Schieberöffnung. Stellgröße. Schieber Stellglied. Dehnstab. Vergleichsstelle z.b. Stellschraube. u. Schieber. Sollwert + Regeleinrichtung

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4 Signalverzweigung Schieberöffnung Stellgröße Schieber Stellglied Regeleinrichtung Härteofen Regelstrecke Stellschraube Dehnstab Temperatur Regelgröße Vergleichsstelle z.b. Stellschraube u. Schieber Sollwert + z.b. Dehnstab u. Schieber Stellgröße z.b. Stellung der Stellschraube Regelstrecke Regelgröße z.b. Härteofen z.b. Temperatur z.b. Schieberöffnung

5 Kurvenscheibe Führungsgröße Temperatur Regelgröße Schieber Stellglied Dehnstab Sensor Härteofen Regelstrecke ZF Friedrichshafen AG

6 12 2 Mechanische Steuerungen 2.1 Allgem eines Mechanische Steuereinrichtungen können mit großen Stellgeschw indigkeiten genaue Verstellwege fahren. Durch Nockenwellen werden z. B. die Ventile von Motoren gesteuert. Rundschalttische werden mit Hilfe von Malteserkreuzgetrieben positioniert oder an Drehautomaten werden Vorschübe mit Kurvenscheiben gefahren. Mechanische Steuer elemente sind genau, wirken direkt ohne Verzögerung und haben eine hohe Lebensdauer. Sie sind aber nur mit großem Aufwand herzustellen. 2 M echanische Steuerungen Abtriebswelle des verstellbaren Getriebes steht eine gesteuerte Rotationsenergie zur Verfügung. Muss die Drehbewegung jedoch in eine geradlinige Bewe gung umgewandelt werden, wie z. B. beim Vorschub des Werkzeugschlittens einer Drehmaschine, kann dies mit einem Zahnrad- Zahnstangengetriebe geschehen. Ungleichförmig Antriebs- Energie Steuersignale Mechanisches Getriebe Kurventrommel Abtriebs- Energie Mechanische Steuerungen 1 bestehen aus Getrieben, Kurvenscheiben, Hebeln, Kupplungen und anderen mechanischen Bauteilen (Bild 1). Antriebswelle Beispiel. Ein Elektromotor treibt z. B. die Antriebswelle an, die über eine Kupplung mit dem Zahnradpaar der Abtriebswelle verbunden werden kann. Die Kupplung ist das Stellglied der Steuerung und erhält die Steuersignale über einen Hebel von der Kurventrommel. Die Kurventrommel sitzt auf einer Steuerwelle, die über ein Untersetzungsgetriebe ebenfalls vom Elektromotor angetrieben wird. Die Signalgabe für die Betätigung der Kupplung wird durch die Form der Kurventrommel bestimmt. Führt die sich drehende Kurvennut in der sich drehenden Kurventrommel nach rechts, wird die Kupplung durch den Hebel geschlossen und die Abtriebswelle eingeschaltet (Start). Führt die Nut nach links, wird die Kupplung geöffnet und die Antriebswelle bleibt stehen (Stopp). Die Signalfolge für Start und Stopp wiederholt sich nach jeder Steuerwellenumdrehung und bildet in diesem Fall das Programm der Steuerung. Die gesamte Steuereinrichtung besteht aus Steuerwelle, Kupplung, Kurventrommel, Hebel und Feder, während die Abtriebswelle die Steuerstrecke darstellt. Die Merkmale mechanischer Steuerungen können folgendermaßen zusammengefasst werden (Bild 2): Die Antriebsenergie gelangt über einen Elektromotor in ein verstellbares Getriebe, durch das die Drehzahl, die Drehrichtung und die Drehdauer (Start-Stopp) über mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektrische Signale verstellt werden können. Bei Stufengetrieben erfolgt die Signalgabe über Kupplungen, bei stufenlos verstellbaren Getrieben über besondere Stelleinrichtungen. An der Drehende Bewegung Stellglied Kupplung Start Stop Antriebsenergie z.b. Kurventrieb Verstellbares Getriebe stufenlos gestuft Aussetzende Bewegung z.b. Malteserkreuzgetriebe Kupplung Geradlinige Bewegung z.b. Kugelspindelgetriebe Bild 2: Aufbau mechanischer Steuerungen Untersetzungsgetriebe Steuerwelle Antriebswelle Steuereinrichtung Steuerstrecke Bild 1: Beispiel einer mechanischen Steuerung Signalgabe mechanisch pneumatisch hydraulisch elektrisch Gleichförmig 1 Mechanische Steuerungen sind aus der Mode gekommen. Dies gilt vor allem für Steuerungen bei Maschinen und Geräten. Es gibt aber bei vielen Aufgaben, insbesondere, wenn gleichzeitig Bewegungen zu steuern sind, mechanische Lösungen, die wegen der Einfachheit, Robustheit, Zuverlässigkeit und Schnelligkeit elektronisch nicht oder nur sehr teuer erreichbar sind. Beispiele sind: die Ventilsteuerungen durch Nocken und die Lenkungen an Kraftfahrzeugen. Für beides gibt es grundsätzlich auch elektronische Varianten.

7 2 Mechanische Steuerungen 13 Bei reibungsarmen Antrieben w erden Kugelgewindetriebe zur Erzeugung der gleichförmigen, geradlinigen Bewegung eingesetzt. Soll die geradlinige Bewegung ungleichförmig verlaufen, um z. B. eine schnelle Zustellbewegung von einer langsamen Arbeitsbewegung zu trennen, verwendet man Kurbel- und Kurvengetriebe. Kurvengetriebe werden auch zur Signalerzeugung eingesetzt. Für Transporteinrichtungen werden oft Schrittbewegungen benötigt. Ein Rundschalttisch einer Presse muss z. B. nach jedem Arbeitshub des Presswerkzeugs um einen Teilschritt gedreht werden und dann wieder stillstehen. Dies kann durch die Unterbrechung der stetigen Drehbewegung eines verstellbaren Getriebes mit Hilfe eines nachfolgenden aussetzenden Getriebes erreicht werden. Drehmoment M 700 Nm Ablesebeispiel: M 1 = 200 Nm n 1 = 1500 min 1 M 2 = 100 Nm n 2 = 3000 min 1 gestuft Drehzahl n 5000 stufenlos min Verst ellbare Get riebe Bild 1: Kennlinie eines verstellbaren Getriebes Mit verstellbaren mechanischen Getrieben werden die Drehrichtung, Drehzahlen und Drehmomente gesteuert. 3 Bremse 4 Abtrieb Die Eingangsleistung an der Antriebswelle des Getriebes ist in vielen Fällen konstant, sodass sich mit der Änderung der Drehzahl auch das Drehmoment verändert. Bei konstanter Leistung steht das Dreh moment M in umgekehrtem Verhältnis zur Drehzahl n: M f 1/n (Bild 1). Die Kennlinie ist eine Hyperbel. Bei den schlupffreien, stufenlos verstellbaren Getrieben ist die Kennlinie ein geschlossener Kurvenzug, bei Stufengetrieben w erden entsprechend der Zahl der Drehzahlstufen nur einige Punkte der Hyperbel belegt. Kupplung 1 Kupplung 2 Antrieb St ufenget riebe 2 1 Stufengetriebe teilt man in Stufenscheibengetriebe und Stufenrädergetriebe ein. Stufenscheibengetriebe besitzen zur Kraftübertragung Riemenscheiben und Riemen. Die Kraftübertragung bei Stufenrädergetrieben erfolgt direkt über Zahnräder. Drehrichtung und Drehzahl werden bei automatischen Stufengetrieben durch Kupplungen und Bremsen verstellt. Beispiel. Mit einem Keilriemengetriebe können z. B. zwei Drehzahlen gesteuert werden, ohne dass die Riemenlage verändert werden muss (Bild 2). Die Signalgabe für den Drehzahlwechsel erfolgt elektrisch über zwei Elektromagnet-Kupplungen Keilriemenscheiben Bild 2: Drehzahlsteuerung eines Stufenscheibengetriebes und eine Bremse. Wenn die Elektromagnet- Kupplung 2 geschaltet ist, erfolgt der Abtrieb über die Riemenscheibe 4 und der Langsamgang des Getriebes ist angesteuert. Gleichzeitig muss die Kupplung 1 offen sein, damit die Riemenscheibe 3 auf der Welle frei umlaufen kann. Beim Umschalten auf den Schnellgang wird die Elektromagnet-Kupplung 2 geöffnet und die Bremse für die Abtriebswelle angesteuert. Dann kann die Kupplung 1 mit der Riemenscheibe verbunden werden und den Abtrieb auf den Schnellgang beschleunigen.

8 14 2 M echanische Steuerungen Beispiel. Bei dem mechanisch gesteuerten Stufen rädergetriebe können zwei Drehzahlen und beide Drehrichtungen gesteuert werden (Bild 1). Ein Elektromotor treibt die untere Welle an. Für den Schnellgang der Arbeitsspindel wird die Kupplung K 2 geschlossen. Für den Langsamgang wird die obere Welle, die wegen der Zahnraduntersetzung eine langsamere Drehzahl als die untere Welle ausführt, durch die Kupplung K 1 und die beiden Kettentriebe mit den Schalen K 4 und K 3 verbunden. Der Schaltzeitpunkt für die mechanische Signalgabe zur Betätigung der beiden Kupplungen K 1 und K 2 wird durch die Steuerwellendrehzahl und die Form der rechten Kurventrommel bestimmt. Die linke Kurventrommel dient zur Steuerung des Richtungswechsels. Beim Linkslauf wird die Kupplung K 4 geschlossen, beim Rechtslauf die Kupplung K 3. Kurventrommel für Geschwindigkeitswechsel Steuerwelle Kettentrieb Kupplungsschalen K 4 K 3 K 1 Spindel Kurventrommel für Richtungswechsel Antriebsmotor Solche über Steuerwellen und Kurventrommeln gesteuerten Stufenrädergetriebe verwendet man z. B. bei Drehautom aten zum Antrieb der Arbeitsspindel. Die Formen der Kurventrommeln sind auf ein bestimmtes Werkstück abgestimmt, das bei sehr großen Stückzahlen preiswert hergestellt werden kann St ufenlos verst ellbare Get riebe schnell K 2 Kupplungen im Eingriff für langsam Rechtslauf Linkslauf K 3 UND K 2 K 4 UND K 2 K 3 UND K 1 K 4 UND K 1 Bild 1: Drehzahl- und Drehrichtungssteuerung eines Stufenrädergetriebes Stufenlos verstellbare Getriebe sind Umschlingungsgetriebe, Reibradgetriebe und Wälzgetriebe. Umschlingungsgetriebe Umschlingungsgetriebe sind Stufenscheibengetriebe, bei denen mindestens eine Scheibe aus zwei kegelförmigen Teilen besteht. Diese kegelförmigen Teile lassen sich axial auf ihrer Welle verschieben, wodurch die Laufradien für die Keilriemen oder Stahlketten verstellt werden. So lassen sich die Abtriebsdrehzahl und das Drehmoment des Getriebes steuern (Bild 2). a) Kegelförmige Scheiben Für trocken laufende Umschlingungsgetriebe werden meist Breitkeilriemen als Zugmittel verwendet. Mit ihnen erreicht man einen besonders ruhigen, beinahe schlupffreien Lauf. Keilriemen b) Verstelleinrichtung Für große Zugkräfte und wenn eine lange Lebensdauer des Getriebes gefordert ist, setzt man als Zugmittel Stahlketten ein. Bei Stahlketten, die in einem Ölbad laufen, unterscheidet man je nach Kettengeschwindigkeit und zu übertragender Leis tung Lamellenketten, Rollenketten und Wiegedruckstück-Ketten. c) Bild 2: Umschlingungsgetriebe

9 2 Mechanische Steuerungen 15 Die Drehzahl der Breitkeilriemengetriebe wird entweder durch Verstellen des Achsabstands oder durch Verstellen der beiden Teile der Kegelscheiben gesteuert (Bild 1). Um die Keilriemen dabei unter Spannung zu halten, werden die beiden Hälften eines Kegelrades durch eine konstante Federkraft oder durch eine drehmomentabhängige Anpresseinrichtung zusammengedrückt. Die beiden Teile des Antriebs- Kegelrades können z. B. durch ein Handrad auseinander- oder zusamm engeschoben werden (Bild 1). Bei dem Abtriebs-Kegelrad sorgt eine Anpressfeder für den notwendigen Spanndruck und die Einstellung des Laufradius. Getriebe mit Stahlketten als Zugmittel werden m eist über eine Verstellspindel und ein Hebelsystem verstellt (Bild 2, vorhergehende Seite). Die Ansteuerung der Umschlingungsgetriebe erfolgt durch Handverstellung, elektrisch oder durch Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder. Elektrische Stelleinrichtungen oder hydraulische Servoantriebe werden besonders dann benötigt, wenn die Getriebe als Stellglieder in Regelkreisen eingesetzt werden. Reibradgetriebe Bei stufenlos verstellbaren Reibradgetrieben wird das Drehmoment durch ein Reibrad und eine Kegelscheibe übertragen (Bild 2). Dabei wird die auf der Motorwelle sitzende Kegelscheibe während der Kraftübertragung gegen das Reibrad gedrückt. Zur Steuerung der Abtriebsdrehzahl werden Motor und Kegelrad senkrecht zur Motorachse verschoben. Der Anpressdruck des Reibrades wird der jeweiligen Drehmomentbelastung angepasst, um den Verschleiß möglichst klein zu halten. Die Anpresseinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Andrückmuffe und einer Feder. Die axial auf einer Nutwelle verschiebbare Andrückmuffe hat die Form eines Doppelnockens, der in das entsprechend geformte Gegenstück am Reibring eingreift und das Drehmoment von der Antriebsseite zur Abtriebsseite hin überträgt. Wird die Abtriebswelle belastet, gleitet die Andrückmuffe auf den schrägen Nockenflächen aus dem Gegenstück und spannt dadurch die Feder. Die entstehende Federkraft presst den Reibring gegen das Kegelrad und zwar umso stärker, je größer das Drehmoment ist. Abtrieb Antrieb Breitkeilriemen Verstellung des Scheibenabstandes Bild 1: Drehzahlsteuerung durch Verstellen der Kegelscheiben Abtrieb Andrückmuffe, axial auf der Welle verschiebbar Anpressdruck Drehmoment Reibring Antrieb Handrad Kegelscheibe Gewindespindel Drehzahlsteuerung durch Verstellen der Kegelscheibe Bild 2: Reibradgetriebe m it Anpresseinrichtung Drehmoment M M max M min Drehmoment Die Kennlinie des Reibradgetriebes verläuft nahezu linear und besitzt wegen des auftretenden Schlupfes an der Reibstelle eine minimale und eine maximale Grenzdrehzahl (Bild 3). n min Abtriebs-Drehzahl n Bild 3: Kennlinie eines Reibradgetriebes n max

10 16 2 M echanische Steuerungen Wälzgetriebe Bei verstellbaren Wälzgetrieben wird das Drehmoment über kugel- oder kegelförmige Wälzkörper übertragen. Die Wälzkörper sind z. B. beim Planetenverstell- Getriebe kegelförmige Scheiben, die sich um die Antriebswelle drehen (Bild 1). Sie werden auf einer Seite vom Flansch der Antriebswelle und einem mitlaufenden Klemmring durch die Kraft einer Feder festgepresst und in Eigendrehung versetzt. Damit sie nicht aus der Klem meinrichtung herausw andern, werden sie an der gegenüberliegenden Seite von zwei feststehenden Außenringen eingeklemmt. Die Wellen der rotierenden Planetenscheiben sind in Gleitschuhen in der Abtriebswelle gelagert und lassen sich radial verschieben. Über die Planetenwellen wird das Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen. Soll z. B. die Abtriebsdrehzahl erhöht werden, müssen die Planetenscheiben nach innen zur Drehachse hin verschoben werden. Dies erfolgt durch Kraft einwirkung über die beiden Außenringe. Die Planetenscheiben wandern wegen ihrer Kegelform aus den Außenringen heraus und dringen tiefer in die Flanschklemmung ein. Dabei verkleinern sich die Abwälzradien. Die Planetenscheiben rollen schneller auf dem Antriebsflansch ab und erhöhen die Drehzahl der Abtriebswelle. Wird die Axialkraft auf die Außenringe verkleinert, wandern die Planetenscheiben durch die Wirkung der Federkraft wieder nach außen und rollen langsamer ab. Die Abtriebsdrehzahl sinkt. Die Kennlinie des Planetenverstell-Getriebes gleicht der Kennlinie des Reibradgetriebes (Bild 2). Erzeugung geradliniger Bew egungen Mit verstellbaren Getrieben lassen sich Drehzahl und Drehrichtung mechanisch steuern. Für die Umwandlung der Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung, wie sie bei vielen Arbeitsmaschinen verlangt wird, müssen zusätzliche Getriebe verwendet werden (Bild 3). Bei automatisch gesteuerten Werkzeugmaschinen muss der geradlinige Antrieb möglichst reibungsarm und spielfrei sein. Ein Kugelgew indetrieb erfüllt diese Anforderungen (Bild 4). Zwischen der Spindel und der Mutter tritt wegen der eingelagerten Kugeln nur Rollreibung auf. Durch Verspannen einer zweiteiligen Mutter kann ein Gewindespiel vollständig vermieden werden. Abtrieb Gleitschuh Flansch Planetenscheibe Bild 1: Planetenverstell-Getriebe Drehmoment M M max M min n min Verstellkraft Außenringe Drehmoment Abtriebs-Drehzahl n Bild 2: Kennlinie des Planetenverstell-Getriebes Schiene Zahnrad Bild 4: Kugelgew indetrieb Zahnstange Alternativ: Zahnstange ortsfest, Zahnrad linearbewegt Gewindemutter Antrieb n max Zugmittel Gewindespindel Alternativ: Gewindespindel fixiert, Gewindemutter linearbewegt Bild 3: Umw andlung einer Drehbew egung in eine geradlinige Bew egung

11 2 Mechanische Steuerungen Get riebe mit ungleichförmiger Überset zung Zu den ungleichförmig übersetzenden Getrieben gehören die Kurbel- und Kurvengetriebe. Kurbelgetriebe bestehen aus einer Kurbel, die angetrieben w ird, einer Schwinge und einer Koppel. Die Kurbel, die am Maschinentisch befestigt ist, treibt die Koppel und damit die Schwinge an. Das einfachste Kurbelgetriebe ist die Kurbelschw inge (Bild 1). Andere Kurbelgetriebe sind ähnlich aufgebaut. Ist ein Gelenk als Schubkurbel ausgebildet, heißt das Getriebe Kurbelschleife oder Schubkurbel. Bei zwei Schubgelenken wird es Kreuzschubkurbel genannt. Schubkurbelgetriebe werden meist als Kraft getriebe zur Umwandlung von Dreh- in Längs bewegungen verwendet, wie z. B. bei Senkrecht- oder Waagrechtstoßmaschinen und bei Pressen. Auch beim Verbrennungsmotor wird die geradlinige Bewegung der Kolben mit Hilfe eines Schubkurbelgetriebes in eine Drehbewegung umgewandelt. Kurvengetriebe Kurvengetriebe verwendet man bei ungleichförmigen Bewegungen, die bei Zustell- und Vorschubbewegungen an Werkzeugmaschinen auftreten können. Bestehen die Getriebe aus einem sich drehenden Kurventräger und einem geradlinig geführten Abtriebsteil, spricht man von einem Schubkurvengetriebe. Bei einem Kurventräger m it nachfolgendem drehbarem Hebel nennt man das Getriebe eine Kurvenschw inge. Schubkurvengetriebe können streckenweise eine gleichförmige Bewegung ausführen, wenn die Kurvenscheibe eine gleichmäßig ansteigende Form erhält (Archimedische 1 Spirale). Die Form der Kurven richtet sich nach den Wegen, die mit dem Getriebe gefahren werden sollen (Bild 2). Kurbel Kurbel Koppel Maschinengestell Maschinengestell Kurbelschw inge Koppel Maschinengestell Schubkurbel Bild 1: Kurbelgetriebe H St Umhüllungslinie = Kurvenendform Schwinge Schwinge Kurbel Kurvenscheibe Bild 2: Schubkurvengetriebe Kurbelschleife Kurbel Koppel Schwinge Kreuzschubkurbel kreis Koppel mittelpunkte Schwinge Maschinengestell Sinusförmiger Übergang Abgewickelter Umfang des Grundkreises Zur Ermittlung der Kurvenform für einen gleichförmigen Hub wird der Grundkreis der Kurvenscheibe abgewickelt. Für den Anfang der Hubbewegung legt man den Winkel 0 am Kreis und an der Abwicklung fest. Dann trägt man den Winkel ein, bei dem der Hub seinen höchsten Punkt erreichen soll, z. B Den Zwischenraum zwischen den beiden Winkeln 0 und 240 teilt man in beliebig viele gleiche Teile ein, z. B. in vier. Auf der Kurvenscheibe werden die Teilungsstrahlen, von 0 beginnend, entgegen der Drehrichtung der Kurvenscheibe, in gleichen Abständen eingezeichnet. Denkt man sich die Kurvenscheibe festgehalten, während der Stößel um die Scheibe herumgeführt wird, kann der jeweilige Hub aus der Abwicklung auf den Grundkreis der Kurvenscheibe übertragen werden. 1 Archimedes, Mechaniker und Mathematiker des Altertums, gest. 212 v. Chr. bei der Eroberung von Syrakus durch die Römer.

12 18 2 M echanische Steuerungen Für den ersten Strahl durch den Winkel 0 ist die Hubhöhe Null. Für den zweiten Strahl wird der entsprechende Wert der Hubhöhe aus der Abwicklung entnommen und vom Hilfskreis aus angetragen. Das gleiche wird auch für die Strahlen 3 und 4 gemacht. Die auf den Strahlen gefundenen Schnittpunkte werden anschließend mit dem Kurven lineal verbunden. Man erhält so die Linie, auf der die Rollenmittelpunkte liegen. Mit dem Zirkel können jetzt beliebig viele Rollenkreise gezeichnet werden. Die innere Umhüllungslinie der Rollenkreise stellt die gesuchte Kurve für den gleichförmigen Anstieg des Stößels dar, die dann als äußere Kurvenscheibe ausgeführt wird. Die Genauigkeit der Kurve wird durch eine feinere Teilung verbessert. Um Kurvenübergänge möglichst stoßfrei zu gestalten, werden die Ecken der abgewickelten Hublinie z. B. sinusförmig abgerundet r p Strahlen 7 1 Größter Hub in vier gleiche Teile zerlegt Bei der Kurvenschwinge wird die Kurve für die Erzeugung eines gleichförmigen Anstiegs in ähnlicher Weise gezeichnet (Bild 1). Auch hier denkt man sich den Hebel um die Kurvenscheibe bewegt, während die Scheibe selbst festgehalten wird. Die Strahlen, auf denen sich der Rollenmittelpunkt des Hebels in jedem Moment der Bewegung befinden kann, werden jetzt durch Kreise mit der Länge des Hebelarms als Radius ersetzt. Der Drehpunkt des Hebelarms bewegt sich auf einem Hilfskreis um die Kurvenscheibe mit dem Abstand Kurvenmittelpunkt zu Hebeldrehpunkt als Radius. Teilt man den Gesamthub und den Winkel, über den der Hub erfolgen soll, in gleiche Teile ein, kann man jedem Strahl einen Hub aus der Abwicklung zuordnen (Nummerierung). Die Bahn der Rollenmittelpunkte erhält man, wenn man die gefundenen Schnittpunkte der Strahlen und die Hubstrecken mit einem Kurvenlineal verbindet. Man zeichnet wieder beliebig viele Rollenkreise ein und ermittelt die Kurve als Umhüllende der Rollen kreise. Kurvenscheiben als Programmspeicher Kurvenscheiben sind mechanische Programmspeicher (Informationsspeicher). Durch die Kurvenform ist der Bewegungsablauf des Stößels oder des Hebels festgelegt. Bei einer Umdrehung der Kurve wird dann eine bestimmte Folge von Einzelbew egungen (Program m) ausgeführt. In gleicher Weise werden Nockenscheiben oder Schalttrommeln verwendet, um mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektrische Steuerungselemente zu betätigen. Bild 1: Kurvenschw inge Stangenmaterial Spindelstockkurve Nockenscheibe 4 Steuerwellenantrieb Grundkreis Mechanisch gesteuerte Drehautomaten werden über Kurvenscheiben als Programmgeber gesteuert. Die Kurvenscheiben befinden sich meist auf einer Steuerwelle, die sich während des Fertigungsablaufs eines Werkstücks einmal um ihre Achse dreht (Bild 2). Die wichtigste Aufgabe erfüllt dabei die Spindelstockkurve, mit der die Vorschubbewegungen in Richtung der Drehachse ausgeführt werden. 3 Rollenmittelpunkte Spanneinrichtung Wippenkurve Feststehende Führung Umhüllungslinie = Kurvenendform Spindelantrieb Spindelstock Drehmeißel 1 Wippe Drehmeißel 2 Steuerwelle Bild 2: Mechanische Steuerung einer Drehmaschine

13 2 Mechanische Steuerungen Getriebe mit aussetzender Bew egung Getriebe mit aussetzender Bewegung werden für schrittweise Antriebe von Transportbändern, Rundschalttischen und Werkzeugrevolvern verwendet. Es besteht aus einer sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit drehenden Scheibe und dem M al teserkreuzrad, das hier vier Haltestationen besitzt. An der treibenden Scheibe befindet sich eine Rolle, die jeweils bei einer Umdrehung in einen Schlitz des Malteserkreuzrades eingreift und das Rad eine Viertelumdrehung mitnimmt. Die Rolle auf der treibenden Scheibe muss leichtgängig sein. Verwendet man statt der Rolle nur einen Stift, so unterliegt dieser einem erheblichen Verschleiß. Malteserkreuzrad Das bekannteste aussetzende Getriebe ist das Malteserkreuzgetriebe 1 (Bild 1). Rolle Treibende Scheibe Bild 1: Malteserkreuzgetriebe mit vier Stationen Sternrad Für ganze oder halbe Umdrehungen mit nachfolgendem Stillstand werden Sternradgetriebe verwendet Treibendes Rad Beim Sternradgetriebe bewegt sich das größere Rad mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, das kleinere Sternrad w ird dabei in Sperrstellung gehalten (Bild 2). Sobald die Rollen des treibenden Rades in die Zahnlücken des Sternrades eingreifen, wird dieses eine ganze Umdrehung mitgenommen. In der übrigen Zeit bleibt das Sternrad stehen. Durch verschiedene Anordnung der Rollen und Zähne können sehr viele Kombinationen von Umlaufzeit zu Stillstandzeit erzielt w erden Bild 2: Sternradgetriebe Rollen Beim aussetzenden Getriebe mit sich kreuzenden Wellen ist das treibende Rad eine Kurventrommel, die am Umfang eine Rippe mit trapezförmigem Querschnitt besitzt (Bild 3). Rippe Diese Rippe liegt genau senkrecht zur Drehachse des Rollenrades und verhindert damit dessen Bewegung (Sperrstellung). Über ein Drittel des Trommelumfangs gehen die beiden Rippen gewinde artig auseinander, so dass zwischen den zwei Enden der Rippen gerade soviel Platz entsteht, um eine Rolle des getriebenen Rades hindurchzu lassen. Das Rollenrad dreht sich dann um einen Rollenabstand weiter. 1 benannt nach dem achtspitzigen Kreuz des Malteserordens bzw. Johanniterordens. Rollenrad Trommel Bild 3: Aussetzendes Getriebe mit sich kreuzenden Wellen

14 20 3 Elektrische und elektronische Steuerungen 3 Elekt rische und elekt ronische Steuerungen Elektrische Steuerungen bestehen aus elektrischen Steuereinrichtungen und elektrisch betätigten Stellgliedern. Die einfachste elektrische Steuereinrichtung ist ein Schalter, mit dem z. B. ein Elektromotor als Stellglied für den Vorschubantrieb einer Werkzeugmaschine ein- und ausgeschaltet wird. Zu einer Steuereinrichtung gehören noch Sicherheits- und Anzeigegeräte, wie z. B. Temperaturwächter und Signallampen. Geschieht das Steuern durch Schalten elektrischer Kontakte, spricht man von Kontaktsteuerungen, sonst von kontaktlosen Steuerungen oder elektronischen Steuerungen. Hauptschalter Nockenschalter mit Rolle Bild 1: Schalter Wahlschalter Taste Rückstellfeder Leuchttaster EIN/AUS- Tastschalter Schaltstücke Betätigungsrichtung 3.1 Elektrische Kont akt st euerungen Bauelemente und Betriebsmittel Die wichtigsten Bauelemente elektrischer Kontaktsteuerungen sind: Schaltgeräte, Steckvorrichtungen, Leitungsverbindungen und Anzeigegeräte (Bild 1). Schaltpläne dienen der übersichtlichen Darstellung einer elektrischen Steuerung. In ihnen wird die Funktion der Bauelemente durch genormte Sinnbilder, die man Schaltzeichen nennt, wiedergegeben. Die Schaltzeichen geben grundsätzlich den Zustand des unbetätigten Schaltgerätes an. Schaltkontakte werden z. B. von Hand, durch Nocken oder durch Fernbedienung betätigt. Die Fernbedienung erfolgt meist durch elektromagnetische Kraft, wie beim Relais, Schütz und Schrittschaltwerk. Bei den Schaltkontakten gibt es Schließer, die bei Betätigung des Schalters einen Stromkreis schließen, und Öffner, die einen Stromkreis unter brechen. Nach Art der Schalterbetätigung unterscheidet man Tastschalter, Stellschalter und Schlossschalter. Tastschalter Anschlüsse Öffner Schaltzeichen Bild 2: Druckknopftastschalter (Taster) Stößel Bewegliches Schaltstück Schließer Anschlusszungen Bild 3: Positionsschalter (Grenztaster) Schaltzeichen Druckknopftastschalter, kurz Taster genannt, wie z. B. ein Klingelknopf, wirken nur während der Dauer ihrer Betätigung. Die Kontaktgabe oder Unterbrechung erfolgt über bewegliche Schaltstücke, die z. B. von Hand betätigt werden (Bild 2). Taster enthalten oft mehrere Kontakte, z. B. 3 Schließer und 3 Öffner. Eine Feder, die bei Betätigung gespannt wird, bringt die Schaltstücke in ihre Ausgangslage, wenn die Betätigung aufhört. Die Taster dienen oft gleichzeitig als Leuchtmelder (Signal-Lampe). Tastschalter mit großer, roter, pilzförmiger Kappe auf gelbem Untergrund verw endet man als NOT-AUS-Taster. NOT-AUS-Taster sind immer Tastschalter mit Öffner, da man Notsituationen immer durch Ausschalten, also durch Unterbrechen des Stromkreises, begegnen muss. Mit Positionsschaltern (Grenztastern), die über Nocken betätigt werden, wird das Erreichen von Grenz- und Endlagen beweglicher Maschinenteile, z. B. von Werkzeugmaschinenschlitten, signalisiert. Die Positionsschalter sind mit Sprungschaltern (Mikroschalter) ausgestattet, damit man auch bei sehr langsam er Betä tigung eine plötzliche Kontaktgabe oder Kontaktunterbrechung erhält (Bild 3).