DE10347360B4

DE10347360B4 - Führung mit Messeinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Führung

Info

Publication number: DE10347360B4
Application number: DE10347360.2A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Roland (FH) Greubel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-10-11
Filing date: 2003-10-11
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2023-10-12
Also published as: DE10347360A1; US7096595B2; US20050076526A1; JP2005121215A; JP4630612B2

Abstract

Führung (10) mit Messeinrichtung, umfassend eine Führungsbasis (12) mit einer Längsachse (A), einen auf der Führungsbasis (12) in Richtung der Längsachse (A) geführten Läufer (14), eine die Position des Läufers (14) in Richtung der Längsachse (A) der Führungsbasis (12) oder eine den Zustand der Führungsbasis (12) messende Messeinrichtung (20) mit einem an dem Läufer (14) angeordneten und mit einer Auswerteschaltung verbundenen Messkopf (22) zur Abtastung der Führungsbasis (12), wobei zwischen dem Messkopf (22) und dem Läufer (14) eine Adapterplatte (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsschrauben (18) einer Endplatte des Läufers einen Schraubenkopf mit Innengewinde aufweisen, in welches eine zugeordnete Befestigungsschraube (32) der Adapterplatte (30) eingeschraubt ist, wobei die Befestigungsschrauben (18) mit einem Zentrierkopf ausgeführt sind, der im eingeschraubten Zustand axial über die Endplatte vorsteht, um mit einer entsprechenden Zentrierausnehmung in der Adapterplatte (30) zusammenzuwirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Führung mit Messeinrichtung, umfassend eine Führungsbasis mit einer Längsachse, einen auf der Führungsbasis in Richtung der Längsachse geführten Läufer, eine die Position des Läufers in Richtung der Längsachse der Führungsbasis messende Positionsmesseinrichtung mit einer an der Führungsbasis angeordneten und sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Maßverkörperung und einem an dem Läufer angeordneten und mit einer Auswerteschaltung verbundenen Messkopf zur Abtastung der Maßverkörperung.
Eine derartige Linearführung mit Messeinrichtung ist zum Beispiel aus dem Prospekt RD 82 350/2000-07 „STAR- Kugel- und Rollenschienenführungen mit integriertem Messsystem“ der Firma Rexroth Star GmbH bekannt (2).
Die bekannte Linearführung mit integriertem Messsystem 10 besteht aus einer Führungsschiene 12 mit einer Längsachse A, auf der ein Läufer 14 über nicht dargestellte Wälzkörper längsbeweglich abgestützt ist.
Das Messsystem 20 wird von einer separaten Abtasteinheit (Messkopf) 22 und einer in die Führungsschiene integrierten Maßverkörperung 24 gebildet. Der direkt am Läufer angebaute Messkopf beinhaltet die Sensorik und die Elektronik für die Signalkonditionierung. Die Maßverkörperung, eine Stahlteilung mit hochpräziser Struktur, ist in einer Nut der Führungsschiene angeordnet und wird durch ein nichtrostendes, dicht verschweißtes Edelstahlband geschützt.
Die bekannte Linearführung mit integriertem Messsystem hat den Nachteil, dass durch die direkte Anbringung des Messkopfs am Läufer auf Grund von Toleranzen Winkelabweichungen auftreten können, die das Messergebnis negativ beeinflussen. Außerdem muss bei dem bekannten System ein hoher Aufwand für die Einstellung des im Messkopf angeordneten Sensors betrieben werden.
Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Führung mit Messeinrichtung, umfassend eine Führungsbasis mit einer Längsachse, einen auf der Führungsbasis in Richtung der Längsachse geführten Läufer, eine den Zustand der Führungsbasis messende Messeinrichtung mit einem an dem Läufer angeordneten und mit einer Auswerteschaltung verbundenen Messkopf.
Die US 5 842 283 A zeigt eine Führung mit Messeinrichtung, wobei zwischen dem Messkopf und dem Läufer eine Adapterplatte angeordnet ist.
WO 85/05 544 A1 zeigt einen Maßstab mit einem zugeordneten Messkopf.
DE 25 26 261 A1 zeigt eine Feststellvorrichtung für druckmittelbetätigte Kolbenzylinder. Dort sind Befestigungsschauben über eine zugeordnete Mutter mit einem Zuganker verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Führung mit Messeinrichtung bereitzustellen, die eine einfache und positionsgerechte Montage des Messkopfs ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen dem Messkopf und dem Läufer eine Adapterplatte angeordnet ist, Befestigungsschrauben einer Endplatte des Läufers einen Schraubenkopf mit Innengewinde aufweisen, in welches eine zugeordnete Befestigungsschraube der Adapterplatte eingeschraubt ist, wobei die Befestigungsschrauben mit einem Zentrierkopf ausgeführt sind, der im eingeschraubten Zustand axial über die Endplatte vorsteht, um mit einer entsprechenden Zentrierausnehmung in der Adapterplatte zusammenzuwirken.
Durch die Adapterplatte wird eine positionsgerechte Lage des Messkopfs sichergestellt, die auch dann noch einen vorbestimmten Abstand des Sensors zur Führungsbasis gewährleistet, wenn der Messkopf ausgetauscht wurde. Außerdem wird die Möglichkeit geschaffen, Läufer und Messkopf getrennt zu lagern, um sie im Bedarfsfall ohne aufwändige Justiervorgänge positionsgerecht zusammenbauen zu können.
Die erfindungsgemäße Führung besteht aus einer Führungsbasis und einem auf der Führungsbasis in Richtung ihrer Längsachse längsverschieblich abgestützten Läufer. Bei der Führung kann es sich um eine Linear- oder Kurvenführung in der Art einer Gleit-, Wälz-, Fluid- oder Magnetführung handeln.
Die Führungsbasis kann geradlinig oder gekrümmt in Form einer Welle, einer Keilwelle oder einer Profilschiene ausgebildet sein. An der Führungsbasis kann eine Maßverkörperung angebracht sein. Vorzugsweise ist die Maßverkörperung in einer Nut der Führungsbasis angeordnet und durch ein Abdeckband vor äußeren Einflüssen geschützt. Es ist aber auch denkbar, die Maßverkörperung außen auf die Führungsbasis aufzubringen.
Je nach Art der Führung kann der Läufer als ein Gleitblock, ein Schlitten oder ein Führungswagen ausgebildet sein. An einer Stirnseite des Läufers, die im Wesentlichen orthogonal zur Längsachse der Führungsbasis verläuft, ist eine Adapterplatte angebracht. An der Adapterplatte ist der Messkopf befestigt.
Der Messkopf ist als ein separates Gehäuse, in dem mindestens ein Sensor aufgenommen ist, ausgebildet. Der Sensor kann ein Wegsensor sein. Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem Sensor um einen Sensor zur Erkennung des Zustands der Führungsbasis, insbesondere zur Erkennung des Vorhandenseins eines Schmiermittels auf der Führungsbasis.
An dem Gehäuse anbringbare Dichtungen und Deckel verschließen das Gehäuse dicht und lassen so den Messkopf zu einer vor äußeren Einflüssen wie Schmutz oder Kühlschmierflüssigkeit geschützten Einheit werden.
Die Adapterplatte weist Positionierungsmittel auf, die mit Positionierungsgegenmitteln am Gehäuse korrespondieren. Dabei können die Positionierungsmittel an der Adapterplatte als Bohrungen und die Positionierungsgegenmittel am Gehäuse als Stifte ausgebildet sein. Es ist auch möglich, die Positionierungsmittel an der Adapterplatte und am Gehäuse als Bohrungen auszubilden, in denen dann separate Stifte aufgenommen sind.
Die Positionierungsmittel an der Adapterplatte können auch als Langlöcher ausgebildet sein. Dadurch ist ein nachträgliches Justieren des Gehäuses in einer orthogonal zur Längsachse der Führungsbasis verlaufenden Ebene möglich.
Adapterplatte und Gehäuse können miteinander verschraubt sein. Dazu sind in beiden Bauteilen entsprechende Befestigungsausnehmungen vorgesehen, in denen Befestigungsmittel und Befestigungsgegenmittel aufgenommen werden können.
Von Vorteil kann es sein, wenn die Positionierungs- und Befestigungsmittel in einem der Bauteile, Adapterplatte oder Gehäuse, bereits angebracht beziehungsweise vorhanden sind, so dass Lagerhaltung und Montage erleichtert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Führung mit Messeinrichtung umfasst die folgenden Schritte:

- Befestigen der Adapterplatte am Läufer, wobei Befestigungsschrauben einer Endplatte des Läufers einen Schraubenkopf mit Innengewinde aufweisen, in welches eine zugeordnete Befestigungsschraube der Adapterplatte eingeschraubt ist, wobei die Befestigungsschrauben mit einem Zentrierkopf ausgeführt sind, der im eingeschraubten Zustand axial über die Endplatte vorsteht, um mit einer entsprechenden Zentrierausnehmung in der Adapterplatte zusammenzuwirken und Aufschieben des Läufers auf die Führungsbasis oder auf eine Hilfsvorrichtung oder umgekehrt
- Planbearbeitung der orthogonal zur Längsachse der Führungsbasis verlaufenden, dem Läufer abgewandten Fläche der Adapterplatte
- Einbringen von Positionierungsmitteln in die planbearbeitete Fläche der Adapterplatte- Befestigen des Messkopfs an der Adapterplatte

Gemäß diesem Verfahren befindet sich der Läufer auf der Führungsbasis oder auf einer Hilfsvorrichtung. Dabei kann die Adapterplatte vor oder nach dem Aufschieben des Läufers auf die Führungsbasis beziehungsweise Hilfsvorrichtung mittels Schrauben am Läufer befestigt werden.
Wenn sich der Läufer auf der Führungsbasis beziehungsweise Hilfsvorrichtung und die Adapterplatte am Läufer befinden, erfolgt eine Planbearbeitung der orthogonal zur Längsachse der Führungsbasis verlaufenden, dem Läufer abgewandten Fläche der Adapterplatte. Bei dieser Planbearbeitung kann es sich um ein Planfräsen handeln.
Im Anschluss an die Planbearbeitung werden in die planbearbeitete Fläche der Adapterplatte Positionierungsmittel eingebracht. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um Bohrungen oder Langlöcher.
Weiterhin ist das Gehäuse mit Positionierungsgegenmitteln ausgestattet ist, die einstückig mit dem Gehäuse verbunden oder als in das Gehäuse eingebrachte Stifte ausgebildet sein können, so dass das Gehäuse direkt auf die Adapterplatte aufgesteckt werden kann.
Im Falle der Ausbildung der Positionierungsmittel der Adapterplatte in Form von Langlöchern ist ein zusätzliches Justieren des Messkopfs möglich, und zwar in einer Ebene, die orthogonal zur Längsachse der Führungsbasis verläuft. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein Referenzteil, zum Beispiel eine Kugel oder ein Stift, in ein Langloch der Adapterplatte eingebracht. Anschließend erfolgt das Aufstecken des Gehäuses. Mit einem vorzugsweise orthogonal zur Längsachse der Führungsbasis einschraubbaren Befestigungsmittel wird ein Positionierungsgegenmittel des Gehäuses an das Referenzteil gedrückt. In diesem Zustand erfolgt ein Ausmessen der Position des Messkopfs bezüglich der Führungsbasis. Macht sich eine Korrektur dieser Position notwendig, wird das Referenzteil durch ein Teil mit den benötigten Abmaßen ausgetauscht.
Als letzter Schritt erfolgt die Befestigung von Messkopf und Adapterplatte mithilfe der dafür vorgesehenen Befestigungsmittel und -gegenmittel.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand von 1 im Folgenden näher erläutert werden.
Bei der in 1 dargestellten Linearführung 10 handelt es sich um eine Kugel-Schienenführung mit einer Führungsschiene 12 und einem Führungswagen 14, an dem ein Messkopf 22 befestigt ist.
Die Führungsschiene 12 weist eine Längsachse A auf. An den beiden sich in Längsrichtung erstreckenden Schienenseitenflächen sind Laufbahnen 16 für nicht dargestellte Kugeln eingearbeitet. Zwischen den Kugellaufbahnen 16 befindet sich über die gesamte axiale Länge der Schiene 12 eine in der Schienenseitenfläche angeordnete Maßverkörperung 24, die durch ein Abdeckband dicht verschweißt ist.
Der Führungswagen 14 besteht aus einem etwa U-förmigen Hauptkörper und zwei an seinen Stirnseiten mittels Schrauben 18 befestigten Endplatten. In den Hauptkörper sind tragende Laufbahnen für die Kugeln eingearbeitet, die mit den schienenseitigen Laufbahnen 16 korrespondieren. Im Hauptkörper sind als Bohrungen ausgebildete Kugelrücklaufbahnen angeordnet, die zusammen mit den Traglaufbahnen und den in den Endplatten befindlichen Umlenkbahnen in sich geschlossene Kugelumläufe bilden.
An einer Endplatte des Wagens 14 ist eine Adapterplatte 30 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Befestigungsschrauben 18 der Endplatte einen Schraubenkopf mit Innengewinde auf, in welches die Befestigungsschrauben 32 der Adapterplatte 30 eingeschraubt werden können. Um eine Zentrierung der Adapterplatte 30 zu erreichen, sind die Befestigungsschrauben 18 mit einem Zentrierkopf ausgeführt, der im eingeschraubten Zustand axial über die Endplatte vorsteht, um mit einer entsprechenden Zentrierausnehmung in der Adapterplatte 30 zusammenzuwirken.
Außerdem sind in der Adapterplatte 30 Aufnahmebohrungen 34, Querbohrungen 36 und Positionierungsbohrungen 38 eingearbeitet.
Während die Bohrungen 34 und 36 zur Aufnahme von Befestigungsmitteln wie Anker 42 beziehungsweise Gewindestifte 44 vorgesehen sind, dienen die Positionierungsbohrungen 38 zur Aufnahme von Positionierungsgegenmitteln wie Stifte 40.
Die Positionierungsbohrungen 38 können auch als Langlöcher 38' ausgeführt sein, was in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist.
Der Messkopf 22 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 26, in dem die Sensorik und Elektronik untergebracht sind. Diverse Dichtungen und Deckel verschließen das Gehäuse 26 zu einer dichten, vor äußeren Einflüssen geschützten Einheit.
Am Gehäuse 26 sind Bohrungen für die Stifte 40 und die Anker 42 angeordnet.
Im Folgenden soll auf das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Linearführung mit Messeinrichtung eingegangen werden.
Sowohl die Linearführung mit Führungsschiene 12 und Führungswagen 14 als auch der Messkopf 22 sind komplett vorgefertigte Bauteile, wie sie zum Beispiel am Lager liegen. Dabei ist es von Vorteil, dass am Messkopf 22 die Stifte 40 und die Anker 42 bereits angebracht sind.
Die Adapterplatte 30, die aus einer Aluminiumlegierung bestehen kann, weist bis auf die Positionierungsbohrungen 38 alle zur Befestigung an der Endplatte und zur Aufnahme des Messkopfs 22 notwendigen Bohrungen auf. Auch bei der Adapterplatte 30 handelt es sich um ein vorgefertigtes Bauteil, das am Lager liegen kann.
Der Führungswagen 14 wird auf die Führungsschiene 12 aufgeschoben. Vor oder nach dem Aufschieben des Wagens 14 wird die Adapterplatte 30 mithilfe der Schrauben 32 am Wagen 14 befestigt.
An der so montierten Linearführung erfolgt ein Planfräsen der Adapterplatte 30, so dass die planbearbeitete Fläche eine Ebene bildet, die genau orthogonal zur Längsachse A der Führungsschiene 12 verläuft.
Danach wird der komplette Messkopf 22 an der Adapterplatte 30 befestigt, indem die Stifte 40 und die Anker 42 in die dafür vorgesehenen Positionierungsbohrungen 38 beziehungsweise Aufnahmebohrungen 34 eingesetzt werden. Durch Eindrehen der Gewindestifte 44 in die Querbohrungen 36 erfolgt schließlich eine positionsgerechte Befestigung des Messkopfs 22 an der Adapterplatte 30.
Für den Fall, dass eine nachträgliche Justierung des Messkopfs 22 in einer orthogonal zur Längsachse A der Führungsschiene 12 verlaufenden Ebene gewünscht ist, sind in der Adapterplatte 30 anstelle der Positionierungsbohrungen 38 Langlöcher 38' angeordnet, in denen die am Messkopf angebrachten Stifte 40 mithilfe eines nicht dargestellten Stellmittels verschoben werden können. Dazu wird in einem ersten Schritt eine in ihrer Größe bekannte Referenzkugel in ein Langloch 38' eingelegt, an die ein Stift 40 angedrückt wird. Nach dem Bestimmen der Position des Messkopfs 22 hinsichtlich der Führungsschiene 12 wird der Messkopf 22 mit der Adapterplatte 30 verschraubt. Sollte die gewünschte Position des Messkopfs 22 nicht erreicht worden sein, erfolgt ein Austausch der Referenzkugel.

Claims

Führung (10) mit Messeinrichtung, umfassend eine Führungsbasis (12) mit einer Längsachse (A), einen auf der Führungsbasis (12) in Richtung der Längsachse (A) geführten Läufer (14), eine die Position des Läufers (14) in Richtung der Längsachse (A) der Führungsbasis (12) oder eine den Zustand der Führungsbasis (12) messende Messeinrichtung (20) mit einem an dem Läufer (14) angeordneten und mit einer Auswerteschaltung verbundenen Messkopf (22) zur Abtastung der Führungsbasis (12), wobei zwischen dem Messkopf (22) und dem Läufer (14) eine Adapterplatte (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsschrauben (18) einer Endplatte des Läufers einen Schraubenkopf mit Innengewinde aufweisen, in welches eine zugeordnete Befestigungsschraube (32) der Adapterplatte (30) eingeschraubt ist, wobei die Befestigungsschrauben (18) mit einem Zentrierkopf ausgeführt sind, der im eingeschraubten Zustand axial über die Endplatte vorsteht, um mit einer entsprechenden Zentrierausnehmung in der Adapterplatte (30) zusammenzuwirken.
Führung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatte (30) an einer zur Längsachse (A) der Führungsbasis (12) orthogonal verlaufenden Seite des Läufers (14) angeordnet ist und eine Fläche aufweist, die eine Ebene bildet, welche genau orthogonal zur Längsachse (A) verläuft.
Führung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatte (30) mit dem Läufer (14) verschraubt ist.
Führung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (22) als ein separates Gehäuse (26) mit mindestens einem Sensor ausgebildet ist, das mit der Adapterplatte (30) lösbar verbunden ist.
Führung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (22) in einer orthogonal zur Längsachse (A) verlaufenden Ebene an der Adapterplatte (30) justierbar angeordnet ist.
Führung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatte (30) Positionierungsmittel aufweist, die mit Positionierungsgegenmitteln des Gehäuses (26) in Eingriff bringbar sind.
Führung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsmittel an der Adapterplatte (30) als Bohrungen (38) oder Langlöcher (38') und die Positionierungsgegenmittel des Gehäuses (26) als Stifte (40) ausgebildet sind.
Führung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatte (30) und das Gehäuse (26) Befestigungsbohrungen (34, 36) aufweisen, in denen zum gegenseitigen Verbinden von Adapterplatte (30) und Gehäuse (26) Befestigungsmittel (42, 44) einsteckbar bzw. einschraubbar sind.
Verfahren zur Herstellung einer Führung (10) mit Messeinrichtung mit einer Führungsbasis (12) mit einer Längsachse (A), mit einem auf der Führungsbasis (12) in Richtung der Längsachse (A) geführten Läufer (14), mit einer die Position des Läufers (14) in Richtung der Längsachse (A) der Führungsbasis (12) oder einer den Zustand der Führungsbasis (12) messenden Messeinrichtung (20) mit einem an dem Läufer (14) angeordneten und mit einer Auswerteschaltung verbundenen Messkopf (22) zur Abtastung der Führungsbasis (12), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Befestigen der Adapterplatte (30) am Läufer (14), wobei die Befestigungsschrauben (18) einer Endplatte des Läufers einen Schraubenkopf mit Innengewinde aufweisen, in welches eine zugeordnete Befestigungsschraube (32) der Adapterplatte (30) eingeschraubt ist, wobei die Befestigungsschrauben (18) mit einem Zentrierkopf ausgeführt sind, der im eingeschraubten Zustand axial über die Endplatte vorsteht, um mit einer entsprechenden Zentrierausnehmung in der Adapterplatte (30) zusammenzuwirken und Aufschieben des Läufers (14) auf die Führungsbasis (12) oder auf eine Hilfsvorrichtung oder umgekehrt - Planbearbeitung der orthogonal zur Längsachse der Führungsbasis (A) verlaufenden, dem Läufer (14) abgewandten Fläche der Adapterplatte (30) - Einbringen von Positionierungsmitteln (38, 38') in die planbearbeitete Fläche der Adapterplatte (30) - Befestigen des Messkopfs (22) an der Adapterplatte (30)
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Adapterplatte (30) mittels Befestigungsschrauben (32), die in die Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben (18) für die Endplatte eingedreht werden, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Planbearbeitung der Adapterplatte (30) ein Planfräsen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen des Messkopfs (22) an der Adapterplatte (30) in der Weise erfolgt, dass die am Messkopf (22) angeordneten Positionierungsgegenmittel (40) in Positionierungsmittel (38, 38') eingebracht werden, um durch anschließendes Einbringen der Befestigungsmittel (42, 44) in die Befestigungsbohrungen (34, 36) den Messkopf (22) positionsgerecht zu sichern.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (44) parallel zu einer orthogonal zur Längsachse (A) verlaufenden Ebene in die Adapterplatte (30) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Positionierungsmitteln (38') angeordneten, mit dem Messkopf (22) verbundenen Positionierungsgegenmittel (40) vor einer endgültigen Festlegung des Messkopfs (22) an der Adapterplatte (30) mithilfe eines Stellmittels in einer orthogonal zur Längsachse (A) der Führungsbasis (12) verlaufenden Ebene verlagert werden können.