DE19852182C1 - Seilzug-Wegaufnehmer - Google Patents

Abstract

Für einen Seilzug-Wegaufnehmer wird ein Aufbau beschrieben, bei welchem die Verschiebung eines Zugseils über eine Seiltrommel und eine von dieser angetriebene Gewindespindel in eine axiale Verschiebung der Spindel umgesetzt und die Spindelverschiebung auf eine Sensoreinrichtung übertragen wird. Die Sensoreinrichtung ist bevorzugterweise eine Balkenfederanordnung mit einer Dehnungsmeßstreifen-Meßanordnung, vorzugsweise als Biegevollbrücken-Meßanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Seilzug-Wegaufnehmer mit einem von einer Seil­ trommel abrollbaren Seilzug.

Aus der DE 42 17 607 C2 und der EP 0 778 239 A1 sind Seilzug-Wegauf­ nahmevorrichtungen bekannt, bei welchen die Positionsdaten zur Wegmes­ sung von einem winkelstarr mit der Seiltrommelachse gekoppelten Drehwin­ kelmeßgeber entnehmbar sind. Ein weiterer Seilzug-Wegaufnehmer ist bei­ spielsweise der DE 92 17 313 U1 bekannt. Die DE 33 44 072 C2 beschreibt ein Längenmeßgerät mit einer Spindel.

Die DE 94 11 526 U1 offenbart ein hydraulisches Servosystem, bei welchem innerhalb eines Regelkreises ein Servofehler über ein Zugband und eine He­ belanordnung in eine Linearbewegung einer Spindel eines Servoventils und darüber in die Aktivierung einer hydraulischen Antriebseinheit umgesetzt wird. Die Spindelverschiebung kann über die Bewegung eines Betätigungs­ hebels erfaßt und zur Erzeugung eines elektrischen Kompensationssignals herangezogen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Seilzug- Wegaufnehmer anzugeben, der bei einfachem und unempfindlichem Aufbau eine präzise Wegmessung, insbesondere mit elektrischer Auswertbarkeit ermöglicht.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche ent­ halten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist die Umsetzung der Seilzugver­ schiebung über die Drehbewegung der Seiltrommel in eine axiale Verschie­ bung der Spindel und die Übertragung dieser axialen Verschiebung auf eine Sensoreinrichtung, insbesondere eine elektrische Wegmeßeinrichtung mit einem oder mehreren Sensorelementen, welche elektrisch abfragbar sind. Ein großer Meßbereich des Seilzugs wird dabei mit hoher Präzision in eine kurze Verschiebungsstrecke der Gewindespindel übertragen.

Zur Messung kurzer Wegstrecken sind hochpräzise elektrisch auswertbare Wegmeßeinrichtungen an sich bekannt, welche sich insbesondere auch durch kleine Bauformen auszeichnen. Beispielsweise sind induktive oder kapazitive Wegaufnehmer oder Wegmeßeinrichtungen mit Auswertung der Laufstrecke von Wellen bekannt und geeignet. Eine Sensoreinrichtung kann beispielsweise als induktive Sensoreinrichtung eine Spulenanordnung und einen relativ zu dieser verschiebbaren Tauchanker enthalten, wobei vorteilhafterweise der Tauchanker mit der Spindel axial verschoben wird oder bereits an die Spindel angeformt ist und je nach axialer Spindelposition unterschiedlich tief in eine Sensorspulenanordnung eintaucht.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die axiale Ver­ schiebung der Gewindespindel in eine Verformung einer Blattfeder übertragen, welche in einem Verformungsbereich eine Dehnungsmeßstreifenanordnung enthält. Die Blattfeder ist vorteilhafterweise als einseitig eingespannte Balken­ federanordnung ausgeführt und vorzugsweise direkt von der im Bereich des freien Blattfederendes anliegenden Gewindespindel ausgelenkt. Die Deh­ nungsmeßstreifenanordnung ist dabei vorteilhafterweise in einem ersten Drittel der Federlänge, gemessen von der Einspannseite zum Anlagepunkt der Aus­ lenkung positioniert. Die Dehnungsmeßstreifenanordnung ist vorteilhafterweise als Brückenmeßanordnung, insbesondere als Vollbrückenmeßanordnung mit mehreren Sensorelementen ausgeführt, wodurch unerwünschte Einflüsse durch Temperatur-, Torsions- und Zug/Druckdehnungen kompensierbar sind. Der Einfluß von Feuchtigkeit oder Nässe kann durch Verkapselung der Senso­ relemente leicht unterdrückt werden.

Das Meßprinzip mit den Dehnungsmeßstreifen erlaubt in jeder beliebigen Posi­ tion des Nennmeßwegs des Wegaufnehmers eine Nullpunktsetzung durch Wahl eines Spannungspegels als Referenz. Eine eigene Spannungsquelle oder eine eigene elektronische Schaltung zur Stabilisierung bestimmter Be­ triebsparameter ist nicht erforderlich.

Die Spindel weist an ihrem der Blattfeder zugewandten Ende vorteilhafterweise einen gerundeten, vorzugsweise angedrehten Zapfen mit geringem Krüm­ mungsradius auf. Durch die geringe und wechselnde Auflagefläche findet prak­ tisch keine störende Abnutzung durch Materialabrieb statt.

Die Dehnungsmeßstreifenanordnung erlaubt vorteilhafterweise bei der beson­ ders einfachen Ausführung mit einer Blattfeder konstanter Breite und Dicke die Herstellung eines linearen Zusammenhangs zwischen einer Verschiebung des Zugseils und der dabei in der Anordnung gemessenen Spannungsdifferenz.

Der erfindungsgemäße Wegaufnehmer ist einfach und kompakt aufgebaut und mechanisch stabil. Insbesondere ist die Zahl bewegter Teile äußert gering. Ei­ ne Meßwerthysterese aufgrund mechanischen Spiels bewegter Teile kann durch rückstellende Federkräfte minimiert werden, insbesondere durch eine vorgespannte Rückstellfeder wie beispielsweise eine Spiralfeder für die Seil­ trommel und/oder durch eine in einer Richtung axial auf die Spindel wirkende Feder, die auch allein durch die Blattfeder der Sensoreinrichtung gebildet sein kann. Ein axiales Spiel der Gewindespindel kann auch minimiert werden durch zwei in axialer Richtung verschiebbare, insbesondere auch nachstellbare Ge­ windebuchsen.

Die Seiltrommel weist vorteilhafterweise eine gewendelte Seilrille auf konstan­ tem Trommelradius auf, so daß gleiche Seilzugdifferenzen immer gleichen Drehwinkeln und damit gleichen axialen Verschiebungen entsprechen. Vor­ zugsweise wird die Wendelganghöhe der Seilrille gleich der Gewindeganghöhe der Gewindespindel gewählt und Seiltrommel und Gewindespindel gemeinsam axial verschoben, so daß die Position des Seilstrangs bezogen auf das Gehäu­ se des Wegaufnehmers immer gleich bleibt. Dies ermöglicht bei fester Einlauf­ öffnung des Seils im Gehäuse eine reibungsarme und materialschonende Seilführung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Wegaufnehmer mit aufgerolltem Seilzug;

Fig. 2 eine Frontansicht zu Fig. 1;

Fig. 3 den Wegaufnehmer nach Fig. 1 bei abgerolltem Seilzug;

Fig. 4 ein achsparalleles Schnittbild zu Fig. 3;

Fig. 5 eine Seitenansicht mit Dehnungsmeßanordnung;

Fig. 6 eine Vollbrücken-Dehnungsmeßanordnung;

Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild einer Meßanordnung nach Fig. 6.

In der Skizze nach Fig. 1 sind Tragelemente 1, 2 und 3 als Gerätebasis und vorzugsweise als fest mit einem Gehäuse des Wegaufnehmers verbunden an­ zusehen. Auch eine Frontplatte 7, welche über Schrauben 20 mit den Tragele­ menten 1 bzw. 3 verschraubt ist, zeigt eine ortsfeste Einlauföffnung 25 für ein Zugseil 8, insbesondere ein Drahtseil. Das Zugseil 8 ist beispielsweise mit ei­ nem Befestigungsauge 23 am vorderen Seilende versehen. Andere Ortsmar­ kierungselemente sind dem Fachmann geläufig. Die Tragelemente 1, 2 und 3 sind über Verschraubungen 16 fest miteinander verbunden.

Zwischen den Tragelementen 1 und 3 verläuft eine Gewindespindel 11, welche einen ersten Abschnitt 11A mit größerem Durchmesser und einen zweiten Ab­ schnitt 11B mit kleinerem Durchmesser aufweist. Beide Abschnitte sind mit je­ weils einem Gewinde GA bzw. GB versehen. In die Tragelemente 1 bzw. 3 sind Gewindebuchsen 13 bzw. 14 eingesetzt, in deren Innengewinde die Gewinde­ spindel 11 mit ihren jeweiligen Gewinden GA bzw. GB geführt ist. Die Gewinde GA und GB der verschiedenen Abschnitte der Gewindespindel zeigen gleiche Gewindeganghöhen. Die Gewindehülsen 13 und 14 können in den Tragele­ menten 1 bzw. 3 in geringem Umfang in Richtung der Drehachse der Gewinde­ spindel veränderbar sein, um ein eventuelles axiales Spiel der Gewindespindel zu minimieren. Die Gewindehülsen 13 und 14 können beispielsweise in ge­ schlitzten Aufnahmen der Tragelement 1 und 3 eingesetzt sein und ihrerseits ein Gewinde, insbesondere ein Feingewinde aufweisen. Die Gewindehülsen 13 und 14 können in einer optimal eingestellten Position durch Anziehen von Klemmschrauben 15 in diesen Positionen festgelegt werden. Die Gewinde­ spindel 11 bleibt aber leicht um die Drehachse DA drehbar in den Gewinde­ buchsen gelagert.

Die abgestufte Ausführung der Gewindespindel ermöglicht auf besonders vor­ teilhafte Weise die Befestigung der Seiltrommel 9 auf der Gewindespindel, in­ dem die Seiltrommel in einer zentralen Bohrung ein Innengewinde aufweist, welches auf das Außengewinde GB des zweiten Abschnitts 11B der Gewinde­ spindel paßt. Die Seiltrommel wird dann auf die Gewindespindel bis zum An­ schlag an dem ersten Abschnitt 11A der Gewindespindel aufgedreht und dort festgelegt, beispielsweise durch Anziehen gegen die Anlagefläche mit dem er­ sten Abschnitt 11A und kraftschlüssig gehalten.

Beim Ausziehen des Seils wird die Rückstellfeder 10 weiter gespannt, indem sie beispielsweise in dem Federgehäuse eine engere Aufwicklung erfährt. Die Rückstellfeder 10, welche im Inneren des Federgehäuses 10 in Achsnähe über einen gebogenen Haken an einem Stift 18 eingehängt und mit ihrem anderen Ende an dem querverlaufenden Tragelement 2 in dem Halteelement 12 gehal­ ten ist, stellt die Rückstellkraft für ein Wiederaufrollen des Seils bereit. Da das Federgehäuse 26 zusammen mit der Seiltrommel 9 und der Gewindespindel 11 bei einer Seilbewegung in Achsrichtung verschoben wird, zeigt das Federge­ häuse vorteilhafterweise konische Flanken 29, an welchen sich die Feder bei Verschieben in Achsrichtung gegen die feststehende Halterung 12 anlegt.

Bei der in Fig. 3 skizzierten Position der Seiltrommel und der Gewindespindel bei vollständig ausgezogenem Seil ist die dann maximale Durchsenkung der Blattfeder 5 mit SB2 bezeichnet. Die Differenz SB2 - SB1 der Blattfeder- Durchsenkung liege beispielsweise in der Größenordnung von 3 bis 20 mm bei einem durch die Auszuglänge des Seils bestimmten Nennmeßwerts von bei­ spielsweise 1 m.

Zur Befestigung des Seils an der Seiltrommel ist eine Bohrung durch die Man­ telfläche nach innen zu einer Befestigungsschraube 22 geführt.

Die in den Fig. 1 bis 4 skizzierte Lagerung der Gewindespindel 11 in zwei Gewindebuchsen kann auch ersetzt sein durch eine Lagerung in nur einer Ge­ windebuchse, insbesondere in Verbindung mit der Ausbildung einer zweiten Lagerbuchse als gewindefreiem Lager, in welchem ein als gewindefrei ausge­ führter Abschnitt der Gewindespindel axial verschiebbar und drehbar geführt ist. Zur Minimierung eines eventuellen Axialspiels ist dann der Einsatz einer die Gewindespindel in axialer Richtung belastenden Feder vorteilhaft. Eine solche Federkraft kann durch die Blattfeder 5 selbst oder durch eine zusätzliche Feder aufgebracht werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des Wegaufnehmers mit Blick auf die Blatt­ feder 5 mit Dehnungsmeßelementen 6. Die Dehnungsmeßelemente sind wie in Fig. 6a parallel zur Federebene und in Fig. 6b senkrecht zur Federebene skiz­ ziert als Vollbrücken-Meßanordnung mit 4 Dehnungsmeßstreifen R1, R2, R3, R4 ausgeführt, wodurch sich Störeinflüße in Form von Temperatur-, Torsions- und Zug/Druck-Dehnungen auf vorteilhafte Weise kompensieren lassen.

Fig. 7 zeigt schematisch ein Schaltbild für eine solche Vollbrückenmeßanord­ nung, bei welcher bei Anlegen einer äußeren Spannung UE an die Meßbrücke eine Brückenspannung UA als Meßwert abgreifbar ist, welcher ein Maß für die Durchsenkung der Blattfeder darstellt. Es läßt sich zeigen, daß mit der beson­ ders vorteilhaften Anordnung einer Blattfeder konstanter Dicke über die ge­ samte Länge in sehr guter Näherung ein linearer Zusammenhang der Aus­ gangsspannung UA von der Durchsenkung der Blattfeder und damit von der Verschiebung des Zugseils 8 erzielt werden kann. Eine zur Auswertung heran­ gezogene Spannungsdifferenz zwischen einem Anfangswert und einem End­ wert der Brückenspannung UA ist damit über den gesamten Nennmeßweg des Seils proportional zur zu messenden Wegdifferenz.

Die in den Figuren skizzierte Anordnung für den Wegaufnehmer ist vorteilhaf­ terweise von einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse umgeben, wel­ ches dann beispielsweise auch in der Gehäusewandung eine Buchse für die elektrische Verbindung zwischen den Sensorelementen und einem externen Meßgerät enthalten kann.

Die Seiltrommel 9 ist auf einer Mantelfläche mit konstantem Radius mit einer gewendelten Seilrille versehen, in welcher der aufgewickelte Teil des Seils 8 einliegt. Die Wendelganghöhe der Seilrille ist gleich der Gewindeganghöhe der Spindelgewinde GA und GB. Die Seiltrommel 9 ist mit einem Federgehäuse 26 verbunden oder als solches in Achsrichtung fortgesetzt, in welchem sich eine spiralig gewundene Blattfeder 10 befindet. Die Blattfeder 10 ist an dem quer­ verlaufenden Tragelement 2 mittels eines Feder-Halteelements befestigt und in dem in Fig. 1 skizzierten Zustand mit auf die Seiltrommel 9 aufgerolltem Seil 8 bereits in Richtung einer weiteren Aufrollkraft vorgespannt.

Die Gewindespindel setzt sich durch die Gewindebuchse 14 hinaus auf die der Seiltrommel 9 abgewandte Seite des Tragelements 3 nach außen fort und en­ det dort in einen Zapfen 28 mit halbkugelförmig gerundetem Ende. Auf der au­ ßenliegenden Seite des Tragelements 3 ist in einer Balkenfedereinspannung 4 eine Blattfeder 5 eingespannt, welche in der in Fig. 1 skizzierten Extrempositi­ on der Seilaufwicklung bereits gering aus Ihrer senkrecht zur Drehachse DA versehenen Ruhelage ausgelenkt und damit leicht vorgespannt ist. Auf der Blattfeder 5 sind in der Nähe der Einspannung 4 Dehnungsmeßstreifen 6 in einer Biegevollbrückenschaltung befestigt. Die Anschlußleitungen zu den Deh­ nungsmeßstreifen sind mit 19 bezeichnet. Die anfängliche Auslenkung (Durchsenkung) der Blattfeder 5 ist mit SB1 bezeichnet. Durch das Ausziehen des Seils 8, das sich auf der Seiltrommel in der gewendelten Seilrille befindet, wird die Seiltrommel 9 und damit die mit dieser fest verbundene Gewindespin­ del 11 gedreht. Durch die Drehung der Gewindespindel verschiebt sich diese entlang der Drehachse DA und verstärkt dabei die Durchsenkung der Blattfe­ der 5. Zusammen mit der Gewindespindel 11 bewegt sich auch die Seilrolle 9 in Achsrichtung, so daß der Anwickelpunkt des Seils 8 auf der Seiltrommel 9 immer in gerader Verlängerung der Einlauföffnung 25 liegt.

Die Auswertung einer über die Sensoreinrichtung mit den Dehnungsmeßstrei­ fen gewonnenen Meßspannung kann nicht nur als statischer Wert entspre­ chend einer Weglängendifferenz erfolgen, sondern kann auch als Zeitverlauf einer Weglängenänderung durchgeführt werden.

Die vorstehend und in den Ansprüchen angegebenen Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfin­ dung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, son­ dern im Rahmen fachmännischen Könnens auf mancherlei Weise abwandel­ bar. Insbesondere sind bei der bevorzugten Verbindung einer Blattfeder mit Dehnungsmeßstreifen andere Federformen als die der einseitig eingespannten Balkenfeder möglich. Die Befestigung der Seiltrommel auf der Gewindespindel kann auf verschiedene andere Arten erfolgen.

Claims (12)

1. Seilzug-Wegaufnehmer mit einem von einer Seiltrommel (9) abrollba­ ren Seilzug (8) und einer Sensoreinrichtung zur Ermittlung eines Seil­ wegs durch Auswertung einer mit der Drehung der Seiltrommel gekop­ pelten Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommel (9) eine Gewindespindel (11) antreibt, welche mit wenigstens einem Spindel­ gewinde (GA, GB) in einem festen Gegengewinde (13, 14) geführt und um eine Drehachse (DA) drehbar und bei Drehung achsial in Richtung der Drehachse verschiebbar ist, und daß die Sensoreinrichtung die achsiale Verschiebung der Gewindespindel auswertet.

2. Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen­ soreinrichtung wenigstes ein elektrisch auslesbares Sensorelement enthält.

3. Wegaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung eine Spulenanordnung und einen relativ dazu verschieb­ baren Tauchanker umfaßt.

4. Wegaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung eine Blattfeder, welche durch die Verschiebung der Ge­ windespindel elastisch verformt wird, und in einem Verformungsbereich der Blattfeder eine Dehnungsmeßstreifenanordnung enthält.

5. Wegaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deh­ nungsmeßstreifenanordnung mehrere Meßelemente als Brücken- Meßanordnung, insbesondere als Vollbrücken-Meßanordnung, enthält.

6. Wegaufnehmer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder als einseitig eingespannte Balkenfeder ausgeführt ist.

7. Wegaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deh­ nungsmeßstreifenanordnung im ersten Drittel der Federlänge von der Ein­ spannstelle zum Auslenkungspunkt angeordnet ist.

8. Wegaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Seiltrommel eine gewendelte Seilrille aufweist.

9. Wegaufnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wen­ delganghöhe der Seilrille gleich der Gewindeganghöhe der Gewindespindel ist und die Seiltrommel zusammen mit der Gewindespindel seitlich ver­ schiebbar ist.

10. Wegaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gewindespindel der Sensoreinrichtung zugewandt ei­ nen gerundeten Anlagezapfen aufweist.

11. Wegaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch eine vorgespannte Rückstellfeder für die Seiltrommel.

12. Wegaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich­ net durch eine auf die Spindel in eine Richtung axial wirkende Federkraft.