DE3225729C2

DE3225729C2 - Vorrichtung zum Drehen eines schwenkbaren Maschinenelements zwischen zwei Rastpositionen

Info

Publication number: DE3225729C2
Application number: DE19823225729
Authority: DE
Inventors: Lothar 7730 Villingen-Schwenningen Albrecht
Original assignee: Jg Weisser Soehne Werkzeugmaschinenfabrik & Co Kg 7742 St Georgen De GmbH
Current assignee: Jg Weisser Soehne Werkzeugmaschinenfabrik & Co Kg 7742 St Georgen De GmbH
Priority date: 1982-07-09
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1984-05-10
Also published as: DE3225729A1

Abstract

Um ein schwenkbares Maschinenelement ruckfrei zwischen zwei Rastpositionen zu drehen, ist erfindungsgemäß ein Sollwert-Geber, vorzugsweise ein Funktions-Drehpotentiometer mit der Drehachse des Maschinenelements gekuppelt. Der Sollwert wird einer Regeleinheit zur Regelung des Antriebs, vorzugsweise eines Gleichstrommotors für das Maschinen ele ment zugeführt. Der Sollwert-Geber ist so ausgelegt, daß sein Sollwert-Ausgangssignal der Winkelgeschwindigkeit als Funktion des Drehwinkels gemäß einer bekannten ruckfreien Übergangskurve entspricht.

Description

Umax

wobei Umax die maximal auftretende Spannung, T die Gesamtdauer der Drehbewegung und 1 die Umkehrfunktion /(i?)der Übergangskurve ist.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehen eines schwenkbaren Maschinenelements zwischen zwei Rastposilionen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Im Maschinenbau, insbesondere bei Werkzeugmaschinen sind häufig schwenkbare Maschinenelemente vorgesehen, die zwischen zwei Rastpositionen gedreht werden. Dies können beispielsweise Spindel- oder Werkzeugträger sein. Häufig wird die Drehbewegung über ein Malteser-Getriebe bewirkt. Bei diesem Antrieb irtii ein Beschleunigungssprung auf, der einen unerwünschten Ruck verursacht.

Aus der Getriebetechnik sind Übergangskurven be- »5 kannt. die einen ruckfreien Übergang ohne Beschleunigungssprünge zwischen zwei Rastpositionen ermöglichen. Bei diesen bekannten ruckfreien Übergangskurven wird der Weg, d. h. der Drehwinkel als Funktion der Zeit durch eine Gleichung 5. Grades oder durch eine bo geneigte Sinoide dargestellt.

Um diese bekannten Übertragungskurven für einen ruckfreien Drehantrieb auszunützen, ist es bekannt, den Antrieb über einen entsprechend dieser Übergangskurve gesteuert veränderbaren Kurbelradius zu bcwir- 1,5 kcn. Ebenso ist es bekannt, den Antrieb über ein Winkelschrittgetriebe entsprechend der Übergangskurve /ti steuern. Schließlich ist auch ein gemäß der Übergangs

kurve hydraulisch gesteuerter Antrieb bekannt.

Allen diesen bekannten Vorrichtungen haftet der Nachteil an, daß sie entweder in der mechanischen Konstruktion aufwendig und teuer sind oder einen numerisch gesteuerten Antrieb benötigen.

Aus der DE-OS 25 21 532 ist bekannt, einem durch einen Elektromagneten angetriebenen schwenkbaren Maschinenelement z. B. einer Rohrpostweiche eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit zu erteilen, um den Aufprall beim Auftreffen des Maschinenelementes auf einen Anschlag am Ende seiner Schwenkbewegung zu verringern. Dazu ist der Magnetanker mechanisch mit dem Abgriff eines Potentiometers gekoppelt, der an den Eingang eines Reglers angeschlossen ist. Ober den Regler wird die an dem Elektromagneten anliegende Spannung entsprechend der Bewegung des Magnetankers beeinflußt. Diese bekannte Anordnung ermöglicht über die mechanische Rückkopplung durch das Potentiometer eine Kompensation der elektromagnetischen Antriebskraft, um eine im wesentlichen konstante Ge- »chwmdigkeii zu erreichen. Es ist mit dieser bekürmien Vorrichtung nicht möglich, ein Maschinenelement gemäß einer frei vorgebbaren ruckfreien Übergangskurve gesteuert anzutreiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit geringem Aufwand ein ruckfreies Drehen eines schwenkbaren Maschinenelementes zwischen zwei Rastpositionen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird die Drehbewegung des schwenkbaren Maschinenelcments dazu ausgenützt, einen dem jeweiligen Drehwinkel zugeordneten Sollwert für den Antrieb der Drehbewegung zu erzeugen. Der Drehantrieb des Maschinenclements wird entsprechend diesem vorgegebenen Sollwert geregelt. Der Sollwert-Geber gibt die entsprechend einer ruckfreien Übergangskurve bei der jeweiligen Winkelposition des Maschincnelements erforderliche Antriebsgröße als Sollwert für die Regelung des Antriebs vor. Dazu ist es notwendig, die bekannten Übergangskurven, die den Drehwinkel als Funktion der Zeit darstellen, umzurechnen in Antriebsgrößen als Funktion des Drehwinkels.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist als Sollwert-Geber ein Funktions-Drehpotentiometer mit der Drehachse des schwenkbaren Maschinenelements gekuppelt. Für den Antrieb des '-',aschinenelements wird ein elektrischer Gleichstrommotor verwendet. Die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors und damit des Maschinenelemente wird durch die dem Gleichstrommotor zugeführtc Spannung bestimmt. Es ist damit eine einfache Regelung des Antriebs möglich. Einerseits wird nämlich durch einen mit der Welle des Gleichstrommotors gekuppelten Tachogenerator als Istwert-Geber eine der Drehgeschwindigkeit proportionale Spannung als Istwert erzeugt. Andererseits wird durch das Funktions-Drehpotentiometer ein Spannungssignal als Sollwert vorgegeben, das der entsprechend der ruckfreien Übergangskurve dem momentanen Drehwinkel zugeordnete Winkelgeschwindigkeit proportional ist.

Für die Auslegung des Funktions-Drehpotentiometers ist es notwendig, die bekannte Übergangskurve, die den Drehwinkel als Funktion der Zeit angibt, umzurechnen in eine Kurve, die die Winkelgeschwindigkeit als Funktion des Drehwinkels angibt.

Von den bekannten rtickfreicn Übergangskurven hai

sich für den erfindungsgemaßen Zweck die geneigte Sinoide als zweckmäßig erwiesen, da diese Kurvenform der Drehbewegung besser angepaßt ist. Der Drehwinkel φ stellt sich bei dieser Obergangskurve als Funktion der Zeit ί durch die folgende Gleichung (1) dar:

2/rr

(D potentiometers und einer einfachen Regeleinheit mit äußerst geringem Aufwand erreicht. Es sind weder aufwendige Steuerkurven noch eine NC-Steuerung notwendig.

wobei //der Gesamtdrehwinkel und Tdie Gesamtdauer der Drehbewegung sind. Durch Differentiation nach der Zeit ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit ψ als

-cos

2πί\ T J

(2)

Um fur die Regelung des das Maschinenelement antreibenden Gleichstrommotors einen Spannungssollwen zu erhalten, der der durch die ruckfreie Übergangskurve vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit entspricht, muß das rünktions-Drehpüiefiiiorneier eine Ausgangsspannung U liefern, die der folgenden Gleichung (3) genügt:

(3)

Da das Funktions-Drehpotentiometer mit der Welle des schwenkbaren Maschinenelements gekuppelt und durch diese angetrieben ist, kann für die Auslegung des Funktions-Drehrnentiometers die Ausgangsspannung nicht als Funktion der Zeit dargestellt werden, sondern muß als Funktion des Drehwinkels φ angegeben werden. Dementsprechend ist in Gleichung (3) anstelle der Zeit t der in dieser Zeit f zurückgelegte Drehwinkel φ, d. h. die Umkehrfunktion t(<p) der Übergangskurve der Gleichung (I) einzusetzen.

Da diese Umkehrfunktion ί(φ) mathematisch nicht als geschlossener Ausdruck darstellbar ist, wird eine Lösung nach dem Newtonschen Iterationsverfahren eingesetzt. Dieses Iterationsverfahren ergibt für die (i + l)te Näherung

In

sin

Int

(4)

Das Iterationsverfahren wird mittels eines Rechners soweit durchgeführt, bis |f, + 1 — i,| kleiner als der zulässige Fehler der Drehbewegung ist. Der auf diese Weise erhaltene Näherungswert r, ^ , wird in Gleichung (3) eingesetzt, um die für die Auslegung des Funktions-Drehpotentiometers erforderliche Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Drehwinkel der Potentiometerwelle bzw. des Maschinenelements zu erhalten.

Da aufgrund des mechanischen Übersetzungsverhältnisses des Antriebs zwischen dem Gleichstrommotor und dem schwenkbaren Maschinenelement die Drehgeschwindigkeit und damit die Dauer der Drehzeil der am Gleichstrommotor anliegenden Spannung U proportional ist, kann die Drehgeschwindigkeit und damit die Drehdauer durch Änderung der maximalen Ausgangsspannung Umax des Funktions-Drehpotentiometers verändert werden, wie aus Gleichung (3) hervorgeht.

Erfindungsgemäß wird eine ruckfreie Drehbewegung des Maschinenelements mittels eines Funktions-Dreh-

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Drehen eines schwenkbaren Maschinenelements zwischen zwei Rastpositionen mittels eines gemäß einer ruckfreien Obergangskurve gesteuerten Antriebs, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Obergangskurve als Funktion des Drehwinkels darstellender Sollwert-Geber mit der Drehachse des Maschinenelements gekuppelt ist. daß ein Istwert-Geber mit dem Antrieb gekuppelt ist und daß eine den Antrieb entsprechend dem Vergleich von Istwert und Sollwert steuernde Regeleinheit vorgesehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Gleichstrommotor aufweist und der Sollwert-Geber ein Funktions-Drehpotentiometer ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert-Geber ein mit der Welle des Gieicnstroitiiiiuiüi's gekuppelter Tachogenerator ist und daß die Ausgangsspannung des Funktions-Drehpotentiometers der Winkelgeschwindigkeit der Drehachse des Maschinenelements proportional ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Übergangskurve der Drehwinkel φ in Form einer geneigten Sinoide von der Zeit r abhängig ist und daß die Ausgangsspannung U des Funktions-Drehpotentiometers die Gleichung erfüllt