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Stempelautomat

Funktionsprinzip eines Zangenvorschubes

An der folgenden Schaltung nehmen fünf Relais teil. Sie besteht grundsätzlich aus drei Selbsthaltungen, die nacheinander ein- und abgeschaltet werden. Als Anwendungsbeispiel wählen wir einen Stempelautomaten. Das vereinfachte Model verdeutlicht das Funktionsprinzip eines Zangenvorschubes.

Anordnung-Schema

Ein Endlosband soll in gleichen Abständen mit einem Stempel versehen werden. Der Zangenvorschub schiebt das Band um eine voreingestellte Länge vor. Anschließend wird auf dem Material ein Stempel aufgedrückt. Der Zangenvorschub verfügt über zwei Zangen, die das Endlosband festhalten. Eine der Zangen, Haltezange, befindet sich auf einem beweglichen Transportwagen, der zwischen zwei festgelegten Punkten hin und her pendelt. Die zweite Zange, Klemmung, wird direkt vor der Stempeleinrichtung positioniert und sorgt dafür, dass Material beim Stempeln nicht bewegt wird. Mit zwei Näherungssensoren, die die äußeren Positionen für den Zangenvorschub markieren, wird die Vorschublänge festgelegt.

Der Arbeitsablauf ist überschaubar. Der Transportwagen des Zangenvorschubes zieht das Endlosband von links nach rechts. Während der Bewegung wird das Material mit der Haltezange festgehalten. Angekommen an der Stempelvorrichtung wird die Klemmung aktiviert und hält das Material. Es erfolgt eine Stempelung. Anschließend fährt der Wagen bei geöffneter Haltezange und geschlossener Klemmung zurück zur Ausgangsposition.

Zeitrelais

Elektromagnet 24VDC

Die Schaltung

Die Schaltung funktioniert wie folgt:
Der Transportwagen steht in der Startposition links. Der Sensor B1 ist belegt. Der automatische Ablauf wird mit dem Schalter S0 initiiert. Die Schaltung wird mit Spannung versorgt, die Relais K1 und K2 ziehen an. Über den Schließer-Kontakt K2(11-14) gehen K1 und K2 in Selbsthaltung. Dh. auch wenn der Sensor B1 verlassen wird, bleiben beide Relais angezogen. Die Kontakte K2(31-34) und K2(41-44) sind jetzt geschlossen. Der Gleichstrommotor wird mit Spannung versorgt und der Transportwagen bewegt sich Richtung Stempelvorrichtung. Über den Kontakt K2(21-24) wurde gleichzeitig die Haltezange geschlossen. Sie bleibt während der gesamten Bewegung geschlossen. Der Zustand wird in der Schaltung mit der Leuchtdiode LED1 angezeigt.

Schaltplan

Leistungsplan

Sobald der Sensor B2 angefahren wird, ziehen die Relais K3 und K4 an und gehen über den Kontakt K4(11-14) ebenfalls in Selbsthaltung. Die Klemmung wird über den Kontakt K4(21-24) aktiviert. Dies wird mi der Leuchtdiode LED3 angezeigt. Der Kontakt K3(11-12) öffnet und löst die Selbsthaltung von K1 und K2 auf. Der Wagen bleibt stehen, die Haltezange öffnet. LED1 geht aus, LED2 geht an. Da das Relais K5 noch inaktiv ist und der Öffner-Kontakt K5(21-22) geschlossen, wird der für das Stempeln zuständige Elektromagnet Y1 angezogen. In dem Moment beginnt auch das Zeitrelais KT zu laufen. Das Zeitrelais markiert die Zeit, die notwendig ist, um komplette Stempelung auszuführen.

Nach Ablauf der eingestellten Zeit schließt der Kontakt des Zeitrelais KT(11-14) und das Relais K5 zieht an. Der Elektromagnet, da Kontakt K5(21-22) öffnet, wird abgeschaltet. Der Stempelvorgang ist abgeschlossen. Die Kontakte K5(31-34) und K5(41-44) schließen, der Wagen bewegt sich Richtung Ausgangsposition. Während der Bewegung bleibt die Klemmung geschlossen und Haltezange geöffnet. Am Sensor B1 wiederholt sich der Vorgang.

In der Schaltung werden zwei Spannungsregler eingesetzt. Mit A1 wird Spannung für das Zeitrelais auf 12 VDC runtergeregelt. Mit A2 wird die Motor-Geschwindigkeit eingestellt.

Erweiterung

Um den Bereich der Grundschaltungen nicht zu verlassen, stellt die Stempel-Schaltung nur das Prinzip der Funktionalität einer solchen Einrichtung dar. Für die praktische Anwendung ist sie in der Form nicht geeignet. Es müssten zahlreiche Erweiterungen in die Schaltung eingepflegt werden. Die Bewegung des Wagens von links nach rechts darf z.B. erst dann beginnen, wenn sichergestellt wurde, dass die Haltezange das Band auch festhält. Hier müsste man ein Zeitrelais in die Schaltung integrieren, um der Zange beim Schließen genügend Zeit zu geben. Andere Alternative wäre ein Sensor, der die richtige Lage der Zange abfragt. Ähnliche Situation entsteht am Sensor B2. Die Haltezange kann erst dann geöffnet werden, wenn die Klemmung das Material bereits festhält. Erst dann kann auch der Stempelungsvorgang beginnen.

Es empfiehlt sich, die Relais K2 und K5, die für Motoreinspeisung zuständig sind, gegenseitig zu verriegeln, damit bei einer Fehlfunktion zu keinem Kurzschluss kommen kann. Alle Relais bzw. Schütze sollen mit Freilaufdioden oder anderen Entstörungsgliedern versehen werden.

Um den Ablauf zu optimieren wäre es durchaus sinnvoll, dafür zu sorgen, dass der Rücklauf des Wagens bereits während der Stempelung einsetzt.

Testschaltung

Testschaltung

Relais oder Mikrocontroller

Bei Steuerungen, die mehrere Einzelfunktionen ausführen müssen, stellt sich unweigerlich die Frage, ob eine Lösung mit Schützen und Relais sinnvoll ist. Mit einer programmierbaren Steuereinheit kann man sicher viele Aufgaben leichter und eleganter lösen. Man könnte nahezu sagen, eine auf Relais und Schützen basierende Steuerung ist nicht mehr zeitgerecht. Bei der Überlegung, wie eine Steuerung am besten zu realisieren ist, ist es durchaus sinnvoll, auch den Zeitfaktor mit zu berücksichtigen. Fällt nach mehreren Jahren eine Steuerung mit einer programmierbaren Zentraleinheit aus, kann es bei Instandsetzung zu unüberwindbaren Problemen kommen. Ist das alte Programm noch vorhanden? Verfügt man noch über notwendige Programmierungs- und Übertragungssoftware? Sind die alten Programme mit dem aktuellen System (Windows Version) noch kompatibel? Ist die Nachfolger Zentraleinheit, falls überhaupt erhältlich mit der alten Software kompatibel? Sind passende Schnittstellen noch vorhanden? Nicht selten lautet die Antwort „Nein“ und Neuentwicklung oder Neukauf rücken in den Vordergrund.
Eine „Klick-Klack“-Steuerung erfordert dagegen lediglich den Austausch eines Schützes oder Relais. Fertig.
Bei einer Anhäufung an Funktionen ist zwar eine programmierbare Steuereinheit stets eine gute Lösung, die Relais-Alternative soll man vorzugsweise nicht ganz aus den Augen verlieren.

Kurzvideo

Kurzvideo zur Schaltung

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