) parallelgeschalteten Widerstand (5) abgreifbar ist.

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