DE1919901A1 - Maschinensteuerung - Google Patents

Description

• Maschinensteuerung Die Erfindung betrifft eine Maschinensteuerung zur Einleitung des Bremsvorganges bei Arbeitsmaschinen mit einer durch eine Winkelstellung der Maschinenwelle vorgegebenen Ruhelage, z.B. im oberen Totpunkt eines Kurbeltriebes, mit einem die Winkelgeschwindigkeit der Welle in einen analogen Spannungiwert umsetzenden Meßorgan.
• Bei einer Reihe von mit Kurbeltrieben ausgestatteten Arbeitsmaschinen ist es wichtig, die Stilisetzung nur bei einer bestimmten Winkelstellung der Kurbel vorzunehmen. So muß beim Betrieb einer Presse darauf geachtet werden, daß die Kurbel nach Jedem Hub in ihrer oberen Totlage zum Stillstand kommt, um zu erreichen, daß der nächstfolgende Hub mit der erforderlichen Energie durchgeführt wird. Ferner soll vermieden werden, daß das Kurbelgestänge beim nächstfolgenden Anlaufen infolge ungünstiger Kräfteeinwirkungen unnötig hoch beansprucht wird. Da die Bremsung stets eine gewisse Zeitspanne in Anspruch nimmt, und da darüberhinaus von der Auslösung des Bremsvorganges bis zum Wirksamwerden der Bremse eine Totzeit verstreicht, ist es erforderlich, die Bremsauslösung unter Berücksichtigung eines Vorhaltewinkels vorzunebmen. Dieser Vorhaltewinkel richtet sich einmal nach der Bremscharakteristik der Maschine, zum anderen ist er aber auch von den den Bremsvorgang einleitenden Schaltzeiten und von der Jeweiligen Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine abhängig Es ist bekannt, den Jeweiligen Vorhaltewinkel bei einer Arbeitaschine für verschiedene Arbeitsgescblindigkeiten zu bestsffl en und die Bremsauslösung dementsprechend vorzunehmen. Dieses Vorgehen hat Jedoch den Nachteil, daß beim Einbau einer Steuerung in eine Arbeitsmaschine umfangreiche Messungen zur Festlegung der Vorhaltezeiten bei den verschiedenen Arbeitsgeschwindigkeiten vorgenommen werden müssen, und daß das Betriebsverhalten anschließend nur in Form einiger diskreter Kurvenpunkte vorliegt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Maschinensteuerungen zu verbessern, so daß es möglich ist, das Verhalten der Steuervorrichtung dem Bremsverhalten der Maschine in weiten Bereichen mit großer Genauigkeit anzupassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Maschinensteuerung der genannten Art das Meßorgan oder ein angeschlossener Vierpol nichtlineares Ubertragungsverhalten aufweist und mit einer die Bremsauslösung bewirkenden von der Ausgangsspannung des Meßorganes oder des Vierpols gesteuerten Verzögerungsschaltung verbunden ist.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Bremscharakteristik beispielsweise einer Kurbelpresse nichtlinear ist und in allgemeinster Form durch das folgende Polynom angenähert werden kann: # = A . x + Bx² + . . . . . (n-1) x (n-1) + Hierbei stellt fden Bremswinkel und x die Winkelgeschwindigkeit dar. A,B . . . n sind die Koeffizienten des PolynciSls 8 e für Jeden Maschinen-typ ermittelt werden müss ru tische Untersuchungen haben gezeigt, daß man eine hinreichende Annäherung an die tatsächlichen Verhältnisse erhält, wenn das Polynom nach dem quadratischen Glied abgebrochen wird. Demnach genügt es also, wenn die Nichtlinearität ein lineares Ubertragungsglied und ein Übertragungsglied mit quadratischer Kennlinie enthält. Dem Praktiker sind zahlreiche Möglichkeiten zur Realisierung eines nichtlinearen Ubertragungsgliedes bekannt. Dieses kann beispielsweise in Form eines Diodenfunktionsgebers oder eines nichtlinearen Widerstandes oder eines magnetischen Koppelgliedes mit geeigneter Feldverzerrung ausgebildet sein.
• In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die Verzögerungsschaltung aus einem Sägezahngenerator o. dgl.
• und einer die Ausgangsspannung-mit der Spannung des Sägezahngenemators vergleichenden Schaltung, die bei Signalglei@@@eit die Bremsauslösung einleitet. Es wird also die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle gemessen und entsprechend dem Bremsverhalten der Maschine über das nichtlineare Ubertragungsglied in eine Spannung bestimmte Amplitude umgesetzt.Durch Vergleich mit der Spannung des Sägezahngenerators ergibt sich diejenige Zeitspanne, die nach Erreichen einer definierten Winkelstellung der Welle bis zum Beginn der Bremsauslösung noch verstreichen darf. Die Bremsung wird also unmittelbar nach Feststellen der Spannungsgleichheit ausgelöst.
• Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit im Rahmen der vorn liegenden Erfindung ergibt sich dadurch, daß dle vrwrzögerungsschaltung aus einer der Ausgangsspannung eine drehwinkelabhängige Spannung hinzuaddierenden Additionsschaltung und einer nachgeschalteten Sch T iwertschaltung besteht, die bei Erreichen der Schaltschwe1£ die Bremsauslösung einleitet. Hierbei wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle nach Maßgabe des am nichtlinearen Ubertragungsglied eingestellten Polynoms in eine Spannung bestimmter Amplitude verwandelt, der dann eine wegabhängige Spannung hinzuaddiert wird. Erreicht die Summe beider Spannungen eine vorgegebene Sohwellwertspannung, so wird die Bremsauslösung bewirkt. Ist die Wellengeschwindigkeit groß, so genügt die Weiterdrehung der Will, um einekleinen Winkel von einer vorgegebenen Winkelstellung an,um die Schwellwertspannung zu erreichen, bei einer geringen Winkelgeschwindigkeit ist dagegen noch eine verhältnismäßig hohe wegabhängige Spannung erforderlich.
• Eine besonders vorteilhafte und genaue Steuerung ergibt sich, wenn eine Vorrichtung zur Messung der Regiabweichung nach Beendigung des Bremsvorganges mit einer Nachlaufsteuerung zur Veränderung der Schaltschwelle verbunden ist. Damit wird eine praktisch selbstjustierende Maschinensteuerung geschaffen, die die nach jedem Hub noch verbleibende Regelabweichung mißt und die Schaltschwelle in entsprechendem Sinne korrigiert, so daß der nächstfolgende Hub mit größerer Genauigkeit durchgeführt wird. Durch die Nachlaufsteuerung kann anstelle der Schaltschwelle auch beiæpielsweise ein Parameter des Vierpoles verändert werden.
• Die Nichtlinearitgt muß nicht unbedingt in Form eines Vierpoles ausgebildet sein, sondern es kann beispielsweise auch ein Maschinentachometer, welcher bereits nichtlineares Vbertragungsverhalten aufweist, verwendet werden. Ferner ist es möglich, die von einer vorgegebenen Winkelstellung der Welle bis zur Bremsauslösung verstreichende Zeit durch mechanisches Verschieben eines Abtastelementes entlang dem Wellenumfang vorzunehmen.
• So kann beispielsweise der Zeiger des Maschinentachometers mit einem von einer an der Masohinenwelle befestigten Steuerfahne erregbaren Abtastelement gekoppelt sein, Hierdurch ergibt sich eine sehr einfache und billige Ausführungsform.
• Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsforn der Maschinensteuerung, und Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer weiteren Ausftihrungsform.
• Bei der Steuerung nach Fig. 1 ist die Maschinenwelle oder eine mit ihr verbundene Meßwelle mit 1 und ein Tachometer zur Messung der Umlaufgeschwindigkeit der Welle mit 2 bezeichnet. Der Tachometer erzeugt eine der Winkelgeschwindigkeit proportionale Ausgangs-Spannung, die dem Eingang elh Vierpoles 3 mit nichtlinearem Ubertragungsverhalten zugeführt wird. Die Kennlinie des Vierpoles D setzt sich beispielsweise aus einem linearen und einem quadratischen Ubertragungsglied zusammen. Die Ausgangsspannung des Vies poles 3 ist der Zeitspanne von der Auslösung des Bremsvorganges bis zum Stillstand der Maschine proportional. Bei konstanter Wellengeschwindigkeit steht am Ausgang 4 des Vierpoles eine konstante Spannung.
• Die mit 1 bezeichnete Arbeitswelle der Maschine ist auf der rechten Seite der Fig. 1 noch einmal dargestellt und zwar in Verbindung mit einer Steuerscheibe 5, die sich mit der Wile 1 dreht und an deren Umfang eine Steuerfahne 6 angebracht ist. Die Steuerfahne 6 erregt während des Vorbeibewegens einen Geber 7, der einen elektrischen Impuls zur TrXgerung des Sägezahngenerators 8 erzeugt. Die vom Sägezahngenerator 8 erzeugte Spannung steigt zum Zeitpunkt der Triggerung steil auf einen vorbestinmiten Wert an, um dann gemäß einer Geraden langsam abzufallen. Die Ausgangsspannungen des Vierpoles 3 und des Sägezahngenerators 8 werden in einer Vergleichsschaltung 9 miteinander verglichen, und bei Spannungsgleiohheit wird über Leitung 10 die Bremsauslösung eingeleitet.
• Wenn man annimmt, daß die Arbeitsmaschine mit großer Geschwindigkeit betrieben wird, so ergibt sich am Ausgang 4 des Vierpoles 3 eine verhältnismäßig hohe Spannungsamplitude. Demzufolge wird schon eine kurze Zeitspanne nachdem die Steuerfahne 6 die gezeichnete Winkelposition gegenüber dem Abtastelement 7 erreicht hat Spannungsgleichheit an der Vergleichsschaltung 9 auf.- treten. Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Funktbn ist in jedem Falle, daß die Spitzenamplitude des Sägezahngenerators 8 größer ist als die größtmögliche Ausgangsspannung an Leitung 4.
• Es sei noch darauf hingewiesen, daß eine Nichtlinearität auch dadurch erzielt werden könnte, daß die schrägverlaufende @@@@@ des Sägezahnes eine entsprechende Verformung erha@@@ Eine derartige Lösung erscheint jedoch gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel aufwendiger,und es dürfte vor allem die Einstellung und Justierung der nichtlinearen Kurvenform schwierig sein.
• Nach dem Einbau der in Fig. 1 schematisch dargestellten Steuerung müssen zunächst die Vierpolparameter des Vierpoles 3 so eingestellt werden, daß das Übertragungsverhalten weitgehend dem Bremsverhalten entspricht.
• Ist die Einstellung einmal in befriedigender Weise vorgenommen, so gilt sie mit hoher Genauigkeit über den gesamten Geschwindigkeitsbereich der Arbeitsmaschine, da die Form der Nichtlinearität das Bremsverhalten der Maschine in weiten Bereichen nachbildet.
• Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Steuerung ist die Maschinenwelle mit 11 bezeichnet.
• Sie treibt ebenfalls einen Maschinentachometer 12, dem ein Vierpol 13 mit nichlinearem Ubertragungsverhalten nachgeschaltet ist. Die Ausgangsleitung 14 des Vierpoles 13 führt zu einer Summierschaltung 20. Ferner ist auf der Welle 11 eine mit einer Steuerfahne 16 versehene Steuerscheibe 15 angebracht. Die Leitung eines ortsfest montierten,von der Steuerfahne 16 erregbaren Gebers 17 führt über ein Zeitglied 21 zur Steuerleitung des Schalters 22. Ferner ist ein Abtastorgan 23 zur Messung des Drehwinkels der Scheibe 15 vorgesehen. Das vom Geber 23 erzeugte Signal wird in dem Umformer 24 entsprechend aufgearbeitet und gelangt über Schalter 22 an den zweiten Eingang des Summiernetzwerkes 20. Der Ausgang des Summiernetzwerkes 20 ist mit einem Schwellwertschalter 15 ver bunden, von dem eine Leitung 26 zum Auslösemechansmus für die Bremse führt. Wenn die Steuerfahne 16 die gezeichnete Position gegenüber dem Geber 17 erreicht, so wird der Schalter 22 für die Kippzeit des Zeitgliedes 21 geschlossen. Wawend dieser Zeit werden die wegabhängigen Signale des Gebers 23 dem zweiten Eingang des Summiernetzwerkes 20 zugeführt und zu dem Spannungswert der Leitung 14 addiert. Die zu dem z.B. konstanten Spannungswert an Leitung 14 hinzuaddierte Spannung steigt mit zunehmendem Drehwinkel linear an. Erreicht das Summensignal die an Schaltung 25 eingestellte Schwellwertspannung, so wird der Bremsvorgang ausgelöst. Danach wird Schalter 22 geöffnet, so daß weitere wegabhängige Signale erst dann dem Summiernetzwerk 20 zugeführt werden können, wenn die Steuerfahne 16 das Abtastelement 17 von neuem erregt hat.
• Neben der Verstellung der Parameter des Vierpoles 13 bietet sich bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit die Schwellwertspannung des Schalters 25 zu verändern4 So kann die Maschinenwelle 11 mit dem Rotor eines Meßpotentiometers verbunden sein, an dessen Abgrift dann stets eine der jeweiligen Winkelstellung proportionale Spannung ansteht. Diese Spannung muß bei Erreichen der oberen Totpunktlage einen bestimmten Wert annehmen. Der nach Beendigung des Bremsvorganges tatsäohlich geiosiene Spannungswert kann mit dem an einem Vergleichpotentiometer eingestellten Sollwert verglichen werden, wobei die Differenz beider Spannungswerte einen Stellmotor zur Verstellung der Schaltschwelle des Schalters 25 antreibt. Auf diese Weise erkennt die Steuerung die sich ergebenden Fehler selbst und ergreift Maßnahmen zu ihrer Korrektur.

Claims (7)

Ansprüche

1. Maschinensteuerung zur Einleitung des Bremsvorganges bei Arbeitsmaschinen mit einer durch eine Winkelstellung der Maschinenwelle vorgegebenen Ruhelage, z.B. im oberen Totpunkt eines Kurbeltriebes, mit einem die Winkelgeschwindigkeit der Welle in einen analogen Spannungswert umsetzenden Meßorgan, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan (2,12) oder ein angeschlossener Vierpol (3,13> nichtlineares Übertragungsverhalten aufweist und mit einer die Bremsauslösung bewirkenden von der AusgangS-spannung <4,14) des Meßorganes oder des Vierpoles gesteuerten Verzögerungsschaltung verbunden ist.

2. Maschinensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung aus einem Sägezahngenerator (8) 0. dgl. und einer die Ausgansaa spannung (4) mit der Spannung des ägezahngenerators (8) vergleichenden Schaltung (9) besteht, die bei Signalgleichheit die Bremsauslsung einleitet.

3. Maschinensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung aus einer der Ausgangsspannung (14) eine drehwinkelabhängige Spannung hinzuaddierenden Additionsschaltung (20) und einer nachgeschalteten Schwellwertsohaltung (25) besteht, die bei Erreichen der Schaltschwelle die Bremsauslösung ein leitet.

4. Maschinensteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine definierte Winkelstellung der Maschinenwelle (11) erfassendes Abtastelement (7) vorgesehen und zur StcuerurE mit dem Sägezahngenerator (8) verbunden ist.

5. Maschinensteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Additionsschaltung (20) bei Erreichen einer definierten Winkelstellung der Maschinenwelle (11) einschaltender Schalter (22) vorgeseten ist.

6* Maschinensteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Messung der Rebelabweichung nach @@@ndigung des Bremsvorganges mit einer Nachlaufsteuerung zur Veränderun-g der Schaltschwelle verbunden ist.

7 Maschinensteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschine tachometer nichtlineares Ubertragungsverhalten auf weist, und daß Lein ZeiGer - ggf. über Verstärkungsmittel - mit einem von einer an der Maschinenwelle befestigten Steuertahne erregbaren Abtastelement gekoppelt ist.

L e e r s e 1 t e