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Digitale Vorrichtung zur Stillsetzung des Stempels von Exzenterpressen,
Schneid- und Nibbelmaschinen im Bereich des oberen Totpunktes Die Erfin dung betrifft
ein-e digitale Vorrichtung zur Stillsetzung des Stempels ton Werkzeuasohin.n mit
Arbeitsatempel.
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Bei allen Exzenterpressen, so auch bei Schneid- und Nibbelmaschinken,
besteht das Erfordernis, den Stempel nach einem Arbeitshub oder eine Reihe durchlaufender
Arbeitshübe derart abzubremsen, daß die Stillsetzung des Stempels möglichst in unmittelbarer
Nähe des oberen Totpunktes (O.T.) erfolgt. Hierbei wird in der Regel die Exzenterwelle
vom Antrieb ab- und einer Bremse aufgeschaltet.
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Die den bewegten Teilen dabei innewohnende kinetische Energie wird
in der Bremsvorrichtung in Wärme umgesetzt. Da nach Einleitung des Bremsvorganges
keine Energie mehr von außen zugeführt wird, bestimmt sich der Winkel, an dem die
Exzenterwelle stillgesetzt wird, aus ihrer anfänglichen kinetischen Energie, dem
Winkel des Bremseinsatzes und der Arbeit, die die Bremse während des Bremsvorganges
aufnimmt. Bei einem zu frUhen Einfallen der Bremse wurde die Exzenterwelle vor dem
oberen Totpunkt, bei einem zu späten Einfallen hinter dem oberen Totpunkt stehenbleiben.
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Zur Erfüllung der gestellten Aufgabe ist eine Reihe von Lösungen bekanntgeworden.
So existieren z. B. rein mechanische Lösungen, bei denen der Sperrhebel der Bremse
durch einen Schaltnocken auf der Exzenterwelle im Falle des Bremseinsatzes freigesetzt
wird.
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Im Zuge der Einbeziehung derartiger Maschinen in elektrische Steuerungen
und Verriegelungen sind auch elektromagnetische, elektrohydraulische
und
elektropneumatische Lösungen bekanntgeworden.
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In den genannten Fällen wird der Bremsvorgang jeweils durch einen
Kcntakt ausgelöst, der von einer mit der Exzenterwelle umlaufenden Nocke betätigt
wird. Dabei wird in der Regel durch den Schalterimpuls ein Relais betätigt, das
den Bremsvorgang auslöst. Das Relais wird so lange in Selbsthaltung gebracht, bis
nach Stillsetzung der Exzenterwelle ein neuer Arbeitsvorgang eingeleitet worden
ist.
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Diese Lösungen weisen im Prinzip eine ganze Reihe von Nachteilen auf,
die alle in ihrer Konsequenz bewirken, daß der obere Totpunkt nach eingeleiteter
Bremsung nur unvollkommen und auch nicht mit ausreichender zeitlicher Konstanz erreicht
wird. Die EinflUsse, die derartige Ungenauigkeiten bewirken, sind im wesentlichen
folgende: Unterschiedliche Drehzahlen der Exzenterwelle bei den einzelnen Arbeitshtlben
nach unterschiedlichen Belastungen, wechselnde Bremskraft, z. B. durch schwankenden
Luftdruck bei pneumatisch betätigter Bremse, wechselnder Reibungskoeffizient zwischen
Bremsbelägen und Bremsscheibe infolge von Erwärmung, Abnutzung und Verölung der
Bremse.
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Es ist eine große Zahl von Versuchen unternommen worden, die genannten
Einflüsse auf die Streuung des Stillsetzungspunktes gegenüber dem oberen Totpunkt
kleinzuhalten, z. B. durch kurze Bremswege, erreichbar durch sehr starke Bremsen
oder aber durch Anbringung mehrerer Bremsauslösekontakte in unterschiedlichen Winkellagen
für die verschiedenen Betriebsdrehzahlen der Presse. Diese Lösungen erfordern entweder
robustere und damit teuere Maschinen, eigens zum Zweck der genauen Stillsetzung,
oder aber mechanisch komplizierte und damit anfällige Konstruktionen für den Einbau
der Bremsauslöseschalter. Außerdem haftet diesen Lösungen der Nachteil
an,
daß sie die Änderung der genannten Parameter nur durch eine jeweils zu erfolgende
Nachjustage zu berUcksichtigen gestattet.
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Das erschwert die im Zuge der Rationalisierung immer stärker notwendige
höhere Ausnutzung der Maschinen, sei es in bezug auf ihre Betriebsdrehzahl oder
aber auch in bezug auf die Ausnutzbarkeit des Verhältnisses von der maximal verarbeitbaren
Materialstärke zur Hubhöhe des Stempels.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet alle diese Nachteile.
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Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, für die Stillsetzung der Exzenterwelle
in einem kleinen Bereich in enger Umgebung des oberen Totpunktes (O.T.) zu sorgen
und dabei ein automatisches Adaptieren an die jeweils wechselnden Betriebsbedingungen
wie Drehzahl, LuStdruck in der Bremsvorrichtung, wechselnder Reibungskoeffizient
zwischen den Bremsbelägen und andere äußere Störgrößen zu bewirken.
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Dabei wird von der herkömmlichen Festlegung des Startpunktes für die
Auslösung des Bremsvorganges durch Nocke und entsprechendes Schaltgegenstück abgegangen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Abweichung vom oberen Totpunkt
mit digitalen Mitteln meßbar ist und aus dem gewonnenen Meßwert Steuer-bzw. Regelsignale
ableitbar sind, die mit Hilfe einer gesteuerten, bzw.
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geregelten Bremsvorrichtung die Stillsetzung des Stempels 3 bewirken.
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Die Meßmittel werden also verkörpert durch inkrementale Geber, die
Zählimpulse erzeugen oder absolute Geber, die die jeweilige Winkelstellung der Exzenterwelle
in codierter Form darstellen. Von den so gewonnenen Meßwerten kann der erfindungsgemäße
Bremsvorgang nach zwei Prinzipien abgewickelt werden: Bei einer Vorrichtung wird
die Winkelstellung, an der der Bremsvorgang ausgelöst werden soll, in digitaler
Form vorprogrammiert und mit der digital dargestellten Winkelstellung der Exzenter
welle verglichen. Bei Erreichen des voreingestellten Winkels wird mit Hilfe eines
Vergleichsgliedes und ein-er Selbsthalteschaltung das Stellglied für die Bremsvorrichtung
betätigt. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird dabei festgestellt,
ob die Exzenterwelle beim Stillstand den oberen Totpunkt genau erreicht hat oder
ob eine Restabweichung übriggeblieben ist. In
diesem Falle erfolgt
über eine zusätzliche digitale Meßeinrichtung die Feststellung von Größe und Richtung
dieser Restabweichung. Diese Abweichung wird in geeigneter Form den Voreinstellungswerten
für das Auslösen des Bremsvorganges vorzeichenrichtig hinzugefügt, so daß beim nächsten
Umlauf mit einer besseren Näherung für das Einlaufen in den oberen Totpunkt gesorgt
worden ist. Es handelt sich also im Prinzip um eine Steuerung mit einem Adaptionszusatz.
Durch diesen Zusatz werden die sich allmählich ergebenden änderungen der Parameter
eliminiert. Plötzliche Anderungen hingegen, die während des nächsten Arbeitsvorganges
eintreten oder Anderungen nach langer Pause werden von dieser Lösungsform der Erfindung
jedoch nicht erfaßt. Hierfür ist jedoch die zweite Version der erfindungsgemäßen
Vorrichtung geeignet.
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Die zweite Version betrifft einen Regler auf digitaler Basis, der
auch die momentan auftretenden Störgrößen verarbeitet und die Stillsetzung der Exzenterwelle
im oberen Totpunkt sicher herbeiführt. Dabei ist der Schwierigkeit zu begegnen,
die darin besteht, daß nach dem Abkuppeln der Exzenterwelle von dem Antrieb dieser
Exzenterwelle keine Energie von außen mehr zugeführt wird. Bei zuviel während der
Bremsung verbrauchten Energie kann also die Exzenterwelle nicht mehr beschleunigt
werden, so daß sie vor Erreichen des oberen Totpunktes stehenbleibt. Dem wird in
der erfindungsgemaßen Vorrichtung dadurch begegnet, daß der Verlauf der Führungsgröße
für den Regler von der jeweils vorhandenen kinetischen Energie der Exzenterwelle
und ihrer Winkelabweichung vor dem oberen Totpunkt abgeleitet wird. Auf diese Weise
ist es möglich, auch die kurz vor Beginn oder während des Ablaufs des Bremsvorganges
eintreffenden Störgrößen derart zu verarbeiten, daß die Stillsetzung mit großer
Genauigkeit in der Nähe des oberen Totpunktes erfolgt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand der Figuren
beschrieben.
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Fig. 1 zeigt Gesamtansicht und Schnitt durch die Maschine;
Fig.
2 gibt die geometrischen Verhältnisse beim Umlauf der Exzenterwelle wieder; Fig.
3 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung von Exzenterwelle, Stößel, Schwungrad,
Kupplung und Bremse sowie der erforderlichen Stellglieder zum Betätigen der Bremse;
Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Vorrichtung unter Verwendung von voreinstellbaren
elektronischen Zählern mit nachgeschalteter Relaisanordnung; Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel
der Vorrichtung unter Verwendung elektronischer Zähler mit Voreinstellungsgliedern
und Vergleicher in Verbindung mit einer elektronischen Ausgabeeinrichtung und einer
elektronischen Korrektureinrichtung zur iterativen Korrektur des Winkels für den
Bremsungsbeginn; Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung mit absolut digitaler
Lagemeßung und Korrektureinrichtung wie in Fig. 5; Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Scheibe für den inkremental wirkenden Winkelgeber für die Exzenterwelle; Fig.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine digital codierte Scheibe für die Winkelmeßanordnung
an der Exzenterwelle; Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit absolut
digitaler Lagemeßung in Verbindung mit einem Regler für die Bremsbetätigung; Fig.
10 gibt die Darstellung der Charakteristik für die Gewinnung der Führungsgröße des
Reglers wieder.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Einzeldarstellungen
in ihrer Funktion beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Hauptansicht der Maschine, teilweise im Schnitt.
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Hierin ist 1 das Gestell der Maschine mit dem Antrieb, der Exzenterwelle
und dem Stempel. Die Exzenterwelle 6 trägt an ihrem antriebsseitigen
Ende
die Antriebsscheibe 8, der auf der einen Seite das Schwungrad 9 und auf der anderen
Seite die Bremsscheibe 7 gegenüberstehen. Auf der Arbeitsseite der Exzenterwelle
befindet sich der eigentliche Exzenter 5, der den Stempel 3 mit dem Stößel 4 auf-
und abwärtsbewegt. Der Stempel 3 wird in dem Stempelhalter 19 geführt; er taucht
bei jedem Hub in die Matrize 18 ein.
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Der Antriebsmotor 10 treibt über den Riemen 11 die Schwungscheibe
9 an. Bei einem Arbeitshub wird die Antriebsscheibe 8 gegen das Schwungrad gedrückt,
so daß die Exzenterwelle mitgenommen wird.
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Beim Bremsvorgang wird die Antriebsscheibe 8 von der Schwungscheibe
9 abgehoben und auf der anderen Seite gegen die feststehende Bremsscheibe 7 gedrückt.
Diese Bewegung wird durch das Stellglied 12, 17 bewirkt. Das Stellglied kann mit
pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Hilfsenergie angetrieben werden.
Im Falle der Ausführung der Erfindung als Steuerung mit Adaptionszusatz ist dies
ein unste tig wirkendes Stellglied 12, im Falle der Ausführung als Regler ein stetig
wirkendes Stellglied 17, z. B. ein Preßlurtstellzylinder mit beiderseitiger Zufuhr
der Antriebsluft. Am Ende der Exzenterwelle ist der Geber für die Winkellage der
Exzenterwelle mit der inkrementalen Zählscheibe 13 bzw. der absolut digitalen Positionsscheibe
15 angebracht. Zur Abtastung der Winkellage dienen die einzelnen Abtaster 14, 16,
141 bis 144 und 152, deren Funktion im einzelnen in den folgenden Figuren beschrieben
wird.
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Der Tisch 2 dient zur Aufnahme des Werkstückes mit den zugehörigen
Werkstückhalterungs- und Führungsvorrichtungen. Das Werkstück 21 befindet sich auf
dem Werkstückschlitten 20 und wird durch die Spannpratze 22 festgehalten. Der Vorschub
des Werkstücktisches 20 erfolgt über die Vorschubspindel 23, das Getriebe 24 und
den Antrieb 25. Die Steuerung des Werkstückvorschubes erfolgt jeweils in den Intervallen,
in denen der Stempel 5 sich nicht im Eingriff mit dem Werkstück befindet. Die erforderliche
Positionsmeldung hierfür wird ebenfalls von dem digitalen Geber für die Winkellage
der
Exzenterspindel in geeigneter Weise abgeleitet. Eine derartige Funktion ist insbesondere
für den schnellen Nibbelbetrieb von großer Bedeutung; hier sind Exzenterwelle 6
und Vorschubantrieb 25 über elektronische Schaltmittel derart gekoppelt, daß die
Vorschubschritte jeweils in der Eingriffsfreien Zeit des Stempels 3 bewirkt werden.
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Fig. 2 gibt die geometrischen Verhältnisse wieder, die sich aus Stößelhub,
Eintauchtiefe des Stößels in die Matrize, Materialstärke, der eingriffsfreien Höhe
h1 und dem tolerierbaren Winkel ß außerhalb des oberen Totpunktes ergeben.
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Hierin ist 70 die Kreisbahn, auf der sich der Mittelpunkt des Exzenters
während eines Umlaufes bewegt; 71 ist die Lage des oberen und 72 des unteren Totpunktes.
Der Radius dieses Kreises ist r, damit ergibt sich ein Arbeitshub des Stößels 4
von a = 2r.
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Die untere Lage der Materialtafel wird durch die Lage der Matrizenoberfläche
75 bestimmt, während die Oberfläche der Materialtafel durch 74 angegeben ist. Zwischen
75 und 74 liegt das Material mit der Stärke s. Es wird nun angestrebt, das Verhältnis
s : a möglichst groß zu machen, um die Presse gut ausnutzen zu können. Dies wird
zunächst durch möglichste Tieflage von 73 erreicht. In der Umgebung des oberen Totpunktes
71 wird die eingriffsfreie Höhe hl des Stößels 4 durch den Winkel ß bestimmt.
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Es läßt sich ableiten, daß h1 cos ß = 1 - r r ist. Dieser Winkel ß
muß kleiner sein als der Winkel , der sich aus dem Abstand h2 der Materialoberkante
74 vom oberen Totpunkt 71 mit h2 cos = 1 1 ergibt, um einen Vorschub während des
stillgesetzten Exzenters zu ermöglichen. Fig. 2 macht deutlich, daß die Ausnutzbarkeit
der Presse entscheidend durch einen möglichst eng tolerierten
Winkel
ß bestimmt wird, in dem der Exzenter zum Stillstand gebracht wird. Dabei ist eine
Einhaltung der Werte des Winkels ß von 150 für neuzeitliche Pressen erforderlich.
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Fig0 3 zeigt eine schematische Darstellung des Antriebes der Maschine
mit Stößel 4, Exzenter 5, Exzenterwelle 6 sowie der Antriebs- und Bremsvorrichtung.
Im Winkel fest verbunden mit der Exzenterwelle 6 ist die Antriebsscheibe 8. Im Falle
des Arbeitszyklus wird die Antriebsscheibe 8 gegen das Schwungrad 9 gedrückt, das
mit Hilfe des Riemens 11 von dem Motor 10 angetrieben wird. Diese Bewegung der Antriebsscheibe
8 wird durch das Stellglied 12, in diesem Falle einen unstetig wirkenden Druckluftzylinder
mit Stellventil, bewirkt. Die Verbindung zwischen der Antriebsscheibe 8 und dem
Stellglied 12 wird durch die mechanischen Elemente 81 bewirkt. Bei einer Bremsung
der Exzenterwelle 6 wird mit Hilfe des Stellgliedes 12 und dem daran befindlichen
Stellzylinder 121 mit dem Stellkolben 121 und der Kolbenstange 122 die Antriebsscheibe
8 von der Schwungscheibe 9 gelöst und gegen die feststehende Bremsscheibe 7 gedrückt.
Die jeweilige Winkellage der Exzenterspindel wird durch die Geberscheiben 13 bzw.
15 in Verbindung mit den Abtastern 14, 16, 141 bis 144, 152 (deren Funktion weiter
unten beschrieben ist) signalisiert. Anstelle des unstetig wirkenden Stellgliedes
12 wird in Verbindung mit der Regeleinrichtung gemäß Fig. 9 das stetig wirkende
Stellglied 17 verwendet. Das ausführungsgemäße Beispiel zeigt einen Druckluftzylinder
mit dem Stellkolben 171, der Kolbenstange 172 und den beiden Luftführungskanälen
173 und 174. Dieses Stellglied wird gleichermaßen wie das unstetige Stellglied 12
über die mechanischen Elemente Pos. 81 mit der Antriebsscheibe in Verbindung gebracht.
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Fig. 4 zeigt ein-Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei dem ein inkrementaler Geber in Verbindung mit elektronischen Zählgeräten gebracht
wird. Die Winkelposition der Exzenterwelle 6 wird dabei von der inkrementalen Geberscheibe
13 und deren Abtaster 16 in Form von Zählimpulsen an
die beiden
elektronischen Zählwerk 31 und 32 gegeben, nachdem die Nullstellung im oberen Totpunkt
durch die speziell dafür vorgesehene Marke 151 auf der inkrementalen Zählscheibe
in Verbindung mit dem Abtaster 14 und der Signalformeinrichtung 36 an die Zähler
gegeben wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Zählung bei jedem Arbeitshub,
der mit der Betätigung des Kontaktes 35 gestartet wird, mit Null begonnen wird und
sich etwa eingestreute Zählimpulse nicht als ständige Fehler bemerkbar machen. Die
elektronischen Zähler 31 und 32 werden auf jeweils eine bestimmte Impulszahl voreingestellt,
nach deren Erreichen sie ansprechen und über die Betätigung der zugeordneten Kontakte
312 bzw.
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322 das Relais 55 für die Auslösung der Betätigung der Bremse zum
Anziehen bringen. Das Relais 33 geht über den Kontakt 333 in Selbsthaltung und löst
über 3)4 das Stellglied 12 aus. Welcher der elektronischen Zähler, 31 oder 32, für
den jeweiligen Arbeitsvorgang herangezogen wird, hängt von der jeweiligen Lage der
Kontakte 301 bzw.
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302 ab. Diese Kontakte sind beispielsweise Ausgabekontakte einer numerischen
Steuerung NC und stehen mit den jeweils gewählten Drehzahlstufen für die Exzenterwellendreiizahl
in Verbindung. Je nach Bedarf kann die Zahl dieser Zähler mit der ihnen zugeordneten
Anordnung auch größer als zwei gemacht werden. Bei Erreichen des oberen Totpunktes
schaltet der Kontakt 34 die Anordnung wieder ab.
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Diese einfache elektronische Vorrichtung gestattet schon ein genaueres
Einfahren in den oberen Totpunkt, als es mit rein mechanischen Mitteln möglich ist.
Insbesondere ist eine Veränderung des Ansprechwinkels durch einfaches Andern der
Voreinstellung der elektronischen Zähler viel leichter und genauer möglich, als
dieses bei Verschiebung etwaiger mechanischer Nocken und Auslösekontakte möglich
wäre.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, das einen vollständigen
elektronischen Zähler 40 mit einzelnen Dekaden 401, 402 und 403 für Einer, Zehner
und Hunderter, mit Vergleicher 41 und Voreinstellorganen 42 und 43 enthält. Durch
den Abtaster 14 im oberen Totpunkt 71 wird das Zählwerk 40 über die Verbindungen
461, 462 und 463 in Nullstellung gebracht. Danach werden bei jedem
Arbeitshub
die Inkremente mit Hilfe der Inkrementalgeberscheibe 13 und dem Abtaster 16 gezählt.
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Der Winkel, bei dem die Bremse eingelegt werden soll, wird durch Eingabe
der jeweiligen Zahl in den Vorwahlschalter 42 bzw. 43 festgelegt; die Auswahl des
Schalters erfolgt über die NC-Kontakte 421 bzw. 431 in gleicher Weise, wie in Fig.
4 beschrieben. Nachdem der Zähler 40 den voreingestellten Wert erreicht hat, spricht
der Vergleicher 41 an und gibt ein impulsartiges Bremssignal an den Speicher 44,
der in Bremslage geht und das Stellglied 12 beaufschlagt.
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Die jeweilige Winkellage der Exzenterwelle 6 nach dem Anhalten wird
durch die Korrektureinrichtung 46 in Verbindung mit den Abtaststellen 141 bis 144
festgestellt, wobei die Signale nach Größe und Richtundunterschieden werden. Die
Signale werden in der Korrektureinrichtung 46 zu einem Korrekturbefehl verarbeitet,
der zusätzlich den Vorwahlschaltern 42 und 43 beigegeben wird und die Vorstellwerte
entsprechend verändert. Beim nächsten Arbeitshub beginnt also der Bremsvorgang bei
dem nunmehr neu ermittelten Auslösewinkel. Durch diese Korrektur ist zu erwarten,
daß die Abweichung vom oberen Totpunkt beim nächsten Arbeitshub kleiner geworden
ist oder Null wird. Mit diesem iterativen Verfahren werden die sichßallmählich ergebenden
Anderungen der Störgrößen in der Maschine, wie z. B. Veränderung des Reibungskoeffizienten,
automatisch berücksichtigt.
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Fig. 6zeigt das gleiche iterative Verfahren wie Fig. 5, jedoch ist
an die Stelle des inkremental wirkenden Zählers die absolut digital arbeitende Abtasteinrichtung
getreten, die aus der digital codierten Abtastscheibe 15 mit der Markierung des
oberen Totpunktes 153 dem Abtaster 152 und der Auswertelektronik 47 besteht.
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Im Unterschied zum inkremental--arbeitenden Zähler ist beim absolut
digitalen Verfahren eine Nullstellung nicht notwendig; etwaige Störimpulse bleiben
auf die Darstellung des Winkelwertes ohne Wirkung.
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Auch das Lösen der Bremse wird von der Ausw erteelektronik 47 über
den Speicher 44 bewirkt.
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Die weiteren Funktionseinheiten von Fig. 6 entsprechen in ihrer Wirkung
derjenigen von Fig. 5 Fig. 7 zeigt die Darstellung einer inkrementalen Scheibe wie
sie für die Zählvorgänge üblich ist. Normalerweise werden tausendteilige Scheiben
verwendet, d. h., daß ein Schritt o,36 Winkelgraden entspricht. Diese Auflösung
ist für den geforderten Zweck mehr als ausareichend. Der Abtaster 16 ist in der
Regel ein Abtaster mit einer Mehrfachschlitzblende 161, die in ihrer Schlitzkonfiguration
der Teilung der Rasterscheibe selbst entspricht. Schlitzraster 161 und Lichtquelle
162 mit Lampe und Kondensor 1622 stehen auf der einen Seite der Abtastscheibe 13,
auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich der Fotosensor 165. Ein solcher Sensor
kann beispielsweise durch eine Fotodiode dargestellt werden. Die Abtastscheibe 15
enthält für die obere Totpunktlage die zusätzliche Marke 131. Diese Position der
Scheibe wird durch den Fotosensor 14 erfaßt. Die Abweichung der Marke vom oberen
Totpunkt wird durch die außerdem vorhandenen Fotosensoren 141 bis 144 angegeben,
und zwar jeweils nach Größe und Richtung. Die Schraffur in Fig. 7 deutet einen lichtundurchlässigen
Bereich an.
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Fig. -8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer absolut digitalen Codescheibe
15 in natürlich binärer Teilung. Der Abtaster 152 tastet dabei sämtliche Spuren
dieser Scheibe gleichzeitig ab und gibt die für die jeweiligen Hell-Dunkel-Positionen
der Scheibe vorliegenden Daten parallel aus. Um zu gewährleisten, daß es in jeder
Winkellage der Scheibe ein eindeutiges Signal gibt, sind zwei gleichartige Abtastschlitze
1521 und 1522 V-förmig zueinander angeordnet, die jeweils mit Punkten gekennzeichnete
Fotosensoren tragen. Die Auswertung erfolgt in der Auswerteelektronik 47. Die Anordnung
der Abtastschlitze in V-Form ist notwendig, damit sich in den Fällen, in denen mehr
als eine Spur ihren Zustand von durchlässig auf undurchlässig wechselt, immer noch
eindeutige Signale entstehen.
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Anstelle einer Abtastscheibe im natürlichen Binärcode kann auch eine
solche im sogenannten Gray-Code verwendet werden. Hierbei ist
jedoch
eine wesentlich größere Abtastgenauigkeit erforderlich.
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Die Teilung einer Gray-Codeschelbe ist so beschaffen, daß bei Abtastung
mit nur einem einzigen Schlitz in allen Kanälen an jeder Stelle nicht mehr als eine
einzige Xnderung stattfindet.
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Die Umsetzung dieses Codes in die wirklichen Zahlen ist demnach auch
anders als bei dem Dualcode. In ihrer praktischen Wirkung nach außen unterscheiden
sich diese beiden Systeme grundsätzlich jedoch überhaupt nicht, lediglich in der
Codierung.
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Fig. 9 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung mit geregelter Abbremsung.
Die jeweilige Winkellage der Exzenterwelle 6 wird durch die Codescheibe 15 in Verbindung
mit Codeabtaster 152 und der Auswerteelektronik 47 an den Digital-Analog-Wandlog
51 geliefert. Hierin wird das digital ankommende Signal in ein analog abgehendes
Signal umgewandelt, das dann dem Summierglied 53 zugeführt wird. In diesem Summierglied
wird die SOLL-IST-Differenz gebildet.
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Der SOlL-Wert wird dabei von dem absolut-digitalen Lagewert selbst
gebildet, und zwar in dem Funktionsgener-tor 52, entsprechend einer ganz bestimmten
Funktion vom jeweiligen Winkel der Exzenterwelle 6.
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Die Differenz aus der analog anliegenden Regelgröße x, die dem Winkell
der Exzenterwelle 6 entspricht, und der FUhrnngsgröße w bildet die Regelabweichung
Xw s die einem weiteren Bummierglied 54 zugeführt wird. Hier wird über die Zuleitung
541 der Befehl erteilt, ob oder nicht die Bremsung bei dem jeweiligen Umlauf Uberhaupt
elngeleitet werden soll, d. h., daß das Signal zw im Falle des Durchganges durch
das Summierglied 54 weder Größe noch Richtung ändert.
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Das Signal Xw gelangt nunmehr als Eingangasignal an den Regler 55,
an dessen Ausgang sich das stetig wirkende Stellglied 17 befindet.
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In dem gezeigten Beispiel handelt es sich um ein druckluftbetriebenes
Stellglied mit dem Stellkolben 171 und der Kolbenstange 172, die das Bremsgestänge
81 betätigt. Die Zuleitung der Druckluft zu dem Stellglied 17 erfolgt durch die
beiden Leitungen 173 und 174; die Druckluft selbst als Hilfsenergie wird dem Regler
über Pos. 551 zugeführt. In entsprechender Weise kennen bei Ausgestaltung des Reglers
und Stellgliedes auch andere Hilrsenergien, wie beispielsweise elektrische Energie
für elektromagnetisches Stellglied und hydraulasche Energie für ein hydrFulisohes
Stellglied, verwendet werden.
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Von besonderer Bedeutung für die richtige Wirkungsweise dieses Reglers
ist die Vorgabe der Fuhrungsgrdße w. Hierbei muß davon ausgegangen werden, daß,
wie schon weiter oben erwähnt, die Schwungmassen der Exzenterwelle 6 und der mit
ihr gekoppelten Massen nach dem Abkuppeln von der Antriebsscheibe 9 keine Energie
zufuhr mehr erfahren. Diese sich drehenden Massen stellen einen Energiespeicher
dar. Ein zweiter Speicher ergibt sich aus der Eigenart deß Stellgliedes mit seinen
luftspeichernden Volumina.
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Aus diesen aegebenheiten ergibt sich ein nicht linearer Regelkreis
zweiter Ordnung. Um das Regelverhalten dieses Regelkreioes zu verbes8ern, bietet
sich - falls möglich - die Linearisierung an. Diese ist zumindest bei denen als
Speicher wirkenden umlaufenden Massen gegeben. Bekanntlich ist die jeweilige kinetische
Energie dieser mit der Exzenterwelle 6 gekoppelten Massen der jeweiligen Drehzahl
im Quadrat proportional. Deshalb empfiehlt es sich, die Funktion wf(C>L)
als Wurzelfunktion darzustellen. Diese Darstellung ist im digitalen Teil der Anordnung
durch entsprechende Abgriffe an den Binärstellen in außerordentlich einfacher Weise
möglich.
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Im Prinzip erscheint die Funktion gestuft, jedoch ist diese Stufung
wegen der im Regelfall verwendeten 1024 Teile, auf den Umfang der Codescheibe bezogen,
praktisch so gut wie eine stetig verlaufende Funktion.
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Durch die beschriebene Wirkungsweise des Reglers kann es nicht geschehen,
daß z. B. zuviel Bremskraft auf die Bremsscheibe aufgebracht und damit die kinetische
Energie so frUh aufgezehrt wird, so daß die Exzenterwelle vor dem oberen Totpunkt
stehenbleibt. Auf der anderen Seite wird ein Uberschuß an kinetischer Energie, z.
B.
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durch höhere Drehzahl, genauso durch erhöhten Druck auf die Bremse
beantwortet, wie beispielsweise durch Erwärmung oder Verölung naohlassenden Reibungskoeffizienten.
Der Regler berücksichtigt also alle auftretenden Störgrößen im Augenblick des Auftretens,
und nicht, wie in den Beispielen Fig. 5 und Fig. 6, erst beim nächsten Arbeitshub.
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Fig. 10 zeigt die graphische Darstellung des Funktioniverlaufes derFUhrungsgröße
w in AbhKngigkeit von dem jeweiligen Ablagewinkel der Exzenterwelle vom oberen Totpunkt.
Die Führungsgröße w ist der jeweiligen Drehzahl n proportional. Die Öffnung des
Reglers für den Bremsfall durch Beaufschlagung der Aufachlagung der Signalleitung
541 am Summierglied 54 kann zu beliebigem Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt erfolgen,
da die Führungßgröße dort so große Werte bekommt, daß die Regelabweichung Xw negativ
wird, was bewirkt, daß die Bremse noch nicht betätigt wird. Hierin liegt die Begründung
dafür, daß dieAnfangsdrehzahl auf die richtige Funktion des Reglers ohne Einfluß
ist.
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Um den Regler an die Regelstrecke optimal anpassen su können, empfiehlt
es sich, in üblicher Weise Organe und Einstellglieder für P-, 1-, D-Verhalten einzufügen.