Titel: MELLER: Druckknopfsteuerung bei Werkzeugmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1920, Band 335 (S. 143–147)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj335/ar335034

Druckknopfsteuerung bei Werkzeugmaschinen.

Von Oberingenieur Meller, Berlin-Siemensstadt.

Die wirtschaftliche Ausnutzung einer Werkzeugmaschine ist in hohem Maße von der möglichst genauen und möglichst raschen Einstellung der, dem jeweiligen Arbeitsvorgang entsprechenden Schnittgeschwindigkeit abhängig. Ist die genaue Einstellung der günstigsten Schnittgeschwindigkeit nicht möglich, weil die Schaltstufen zu weit auseinander liegen, so wird, sobald an Stelle der gewünschten Geschwindigkeit die nächst geringere gewählt wird, die Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschine verringert. Die Wahl der nächst höheren Geschwindigkeit würde ein unzulässig schnelles Verbrauchen des Stahles verursachen. Um die Anpassungsfähigkeit zu erreichen, wird daher bei modernen Werkzeugmaschinen eine möglichst zweckmäßige Abstufung der einstellbaren Geschwindigkeiten angestrebt. Am meisten gebräuchlich ist eine gleichmäßige geometrische Abstufung der Drehzahlen bei einem Sprung von etwa 25 v. H. zwischen den einzelnen Stufen.

Soll die gute Anpassungsfähigkeit, die sich durch diese Abstufung erreichen läßt, voll zur Wirkung kommen, so muß noch die weitere Bedingung erfüllt werden, nämlich den Geschwindigkeitswechsel rasch und mit geringstem Kraftaufwand ohne große Inanspruchnahme des Arbeiters vornehmen zu können.

Solange es sich um kleine Werkzeugmaschinen handelt, bei denen nur wenige Schaltstufen vorhanden sind und die Handgriffe für die Betätigung sich in der Reichweite des Arbeiters befinden, wird auch bei der üblichen Anordnung der Drehzahleinstellung mittels umschaltbarem Vorgelege eine wirtschaftliche Ausnutzung der Werkzeugmaschine möglich sein. Riemenwechsel bei Stufenscheibenantrieb erschwert bereits die Umschaltung. Noch ungünstiger werden die Verhältnisse bei größeren Maschien, bei denen der Arbeiter seinen Standort verlassen muß, um die Umschaltung vorzunehmen. Es ist dann die Gefahr vorhanden, daß der Arbeiter es unterläßt, einen sonst erwünschten Geschwindigkeitswechsel vorzunehmen. Die Arbeitsmaschine läuft dann, obzwar die Aenderung des Arbeitsvorganges eine andere Einstellung der Drehzahl verlangt, mit der gleichen Drehzahl weiter, wodurch, falls eine höhere Geschwindigkeit in Frage käme, sie nicht genügend ausgenutzt wird oder falls die Geschwindigkeit zu hoch ist, der Stahl in kurzer Zeit verdorben wird. Das rasche und einfache Einstellen der Drehzahl vom Standort des Arbeiters ist also eine wichtige Vorbedingung für die wirtschaftliche Ausnutzung der Werkzeugmaschine. Eine weitere Vorbedingung für die wirtschaftliche Ausnutzung besteht aber auch darin, daß es, besonders bei aussetzendem Betrieb, möglich sein muß, die Werkzeugmaschine schnell stillzusetzen und ebenso schnell mit wenigen Handgriffen wieder auf die gewünschte Drehzahl anzulassen. Die Ersparnisse, die durch die jeweilige Stillsetzung des Antriebs erzielt werden, können oft erheblich werden, zeigten doch durchgeführte Messungen, daß sich je nach der Werkzeugmaschine und dem vorliegenden Arbeitspogramm die Arbeitszeit zur Ruhezeit innerhalb einer achtstündigen Schicht oft wie 1 : 2, ja sogar wie 1 : 5 verhält. Alle diese Bedingungen, einfaches und rasches Stillsetzen sowie Inbetriebsetzen der Arbeitsmaschine, ferner einfaches und leichtes Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahl vom jeweiligen Standort des Arbeiters ermöglicht der elektrische Einzelantrieb in Verbindung mit der elektrischen Druckknopfsteuerung.

Je nach den Bedingungen, die im einzelnen an die Steuerung gestellt werden, gibt es verschiedene Ausführungen der Druckknopfsteuerung. Die einfachste Bedingung ist diejenige, bei welcher nur das Anlassen und Stillsetzen des elektrischen Antriebes durch Betätigung der Druckknöpfe erfolgen soll. Diese Anordnung würde in erster Linie für die Antriebe in Frage kommen, bei welchen ein nicht regelbarer, also mit gleicher Drehzahl durchlaufender Antriebsmotor verwendet wird und bei welchem ein häufiges Stillsetzen und Wiederanlassen des Motors erforderlich ist.

Die Durchbildung der Steuerung richtet sich danach, ob ein Gleichstrom- oder ein Drehstrommotor zum Antrieb verwendet wird. Das Anlassen von Gleichstrommotoren |144| erfolgt bekanntlich in der Weise, daß beim Einschalten ein Widerstand dem Anker vorgeschaltet wird, der mit zunehmender Drehzahl in mehreren Stufen allmählich bis lauf Null verringert wird. Bei Asynchron-Drehstrommotoren mit Schleifringrotor wird beim Anlassen ein entsprechender Rotorwiderstand allmählich ausgeschaltet. Außer der Aenderung des Anlaß Widerstandes ist es noch erforderlich, beim Stillsetzen den Motor allpolig vom Netz abzuschalten. Bei der Drückknopfsteuerung verwendet man verschieden durchgebildete Apparate. Gebräuchlich ist z.B. die Relais- oder Schützensteuerung, bei welcher der Widerstand, wenn die Motorleistung nicht zu groß ist und der Anlauf möglichst unbelastet erfolgt, in etwa zwei bis drei Stufen abgeschaltet wird. Außerdem ist bei der einfachen Ausführung, wo eine Umschaltung nicht in Frage kommt, für die Hauptausschaltung ein Schütz und, falls Umschaltung in Frage kommt, zwei Umschaltschütze erforderlich. Abb. 1 zeigt die Schaltung einer Druckknopfsteuerung bei Gleichstrom ohne Umkehrung der Drehrichtung. Die Schütze selbst werden zweckmäßig auf einem gemeinsamen Rahmen zusammengebaut, der entweder unmittelbar an die Werkzeugmaschine selbst angebaut werden kann, oder auch getrennt davon, falls besondere Gründe, z.B. starke Erschütterung der Werkzeugmaschine, staubiger Betrieb, für besondere Aufstellung der Anlaß Vorrichtung sprechen würden.

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Eine andere Ausführung der Selbstanlasser besteht darin, daß eine Steuerwalze oder ein Flachbahnanlasser durch einen Magneten oder Motor bestätigt wird, wodurch dann das Abschalten des Anlaßwiderstandes erfolgt. Wird der Anlasser durch einen Magneten betätigt, so ist ein besonderes Hemmwerk erforderlich, damit das Anlassen nicht unzulässig schnell erfolgt. Die Hemmwerke können als Windflügelhemmung, als Luft- oder Oel-Dämpfungspumpe ausgeführt werden, und sind meist einstellbar, um einen möglichst kurzen aber dabei stoßfreien Anlauf zu erzielen.

Textabbildung Bd. 335, S. 144
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Abb. 2 zeigt eine Ausführung der Siemens-Schuckertwerke.

Erfolgt der Antrieb durch einen Motor, so ist meist eine Dämpfung nicht erforderlich, da der kleine Antriebsmotor zur Betätigung des Anlassers eine entsprechende Zeit benötigt, die meist auch einstellbar ist. Abb. 3 zeigt einen entsprechend durchgebildeten Selbstanlasser der SSW. Anlasser, Widerstand und Motor sind in einem gemeinsamen Kasten zusammengebaut. Da bei den vorerwähnten Steuerungen eine Regelung der Drehzahl nicht in Frage kommt, so ist die Anwendung in erster Linie bei solchen Arbeitsmaschinen angebracht, bei welchen ein häufiges Anlassen und Stillsetzen ohne erhebliche Inanspruchnahme des Arbeiters vorkommt. So z.B. haben sich bei Drucklufthämmern die Selbstanlasser sehr gut bewährt, da das Inbetriebsetzen des Hammers in einfacher Weise durch die Betätigung des Druckknopfes „ein“, die Stillsetzung in gleicher Weise durch Betätigung des Druckknopfes „aus“ erfolgen kann. Abb. 4 zeigt einen entsprechenden Einzelantrieb eines Drucklufthammers mit Druckknopfsteuerung. Die Druckknöpfe sind in handlicher Nähe an der Arbeitsmaschine angebracht, wohingegen der Selbstanlasser in unmittelbarer Nähe des Hammers oder auch getrennt davon aufgestellt werden kann. Die Anwendung der Druckknopfsteuerung fuhrt dazu, daß der Motor während der Betriebspausen tatsächlich abgestellt wird, im Gegensatz zu den üblichen Anlaßvorrichtungen, bei welchen wegen der zeitraubenden und umständlichen Handhabung der Anlaß Vorrichtung das Abstellen des Motors meist unterlassen wird. Vorteilhaft ist die Druckknopfsteuerung ohne Drehzahlregelung auch bei solchen Arbeitsmaschinen, bei denen es möglich sein muß, von verschiedenen Stellen aus die Werkzeugmaschine schnell und einfach anzulassen oder stillzusetzen. Hierzu würden z.B. Drehbänke gehören, die durch einen Drehstrom-Asynchron-Motor angetrieben werden und die mehrere Supporte haben, von denen aus das Anlassen und Stillsetzen möglich sein soll. Sehr zweckmäßig ist die Schaltung auch bei größeren Werkzeugmaschinen, bei welchen eine elektrische Schnellverstellung der Supporte erwünscht ist. So hat sich diese Ausführung bei größeren Karussel-Drehbänken bewährt, wo die beiden Supporte je einen getrennten Motor mit Druckknopfsteuerungen erhielten. Die Druckknöpfe wurden vereinigt zu einer Druckknopftafel, von denen je eine sowohl auf. jedem Support als auch an einer besonderen Bedienungsstelle vorgesehen sind. (Vergl. Abb. 8, hierbei ist die gleiche Anordnung bei einem größeren Fräswerke zu sehen.)

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Besonders vorteilhaft wird die Druckknopfsteuerung dann, wenn zum Antrieb der Arbeitsmaschine ein regelbarer Motor verwendet wird. Als regelbarer Motor kommt |145| zurzeit fast nur der Gleichstrom-Nebenschlußmotor in Betracht, welcher durch Aenderung des Feldes innerhalb des Drehzahlbereiches von 1 : 2 bis 1 : 5 praktisch verlustlos geregelt werden kann. Bei einem Motor mit der Höchstdrehzahl von 2100 und dem Regelbereich von 1 : 3 würde z.B. die sogenannte Grunddrehzahl 700 betragen. Bis zu dieser Drehzahl wird der Motor in der üblichen Weise durch Ankervorschaltwiderstände angelassen. Innerhalb des Drehzahlbereiches von 700 bis 2100 erfolgt die weitere Drehzahlerhöhung durch Schwächen des Feldes, was durch stufenweises Einschalten von Vorschaltwiderständen in den Erregerstromkreis erfolgt. Wird nicht die höchste Drehzahl gewünscht, sondern eine geringere, so darf die Feldschwächung nur teilweise erfolgen. Der Anlasser wird demnach nicht bis in seine Endstellung gedreht, sondern wird auf einen entsprechenden Zwischenkontakt, welcher der gewünschten Drehzahl entspricht, gestellt.

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Die Zahl der Regelstufen entspricht der Zahl der einstellbaren Geschwindigkeit. Die Abstufung kann ohne weiteres so vorgenommen werden, daß die Drehzahlen der gewünschten geometrischen Drehzahlabstufung von beispielsweise 25 v. H. Spannung entsprechen.

Die Regelung des Motors und somit die Regelung der Drehzahl der Arbeitsmaschine muß, falls die Vorteile der Steuerung ganz zur Geltung kommen sollen, so erfolgen, daß der Arbeiter hierbei seinen Standort nicht zu verlassen braucht. Eine Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß für das Anlassen ein Selbstanlasser, wie bei den bisherigen Schaltungen, verwendet wird, nur mit dem Unterschied, daß für die in Frage kommende Feldschwächung des Motors noch besondere Kontakte vorgesehen werden. Die Regelung, also die Einstellung der Drehzahl selbst erfolgt durch einen besonderen Nebenschlußregler, welcher zu den Feldschwächstufen des selbsttätigen Anlassers parallel geschaltet wird. Durch diesen Anlasser erfolgt dann die Einstellung der Drehzahl innerhalb des durch die Feldschwächung erzielbaren Regelbereichs des Motors. Abb. 5 zeigt schematisch die Schaltung. Das Einschalten und Stillsetzen des Motors erfolgt in gleicher Weise wie bei der Steuerung ohne Drehzahlregelung durch Druckknöpfe, das Einstellen des Nebenschlußreglers von Hand. Hierbei kann der Nebenschlußregler bei kleineren Leistungen unmittelbar am Standort des Arbeiters angebaut werden. Bei größeren Werkzeugmaschinen oder bei solchen, bei denen sich der Standort des Arbeiters ändert, z.B. bei langen Drehbänken, ist ein mechanisches Gestänge zwischen Support und dem Anlasser, der am zweckmäßigsten in der Nähe des Motors angebaut wird, erforderlich. Die Anordnung hat den Vorteil, daß der Arbeiter in der Lage ist, die jeweils gewünschte Drehzahl bereits Vor der Inbetriebsetzung einzustellen. Um dann beim Anlassen auf die gewünschte Drehzahl zu kommen, ist es nur erforderlich, den Einschalt-Druckknopf zu betätigen, worauf der Motor selbständig bis zu der gewünschten Drehzahl anläuft und diese Drehzahl so lange beibehält, bis eine Verstellung des Nebenschlußreglers erfolgt. Diese Verstellung kann ohne weiteres während des Laufes vorgenommen werden. Das Stillsetzen des Antriebes erfolgt in der üblichen Weise durch die Betätigung des Druckknopfes „halt“. Diese Druckknopfsteuerung eignet sich besonders für solche Werkzeugmaschinen, die öfter stillgesetzt werden und bei denen meist nach erfolgtem Anlassen immer mit der einmal eingestellten Drehzahl gearbeitet wird, wobei bei mehreren Arbeitsperioden hintereinander immer dieselbe Drehzahl in Frage kommt. Beispielsweise wäre dies bei Bohrmaschinen der Fall, bei denen eine größere Anzahl Löcher von gleichem Durchmesser in dasselbe Werkstuck gebohrt werden sollen.

Textabbildung Bd. 335, S. 145
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Hierbei ist es dann von wesentlichem Vorteil, daß der Arbeiter nicht bei jedem Anlassen darauf achten muß, daß er den Motor auf die richtige Drehzahl hinaufregelt, sondern daß er nur einen Druckknopf oder Handhebel für das Anlassen zu betätigen braucht, worauf dann der Motor selbständig bis auf die eingestellte Drehzahl anläuft. Bei der beschriebenen Schaltung ist die Umkehrung der Drehrichtung des Motors vom Standort des Arbeiters aus nicht möglich. Wird die Umkehrung der Drehrichtung nicht betriebsmäßig gewünscht, soll sie aber trotzdem vorgenommen werden können, so genügt es, in die Ankerleitung einen zweipoligen Hebelumschalter einzuschalten, der dann von Hand nach Bedarf umgelegt werden kann.. Allerdings wird dann, da der Umschalter zweckmäßig in der Nähe des Motors anzubringen ist, der Arbeiter seinen Standort unter Umständen verlassen müssen.

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Bei solchen Maschinen, bei denen jedoch ein häufiges betriebsmäßiges Umschalten der Drehrichtung in Frage kommt, wird es mit Rücksicht auf eine möglichst hohe Leistungsfähigkeit, der Werkzeugmaschine erwünscht sein, die Umkehrung vorzunehmen, ohne daß der Arbeiter seinen Standort zu verlassen braucht. Bei diesen Antrieben kann die vorerwähnte Anordnung beibehalten werden, nur daß das Umschalten der Ankerleistung durch besondere Umschaltschütze erfolgt. Die Druckknopftafel für die Betätigung erhält dann drei Druckknöpfe, so daß bei Betätigung des einen Druckknopfes (vorwärts) der Motor bis zu der eingestellten Drehzahl in der einen Richtung, beim Drücken des zweiten Druckknopfes (rückwärts) der Motor bis zu der eingestellten Drehzahl in der entgegengesetzten Richtung anläuft. Die Stillsetzung erfolgt dann durch den dritten Druckknopf (halt).

Abb. 6 zeigt einen für diese Ausführung durchgebildeten Anlasser der Siemens-Schuckertwerke mit dahinter angebrachtem Anlaßwiderstand. Der Anlasser kann außer durch den kleinen Motor noch von Hand durch das kleine Handrad (in der Mitte des Anlassers) betätigt werden. Betriebsmäßig ist der Anlasser mit einer Blechabdeckung ähnlich der Ausführung nach Abb. 7 versehen.

Bei manchen Werkzeugmaschinen, vor allem bei langen Drehbänken mit mehreren Supporten, wird es schwierig sein, den Nebenschlußregler in leicht erreichbarer Nähe aufzustellen bzw. seine mechanische Betätigung durchzuführen. Für solche Fälle ist eine Druckknopfsteuerung sehr erwünscht, bei welcher das Anlassen sowie das Einstellen der Geschwindigkeit selbst in leichter Weise von beliebig vielen Stellen aus lediglich durch die Betätigung von Druckknöpfen erreicht werden kann. Die Siemens-Schuckertwerke haben für diese Schaltung einen besonderen Selbstanlasser durchgebildet, der in Abb. 7 wiedergegeben ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Drücken des Druckknopfes „vorwärts schneller“ der Motor bis zu seiner Grunddrehzahl anläuft. Wird der Druckknopf nach Erreichung dieser Drehzahl wieder betätigt, so wird die Drehzahl weiter erhöht, und zwar solange wie die Betätigung dauert. Nach Erreichung der Höchstdrehzahl wird der Anlasser stillgesetzt. Eine weitere Betätigung des Druckknopfes „vorwärts schneller“ ist dann auf den Anlasser ohne Einfluß. Soll die Drehzahl innerhalb des Regelbereichs erniedrigt werden, so wird dies durch das Drücken des Druckknopfes „langsamer“ erreicht. Durch die entsprechende Betätigung dieser beiden Druckknöpfe kann demnach die Drehzahl innerhalb des Regelbereiches des Motors beliebig eingestellt werden. Eine Stillsetzung des Antriebes erfolgt in der üblichen Weise durch die Betätigung des Druckknopfes „halt“. Im Falle der Motor auch durch Druckknöpfe umgesteuert werden soll, erhält die Druckknopftafel noch einen Druckknopf „rückwärts schneller“. Durch Betätigung dieses Druckknopfes wird der Motor in analoger Weise wie bei der Betätigung des Druckknopfes „vorwärts schneller“ in entgegengesetzter Richtung bis zur Grunddrehzahl angelassen und innerhalb des Regelbereiches des Motors geregelt. Die Verringerung der Drehzahl erfolgt in gleicher Weise durch Betätigung des Druckknopfes „langsamer“. Bei dieser Schaltung erhält die Druckknopftafel demnach vier Druckknöpfe, nämlich „vorwärts schneller“, „rückwärts schneller“, „langsamer“ und „halt“.

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Bei manchen Werkzeugmaschinen ist es erwünscht, beim Einrichten eine besonders niedrige Drehzahl einstellen zu können bzw. nur ganz kurze Bewegung auszuführen. Die von den Siemens-Schuckertwerken durchgebildeten Steuerungen ermöglichen dies, sobald noch ein besonderer Druckknopf (einrichten) vorgesehen wird.

Bei fast allen Werkzeugmaschinen ist es erwünscht, das Stillsetzen so schnell wie möglich vorzunehmen. Wird der Motor bei seiner höchsten Drehzahl lediglich abgeschaltet, so wird die Werkzeugmaschine infolge ihrer Massenenergie noch mehr oder weniger lange laufen, ehe sie zum Stillstand gelangt. Bei den von den Siemens-Schuckertwerken durchgebildeten Steuerungen wird daher für das Stillsetzen, sofern ein Gleichstrommotor vorhanden ist, eine Ankerbremsung vorgesehen. Zu dem Zwecke wird der Motor, sobald er vom Netz abgeschaltet ist, unmittelbar über einen Widerstand kurzgeschlossen und dadurch ein außerordentlich rasches Stillsetzen und Abbremsen der Werkzeugmaschine erreicht. Bei Antrieben mit asynchronem Drehstrommotor kann das rasche Stillsetzen durch das Einfallen einer Gewichtsbremse erreicht |147| werden, die während des Betriebes durch einen besonderen Bremsmagnet gelüftet wird.

Die Druckknopfsteuerung ist auch außerordentlich vorteilhaft bei denjenigen Werkzeugmaschinen, bei denen mehrere Motoren vorhanden sind, deren Ein- und Ausschalten in eine gewisse Abhängigkeit voneinander gebracht werden soll. Beispielsweise ist diese Abhängigkeit erwünscht bei Fräsmaschinen, bei denen der Antrieb des Vorschubes durch je einen Motor erfolgt. Hierbei darf der Vorschubmotor nur dann eingeschaltet werden, wenn der Fräser arbeitet, also der betreffende Antriebsmotor läuft. Eine entsprechende Ausführung ist von der Firma Schieß zusammen mit den Siemens-Schuckertwerken bei einem großen Fräswerk durchgebildet worden1). Abb. 8 zeigt eine Ansicht der Fräsmaschine. Der Antrieb erfolgt insgesamt durch sieben Motoren. Hiervon dienen drei Motoren von etwa je 20 PS für die drei Fräserspindeln, ferner drei von etwa 3½ PS für die Antriebe der Vorschübe dieser Spindeln und ferner ein Motor von etwa 20 PS für den Vorschub des Tisches. Aus der Zeichnung ist die Anordnung der Druckknopftafel ersichtlich, und zwar wird durch die Betätigung der Druckknöpfe auf der Tafel D. A. a. der Spindelmotor und der Vorschubmotor des linken Fräsers, durch diejenige der Tafel D. B. b. der Spindel und Vorschubmotor des rechten Fräsers gesteuert. Die Druckknopftafeln sind, wie die Abbildung zeigt, sowohl auf dem beweglichen Fräsersupport als auch an jedem Ende des Querbalkens vorgesehen. Für die dritte Fräserspindel, und zwar wieder für den Spindelmotor und für den Vorschubmotor dient die Druckknopftafel D. C. c.

Zum Schluß wäre noch bezüglich der Verbindungsleitungen zu sagen, daß bei der Druckknopfsteuerung, da es sich nur um schwache Ströme handelt, die Leitungen zu der Druckknopftafel selbst nur einen sehr geringen Querschnitt haben. Es ist daher die Verwendung von mehradrigen flexiblen Leitungen ohne weiteres möglich. Bei größeren Verschiebelängen der Druckknopftafeln ist es zweckmäßig, Schleifleitungen anzuordnen, auf deren Anbau zweckmäßigerweise bereits bei der Ausführung der Werkzeugmaschinen Rücksicht zu nehmen ist. Bei bereits vorhandenen Werkzeugmaschinen, bei denen nachträglich der Einbau einer Druckknopfsteuerung vorgesehen werden soll, können die Schleifleitungen auch in einem entsprechenden Kanal im Fußboden längs der Werkzeugmaschine verlegt werden.

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Ein neuzeitiges großes Fräswerk und seine elektrische Einrichtung. Von Obering. Weil. Z. d. V. d. I. 1919, S. 1141 ff.

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