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Einrichtung zur motorischen Einstellung eines Gegenstandes Bei Einrichtungen
zur motorischen Einstellung eines Gegenstandes entsprechend einer nach Größe und
Richtung vorgegebenen Bewegung wird der Einstellmotor von einer Spannung gesteuert,
die dem Fehler zwischen vorgegebener und nachzubildender Bewegung proportional ist
und durch ihre Polarität oder Phasenlage die Bewegungsrichtung angibt. Steuerungen
dieser Art neigen bekanntlich leicht zum Pendeln, insbesondere dann, wenn die Übersetzung
zwischen dem Steuermotor und dem Fehlerspannungsindikator klein ist, da der Motor
infolge der Massenträgheit der bewegten Teile leicht über das Ziel hinaus eilt.
Diese Pendelneigung läßt sich zwar dadurch vermeiden, daß die Regelsteilheit der
Steuerung, d. h. die Nachsteuergeschwindigkeit im Verhältnis zur Differenz zwischen
vorgegebener und nachgebildeter Bewegung, entsprechend niedrig gehalten wird. Dann
ist aber die Steuerung nicht mehr in der Lage, rascheren Bewegungen mit genügender
Genauigkeit zu folgen.
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Zur Erhöhung der Nachsteuergeschwindigkeit wurde daher vorgeschlagen,
eine Dämpfungsanordnung vorzusehen. Dabei wird von der Geschwindigkeit des Einstellmotors
eine in ihrer Polarität von dessen Drehrichtung abhängige Spannung abgeleitet, diese
mittels eines Wechselstromwiderstandes, z. B. eines Kondensators, nach der Zeit
differentiiert und die auf diese Weise erhaltene
beschleunigungsproportionale
Spannung im Sinne einer Verminderung des Richtmomentes des Einstellmotors der Steuerspannung
für denselben entgegengeschaltet. Bei einer derartigen Ausbildung der Dämpfungsanordnung
wird also das Richtmoment des Einstellmotors bei jedem Auftreten einer positiven
oder negativen Beschleunigung um einen dieser proportionalen Betrag vermindert,
während die Nachsteüergeschwindigkeit bei konstanter Geschwindigkeit der vorgegebenen
Bewegung völlig unbeeinflußt bleibt.
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Es hat sich nun aber gezeigt, daß auch diese Lösung nicht in allen
Fällen befriedigt,. denn da die Stärke der Dämpfung der Beschleunigung proportional
ist, findet bei großen Beschleunigungen eine starke und bei kleinen Beschleunigungen
eine entsprechend geringere Dämpfung statt. Diese Dämpfung wirkt immer im Sinne
einer Erhöhung des Fehlers zwischen vorgegebener und nachgebildeter Bewegung. Daher
treten bei raschen Bewegungsänderungen, insbesondere beim Anlaufen des Steuermotors
oder bei einer Bewegungsumkehr desselben, Verzögerungen auf, die durchaus unerwünscht
sind. Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einer Einrichtung zur
motorischen Einstellung eines Gegenstandes entsprechend einer programmäßig vorgegebenen,
veränderlichen Bewegung, die zur Vermeidung von Pendelungen eine Dämpfungsanordnung
enthält, deren von der Einstellgeschwindigkeit des Gegenstandes abgeleitete Dämpfungsspannung
der den Stellmotor steuernden Fehlerspannung entgegenwirkt. Erfindungsgemäß ist
die Dämpfungsanordnung derart ausgebildet, daß die Dämpfungsspannung bei großen
Beschleunigungen, die insbesondere bei den eine Drehrichtungsumkehr des Stellmotors
verursachenden vorgegebenen Bewegungen auftreten, relativ kleine Werte und bei geringen
Beschleunigungen relativ große Werte einnimmt. Dadurch, daß beim Anlaufen des Steuermotors
oder bei seiner Bewegungsumkehr eine im Verhältnis zur Beschleunigung nur geringe
Dämpfung eintritt, vermag der Steuermotor an diesen Stellen der vorgegebenen Bewegung..
rasch und ohne wesentliche Verzögerung zu folgen, während dann, wenn vorgegebene
und nachgebildete Bewegungen beinahe synchron verlaufen und relativ geringe Beschleunigungen
auftreten, Pendelungen durch eine relativ starke Dämpfung vermieden werden. Es wird
somit der Einfluß der Dämpfungsspannung auf den Steuervorgang an den Stellen, an
denen eine starke Dämpfung erwünscht ist, hervorgehoben und an den übrigen Stellen
abgeschwächt. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die durch die
Dämpfung zu unterdrückenden Pendelerscheinungen für den Steuervorgang im wesentlichen
nur dann nachteilig sind, wenn sie um den Sollwert herum auftreten.
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An Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung noch näher erklärt. Es zeigt Fig. i eine Einrichtung nach der
Erfindung bei einer elektrisch gesteuerten Kopierfräsmaschine, Fig.2 eine Dämpfungsanordnung
mit einem Schaltrelais und Fig.3 eine Dämpfungsanordnung mit einer Glimmlampe.
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In Fig. i ist i der nachzuformende Musterkurvenkörper, der vom Fühler
2 zeilenweise abgetastet wird. Dementsprechend wird auch das Werkstück 3 durch den
Fräser q. zeilenweise bearbeitet. Musterkörper i und Werkstück 3 sind auf einem
Tisch 5 befestigt, der durch einen Leitvorschubmotor 6 hin- und herbewegt wird.
Nach jedem Durchgang des Werkstückes unter dem Fräser werden Werkstück und Musterkörper
in nicht näher dargestellter Weise um eine Bearbeitungszeile weitergerückt. Der
den Fräser 4 antreibende Motor 7 und der vom Fühler 2 beeinflußte Meßkopf 8 von
der Art einer elektrischen Meßlehre, beispielsweise einer Induktionsmeßlehre, sitzen
auf einem Hubschlitten g und können durch einen Tastvorschubmotor io in Richtung
des Pfeiles ii verschoben werden. Dieser Tastvorschubmotor wird in an sich bekannter
Weise durch nicht näher dargestellte, bei 12 angeordnete, gittergesteuerte Gas-oder
Dampfentladungsgefäße nach Maßgabe der von der Meßlehre 8 abgegebenen Fehlerwechselspannung
gespeist. Diese Fehlerwechselspannung ist in ihrer Amplitude proportional dem vom
Fühler 2 festgestellten Stellungsfehler und in ihrer Phasenlage vorn Vorzeichen
des Stellungsfehlers abhängig, d. h., die Phase springt bei einer Änderung des Vorzeichens
um iSo° um. Die Fehlerwechselspannung wird über einen Transformator 13, eine
Verstärkerröhre 1q. und einen Transformator 15 einer Gleichrichteranordnung Gl zugeführt;
in welcher sie phasenrichtig gleichgerichtet wird. Anschließend wird diese Gleichspannung
in einem Wechselrichter in eine amplitudenproportionale Wechselspannung umgeformt,
welche die für die Steuerung der gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäße
erforderliche Frequenz aufweist und in ihrer Phasenlage von der Polarität der von
der Gleichrichteranordnung Gl abgegebenen Gleichspannung abhängt. Dieser scheinbare
Umweg über die Gleichrichteranordnung Gl und den Wechselrichter Wr hat den Vorteil,
daß man von der Kurvenform und von der Frequenz der von der Meßlehre 8 abgegebenen
Spannung unabhängig wird. Liegt die Fehlerspannung jedoch-beispielsweise in anderen
Steuerungseinrichtungen - bereits als Gleichspannung vor, so braucht natürlich nur
noch ein Wechselrichter vorgesehen zu werden. Ist die vom Indikator 8 abgegebene
Fehlerspannung ohne weiteres zur Aussteuerung der Regelanordnung 12 verwendbar,
so können gegebenenfalls Gleichrichteranordnung Gl und Wechselrichter Wr auch entfallen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, der Ankerspannung des von den
gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen gespeisten Tastvorschubmotors
io ein aus einer Kondensator-Widerstands-Anordnung bestehendes Differentiierglied
parallel zu schalten und die am Widerstand auftretende
differentiierte
Spannung, die der Beschleunigung des Tastvorschubmotors proportional ist, im Wechselrichter
Wy der Steuerspannung zu überlagern. Im vorliegenden Falle ist die gleiche Anordnung
gewählt, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle des linearen Widerstandes bei der
normalen Differentiation ein nichtlinearer Widerstand R in Form zweier einander
entgegengesetzt parallel geschalteter Trockengleichrichter benutzt ist, der mit
dem Differentiierkondensator C in Reihe liegt. Trockengleichrichter haben bekanntlich
die Eigenschaft, daß ihr Widerstand mit zunehmender Belastung abnimmt. Tritt somit
eine starke Beschleunigung des Tastvorschubmotors io ein, so wird der Ladestrom
für den Kondensator C entsprechend groß; der Widerstand an dem gerade wirksamen
Trockengleichrichter ist entsprechend niedrig und somit auch sein Spannungsabfall
relativ klein. Die Dämpfungsspannung, die im Wechselrichter Wr der von der Meßlehre
8 gelieferten Fehlerspannung überlagert wird, verursacht daher nur eine verhältnismäßig
schwache Dämpfung der Bewegung des Tastvorschubmotors. Dieser kann also rasch anlaufen
oder bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Auf spanntisches 5 ohne merkliche
Verzögerung seine Bewegung umkehren. Nähert sich, jedoch die Fehlerspannung dem
Wert Null, so treten nur mehr geringe Beschleunigungen auf. Der Spannungsabfall
an dem wirksamen Widerstand R ist daher verhältnismäßig groß, weil der Widerstand
eines Trockengleichrichters bei geringer Belastung groß ist. Dementsprechend tritt
auch eine relativ starke Dämpfung der Steuerspannung für den Tastvorschubmotor io
ein, so daß nun Pendelungen vermieden werden.
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In Fig.2 ist eine Differentiieranordnung dargestellt, die einen linearen
Widerstand enthält, dessen Abgriff durch ein Relais geändert wird. io sei wieder
der Tastvorschul)motor, der von den gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen
in der an Hand von Fig. i geschilderten Weise gesteuert werden möge. Parallel zum
Anker dieses Motors io liegt in an sich bekannter Weise der Differentiierkondensator
C in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand R zum Abgreifen der differentiierten Spannung.
Dieser Widerstand weist zwei Abgriffe auf, die durch einen Umschaltkontakt a einschaltbar
sind, so daß in der dargestellten Ruhelage des Kontaktes dem Wechselrichter Wr ein
verhältnismäßig kleiner Anteil der Beschleunigungsspannung zugeführt wird und in
der Arbeitslage des Kontaktes a ein relativ großer Anteil. Gesteuert wird der Kontakt
a durch ein Relais A,
das an der Ankerspannung des Tastvorschubmotors
io liegen kann, im Ausführungsbeispiel jedoch zu einem Kondensator C1 parallel geschaltet
ist, der in Verbindung mit einem Widerstand R1 eine Glättung der Ankerspannung bewirken
soll. Es ist selbstverständlich, daß auch bei der in Fig. i dargestellten Schaltung
derartige Glättungsglieder zum Tastvorschubmotor parallel liegen können.
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Setzt man sinusförmige Antriebscharakteristik des Tastvorschubmotors
io voraus, d. h. einen Antrieb, bei dem die größte Beschleunigung eintritt, wenn
die Geschwindigkeit am kleinsten ist und umgekehrt, so ergibt sich folgende Wirkungsweise.
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Das Relais A ist so eingestellt, daß es erst bei einer gewissen Spannung,
d. h. bei einer gewissen größeren Geschwindigkeit anspricht, von der ab nur mehr
relativ kleine Beschleunigungen auftreten. Da hierbei der Kontakt a auf Arbeit umgelegt
ist, wird jetzt der Anteil der dem Wechselrichter Wr zugeführten Spannung an der
insgesamt am Differentiierglied auftretenden Beschleunigungsspannung relativ groß.
Umgekehrt ist im unteren Geschwindigkeitsbereich des Motors io, in dem die großen
Beschleunigungen auftreten, der zur Dämpfung herangezogene Anteil der Beschleunigungsspannung
kleiner.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 liegt in Reihe mit dem Differentiierkondensator
C eine Parallelschaltung aus dem Widerstand R im Wechselrichter Wr und einer Glimmlampe
L. Diese ist ein veränderlicher Widerstand, der bekanntlich die Eigenschaft
hat, die an ihm liegende Spannung konstant zu halten. Auf diese Weise wird ähnlich
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. i eine Ausgleichswirkung in dem Sinne erzielt,
daß bei großen Beschleunigungen ein relativ kleiner Anteil und bei geringen Beschleunigungen
ein relativ großer Anteil der beschleunigungsproportionalen Spannung zur Dämpfung
herangezogen wird.