DE2742054A1

DE2742054A1 - Schutzvorrichtung fuer die vorschubeinrichtung einer maschinenanlage mit gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2742054A1
Application number: DE19772742054
Authority: DE
Inventors: Nobuo Fukuma; Yoshito Kato; Kouji Nogami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-09-19
Publication date: 1978-03-30
Also published as: US4151450A; GB1574160A; FR2365907A1; JPS5345586U; FR2365907B1

Description

PAT ΕΝΪΑΝΛΑίΤΕ A. GRÜNECKER

TOYOTA JIDOSHA KOGYO KABUSHIKI KAISHA 1, Toyotacho, Toyota-Aichi, Japan

Schutzvorrichtung für die Vorschubeinrichtung
einer Maschinenanlage mit Gleichstrommotor

H. KINKELDEY

OH-Ma

W. STOCKMAIR OR-MU ■ AaEOCIECH

K. SCHUMANN

or. fet fw.-on.-mv&

P. H. JAKOB

WL-Hi

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE *8

19. Sept. 1977

P 11 872

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für die Vorschubeinrichtung einer Maschinenanlage mit Gleichstrommotor und insbesondere eine verbesserte Einrichtung, die den Anker des Gleichstrommotors vor einem überstrom schützt.

Vorschubeinrichtungen zum Verschieben eines Arbeitstisches einer Maschinenanlage werden im allgemeinen über eine Hydraulik-Zylindereinrichtung angetrieben. Eine Hydraulik-Zylindereinrichtung hat den Vorteil, dass sieleicht steuerbar ist und eine grössere Antriebskraft ausüben kann. Sie eignet sich somit als Einrichtung, die einen Schub erzeugt, um einen Arbeitstisch zu verschieben.

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TELEFON (O8O) 99 98 60

Telex os-9saao TELEKOPIERER

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Eine Hydraulik-Zylindereinrichtung hat jedoch einige Nachteile, wie beispielsweise ein ungenaues Instellungbringen des Arbeitstisches und eine kürzere Lebensdauer sowie eine unzureichende Leistungsfähigkeit aufgrund Änderung in der Temperatur oder Qualität der benutzten Hydraulikflüssigkeit. Zusätzlich können leicht Verschmutzungsprobleme, beispielsweise da,s ,Auslaufen von öl sowie eine lärmintensive Arbeitsweise auftreten.

Es ist vorgeschlagen worden, anstelle der herkömmlichen oben erwähnten Hydraulik-Zylindereinrichtung den Arbeitstisch über einen Motorantrieb zu bewegen. Das bietet jedoch nicht alle die Vorteile einer Hydraulik-Zylindereinrichtung. Insbesondere im Falle eines Wechselstrommotors ist es nicht leicht, schnell und genau die Drehzahl zu ändern, so dass es erforderlich ist, ein kompliziertes Getriebe und ähnliches vorzusehen, was die Gesamtkosten der Anlage sehr gross macht. Aufgrund des Getriebes ist es weiterhin schwierig, das genaue Instellungbringen des Arbeitstisches beizuhalten, so dass der Arbeitstisch wiederholt vor und zurück bewegt werden muss, wenn er in Stellung gebracht wird, was aufgrund der Reibung seine Lebensdauer verkürzt.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurden die Wechelstrommotoren durch Gleichstrommotoren ersetzt, da die Gleichstrommotoren vorteilhaft beim Steuern des Instellungbringen des Arbeitstisches durch eine Einstellung des Ankerstromes sind und da Gleichstrommotoren insbesondere für kompakte Vorschubeinrichtungen geeignet sind. Die Verwendung eines Gleichstrommotors für diesen Zweck hat jedoch einen ernsten Nachteil. Der Strom neigt nämlich zu einer zu starken Änderung im Anker, was irgendwann zu einer Beschädigung des Gleichstrommotors aufgrund eines unvermeidlichen überstromes führt.

Durch die Erfindung soll die oben beschriebene Schwierigkeit überwunden werden. Ziel der Erfindung ist daher eine Schutzvorrichtung für Vorschubeinrichtungen mit einem Gleichstrommotor, durch die der Anker des Gleichstrommotors gegenüber einem Strom geschützt ist, der sonst dann, wenn er übermässig gross ist,

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den Anker beschädigen würde.

Dazu wird erfindungsgemäss der maximale Strom im Anker auf ein gewisses Mass begrenzt, wodurch jeder überstrom vermieden wird.

Insbesondere ist eine Drehzahldetektoreinrichtung vorgesehen, die die Drehzahl der rotierenden Welle des Gleichstrommotors wahrnimmt, wobei diese Drehzahl mit einer vorbestimmten Drehzahl verglichen wird, um dadurch ein Signal über den Unterschied dazwischen zu erhalten- Dieses Signal wird einer Steuereinrichtung zugeführt, die prüft, ob das Signal unter einem erlaubten Wert liegt. Jedes Signal unter einem solchen Wert wird hindurchgelassen und diejenigen Signale, die über diesem Wert liegen, werden durch die Steuereinrichtung so abgewandelt, dass sie innerhalb des erlaubten Wertes liegen. Das Signal von der Steuereinrichtung wird einer anderen Steuereinrichtung zugeführt, die den Strom im Anker einstellt.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einer Schutzvorrichtung für eine Vorschubeinrichtung einer Maschinenanlage, die eine Einrichtung aufweist, die ein Steuersignal überträgt, das aus dem Unterschied zwischen einer vorbestimmten Drehzahl und der tatsächlichen Drehzahl eines Gleichstrommotors zum Antrieb der Vorschubeinrichtung gebildet wird' und die weiterhin mit einer Einrichtung versehen ist, die den Strom im Gleichstrommotor nach Massgabe des Steuersignals steuert, wodurch der Motor gegenüber einem überstrom geschützt wird.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Schaltbild des bevorzugtes Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Schutzvorrichtung.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Stromsteuerschaltung.

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In Fig. 1 ist das Schaltbild der Schutzvorrichtung zur Steuerung eines Gleichstrommotors dargestellt, der einen Arbeitstisch einer Maschinenanlage antreibt. Die Antriebswelle eines Gleichstrommotors 10 ist mit einem bekannten, nicht dargestellten Arbeitstisch gekoppelt. Der Anker des Gleichstrommotors 10 wird über einen Vorwärts-Rückwärts-Schalterkreis 12 mit Strom versorgt. Der an den Eingangsklemmen 16 und 18 zugeführte Gleichstrom wird dem Gleichstrommotor 10 derart geliefert, dass der Strom durch das Durchschalten und Sperren eines Steuertransistors 20 gesteuert wird, wodurch der Anker eine gewünschte Strommenge empfängt. Die Wellenform des Ausgangssignals, das am Ausgang des Transistors 20 erhalten wird, ist eine Impulswellenform, dessen Impuls von dem Tastverhältnis abhängt. Diese Impulswelle ist durch eine Induktivität 22 abzuflachen. Der Anker empfängt somit einen flachen Gleichstrom. Eine Z-Diode 24 ist zwischen der Klemme 16 und dem Kollektor des Transistors 20 vorgesehen, so dass eine überspannung an den Enden des Transistors selbst bei plötzlichen Änderungen des Stromes im Anker vermieden werden kann. Der Vorwärts-Rückwärts-Schalterkreis 12 umfasst eine Relaisschaltung, bei der die Kontakte 12a und 12b und die Kontakte 12c und 12d abwechselnd entsprechend Vorwärts-Rückwärtssignalen geschaltet werden.

Beim dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung der Geschwindigkeit der Vorschubeinrichtung der Maschinenanlage durch eine Einstellung des dem Anker gelieferten Stromes. Nahe am Motor 10 ist ein Tachogenerator 26 vorgesehen, so dass die Drehzahl der Hauptwelle des Motors 10 durch den Tachogenerator fortlaufend überwacht wird. Die Ausgangsspannung des Tachogenerators liegt an einer Eingangsklemme eines Koroparators 28, der einen Differentialverstärker enthält. Ein vorbestimmtes Drehzahlsignal liegt an der anderen Eingangsklemme von einem Ende 30 her an, wodurch die Drehzahl des Gleichstrommotors 10 so abgewandelt wird, dass sie innerhalb der vorbestimmten Drehzahl liegt. Die vorbestimmte Drehzahl hängt von der Bewegung des Arbeitstisches ab,und der in dieser Weise festgelegte Wert wird entweder schrittweise oder fortlaufend verändert.

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Das Ausgangssignal des Komparators 28 liegt über eine Stromsteuerschaltung 32 an einem Eingang eines Stromkomparators 34, der einen Differentialverstärker enthält. Die Stromsteuerschaltung weist eine Wählschaltung mit Dioden auf, wobei ein Auswahlzweig der Schaltung mit dem Ausgang des Komparators 28 und der andere Zweig mit dem Anschluss 36 verbunden ist, an dem ein vorbestimmter Wert für den Strom liegt. Der Anschluss 36 ist mit einem nicht dargestellten Spannungsteiler verbunden. Der Auswahlzweig empfängt somit Steuersignale, die den gewünschten Stromwert für den Anker übertragen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Ausgangssteuersignale vom Komparator 28 durch die Steuerschaltung 32 so gesteuert, dass sie innerhalb des vorbestimmten Wertes liegen , wodurch der Anker gegenüber einem überstrom geschützt wird. Wenn mit anderen Worten das Ausgangssignal vom Komparator 28 innerhalb des vom Anschluss 36 kommenden vorbestimmten Wertes liegt, kann dieses Ausgangssignal zum Komparat°^r 34 gelangen. Wenn andererseits das Ausgangssignal über dem vorbestimmten Viert liegt, wird dieses Ausgangssignal so vermindert, dass es immer unter dem vorbestimmten Wert liegt. Selbst wenn daher die tatsächliche Drehzahl des Motors weit über dem vorbestimmten Wert liegt, der am Anschluss 36 gegegeben wird, und somit der Komparator. 28 ein Ausgangssignal liefern würde, das einen Überstrom zum Anker zulassen würde, wird dieses Ausgangssignal überprüft und auf den vorbestimmten Wert durch die Steuerschaltung 32 begrenzt.

Die Steuersignale sind somit innerhalb des vorbestimmten Wertes gehalten, wenn sie dem Treibertransistors 20 zugeführt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Komparatorschaltung für den Ankerstrom vorgesehen, um die Genauigkeit zu verbessern, mit der der Arbeitstisch in Stellung gebracht wird. Diese Komparatorschaltung enthält den Komparator 34, dessen anderer Eingang Ankerstromsignale von einem Nebenschlusswiderstand 38 empfängt, der im Ankerkreis liegt. Der Komparator 34 vergleicht die Ankerstromsignale mit den Ausgangssignalen von der Stromsteuerschaltung und überträgt sein Ausgangssignal auf eine Eingangsklemme einer Schaltung 40. Am anderen Eingang der Schwellen-

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wertschaltung 40 liegt das Ausgangssignal von einem Dreieckwellengenerator 4 2 und das Ausgangssignal der Schaltung 40 wird auf die Transistorsteuerschaltung 44 übertragen.

Wie es oben beschrieben wurde, werden der Basis des Transistors 20 Drehzahlsteuersignale geliefert, wodurch die Drehzahl des Gleichstrommotors 10 innerhalb eines gewünschten Wertes gesteuert wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Transistor verwandt, um den Ankerstrom zu steuern, ein Thyristor kann jedoch gleichfalls bevorzugt sein.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der oben beschriebenen Stromsteuerschaltung 32. Diese Steuerschaltung 32 hat als vorbestimmte Werte eine erste vorbestimmte Spannung -V₁, die durch Spannungsteiler 46 festgelegt werden kann, und eine zweite vorbestimmte Spannung -V-, die gleichfalls durch einen Spannungsteiler 50 festgelegt werden kann, und arbeitet so, dass sie diese Werte mit dem Ausgangs signal -V des Komparators 28 vergleicht.

Die Spannung -V₁ liegt über eine Diode 48 an einen Punkt A, während die Spannung -V- über ein Kontaktelement 52, das angeschaltet werden kann, wenn die Maschinenanlage sich in einem Stillstand befindet (bei der Beendigung eines Schneidhubs bleibt der Schlitten an seiner vordersten Stellung stehen) und anschliessend über eine Diode 54 am Punkt A liegt. Der Komparator 28 liegt mit seinem Ausgang am Punkt A über eine Diode 56. Die Spannung am Punkt A liegt über eine in Sperrichtung geschaltete Diode 58 am Komparator 34.. Die Spannung -V₁ dient dazu, den Wert eines momentanen maximalen Stromes des Ankers zu bestimmten, während andererseits die Spannung -V» dazu dient, den erlaubten Strom während der Zeit des Stillstandes zu bestimmen. Die Beziehung zwischen den beiden Stromwerten ist -V₁ < ~^2' *ⁿ dieser Steuereinheit 32 nimmt die Spannung am Punkt A den höchsten Wert der Ausgangssignale der Dioden 48, 54 und 56 an. Da im normalen Fall das Kontaktelement 52 ausgeschaltet ist, erscheint daher eine der Ausgangsspannungen -V₁, -V von den Dioden 48, 56, je nachdem , welche Spannung höher ist. Wenn der Gleichstrommotor

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beispielsweise anläuft, hat -V einen ausserordentlich stark negativen Wert (-V < -V₁) und in diesem Fall wird die Ausgangsspannung -V₁ der Diode 48 zum Ausgangssignal der Steuereinheit Daher wird das Auftreten eines Uberstromes beim Anlaufen des Motors vermieden. Da die Beziehung -V > -V₁ während der Zeit des normalen Betriebes des Gleichstrommotors besteht, wird die Ausgangsspannung -V von der Diode 56 zum Ausgangssignal der Steuerschaltung 32. Beim Stillstand wird der Kontakt 52 angeschaltet, wird die Ausgangsspannung -V der Diode 56 mit der Spannung -V- verglichen und wird die Spannung -V~ zum Ausgangssignal der Steuerschaltung 32 (-V< ~^vo)· ^Das Auftreten eines Uberstromes zur Zeit des Stillstandes kann in ähnlicher Weise vermieden werden.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen liefert, die beispielsweise in der längeren Lebensdauer und der grösseren Betriebssicherheit liegen.

Das heisst mit anderen Worten, dass der Anker gegenüber einem überstrom dadurch geschützt wird, dass der dem Gleichstrommotor zugeführte Strom gesteuert wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung bietet diese Vorteile durch den Einbau einer sehr einfachen und kompakten Stromsteuerschaltung als Schutzvorrichtung für Vorschubeinrichtungen von Maschinenanlagen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist daher insbesondere für kompakte Vorschubeinrichtungen mit einem Gleichstrommotor geeignet.

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PATENTANSPRÜCHE

/ 1. ) Schutzvorrichtung für die Vorschubeinrichtung einer Maschinenanlage mit einem Gleichstrommotor zum Antreiben eines Arbeitstisches, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (26) zum Wahrnehmen der Drehzahl der Hauptwelle des Gleichstrommotors (10), durch eine Komparatoreinrichtung (28) zum Übertragen von Steuersignalen, die auf dem Unterschied basieren, der durch einen Vergleich der in dieser Weise wahrgenommenen Drehzahl mit einer vorbestimmten Drehzahl erhalten wird, durch eine Steuereinrichtung (32) zum Begrenzen der Steuersignale auf einen vorbestimmten Wert, wenn diese Steuersignale über dem erlaubten Wert liegen und durch eine Ankerstransteuereinrichtung zum Einstellen des Ankerstromes des Gleichstrommotors (10) nach Massgabe der Steuersignale.

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TELEFON (ΟβΟ) 99 98 69 TELEX O8-9SSBO ΤΕίΕβΡΛΜΜΕ MONAPAT TELEKOPIERER
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung (32) eine Stromsteuerschaltung ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerstromsteuereinrichtung einen Dreieckwellengenerator (42), eine Schwellenwertschaltung(40) , die Impulswellen überträgt, indem sie die Dreieckwellen von dem Generator (42) nach Massgabe der Steuersignale von der Steuereinrichtung · (32) modifiziert und Ein-Aus-Schaltelemente (20) aufweist, die im Anker Stromkreis vorgesehen sind und entsprechend den Ausgangs sign al en von der Schwellenwertschaltung (40) schalten.
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Ankerstromsteuereinrichtung einen Dreieckwellengenerator (42) , eine Schwellenwertschaltung (40) , die Impulswellen überträgt, indem sie die-Dreieckwellen vom Generator (42) nach Massgabe der Steuersignale von der Steuereinrichtung (32) modifiziert und Ein-Aus-Schaltelemente (20) aufweist, die im Ankerstromkreis enthalten sind und entsprechend den Ausgangssignalen von der Schwellenwertschaltung (40) schalten.
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung (32) jeweils eine Einrichtung (50, 52, 46, 48) zum Festlegen eines ersten Wertes (-V-) und eines zweiten Wertes (-V-) als vorbestimmten Wert aufweist, wobei der erste oder der zweite Wert ("V₁/ "V,) als vorbestimmter Wert gewählt werden kann und der erste Wert (-V-) einem maximal erlaubten Wert des Ankerstromes entspricht, während der zweite Wert (-V₂) einem Wert entspricht, der kleiner als der maximal erlaubte Wert ist.
6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass zur Zeit des Stillstandes der Maschinenanlage die Steuereinrichtung (32) den zweiten Wert (-V₂) als ihren vorbestimmten Wert auswählen kann.

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