Überwachungsgerät für periodisch arbeitende Werkzeugmaschinen, insbesondere Stanzmaschinen
Bei periodisch arbeitenden Werkzeugmaschinen, insbesondere Stanzmaschinen, ist es zur Vermeidung von Beschädigungen an den Werkzeugen erwünscht, eine ständige Uberwachung des Arbeitsablaufes vorzunehmen und bei irgendwelchen Störungen die Maschine augenblicklich anzuhalten. Bei Stanzmaschinen ist es beispielsweise besonders wesentlich, zu überprüfen, ob das Stück ordnungsgemäss ausgeworfen wurde. Bei Folgewerkzeugen kann es ausserdem erforderlich sein, den Bandvorschub zu überwachen.
Überwachungsgeräte dieser Art sind bekannt, und sie weisen einen vom bearbeiteten Gut gesteuerten elektrischen Kontrollsignalgeber und einen von der Maschine gesteuerten Abfragesignalgeber auf, welcher insbesondere durch die Maschine, beispielsweise die Exzenteroder Kurbelwelle einer Presse, derart gesteuert wird, dass am Ende des Abfrageimpulses der beispielsweise durch das Auswerfen des Stückes ausgelöste Kontrollimpuls normalerweise eingetroffen sein sollte. Ist kein Kontrollimpuls eingetroffen, so bewirkt vorzugsweise das Ende des Abfrageimpulses die Abschaltung der Maschine und die Auslösung eines Alarms. Zwischen Anfang und Ende des Abfrageimpulses wird ausserdem vorzugsweise der Eingang für die Kontrollimpulse gesperrt, um nach Möglichkeit störende Fremdimpulse auszuschalten.
Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, ein derartiges Überwachungsgerät mit einer besonders einfachen und auf mehrere Störungsfälle ansprechenden Auswertungsschaltung zu schaffen. Das erfindungsgemässe Über- wachungsgerät, welches einen vom bearbeiteten Gut gesteuerten elektrischen Signalgeber und einen von der Maschine gesteuerten Abfragesignalgeber aufweist, ist gekennzeichnet durch zwei bistabile Kippschaltungen, deren Eingänge so an die Ausgänge der beiden Signalgeber geschaltet sind, dass die eine durch beide Signalgeber in beliebiger Reihenfolge und die andere durch jeden der Signalgeber nur je in einem Sinne umgesteuert wird, und deren Ausgänge mit einer auf eine durch ungleichartiges Ansprechen der Kippschaltungen bedingte Spannungsdifferenz ihrer Ausgänge ansprechenden Fehlerschaltung verbunden sind.
Normalerweise werden also die beiden Kippstufen durch alle eintreffenden Abfrageund Kontrollimpulse synchron umgesteuert, so dass an ihren Ausgängen keine Spannungsdifferenzen auftreten.
Sobald jedoch ein Impuls aussetzt, wird nur noch die eine Kippstufe umgesteuert, während die andere im vorher eingenommenen Zustand verbleibt. Es tritt daher eine Spannungsdifferenz zwischen den Ausgängen der Kippstufen auf, durch welche die Maschine ausgeschaltet und der Alarm ausgelöst werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Überwachungsgerätes dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Blockschema der wesentlichen Teile des Gerätes,
Fig. 2 zeigt ein vollständiges Schaltschema der Kippstufen und der daran angeschlossenen Fehlerschaltung,
Fig. 3 zeigt einen Kontrollsignalgeber zur tÇberwa- chung des Bandvorschubes,
Fig. 4 zeigt den Kontrollsignalgeber in Ansicht, und
Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 4.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Gerät weist einen Kontrollsignalgeber 1 auf, der im allgemeinen von einem Werkstück gesteuert wird. Dieser Signalgeber besteht im einfachsten Fall aus einer Photozelle, die durch den Durchgang eines ausgeworfenen Werkstückes kurzzeitig abgedunkelt wird und somit einen den Durchgang des Werkstückes anzeigenden Kontrollimpuls erzeugt.
Anstelle einer einzigen Photozelle kann eine ganze Reihe von Photozellen vorgesehen sein, die in Serie geschaltet sind und die einen wirksamen Impuls erzeugen, wenn mindestens eine der Photozellen verdunkelt wird. Es kann auch ein piezoelektrischer oder ähnlich arbeitender Kontrollsignalgeber vorgesehen sein, welcher auf die durch das auffallende Werkstück verursachte Erschütterung anspricht und ein Kontrollsignal erzeugt. Ein entsprechender, später eingehender beschriebener piezoelektrischer Signalgeber kann in ähnlicher Weise benützt werden, um den Bandvorschub zu überwachen.
Der Kontrollsignalgeber 1 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 2 verbunden, der auf einem ersten Impulsformer 3 arbeitet. Zwischen diesem ersten Impulsformer und einem zweiten Impulsformer 4 zur Verlängerung des Eingangsimpulses ist ein Sperrglied 5 geschaltet. Das Sperrglied 5 wird über einen Impulsformer 6 von einem Abfrageimpulsgeber 7 gesteuert. Dieser Abfrageimpulsgeber wird durch den Antrieb der zu überwachenden Maschine periodisch gesteuert. Beispielsweise ist auf der Exzenterwelle oder Kurbelwelle einer Presse eine Fahne angeordnet, die periodisch eine Photozelle verdunkelt.
In dieser Weise wird ein Abfrageimpuls bestimmter Länge erzeugt, dessen Phase und Dauer so gewählt ist, dass bei normaler Arbeitsweise der Maschine der Kontrollimpuls während des Abfrageimpulses auftreten soll, d. h. der Abfrageimpuls beginnt früher und endet später als der Kontrollimpuls. Das Sperrglied 5 wird während des Abfrageimpulses geöffnet und lässt den auftretenden Kontrollimpuls zum Impulsformer 4 durchtreten. Zwischen den einzelnen Abfrageimpulsen ist der Kontrolleingang gesperrt, so dass Störimpulse, die insbesondere bei elektromechanischen Kontrollsignalgebern auftreten können, unwirksam bleiben.
Die Verlängerung des Kontrollimpulses im Impulsformer 4 hat den Zweck, kurz aufeinanderfolgende Impulse, die beispielsweise durch Prellen des Werkstückes auf einem elektromechanischen Impulsgeber auftreten, zu einem einzigen Impuls zusammenzufassen.
Die Schaltung weist zwei Kippstufen, beispielsweise Flip-Flops 8 und 9, auf. Diese beiden Kippstufen sind gleichartig ausgebildet, so dass sie bei gleichen Schaltzuständen gleiche Ausgangssignale erzeugen. Sie weisen je zwei gleichwertige oder gleichberechtigte Eingänge A und B auf, derart, dass jeder am Eingang A auftretende Impuls die Kippstufe im einen Sinne zu kippen gestattet, während jeder äm Eingang B auftretende Impuls die Kippstufe im anderen Sinne zu kippen gestattet. Wie Fig. 1 zeigt, gelangen die Abfrageimpulse an den Eingang A und die Kontrollimpulse an den Eingang B der bistabilen Kippstufe 8, während alle Abfrage- und Kontrollimpulse an die parallelgeschalteten Eingänge A und B der Kippstufe 9 gelangen.
Die Kippstufe 8 kann demzufolge durch jeden Impuls nur in einem Sinne umgesteuert werden, während die Kippstufe 9 durch jeden auftretenden Impuls in beliebigem Sinne umsteuerbar ist.
Die Ausgänge der beiden Kippstufen 8 und 9 sind mit einer Fehlerschaltung 10 verbunden, die ein Ausgangssignal zur Umsteuerung einer bistabilen Kippstufe 11 abgibt, wenn zwischen den Ausgängen der Kippstufen 8 und 9 eine Spannungsdifferenz auftritt, d. h. wenn diese Kippstufen ausser Takt fallen. Die bistabilen Kippstufen 8, 9 und 11 können durch einen Rückstellschalter 12 in einen bestimmten Bereitschaftszustand zurückgestellt werden. Die Ausgänge der bistabilen Kippstufe 11 arbeiten auf einen Ausgangsverstärker 13 und einen Lampenverstärker 14, die ihrerseits ein Relais 15 bzw. eine Störungslampe 16 einzuschalten gestatten. Das Relais 15 überwacht den Antrieb der Arbeitsmaschine in dem Sinne, dass die Maschine augenblicklich ausgeschaltet wird, wenn die Kippstufe 11 aus ihrem normalen Bereitschaftszustand in den anderen Zustand umgesteuert wird.
Zugleich wird im gleichen Falle die Störungslampe 16 eingeschaltet.
Fig. 2 zeigt die Schaltung der bistabilen Stufen 8 und 9 und der Fehlerschaltung 10. Die bistabilen Stufen 8, 9 sind als Flip-Flops mit zwei Transistoren 17 und 18 ausgebildet, deren Eingänge A und B über Kondensatoren 19 bzw. 20 und Dioden 21 bzw. 22 je einen der Transistoren durch positive (differenzierte) Steuerimpulse zu sperren gestatten. Der Rückstellschalter 12 gestattet, je die Basis des Transistors 18 beider Kippstufen 8 und 9 mit negativem Potential zu verbinden und somit die Kippstufen in einen Ausgangszustand zu bringen, bei welchen die Transistoren 18 leitend sind.
Die beiden gleichwertigen Ausgänge C der Kippstufen 8 und 9 sind je mit der Basis von zwei komplementären Transistoren 23 und 24 bzw. 25 und 26 der Fehlerschaltung 10 verbunden. Je zwei gleichartige Transistoren 23 und 25 bzw. 24 und 26 sind in Serie geschaltet, wobei im einen oder anderen Zweig ein Strom von Plus über die beiden in Serie geschalteten Transistoren eine Diode 27 und einen Widerstand 28 nach Minus fliessen kann. Solange einer der Zweige leitend ist, erscheint am Ausgang 29 der Fehlerschaltung ein positives Potential. Sind dagegen beide Zweige stromlos, so erscheint am Ausgang ein negatives Signal, welches über die Ausgangsdiode 30 der folgenden Kippstufe zugeführt wird.
Im Ausgangskreis der Fehlerschaltung liegt ein Siebglied oder Verzögerungsglied, bestehend aus einem Kondensator 31 und einem Widerstand 32, welches dafür sorgt, dass sehr kurzzeitige Spannungsänderungen am Ausgang der Fehlerschaltung 10 nicht auf die folgende Stufe übertragen werden und Umsteuern derselben verursacht.
Die Arbeitsweise des dargestellten tSberwachungs- gerätes ist wie folgt:
Zu Beginn werden die bistabilen Kippstufen 8, 9 und 11 durch den Rückstellschalter 12 in eine bestimmte Ausgangslage versetzt. Wie bereits erwähnt, verbindet der Schalter 12 je die Basis der Transistoren 18 der Kippstufen 8 und 9 mit negativem Potential, so dass diese Transistoren leitend werden, während die Transistoren 17 gesperrt sind. Beide Ausgänge C der Kippstufen 8 und 9 befinden sich daher auf demselben Potential wie die positive Klemme der Fehlerschaltung 10.
Demzufolge sind die Transistoren 23 und 25 gesperrt, während die Transistoren 24 und 26 leitend sind. Am Ausgang der Fehlerschaltung erscheint daher positives Potential, welches zur Steuerung der Kippstufe 11 unwirksam ist. Die Störungslampe 16 ist ausgeschaltet, und das Relais 15 bereitet einen Stromkreis vor, über welchen die Maschine eingeschaltet werden kann.
Wird nun die Maschine in Betrieb genommen, so erzeugt der Abfrageimpulsgeber periodische Abfrageimpulse der in Fig. 2 mit 33 bezeichneten Form und Dauer. Bei normaler Arbeitsweise der Maschine gelangen vom Kontrollsignalgeber 1 über den Verstärker 2, den Impulsformer 3, das Sperrglied 5 und den Impulsformer 4 in Fig. 2 mit 34 bezeichnete, durch den Impulsformer 4 verlängerte Kontrollimpulse an die Eingänge der Kippstufen 8 und 9. Wie bereits erwähnt, gestatten die Kondensatoren 19 und 20 die Dioden 21 und 22 der Kippstufen 8 und 9 lediglich eine Steuerung durch positive differenzierte Impulse, d. h. die Steuerung erfolgt jeweils durch die hintere Flanke der Kontrollimpulse 34 und die hintere Flanke der Abfrageimpulse 33.
Die erste Umsteuerung der Kippstufen 8 und 9 erfolgt somit durch den ersten auftretenden Kontrollimpuls 34, der gleichzeitig an die Eingänge B beider Kippstufen 8 und 9 gelangt. Durch den positiven Steuerimpuls werden beide Transistoren 18 gesperrt, so dass die Stufen umkippen und die Transistoren 17 leitend werden. An den beiden Ausgängen C erscheinen jetzt negative Potentiale, wodurch die Transistoren 23 und 25 leitend werden, während die Transistoren 24 und 26 gesperrt werden. Der Zustand am Ausgang der Fehlerschaltung 10 ändert sich somit nicht, denn anstelle der Transistoren 24 und 26 leiten jetzt die Transistoren 23 und 25. Kurze Spannungsschwankungen im Augenblick der Umschaltung bleiben infolge des Siebgliedes 31, 32 unwirksam.
Die nächste Umsteuerung erfolgt nun durch die hintere Flanke des Abfrageimpulses 33, welcher gleichzeitig an den Eingängen A beider Kippstufen 8 und 9 wirksam wird. Durch diesen positiven Impuls werden die Transistoren 17 beider Kippstufen gesperrt, und die Transistoren 18 werden wieder leitend, womit der Ausgangszustand dieser Kippstufen erreicht ist. Die Transistoren 23 und 25 der Fehlerschaltung 10 werden wieder gesperrt, während die Transistoren 24 und 26 leitend werden.
Am Ausgang der Fehlerschaltung 10 ändert sich wiederum nichts, die Schaltung befindet sich damit im Ausgangszustand, und beim nächsten Arbeitszyklus der Maschine wiederholen sich die soeben beschriebenen Vorgänge.
Fällt der Kontrollimpuls aus, so bleibt die Schaltung im Ausgangszustand bis zum Eintreffen der hinteren Flanke des Abfrageimpulses 33, welcher gleichzeitig an den Eingang A der Kippstufe 8 und an beide Eingänge der Kippstufe 9 gelangt. Der an den Eingang A der Kippstufe 8 gelangende positive Impuls ist jedoch wirkungslos, weil der Transistor 17 im Ausgangszustand ohnehin gesperrt ist. Die Stufe 8 verbleibt somit im Ausgangszustand, dagegen bewirkt der Impuls über den Eingang B der Kippstufe 9 eine Umsteuerung derselben. Es erscheint daher nun am Ausgang C der Kippstufe 8 ein positives und am Ausgang C der Kippstufe 9 ein negatives Potential. Das positive Potential der Kippstufe 8 sperrt den Transistor 23, und das negative Potential der Kippstufe 9 sperrt den Transistor 26.
Es sind damit beide Zweige der Fehlerschaltung 10 stromlos, so dass die Spannung am Ausgang 29 absinkt und die folgende bistabile Kippstufe 11 umgesteuert wird. Die Umsteuerung hat zur Folge, dass das Relais 15 umgeschaltet wird und die Maschine augenblicklich ausschaltet und dass die Störungslampe 16 eingeschaltet wird. Ist die Störung behoben, so wird der Rückstellschalter 12 geschlossen, womit in der beschriebenen Weise die Schaltung in den Ausgangs- oder Bereitschaftszustand versetzt wird.
Die Schaltung ist so getroffen, dass die in Fig. 2 dargestellten, positiven Kontrollimpulse 34 erst durch die Rückflanke des vom Signalgeber 1 erzeugten Impulses ausgelöst werden. Bleibt daher ein Stück im Kontrollsignalgeber stecken, so wird kein Impuls 34 erzeugt, und es ergibt sich dieselbe Situation, wie wenn das Stück überhaupt nicht ausgeworfen wird, d. h. die Maschine wird in der oben beschriebenen Weise ausgeschaltet. Ist der Abfragesignalgeber nicht angeschlossen oder defekt, tritt also überhaupt kein Abfrageimpuls 33 auf, so werden zwar die beiden Kippstufen 8 und 9 durch die Vorderflanke des Kontrollimpulses 34 umgesteuert, aber im nächsten Zyklus wird nur noch die Kippstufe 9 umgesteuert, womit die Maschine in der oben erwähnten Weise ausgeschaltet wird.
Die Wahrscheinlichkeit, dass gleichzeitig ein Defekt an Werkzeugen auftritt und das Stück nicht ausgeworfen wird, also beide Impulse 33 und 34 ausfallen, ist äusserst unwahrscheinlich.
Bisher wurde angenommen, der Kontrollimpuls werde durch ein ausgeworfenes Werkstück ausgelöst, das durch eine Lichtschranke fällt. In vielen Fällen ist jedoch eine optische Überwachung nicht möglich, was insbesondere bei der Überwachung des Bandvorschubes zutrifft. Die Fig. 3 bis 5 zeigen einen piezoelektrischen Signalgeber, der zur Überwachung des Bandvorschubes eingesetzt werden kann.
Fig. 3 zeigt das in Pfeilrichtung vorzuschiebende Band 35, an dem jeweils ein sogenannter Seitenschneideranschlag 36 gestanzt wird. Es soll nun überwacht werden, ob der Seitenschneideranschlag beim nächsten schrittweisen Bandvorschub in die richtige Lage vorgeschoben wird. Zu diesem Zweck wird ein piezoelektrischer, als Vorschubtaster dienender Kontrollimpulsgeber 37 verwendet, welcher anspricht, wenn der Seitenschneideranschlag 36 gegen die Stelle 38 des Gehäuses des Vorschubtasters anschlägt. Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, besteht der Taster aus einer massiven Platte, in welche eine Ausnehmung mit einem rechteckigen erweiterten Teil 39 und eine Nute 40 gefräst sind.
An der Stelle 38, gegen welche der Seitenschneideranschlag 36 anlaufen soll, ist das Gehäuse verhältnismässig dünnwandig ausgeführt, und an der Innenseite der Gehäusewandung ist an dieser Stelle der Piezokristall 41 mit der Gehäusewandung verklebt. Die Anschlüsse des Piezokristalls 41 liegen in der Nut 40 und Sind an geeigneter Stelle aus derselben herausgeführt. Die Ausnehmung 39/ 40 wird nach dem Einsetzen des Piezokristalls 41 mit einer dämpfenden Vergussmasse 42, beispielsweise Silikonkautschuk, vergossen. Damit ist der Piezokristall vollständig geschützt im Gehäuse angeordnet, wobei die Vergussmasse eine wirksame Dämpfung von Vibrationen der Maschine bewirkt.
An der Seite 43 des Gehäuses kann bei der Anwendung nach Fig. 3 ein Dämpfungsbelag angebracht werden, damit keine Störspannungen durch Schleifen der Kante des Bandes 35 an der Seite 43 des Gehäuses auftreten können.
Die dargestellte Anordnung ist äusserst empfindlich und gestattet, genau festzustellen, ob der Seitenschneideranschlag 36 wirklich bis an die Stelle 38 des Gehäuses 37 angelaufen ist oder nicht. Ist der Bandvorschub ungenügend, so fällt der Kontrollimpuls 34 aus, und die Maschine wird in der beschriebenen Weise durch die Rückflanke des Abfrageimpulses ausgeschaltet.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die insbesondere in Fig. 2 dargestellten speziellen Schaltungen beschränkt. Da massgebend für das Ansprechen der Fehlerschaltung 10 eine Spannungsdifferenz an den Ausgängen C der Kippstufen 8 und 9 ist, könnte es unter Umständen genügen, zwischen diesen beiden Ausgängen ein Relais anzuordnen. Dieses Relais würde nur ansprechen, wenn an den beiden Ausgängen eine Spannungsdifferenz auftritt, was gemäss obenstehender Beschreibung nur dann eintritt, wenn eine Störung vorliegt.
Das Relais könnte eine gewisse Ansprechverzögerung aufweisen, damit es auf sehr kurzzeitige Spannungsunterschiede nicht anspricht. Anstelle der elektronischen Kippstufen 8 und 9 könnten eventuell durch Relais betätigbare mechanische Kippstufen vorgesehen sein, wobei wiederum ein Unterschied in der Stellung der beiden Kippstufen die Abschaltung der Maschine bewirken müsste.
Mehrere Vorgänge können zugleich mittels mehrerer Geräte überwacht werden, deren Ausgänge so geschaltet sind, dass die Fehlermeldung eines Gerätes die Masohine ausschaltet.