Elektrische Fühlersteuerungseinrichtung für Werkzeugmaschinen: Die Erfindung betrifft eine elektrische Fühlersteuerungseinrichtung für Werkzeug maschinen, wie z. B. Hobel- und Fräsmaschi nen, Drehbänke und dergleichen, bei der durch einen eine Schablone abtastenden, schwenkbaren Fühler Schaltkontakte betätigt werden, die motorisch angetriebene Magnet kupplungen steuern, welche die Vorschub organe zur Herbeiführung der von der Scha blone abhängigen Zustellbewegungen des Werkzeuges betätigen.
Bei den bekannten Fühlersteuerungsein richtungen dienen zur Steuerung der mit der Betriebsspannung der Maschine arbeitenden Magnetkupplungen elektromagnetische Relais (Schaltschützen), deren Wicklungen mit den vom Fühler betätigten Schaltkontakten in einem besonderen Steuerstromkreis geringer Spannung liegen, damit Anbrennungen durch Funkenbildung an diesen Kontakten vermie den werden, durch welche die Genauigkeit der Steuerung in hohem Masse nachteilig beein flusst wird.
Die durch die vom Fühler abgetastete Schablone bewirkte Steuerung des Werkzeug vorschubes erfolgt stufenförmig in zwei zuein ander rechtwinkligen Richtungen, indem der Fühler, solange er an der Schablone anliegt, die Vertikal- oder die Horizontalbewegung des Werkzeugsupportes, dagegen umgekehrt dessen Horizontal- bzw. Vertikalbewegung einschaltet, solange er die Schablone nicht be rührt. Je kleiner oder feinstufiger die Werk zeugbewegungen sind, desto höher ist natur- gemäss die Oberflächengüte des zu bearbeiten den Werkstückes. Die Stufenhöhe der Zustell bewegungen wird hierbei weitgehend von den Schaltzeiten der Relais oder Schützen, Kupp lungen und Motoren beeinflusst. Je kleiner diese Schaltzeiten sind, desto grösser kann die Schalthäufigkeit des Fühlers sein und desto genauer kann das Werkstück bearbeitet wer den.
Der Schalthäufigkeit des Fühlers und damit auch der Stufenhöhe der Zustellbewe gungen ist also eine Grenze gesetzt, die mit den bisherigen Steuerungen nicht unterschrit ten werden kann. Als weiterer Nachteil kommt eine Ungleichförmigkeit der Steuerbewegun gen, insbesondere durch die nicht immer gleichmässig ansprechenden Relais hinzu.
Um diese Nachteile zu vermindern, hat man vorgeschlagen, zusätzliche Regeleinrich tungen anzuordnen, z. B. eine zwei zusätz liche Relais enthaltende Zustellbegrenzungs vorrichtung zur Änderung der Grösse der Zu- stellbewegtung und zur Begrenzung der Dauer dieser Bewegung oder einen Drehzahlregler für die Antriebsmotoren der senkrechten und waagrechten Zustellbewegungen, der die Stu fenform an die Steigung der zu kopierenden Kurve anpassen soll, indem das Verhältnis der Drehzahlen der Motoren für die Senk recht- und Waagrechtbewegung des Werk- zeugsupportes -am 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 Nach- teile in Kauf genommen werden müssen, die durch diese meist verwickelten Bauarten zwangläufig auftreten, wie verminderte Wirt schaftlichkeit, grössere Störanfälligkeit usw. Man hat auch vorgeschlagen, von der Steue rung durch Magnetkupplungen abzugehen und an deren Stelle die ungleich verwickel- teren Differentialgetriebe anzuwenden, deren Drehzahlunterschiede die jeweilige Vorschub bewegung ergeben, die jedoch noch umfang reiche Regelmittel, wie motorgesteuerte Feld regler, erfordern.
Schliesslich hat man auch versucht, die Be arbeitungsgenauigkeit des Werkstückes da durch zu verbessern, dass man vom Fühler zu betätigende Kontakte überhaupt vermieden und an deren Stelle als Taktgeber für die Steuerimpulse ein Düsenbolometer (gemäss DRP Nr. 622188) verwendet hat. Hierbei wer den zwei erhitzte Zweige einer Brückenschal tung durch Luftströme gekühlt, die aus feinen, durch eine von einem Taktgeber verstellbare Blende abdeckbaren Düsen austreten. Da durch werden fast momentane Widerstands änderungen erzeugt, die zu Steuerströmen ausgenützt werden, die ihrerseits einen Strom richter für die Stromkreise der Magnetkupp lungen steuern können. Auch diese Einrich tung ermangelt jedoch ebenfalls der für die praktische Anwendung unbedingt erforder lichen Einfachheit.
Ein anderer Vorschlag sieht schliesslich an Stelle der Kontakte sogenannte elektro magnetische Messköpfe vor, die über Gasent ladungsgefässe die Steuerung der Vorschub motoren bewirken. Trotz der vielseitigen Ver suche zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es aber bisher nicht gelungen, eine einfache, wirtschaftliche und störungsfrei arbeitende Steuerung von grosser Kopiergenauigkeit her zustellen. Dieses Ziel kann jedoch durch die Erfindung erreicht werden.
Wie bereits erwähnt, werden bei den mei sten bekannten Fühlersteuerungseinrichtun gen für die Schaltung der mit der Betriebs spannung der Maschine, z. B. 110 Volt, ge speisten Magnetkupplungen Relais (Schalt schützen) verwendet, deren Spulen mit den vom Fühler betätigten Kontakten in einem besonderen Steuerstromkreis geringer Span nung von zum Beispiel 14 Volt liegen. Zwecks möglichster Verkürzung der Ansprechzeit die ser Magnetkupplungen hat man die Anstieg dauer ihres Einschaltstromes in bekannter Weise durch Vorschaltung eines induktions freien Widerstandes abgekürzt, der den gröss ten Teil der Spannung verbraucht, so dass an der Magnetkupplungsspule eine Spannung von zum Beispiel nur 18 Volt wirksam wird.
Die Anwendung dieser Massnahme ist deshalb auch bei der Fühlersteuerungseinrichtung nach der Erfindung zweckmässig, da zum Bei spiel im Falle der Bearbeitung der Umfänge von Kurbelwellenwangen von Brennkraft- motoren durch Hobeln, infolge des kurzen Ab standes zwischen zwei benachbarten Wangen nur sehr kurze Zeit für die Durchführung des die Vorschubbewegimg des Werkzeuges bewirkenden Schaltvorganges zur Verfügung steht; letzterer muss beispielsweise während des 6 bis 7 Millimeter langen Werkzeugüberlaufes vorgenommen werden, der sich in wenigen Hundertsteln einer Sekunde vollzieht.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, dass bei einer elektrischen Fühlersteuerungs einrichtung für Werkzeugmaschinen, bei der durch einen eine Schablone abtastenden, schwenkbaren Fühler Schaltkontakte betätigt werden, die motorisch angetriebene Magnet kupplungen steuern, welche die Vorschub organe zur Herbeiführung der von der Scha blone abhängigen Zustellbewegungen des Werkzeuges betätigen, die Magnetkupplungen zwecks Erzielung einer kurzen Schaltzeit und feinstufigen Bearbeitung des Werkstückes ohne Zwischenschaltung verzögernd wirken der Relais mit den Schaltkontakten je in einem Stromkreis liegen, der zwecks Vermei dung schädlicher Funkenbildung an diesen Kontakten mit einer Gleichspannung von höchstens 40 Volt betrieben wird.
Durch die Erfindung können also die Relais und damit die von diesen benötigten Ansprechzeiten in Wegfall kommen. Es wurde nämlich festge stellt, dass bei Verwendung einer geringeren Spannung, als bisher üblich, z. B. einer Span- nitng von 15 Volt, die Magnetkupplung zwar eine längere Ansprechzeit benötigt, dass diese aber dennoch kleiner ist als die bisher be nötigte Gesamtschaltzeit von Kupplung und Relais. Es lassen sich beispielsweise Einrich tungen gemäss der Erfindung herstellen, bei welchen die Magnetkupplung eine Schaltzeit von etwa 0,03 Sekunden benötigt gegenüber der bisherigen Schaltzeit von 0,04 bis 0,06 Se kunden, von welcher die Relais 0,03 bis 0,05 Sekunden Schaltzeit für sich in Anspruch nehmen.
Die erfindungsgemässe Fühlersteuerungs einrichtung ermöglicht somit vor allem eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit und eine Verbesserung der Güte der bearbeiteten Ober fläche des Werkstückes, so dass nur eine ge ringe oder überhaupt keine Nacharbeit dieser Oberfläche erforderlich ist. Diese Wirkung kann noch dadurch erhöht werden, dass man die Fühlerkontakte enger stellen und damit die Schaltzeit verkürzen kann, wodurch die stufenförmigen Zustellbewegungen verkleinert werden. Infolge des Wegfalles der den Ein sehaltvorgang der Magnetkupplung verzögern den Relais ist es auch möglich, die Schalt häufigkeit des Fühlers zu vergrössern. Bei Hobelmaschinen mit kurzer Umschaltzeit ist.
die erfindungsgemässe Steuerung, wie erwähnt, besonders geeignet, um in der zur Verfügung stehenden kurzen Schaltzeit die erforderliche Zustellbewegung des Werkzeuges vornehmen zu können. Durch den Wegfall der Relais wird ferner eine Verminderung der Störungs quellen und eine Herabsetzung der Herstel- lungs- und Betriebskosten von mit der Fühler steuerungseinrichtung nach der Erfindung ausgestatteten Werkzeugmaschinen erzielt.
Das Schaltungsschema eines Ausführungs beispiels einer erfindungsgemässen Fühler steuerungseinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden erläutert: Die Erregerwicklungen der die Zustell bewegungen des Werkzeugsupportes bei der Nobelmaschine in waagrechter und senkrech ter Richtung in bezug auf das Werkstück ver mittelnden Magnetkupplungen 9, 10, 11 liegen je mit einem Schaltkontaktpaar 5, 5a, 7, 7a, 6 in einem mit einer Gleichspannung von maxi mal 40 Volt, z. B. 15 Volt, gespeisten Strom kreis. Im angenommenen Fall dient die Kupp lung 9 zur vertikalen Abwärtsbewegung, die in entgegengesetzter Richtung angetriebene Kupplung 11 zur Aufwärtsbewegung und die Kupplung 10 zur Waagrechtbewegung des Werkzeugsupportes.
Die den Erregerspulen dieser Kupplungen vorgeschalteten Ohmschen Widerstände 9', 10', 11', welche die Spannung an diesen Spulen auf zum Beispiel 8 Volt her absetzen, bewirken, wie bereits erwähnt, durch Verkürzung der Anstiegdauer des Erreger stromes beim Einschalten die Schnellerregung der Kupplungen. Die in bezug auf ihre Um rissform beliebig gestaltete Schablone 1 wird von der Rolle 2 abgetastet, und diese über trägt die ihr hierbei erteilten Bewegungen mittels ihres mit einer Spitze versehenen, um ein Kugelgelenk 2a verschwenkbaren Hebels auf die mit einer konischen Vertiefung ver sehene Pfanne 3 des um einen Zapfen 4a ver- schwenkbaren Fühlerhebels 4.
Die Spitze des Tastrollenhebels und die Pfanne 3 werden hierbei durch eine gegen den Hebel 4 wir kende Druckfeder dauernd in Berührung mit einander gehalten. Daraus ergibt sich folgende Wirkungsweise der Fühlersteuerungseinrich tung: Solange die Tastrolle 2 des Fühlerhebels 2b die Schablone 1 noch nicht berührt, ist das für eine bestimmte Wegstrecke unter dem Druck seiner eigenen Feder stehende Kontakt stück 5 mit dem Kontaktstück 5a am Ende des Hebels 4 in Berührung, so dass die Magnet kupplung 9 erregt wird. Dadurch wird das Werkzeug vertikal abwärts gegen das Werk stück bewegt und gleichzeitig die Tastrolle 2 zur Berührung mit der Schablone 1 gebracht.
Infolge der hierbei eintretenden Verschwen- kung des Tastrollenhebels 2b um sein Gelenk 2a gleitet die Spitze dieses Hebels aus ihrer Tieflage entlang der Kegelfläche der Pfanne 3 und wird der Hebel 4 gegen den Druck seiner Feder 4b um seinen Drehzapfen 4a ver- schwenkt, so dass durch sein Kontaktstück 5a die Verbindung des Kontaktstückes 5b des gegen den Druck seiner Feder 8b verschwenk- baren Hebels 8 mit dem unter eigenem Feder druck nachfolgenden Kontaktstück 5 herge stellt wird.
Dadurch wird somit bei noch er regter Magnetkupplung 9 über das geschlos sene Kontaktpaar 7, 7a auch die Magnetkupp lung 10 erregt, so dass sich das Werkzeug in folge der kombinierten Abwärts- und Waag rechtbewegung schräg abwärts bewegt. Wird der Hebel 4 infolge der Umrissform der Schablone 1 noch weiter verschwenkt, so wird die Verbindung seines Kontaktstückes 5a mit dem nun infolge eines Anschlages in sei ner Bewegung begrenzten und daher nicht mehr nachfolgenden Kontaktstück 5 unterbro chen und die Kupplung 9 ausgeschaltet. Da mit ist auch die Abwärtsbewegung des Werk- zeuges beendet, so dass es nur noch eine Waag rechtbewegung ausführt.
Bei einer weiteren Auslenkung des Hebels 4 durch Schablone und Tastrolle in der glei chen Richtung wird durch den um seinen Drehzapfen 8a verschwenkbaren Hebel 8 das Kontaktpaar 6 geschlossen und dadurch die Magnetkupplung 11 erregt. Da hierbei wegen des unter dem Druck seiner eigenen Feder während einer begrenzten Wegstrecke nach folgenden Kontaktes 7 das Kontaktpaar 7, 7a noch geschlossen und daher die Kupplung 10 noch erregt ist, wird dem Werkzeug eine aus Waagrecht- und Aufwärtsbewegung resultie rende Bewegung schräg aufwärts erteilt.
Erst wenn infolge noch weiterer Auslen kung des Tastrollenhebels 2b auch das Kon taktpaar 7, 7a unterbrochen wird, bleibt allein die Magnetkupplung 11 und damit der verti kale Aufwärtsgang des Werkzeuges einge schaltet. Während der Bearbeitung des Werkstük- kes nach der Schablone bleibt der Fühler im mer so lange in seiner Stellung, bis er durch, die Schablone in eine andere Stellung bewegt wird.