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Steuervorrichtung für Reglungen und Steuerungen aller Art, z. B. an
Arbeitsmaschinen, u. a. Kopierfräsmaschinen Gegenstand der Erfindung ist eine Steuervorrichtung
für Reglungen und Steuerungen aller Art, wie sie zur Konstanthaltung irgendwelcher
Betriebsgrößen, zur Betätigung automatischerArbeitsmaschinen, z. B. Kopierfräsmaschinen,
dienen, aber auch als automatische Steuerungen von Fahrzeugen und ähnlichen Einrichtungen
benutzt werden. In allen diesen Fällen lassen sich beliebige Steuerimpulse und Funktionen
derselben leicht auf elektrischem oder fotoelektrischem Wege gewinnen und trägheitsfrei
verstärken. Der Erfindungsgegenstand soll einem zu steuernden Element eine Geschwindigkeit
erteilen, die einem derartigen, in vielen Fällen elektrischen, rasch veränderlichen
Impuls entspricht. Es sind zahlreiche hydraulische, pneumatische, elektrische und
mechanische Steuerungen bekannt, die einem solchen Zweck dienen. Damit die Geschwindigkeit
möglichst trägheitslos einer Impulsänderung folgt, muß u. a. eine genügende Beschleunigungskraft
zur Verfügung stehen und zu diesem Zwecke die Steilheit des Kraftanstiegs genügend
groß sein, wenn man die Kraft oder das Drehmoment der Steuervorrichtung in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen Soll- und Istgesc'hwindigkeit aufträgt. Eine solche Steilheit
weist nun ein jeder Antrieb auf, der auf Reibungsmitnahme beruht (trockene Reibung).
Hierbei ergeben sich aber leicht gewisse Nachteile. Aus- und einschaltbare Kupplungen
z. B., die auf Reibungsmitnahme beruhen, haben eine unstetige, intermittierende
Arbeitsweise, die für viele Zwecke ungünstig ist. Reibradgetriebe bekannter Art
benötigen große Verstellwege. Ein für alle Zwecke besser geeignetes Reibradgetriebe
ist Zweck der Erfindung.
Während es schwer ist, ein Reibrad in 1
raschem Wechsel einmal mit einer schnell, einmal mit einer langsam laufenden Stelle
des Gegenrades in Berührung zu bringen, läßt sich die Bewegungsrichteng eines als
Reibkörper dienenden Elementes leicht verändern. Erfindungsgemäß wird daher die
Bewegungsrichtung eines Elementes, das auf einem oder mehreren anderen sich abwälzt,
durch einen Steuerimpuls verändert, und zwar derart, daß eine veränderliche Komponente
dieser Bewegung für die Betätigung des zu steuernden Gegenstandes wirksam wird.
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Eine Ausführungsweise dieses allgemeinen Verfahrens besteht darin,
daß zwecks Änderung der Bewegungsrichtung eines Elementes ein zweites, , auf dem
ersten sich abwälzendes Element um eine durch den Berührungspunkt gehende Achse
gedreht wird.
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Die zeichnerische Darstellung der Erfindung zeigt folgendes: Fig.
i a ist eine einfache Ausführungsform unter Verwendung einer Kugel als desjenigen
Elementes, f dessen Bewegungsrichtung geändert werden soll; Fig. i b zeigt die gleiche
Anordnung im Seitenriß ; Fig.2a zeigt eine Verbesserung dieser Anordnung durch Anwendung
von zwei Kugeln; Fig. 2b zeigt dieses im Seitenriß; in Fig. 3 a treten an Stelle
der Kugeln Zylinder; Fig. 3 b zeigt dies im Seitenriß ; in Fig. .La wird die Bewegungsrichtung
einer Kugel auf eine abgewandelte Weise verändert; Fig..Ib zeigt dies im Grundriß;
Fig.5 zeigt die Anwendung einer der Formen der Erfindung bei einer Kopierfräsmaschine.
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Bei der Anordnung nach Fig. i ist die Kugel, deren Bewegungsrichtung
zu ändern ist. mit einer Scheibe im Eingriff, die um einen durch den Berührungspunkt
gehenden Durchmesser gedreht "werden kann. Eine solche Anordnung zeigen Fig. i a
und i b. Hier ist i die Scheibe, 2 die Kugel. Scheibe i ist in einer Gabel ia gelagert,
und zwar um die Gabelachse (Berührungsdurchmesser) drehbar. Die Drehung kann in
bekannter Weise durch einen (nicht gezeichneten) Drehmagneten od. dgl. bewirkt werden.
Diese Drehung erfolgt durch den Steuerimpuls und benötigt wenig Energieauf-,vand.
Dadurch wird die Richtung einer Wälzbewegung zwischen i und 2 geändert. Zur Erzeugung
der Wälzbewegung wird die Kugel durch die Antriebsscheibe 3 in Pfeilrichtung um
die Vertikalachse gedreht. Bei der gezeichneten Stellung von i hat die Kugel nur
diese Vertikaldrehung. Wird die Scheibe aber durch Drehen der Gabel geneigt, so
überlagert sich der Vertikaldrehung eine solche um die Achse A. Diese Drehkomponente
wirkt auf die Abtriebsscheibe d., die den zu steuernden Gegenstand betätigt. Sie
steht bei der gezeichneten Stellung von i still. Die Kugel 2 wird durch die Kraft
P über die Rolle 5 schräg von unten gegen die drei Scheiben i, 3, 4. gedrückt; Rolle
5 stellt sich selbsttätig in die Richtung der jeweiligen Bewegung der Kugel ein.
Bei der Anordnung nach den Fig. i a und 11) tritt an der Gabelachse eine gewisse
Reibung auf, da u. a. der Anpressungsdruck zwischen Kugel und Scheibe hier aufgenommen
werden muß. Um jede Unempfindlichkeit der Steuerung und außerdem die Trägheit der
Anordnung infolge der relativ schweren Gabel zu vermeiden, wird erfindungsgemäß
auf der der erstenKugel gegenüberliegenden Seite der Scheibe i eine zweite Kugel
vorgesehen, . die ebenso wie die erste durch die Scheibe gesteuert wird. In Fig.
2 a und 21) ist wieder i die Steuerscheibe, 2 sind die beiden Kugeln; 3 sind zwei
Antriebsscheiben, für jede Kugel eine, d. die beiden Abtriebsscheiben, :die die
wirksame Komponente der Kugelbewegung auf den zu steuernden Gegenstand übertragen.
Beide Scheiben d. wirken also parallel. 5 sind wieder zwei Rollen, die schräg von
unten die Kugeln. in die durch i, 3, d. gebildete Ecke drücken. 6 sind Elektromagnete,
die eine Drehung der Scheibe um den Berührungsdurchmesser bewirken, und zwar über
Hebel 7, die an den Enden kleine Kugeln aus Hartmetall tragen, die in die Bohrung
der Scheibe i eingreifen. Federn 8 halten die Hebel, solange in 6 keine Magnetkraft
wirksam isst, in Mittellage, wie bezeichnet. Scheibe i wird durch einen Halter 9
gegen vertikale Verschiebung gesichert. Magnete 6 und Hebel 7 arbeiten gegensinnig;
wenn der eine Hebel nach vorn geht, geht der andere nach hinten. Die exakte Gegensinnigkeit
wird durch die Stangen io und den in der 'litte gelagerten Hebel ii gesichert. In
der gezeichneten Stellung .drehen die Kugeln sich um die Vertikalachse. Erst wenn
ein Magnetimpuls in 6 wirkt, wird die Scheibe i um den Berührungsdurchmesser gekippt
und den Kugeln eine zusätzliche Drehung erteilt, die die Abtriebsscheiben in Tätigkeit
setzt. Die Drehgeschwindigkeit entspricht der Scheibenneigung und somit .der Erregung
der Magnete.
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Das Prinzip der Erfindung kann auch durch andere Ausführungsformen
verwirklicht werden. Zum Beispiel können an Stelle der Kugeln Zylinder treten. An
Stelle der zusätzlichen Kugeldrehung (Achse A in Fig. i a und i b) tritt eine Verschiebung
in Vertikalrichtung (Achse A rückt in unendliche Entfernung). Dies zeigt Fig. 3
a und 3 b. Hier ist wieder i die Steuerscheibe, 2 sind zwei Zylinder, die um die
festen Achsen 2a gedreht werden, und zwar durch die Zahnwalze 3. ,4 sind 14Iuffen,
die eine Vertikälverschiebung der Zylinder auf den zu steuernden Gegenstand übertragen.
Übrige Bezeichnungen analog Fig. 2 a und 2 1). Bei Schrägstellung der Scheibe i
verschieben sich die Zylinder gegenläufig unter gleichzeitiger Bewegung des zu steuernden
Gegenstandes, wobei die dieser Verschiebung entgegenstehende Reibung der Zylinder
auf den Achsen durch die gleichzeitige Drehung aufgehoben bzw. vermindert wird.
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Eine weitere Ausführungsform des Prinzips besteht darin, daß die Bewegung
eines Wälzkörpers, insbeso tdere einer Kugel, auf andere Weise in eine andere Richtung
gebracht wird: Der Durchmesser, um den die Kugel sich jeweils drehen soll, wird
bestimmt
durch zwei Körper, die an zwei genau gegenüberliegenden
Punkten gegen di-e Kugel gepreßt «erden und dieselbe nahezu punktförmig berühren.
Dadurch wird zwar eine Drehung der betreffenden Teile der Kugelfläche gegen diese
Körper ermöglicht, aber keine Verschiebung.
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Bei Anwendung dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, auch eine
andere Art des Abtriebs zu verwenden, bei der die wirksame Komponente der Kugelbewegung
auf den zu steuernden Gegenstand über einen Teller mit drei kugelförmigen Rollen
übertragen wird, auf denen die Steuerkugel aufliegt und deren Achsen bei Drehung
des Tellers konstante Richtung behalten. Diese Art des Abtriebs kann auch sinngemäß
bei der oben beschriebenen Art der Steuerung mittels drehbarer Scheibe angewandt
werden, soll aber in Verbindung mit der letztgenannten Art der Steuerung erläutert
werden.
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In Fig.4a und 41) ist wieder 2 die Steuerkugel, 3 die Antriebsscheibe,
die diesmal über der Kugel liegt und ihr eine Drehung um eine Horizontalachse erteilt.
4 sind drei kugelförmigeRollen, die Kugel 2 tragen. Sie sind in Gabeln i i gelagert,
die ihrerseits in dem um eine vertikale Achse drehbaren Teller 12 drehbar angeordnet
sind. Kurbeln 13 greifen in eine außerhalb der Mitte gelagerte Scheibe 14 ein, die
sich gleichlaufend mit 12 dreht. Dadurch bleiben die Achsen der Rollen 4 auch bei
Drehung des Tellers stets parallel zu der gezeichneten Stellung. 15 sind seitlich
der Steuerkugel verlaufende elastische Streifen, durch die die Druckkraft der Magnetanker
16 auf die Steuerkugel übertragen wird, die durch Spulen 17 in radialer Richtung
angezogen werden können.
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Es sind stets paarweise zwei diametral gegenüberstehende Magnete gleichzeitig
erregt, in der gezeichneten Stellung die beiden mittleren 16e, so daß die Endpunkte
des horizontalen Kugeldurchmessers festgehalten werden. Die Kugel dreht sich jetzt
nur um diesen Durchmesser als'Achse, Teller 12 steht still. Wird ein anderes Magnetpaar
erregt, so dreht sich die Kugel um eine schräge Achse, hat also eine vertikale Drehkomponente,
die auf den Teller und somit auf :den zu steuernden Gegenstand übertragen wird.
Ihre Größe hängt davon ab, welches :Magnetpaar erregt ist. Bei Erregung von zwei
Magnetpaaren zugleich liegt der Berührungspunkt der Streifen 15 auf der Kugeloberfläche
zwischen den beiden auf jeder Seite erregten Magneten, z. B. in den Endpunkten des
Durchmessers 18, wenn Magnetpaare a und b erregt sind-. Die Magnetpaare 'können
von jeweils einer Elektronenröhre gesteuert werden. Bei dieser Ausführungsform haben
die Magnete zwar größere Kräfte auszuüben als bei der nach Fig. 2 a und
2b, jedoch läßt sich bei geeigneter Gestaltung des Streifens 115 erreichen,
daß die `Fege der Magnetanker sehr klein sind.
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Eine Anwendungsform der Erfindung stellt schematisch und ohne Rücksicht
auf spezielle Probleme und auf Zweckmäßigkeit der benutzten Schaltelemente Fig.
5 am Beispiel einer Kopierfräsmaschine dar. Modell 21 wird vom Taster 22 abgetastet
und Werkstück 23 vom Fräser 24. nachgeformt. Beide sitzen auf dem in Pfeilrichtung
bewegten Schlitten 25. Der Taster betätigt zwei Potentiometer 26 und 27. Diese steuern
Röhren 28 und 29, die ihrerseits die Steuermagnete 6a bis 6d erregen. 6c und 6d
liegen hinter der Zeichenebene, 6a und C gegenüber, sie sind zwecks besserer Übersicht
unterhalb der eigentlichen Anordnung gezeichnet. Die Teile i bis 7 der Steuervorrichtung
entsprechen Fig. 2 a und 2 b. Die Rollen 5 sind nur durch Pfeile in Richtung der
von ihnen ausgeübten Kräfte angedeutet. Der Antrieb .der Scheiben 3 'kann durch
zwei Motoren, 3:o und 31 erfolgen. Abt.riebs@scheibe,n 4 wirken auf Schneckenräder
32 und 33, die über eine Welle mit Zahnrädern und Zahnstangen 34 und 35 ein Heben
und Senken des Schlittens 36 bewirken. Dieser trägt die Taster- und Fräseranor.dnung
sowie die Steuervorrichtung. Wenn der Taster durch Bewegung des Modells gehoben
wird, wird am linken Potentiometer eine mehr negative, am rechten eine mehr positive
Spannung abgegriffen. Magnete 6h und 6c unten vorn und oben hinten erhalten geringeren
Strom. :Magnete 611 und 6d oben vorn und unten hinten erhalten einen größeren. Dadurch
wird die Achse der Scheibe i schräg gestellt, die Abgriffscheiben 4 in Tätigkeit
gesetzt und der Schlitten 36 gehoben. Der Taster sinkt wieder relativ zum Schlitten,
die Potentiometer gehen wieder in ',Mittelstellung zurück, ebenso Scheibe i, die
Hubbewegung kommt zum Stillstand, das Gleichgewicht ist wiederhergestellt.