DE3617912A1 - Verfahren zum spielfreien antrieb eines werkstueck- oder werkzeugtraegers sowie antrieb zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents
Verfahren zum spielfreien antrieb eines werkstueck- oder werkzeugtraegers sowie antrieb zur durchfuehrung dieses verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spielfreien Antrieb
eines Werkstück- oder Werkzeugträgers nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie einen Antrieb zur Durchführung
dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
2.
Es ist ein spielfreier Antrieb für ein Teilrad bekannt,
welches mit konstanter Drehzahl kontinuierlich angetrieben
wird und welches ein Werkstück trägt, das mittels des
Abwälzschleifverfahrens zu einem Zahnrad bearbeitet wird.
Hierbei wird das Teilrad mittels eines Antriebsritzels
angetrieben, welches über ein Getriebe von einem
elektrischen Motor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird.
Um aus Bearbeitungs- bzw. Störkräften resultierende Momente
am Teilrad aus beiden Richtungen spielfrei aufnehmen zu
können, wird ein weiteres, mit dem Teilrad kämmendes Ritzel
von einem elektrischen Motor über ein Getriebe derart
angetrieben, daß sein Drehmoment dem des Antriebsritzels
entgegengesetzt ist. Hierdurch wird auf das Teilrad ein
Bremsmoment ausgeübt, welches bewirkt, daß die voraus
gehenden Flanken der Zähne des Antriebsritzels in Eingriff
mit der Zahnung des Teilrades der Zahnung verbleiben. Das
Bremsritzel übt mit seinen rückwärtigen Zahnflanken eine
bremsende Wirkung aus. Nachteilig ist bei diesem bekannten
Antrieb, daß vorhandene Fehler nicht weitgehend ausgeglichen
werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte
Verfahren und den bekannten Antrieb so zu verbessern, daß
ein weitgehendst spielfreier Antrieb des Werkstück- oder
Werkzeugträgers während der Bearbeitungsphase des Werkstücks
erreicht wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden
Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.
Dadurch, daß während der Erfassungsphase ohne Bearbeitung
des Werkstückes, die innere Störgrößen des Antriebes während
eines Bewegungszyklus des Werkstück- oder Werkzeugträgers
erfaßt und gespeichert werden, kann während der
anschließenden Arbeitsphase eine Kompensation dieser
Störgrößen durch eine entsprechende Steuerung des
Bremsmomentes erfolgen. Das Verfahren und der Antrieb nach
der Erfindung ermöglichen eine Reduzierung der Genauigkeit
der Herstellung des Werkstück- oder Werkzeugträgers, z.B.
eines Teilrades mit großem Durchmesser, weil vorhandene
Fehler kompensiert werden. Der Antrieb ist mechanisch
einfach aufgebaut, verhindert "stick-slip"-Erscheinungen,
verringert den Verschleiß und erlaubt ein frei einstellbares
Bremsmoment und einen großen Tisch-Drehzahlbereich.
Der spielfreie Antrieb kann statt eines Teilrades auch für
einen geradlinig hin- und herbewegten, mit einer Zahnung
versehenen Schlitten oder eine Zahnstange verwendet werden.
Dabei kann statt eines Werkstückes auch ein Werkzeug auf dem
Schlitten bzw. der Zahnstange angeordnet sein.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
spielfreien Antriebs eines Teilrades und
Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 einer
geänderten Ausführungsform.
Ein Teilrad 1, welches um eine vertikale Achse frei drehbar
gelagert ist, trägt ein nicht dargestelltes Werkstück, das
z.B. mittels des Abwälzschleifens zu bearbeiten ist. Das
Teilrad 1 soll hierzu eine kontinuierliche Drehbewegung in
Pfeilrichtung I mit konstanter Drehzahl N 1 vollführen.
Mit dem Teilrad 1 kämmt ein Antriebsritzel 2, das in
Pfeilrichtung II mit der Drehzahl n 2 von einem elektrischen
Antriebsmotor 3 über ein Getriebe 4 angetrieben wird.
Mit dem Teilrad 1 kämmt außerdem ein weiteres Ritzel 5, das
von einem elektrischen Antriebsmotor 6 über ein Getriebe 7
angetrieben wird.
Wie angedeutet, besitzen das Teilrad 1 und die Ritzel 2, 5
Schrägverzahnungen.
Die Drehzahl n 3 des Ritzels 5 ist gleich der Drehzahl n 2 des
Ritzels 2, da beide Ritzel 2, 5 mit dem Teilrad 1 kämmen.
Das Antriebsmoment des Ritzels 5 ist betragsmäßig kleiner
als das Antriebsmoment des Ritzels 2 und diesem
entgegengesetzt. Der Motor 6 treibt hierzu das Ritzel 5 in
einer der Pfeilrichtung III entgegengesetzten Drehrichtung
an. Da aber das Drehmoment des Ritzels 2 das Drehmoment des
Ritzels 5 übersteigt, wird auch das Ritzel 3 in gleicher
Drehrichtung wie das Ritzel 2 gedreht.
Es ergibt sich ein Bremsmoment, welches bewirkt, daß das
Ritzel 2 ständig mit der in Drehrichtung vorauslaufenden
Flanke und das Ritzel 5 ständig mit der Rückflanke jedes
Zahnes des Teilrades 1 arbeitet. Das Teilrad 1 kann
Teilungsfehler aufweisen, ohne daß sich die vorbeschriebene
Wirkung der greifenden Ritzelzähne umkehrt.
Mit dem Teilrad 1 ist ein Drehgeber 8 gekoppelt, der
gleichen Winkelinkrementen zugeordnete Impulse erzeugt, die
von einem nicht dargestellten Mikroprozessor verarbeitet
werden. Dieser verwaltet einen Speicher 9 derart, daß jedem
Winkelinkrement eine eigene Speicherzelle zugeordnet werden
kann.
In einer Erfassungsphase, während der das Teilrad 1 ohne
Bearbeitung des Werkstückes um wenigstgens eine Umdrehung
gedreht wird, werden über einen Analog/Digital-Wandler 10
Steuerinformationen des Bremsantriebes winkelgerecht in den
Speicher 9 eingelesen, die in der Bearbeitungsphase, während
der das Teilrad 1 unter Bearbeitung des Werkstückes gedreht
wird, ebenso winkelgerecht ausgelesen und über einen
Digital/Analog-Wandler 11 zum Bremsantrieb zurückgeführt
werden.
Eine im Steuerstromkreis des Antriebsmotors 3 liegende
Steuerstufe 12 ist mit ihrem Steuereingang an einen
Vergleicher 13 angeschlossen, der den über einen Stromfühler
14 erfaßten Motorstrom des Antriebsmotors 3 mit der
Regeldifferenz vom Ausgang eines Vergleichers 15 des
Drehzahlregelkreises vergleicht. Ein Eingang von Vergleicher
15 erhält eine veränderbare konstante Spannung vom Steller
16 für die Solldrehzahl n Soll , während der andere Eingang
mit der vom Tachogenerator 17 abgegebenen Spannung n ist
gespeist wird. Die Steuerstufe 12 speist so den
Antriebsmotor 3 derart, daß die eingestellte Soll-Drehzahl
n Soll eingehalten wird. Die Steuerspannung der Steuerstufe
12 am Steuereingang wird außerdem durch einen Vergleicher 18
mit einer vom Steller 19 abgegebenen, veränderbaren
konstanten Spannung für das Vorspannmoment M V des
Bremsantriebes verglichen.
Der Ausgang des Vergleichers 18 ist mit einem Eingang eines
Vergleichers 20 verbunden, während der andere Eingang an
einen Stromfühler 21 im Steuerstromkreis des Bremsmotors 6
angeschlossen ist. Der Ausgang des Vergleichers 20 ist mit
dem Analog/Digital-Wandler 10 verbunden und kann außerdem in
der Erfassungsphase über den Schalter 22 mit dem Eingang
einer Steuerstufe 23 verbunden werden, an deren Ausgang der
Speisestromkreis für den Bremsmotor 6 angeschlossen ist.
In der anderen Stellung des Umschalters 22, die er während
der Bearbeitungsphase einnimmt, erhält diese Steuerstufe 23
über den Digital/Analog-Wandler 11 die in der Erfassungs
phase in Speicher 9 abgelegten Daten als Steuersignale.
Die in der Erfassungsphase während einer Umdrehung des
Teilrades 1 winkelgerecht im Speicher 9 abgespeicherten,
auch Teilungs- oder ähnliche Fehler berücksichtigenden Werte
werden während der anschließenden Teilradumdrehungen, bei
denen die Bearbeitung des Werkstückes erfolgt (Bearbei
tungsphase) über den Speicherausgang A bei umgeschaltetem
Schalter 22 an die Steuerstufe 23 abgegeben. Sie bewirken
eine winkellagengerechte Steuerung des elektrischen Stromes
des Bremsmotors 6 und damit des Bremsmomentes, welches vom
Ritzel 5 ausgeübt wird. Hierdurch werden die bei sehr großen
Durchmessern eines Teilrades durch Teilungsfehler oder
dergleichen bedingten Drehmomentänderungen ausgeglichen, so
daß sich ein weitgehendst spiel- und zwangsfreier Antrieb
des Teilrades 1 und damit eine weitgehende exakte, konstante
Drehzahl für das zu bearbeitende Werkstück ergibt.
Das auf das Teilrad 1 über das Ritzel 5 ausgeübte Bremsmo
ment muß dabei größer sein als die maximal auftretende Be
triebs- bzw. Störkraft.
Bei der geänderten Ausführungsform nach Fig. 2 werden in der
Erfassungsphase, während der der Schalter 22 die gezeichnete
Stellung einnimmt, die Ist-Werte des Ankerstromes des
Bremsmotors 6 durch den Stromfühler 21 erfaßt und über den
Analog/Digital-Wandler 10 dem Schreibeingang E des Speichers
9 zugeführt. In der Bearbeitungsphase werden die im Speicher
9 abgespeicherten winkelgerechten Werte des Ankerstromes
über den Ausgang A ausgelesen und an den Digital/Analog-
Wandler 11, über den Schalter 22 als neue Soll-Werte an den
Vergleicher 20 gelegt.
Dadurch wird im Gegensatz zum Antrieb nach Fig. 1 auch in
der Betriebsphase der Bremsantrieb in einem Regelkreis
betrieben.
Die Funktion des Regelkreises beim Bremsantrieb kann dadurch
verbessert werden, daß in der Bearbeitungsphase die Steuer
stufe 23 mit einer anderen Übertragungsfunktion betrieben
wird als in der Erfassungsphase.
Claims (4)
1. Verfahren zum spielfreien Antrieb eines Werkstück- oder
Werkzeugträgers, insbesondere eines Teilrades, für ein
durch Abwälzschleifen zu bearbeitendes Werkstück, bei
dem mit dem gezahnten Werkstück- oder Werkzeugträger in
der Arbeitsphase ein Antriebsritzel mit einer konstanten
Antriebsdrehzahl und ein Bremsritzel mit einem dem
Antriebsmoment entgegengerichteten Bremsmoment zusammen
arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst während
einer Erfassungsphase ohne Bearbeitung des Werkstückes
Inkrementen der Werkstück- oder Werkzeugträgerbewegung
zugeordnete, dem Bremsmoment proportionale Signale in
einem Speicher (9) abgespeichert werden, und daß während
der nachfolgenden Arbeitsphase mit Bearbeitung des
Werkstückes das Bremsmoment entsprechend den abgespei
cherten Signalen gesteuert wird.
2. Antrieb zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
mit einem mit der Zahnung des Werkstück- oder
Werkzeugträgers greifenden Antriebsritzel, welches von
einem elektrischen Motor mit konstanter Drehzahl
angetrieben ist und einem ein dem Antriebsmoment
entgegengerichtetes Bremsmoment erzeugendes Bremsritzel,
welches ebenfalls von einem elektrischen Motor
angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein
inkrementaler Geber (8) mit dem bewegbaren Werkstück-
oder Werkzeugträger (1) zusammenwirkt, daß ein Speicher
(9) vorhanden ist, dessen Adresseneingang (T) an den
inkrementalen Geber (8) angeschlossen ist, daß während
der Erfassungsphase der Schreibeingang (E) jedes
Speichers (9) über einen Analog/Digital-Wandler (10) mit
dem Steuerstromkreis für den das Bremsritzel (5)
antreibenden Motor (6) verbindbar ist, während in der
Arbeitsphase der Ausgang (A) des Speichers (9) über
einen Digital/Analog-Wandler (11) mit diesem
Steuerstromkreis verbunden ist.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerstromkreis für den Bremsmotor (6) eine Steuerstufe
(23) in Reihe mit einem Umschalter (22) aufweist, dessen
einer Umschaltkontakt über den Analog/Digital-Wandler
(11) mit dem Ausgang (A) des Speichers (9) verbunden ist
und dessen anderer Umschaltkontakt an den Ausgang eines
Vergleichers (20) und über einen Analog/Digital-Wandler
(10) an den Schreibeingang (E) des Speichers (9)
angeschlossen ist, daß der eine Eingang des ersten
Vergleichers (20) über einen zweiten Vergleicher (18)
mit einem Steller (19) für das Bremsmoment (M V ) und dem
Steuerstromkreis des Antriebsmotors (3) verbunden ist,
sowie daß in den Steuerstromkreis des Bremsmotors (6)
ein Fühler (21) für den Motorstrom eingeschaltet ist,
der mit dem anderen Eingang des ersten Vergleichers (20)
verbunden ist.
4. Antrieb nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuerstromkreis für den
Antriebsmotor (3) einen Steller (16) für die Soll-
Drehzahl n Soll und einen Geber (17) für die Ist-Drehzahl
n ist aufweist, die an die Eingänge eines Vergleichers
(15) angeschlossen sind, daß ein Fühler (14) für den
Strom des Antriebsmotors (3) und der Ausgang dieses
Vergleichers (15) an die Eingänge eines weiteren
Vergleichers (13) angeschlossen sind und daß der Ausgang
dieses weiteren Vergleichers (13) einerseits mit dem
Eingang der Steuerstufe (12) des Antriebsmotors (3) und
andererseits mit dem Eingang des zweiten Vergleichers
(18) im Steuerstromkreis des Bremsmotors (6) verbunden
ist.
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