-
Elektrische Fühlersteuerung für Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft
eine elektrische Fühlersteuerung für Werkzeugmaschinen, wie Hobelinaschinen, Drehbänke
und Fräsmaschinen, insbesondere Hobelmaschinen mit kurzem Überlauf zur Bearbeitung
von Kurbelwellenwangen, bei der durch einen eine Schablone abtastenden schwenkbaren
Fühler Schaltkontakte betätigt werden, die über Magnetkupplungen den Antrieb für
die schablonengetreuen Zustellbewegungen: des Werkzeuges steuern.
-
Bei den bekannten Steuerungen dieser Art wird der Arbeitsstromkreis
der Magnetkupplungen über Relais von dem Steuerstromkreis der Schaltkontakte gesteuert.
Das Abtasten der Schablone erfolgt in zwei zueinander senkrechten Richtungen, so
daß sich stufenförmige Zustellbewegungen des Werkzeuges ergeben. Je kleiner oder
feinstufiger die Werkzeugbewegungen sind, desto größer ist naturgemäß die Oberflächengüte
des zu bearbeitenden Werkstückes. Die Stufenhöhe der Zustellbewegungen wird nun
sehr wesentlich von den Schaltzeiten der Relais oder Schützen, Kupplungen und Motoren
beeinflußt. Je kleiner diese Schaltzeiten sind, desto größer kann die Schalthäufigkeit
des Fühlers sein und desto genauer kann das Werkstück bearbeitet werden. Der Schalthäufigkeit
des Fühlers und damit auch der Stufenhöhe der Zustellbewegungen ist also eine Grenze
gesetzt, die man
mit den 'bisherigen Steuerungen nicht unterschrei-'
teil kann. Als weiterer Nachteil kommt insbesondere durch die nicht immer gleichmäßig
ansprechenden Relais eine Ungleichförmigkeit der Steuerbewegungen hinzu.
-
Um diese Nachteile zu vermindern, hat man vorgeschlagen, zusätzliche
Regeleinrichtungen anzuordnen, z.. B. eine zwei zusätzliche Relais enthaltende Zustellbegrenzungsvorrichtung
zur Änderung der Größe der Zustellbewegung und zur Begrenzung der Dauer dieser Bewegung,
oder einen Drehzahlregler für die Antriebsmotoren der Zustellbewegungen, der die
Stufenform an die Steigung der zu kopierenden Kurve anpassen soll, indem das Verhältnis
der Drehzahlen um so größer wird, ,je größer die Neigung der abzutastenden Schablone
ist. Es ist selbstverständlich, daß durch die Verwendung zusätzlicher Vorrichtungen
für die elektrische Steuerung dieser Art die Nachteile in Kauf genommen werden müssen,
die durch diese verwickelteren Bauarten- zwangsläufig auftreten, wie verminderte
Wirtschaftlichkeit, größere Störungsmöglichkeiten, ohne daß dadurch aber dem grundsätzlichen
Übel der begrenzten Schalthäufigkeit des Fühlers und damit der begrenzten Oberflächengüte
des Werkstückes -abgeholfen werden könnte. Man hat auch vorgeschlagen, von der Steuerung
durch Kupplungen abzugehen und dafür die ungleich verwickelteren Differentialgetriebe,
deren Drehzahlunterschiede die jeweilige Vorschubbewegung ergibt, zur Anwendung
vorgeschlagen, die überdies noch umfangreiche Regelmittel, . wie motorgesteuerte
Feldregler, erfordern. Schließlich hat man auch versucht, die Arbeitsgenauigkeit
durch Ausschaltung der vom Fühler betätigten mechanischen Kontakte zu verbessern
und an deren Stelle die Verwendung des sogenannten Düsenbolometers vorgeschlagen,
das über Stromrichter die weitere Steuerung bewirken soll. Ein . anderer- Vorschlag
sieht an Stelle der Kontakte sögenannte elektromagnetische Meß.köpfe vor, die über
Gasentladungsgefäße die Steuerung der Vorschubmotoren bewirken. Trotz der vielseitigen
Versuche zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es bisher nicht gelungen, eine einfache,
wirtschaftliche und` störungsfrei arbeitende Steuerung großer Kopiergenauigkeit
herzustellen. Dieses Ziel wird nun durch die Erfindung erreicht: Bevor das Wesen
der Erfindung beschrieben wird, muß noch auf die bisherigen Steuerungen dieser Art
näher: eingegangen werden, um die Unterschiede diesen gegenüber klarzustellen. Wie
bereits erwähnt, müssen bei den bisherigen Steurungen Relais Verwendung finden,
die dazu -dienen, die Arbeitsstromkreise der Kupplungen- mit den Steuerstromkreisen
der Schaltkontakte zu koppeln. Die beiden getrennten Stromkreise sind erforderlich;
da die hohe Kupplungsspannung für den Betrieb der vom Fühler gesteuerten Schaltkontakte
wegen Funkenbildung und Zerstörung der Kontakte durch Verschmoren ungeeignet ist.
Man wendete beispielsweise eine Spannung von 14 V für die Kontakte und von
iio V für die Kupplung an, wobei die' Kupplungsspannung in üblicher Weise unter
Ausnutzung des Spannungsgefälles auf eine niedrigere Spannung in der Kupplungsspule,
z. B. 18 V, zur Verkürzung ihrer Ansprechzeit betrieben wurde. Diese bei Magnetkupplungen
eingebürgerte Bauart erschien bei Verwendung dieser Kupplun-°gen für Fühlersteuerungen
um so erforderlicher, als für deren Schaltzeiten, wie ausgeführt, eine möglichste
Verkürzung erwünscht - und in jenen Fällen zwingend ist, in denen wie bei der Bearbeitung
von Kurbelwellenwangen nur ein kurzer Überlauf der zu bearbeitenden Fläche für die
Schaltzeit zur Verfügung steht, z. B. die Verstellung des Werkzeuges auf einer Wegstrecke
von 6, bis 7 mm in einigen - Hundertstel einer Sekunde vorzunehmen ist.
-
Die Erfindung besteht nun im Wesen darin, daß bei einer elektrischen
Fühlersteuerung für Werkzeugmaschinen, bei der durch einen eine Schablone abtastenden
schwenkbaren Fühler Schaltkontakte betätigt werden, die über Magnetkupplungen den
Antrieb für die, schablonengetreuen Zustellbewegungen des Werkzeuges steuern, die
Magnetkupplungen zur Erzielung einer feinstufigen Abtastung und Verbesserung der
Oberflächengüte des Werkstückes ohne Zwischenschaltung von Relais mit den Schaltkontakten
in einem elektrischen Stromkreis liegen, der mit einer niedrigen Spannung (bis höchstens
ungefähr q.o V) zur Vermeidung einer die Schaltkontakte verschmorenden Funkenbildung
gespeist wird. Gemäß der Erfindung kommen also die Relais und' damit die von diesen
benötigten Ansprechzeiten in Wegfall. In Abwendung von der ständigen Kupplungsbauart
-wurde nämlich festgestellt; daß bei Verwendung einer niedrigeren. Spannung als
bisher, z. B. einer Spannung von 2o V, wohl eine längere Ansprechzeit von der Magnetkupplung
benötigt wird, diese aber dennoch kleiner ist als die bisherige Gesamtschaltzeit
von Kupplung und Relais. Die gemäß der Erfindung gesteuerte Magnetkupplung benötigt
eine Schaltzeit von etwa 3/100 Sekunden gegenüber der bisherigen Schaltzeit von
4/10o bis: 6/10o Sekunden, von welcher die Relais 3/100 bis 5/100 Sekunden Schaltzeit
für sich in Anspruch nehmen. Die Ansprechzeit der Kupplung kann aber noch etwa auf
die Hälfte herabgesetzt werden, wenn erfindungsgemäß das an sich bekannte Spannungsgefälle
zwischen aufgedrückter Kupplungsspannung und der der Magnetspüle der Kupplung aufgedrückten
Spannung auf die mit niedriger Spannung gespeiste Magnetkupplung angewandt wird,
indem beispielsweise die aufgedrückte Kupplungsspannung 2o V und die Spannung an
der Magnetspule 8 V beträgt.
-
Die erfindungsgemäße Fühlersteuerung ermöglicht also in der Hauptsache
eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit und Verbesserung der Oberflächengute des
Werkstückes. Diese Wirkung kann noch dadurch erhöht werden, daß man die Fühlerkontakte
enger stellen kann als bei Verwendung von Relais, da durch deren Wegfall Verzögerungen
beim Schließen oder Öffnen der Fühlerköntakte ausgeschaltet werden. Das Werkstück
kann daher
viel genauer bearbeitet werden, so daß weniger oder überhaupt
keine Nacharbeit erforderlich ist. Bei Hobelmaschinen mit kurzem Überlauf ist die
erfindungsgemäße Steuerung, wie erwähnt, zwingend, um in der zur Verfügung stehenden
kurzen Schaltzeit die Zustellbewegung dees Werkzeuges, vornehmen zu können. Die
Erfindung ist aber darüber hinaus noch vorteilhaft, und dies kommt auch allen anderen
Werl;z.1#ugmaschinen zugute, weil eine Verbesserung der Oberflächengüte, eine größere
Wirtschaftlichkeit und Störungsfreiheit erreicht wird. Die Beseitigung der Relais
hat außer den erwähnten Vorteilen nicht nur den Wegfall von Störungsquellen, sondern
auch die Herabsetzung der Herstellungs- und Betriebskosten der vereinfachten und
unter Anwendung von nur mehr einer Spannung arbeitenden Maschine zur Folge.
-
Das Schaltschema einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine vom Fühler
zu den Magnetkupplungen ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
-
Die Erregerwicklungen der die Zustellbewegungen des Werkzeugsupports
bei der Hobelmaschine in waagerechter und senkrechter Richtung in bezug auf das,
Werkstück vermittelnden Magnetkupplungen 9, io, ii liegen je mit einem Schaltkontaktpaar
5, 5a, 7, 7a, 6 in einem mit einer Gleichspannung von maximal 4o V,
z. B. 15 V, gespeisten Stromkreis. Im angenommenen Fall dient die Kupplung
9 zur vertikalen Abwärtsbewegung, die in entgegengesetzter Richtung angetriebene
Kupplung i i zur Aufwärtsbewegung und die Kupplung io zur Waagerechtbewegung des
Werkzeugsupports. Die den Erregerspulen dieser Kupplungen vorgeschalteten Ohmschen
Widerstände 9', iö , i i', welche die Spannung an diesen Spulen auf z. B. 8 V herabsetzen,
bewirken, wie bereits erwähnt, durch Verkürzung der Anstiegdauer des Erregerstromes
beim Einschalten die Schnellerregung der Kupplungen. Die in bezug auf ihre Umrißform
beliebig gestaltete Schablone i wird von der Rolle 2 abgetastet, und@.diese überträgt
die ihr hierbei erteilten Bewegungen mittels ihres mit einer Spitze versehenen,
um ein Kugelgefenk,2a verschwenkbaren Hebels auf die mit einer konischen Vertiefung
versehene Pfanne 3 des um eigen Zapfen 4a verschwenkbaren Kontakthebels .4. Die
Spitze des Tastrollenhebels und die Pfanne 3 werden hierbei durch eine gegen den
Hebel 4. wirkende Druckfeder 4b dauernd in Berührung miteinander gehalten.
-
Daraus ergibt sich folgende Wirkungsweise der Fühlersteuerungseinrichtung
: Solange die Tastrolle 2 des Fühlerhebels 2 die Schablone i noch nicht berührt,
ist das für eine bestimmte Wegstrecke unter dem Druck seiner eigenen Feder stehende
Kontaktstück 5 mit dem Kontaktstück 5a am Ende des Hebels 4 in Berührung, so daß
die Magnetkupplung g erregt wird. Dadurch wird das Werkzeug vertikal abwärts gegen
das Werkstück bewegt und gleichzeitig die Tastrolle 2 zur Berührung mit der Schablone
i gebracht. Infolge der hierbei eintretenden Verschwenkung des Tastrollen-Nebels
21) um sein Gelenk 2a gleitet die Spitze dieses Hebels aus ihrer Tieflage entlang
der Kegelfläche der Pfanne 3, und der Hebel 4 wird gegen den Druck seiner Feder
4b um seinen Drehzapfen 4a verschwenkt, so daß durch sein Kontaktstück 5a die Verbindung
des Kontaktstückes 5b des gegen den Druck seiner Feder 8b verschwenkbaren Hebels
8 mit dem untereigenem Federdruck nachfolgenden Kontaktstück 5 hergestellt wird.
Dadurch wird somit bei noch erregter Magnetkupplung 9 über das geschlossene Kontaktpaar
7, 7a auch die Magnetkupplung io erregt, so daß sich das Werkzeug infolge der kombinierten
Abwärts- und Waagerechtbewegung schräg abwärts bewegt.
-
Wird der Hebel -4 infolge der Umrißform der Schablone i noch weiter
verschwenkt, so wird die Verbindung seines Kontaktstückes 5a mit dem nun infolge
eines Anschlages in seiner Bewegung begrenzt-en und daher nicht mehr nachfolgenden
Kontaktstück 5,unterbrochen und die Kupplung 9 ausgeschaltet. Damit ist auch die
Abwärtsbewegung des Werkzeuges beendet, so daß es nur noch eine Waagerechtbewegung
ausführt.
-
Bei einer weiteren Auslenkung des Hebels 4 durch Schablone und Tastrolle
in der gleichen Richtung wird durch den um seinen Drehzapfen 8a verschwenkbaren
Hebel 8 das Kontaktpaar 6 geschlossen und dadurch die Magnetkupplung i i erregt.
Da hierbei wegen des unter dem Druck seiner eigenen Feder während einer begrenzten
Wegstrecke nachfolgenden Kontaktes 7 das Kontaktpaar 7, 7a noch geschlossen und'
daher die Kupplung io noch erregt ist, wird: dem Werkzeug eine aus Waagerecht- und
Aufwärtsbewegung resultierende Bewegung schräg aufwärts erteilt.
-
Erst wenn infolge noch weiterer Auslenkung des Tastrollenhebels 2b
auch das Kontaktpaar 7, 7a unterbrochen wird, bleibt allein die Magnetkupplung i
i und damit der vertikale Aufwärtsgang des Werkzeuges eingeschaltet.
-
Während der Bearbeitung des Werkstückes nach der Schablone bleibt
der Fühler immer so lange in seiner Stellung, bis er durch die Schablone in eine
andere Stellung bewegt wird.