DE3406336A1

DE3406336A1 - Positionsgeber, insbesondere endlagengeber

Info

Publication number: DE3406336A1
Application number: DE19843406336
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Layh Hans Dieter 7121 Gemmrigheim
Current assignee: Siei-Areg 74376 Gemmrigheim De GmbH
Priority date: 1984-02-22
Filing date: 1984-02-22
Publication date: 1985-08-22
Also published as: US4707601A; DE3406336C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsgeber, insbesondere einen Endlagengeber, für - vorzugsweise motorisch verstellbare Teile von Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen od.dgl., mit einem von dem Stellmotor bzw. -antrieb oder dem verstellbaren Teil angetriebenen, analog zu den Bewegungen dieses verstellbaren Teiles beweglichen Geberteil.

An Werkzeugmaschinen müssen Endlagen oder Positionen von Werkstück- oder Werkzeugträgern genau eingestellt und festgehalten werden können. Zur Überwachung der jeweils einzustellenden Lage ist es bekannt, wegabhängige Schalter bzw. Endlagenschalter unmittelbar mit dem Werkzeug- oder Werkstückträger zusammenwirken zu lassen. Die genannten Schalter sind jedoch außerordentlich aufwendig, da sowohl die Herstellung der Schalter als auch ihre Montage mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden sind.

Darüber hinaus ist es bekannt, das einzustellende Maschinenteil oder dessen Stellantrieb bzw. -motor mit einem Positionsgeber zu koppeln, derart, daß ein bewegliches Geberteil eine zum verstellbaren Maschinenteil analoge Bewegung ausführt. Als entsprechendes Geberteil kann beispielsweise ein Zeigerelement dienen, welches mit Markierungen einer zugeordneten Skala zusammenwirkt. Derartige Anordnungen sind jedoch ebenfalls relativ kostenaufwendig, weil der Übertragungsmechanismus zwischen dem Stellantrieb bzw. -motor oder dem zu verstellenden Maschinenteil und dem Geberteil hohe Präzision aufweisen muß.

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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Positionsgeber zu schaffen, welcher höchste Präzision mit außerordentlicher Preiswürdigkeit verbindet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Geberteil einerseits antriebsmäßig durch Kraftschluß mit einem übertragungselement, welches mit dem Stellmotor bzw. -antrieb oder dem verstellbaren Maschinenteil zwangsgekoppelt ist, und andererseits schlupffrei bzw. formschlüssig mit einem Spiel aufweisenden Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist, welches seinerseits mit dem übertragungselement schlupffrei bzw. formschlüssig gekoppelt ist und dem Geberteil nur eine gegenüber dem Übertragungselement verminderte Geschwindigkeit erlaubt.

Wird das einzustellende Maschinenteil bei einer derartigen Anordnung beispielsweise in der einen Richtung zur Erreichung einer Endlage od.dgl. verschoben, so sucht das Übertragungselement das mit ihm kraftschlüssig gekoppelte Geberteil mit höherer Geschwindigkeit anzutreiben, als sie vom Untersetzungsgetriebe zugelassen wird. Somit wird das Geberteil vom Untersetzungsgetriebe gegenüber der Bewegung des Übertragungselementes zurückgehalten, d.h. das übertragungselement eilt dem Geberteil unter Überwindung eines durch die Stärke des Kraftschlusses vorgegebenen Widerstandes voraus. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Elemente des Untersetzungsgetriebes dauernd mit Spannung aneinanderliegen und dementsprechend spielfrei arbeiten. Wenn nun das einzustellende Maschinenteil nach Erreichen seiner vorgegebenen Endlage bzw. Position in eine Richtung auszuwandern sucht, die der Bewegungsrichtung bei der vorangehenden Einstellung entgegengesetzt ist, so kann das übertragungselement das Geberteil auf einer begrenzten Wegstrecke, welche durch das Spiel des Unter-

Setzungsgetriebes vorgegeben ist, mit unverminderter Geschwindigkeit mitnehmen. Dies bedeutet, daß das Geberteil eine nach Einstellung des verstellbaren Maschinenteiles erfolgende Lageänderung desselben durch eine verstärkte Bewegung und damit mit höchster Genauigkeit anzeigt.

Der besondere Vorzug der Erfindung ist darin zu sehen, daß gerade preisgünstige untersetzungsgetriebe mit vergleichsweise großem Spiel hinsichtlich der Funktion des erfindungsgemäßen Positionsgebers vorteilhaft sind, weil hier Änderungen der eingestellten Lage des Maschinenteiles besonders deutlich angezeigt werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Geberteil auf einer vom Stellmotor bzw. -antrieb angetriebenen Welle - diese kann beispielsweise in bekannter Weise zum Antrieb einer das einzustellende Maschinenteil verstellenden Spindel dienen, mit dem das einzustellende Maschinenteil in grundsätzlich bekannter Weise spielfrei zusammenwirkt - kraftschlüssig sowie relativ zur Welle gegen Widerstand verdrehbar angeordnet und mittels einer Verzahnung bzw. eines mit ihm drehfest verbundenen Zahnrades über ein als Übersetzungsgetriebe angeordnetes spielbehaftetes Zahnradgetriebe mit einem auf der Welle drehfest angeordneten Zahnrad zwangsgekoppelt.

Eine entsprechende Anordnung läßt sich mit geringstem Aufwand verwirklichen.
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Im übrigen wird bezüglich der Merkmale bevorzugter Ausführungsformen auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in teilweise schematisierter Form einen Stellantrieb, welcher zur Verschiebung eines Maschinenteiles dient und mit einem Positionsgeber entsprechend der Erfindung zusammenwirkt.

Ein Stellmotor 1 treibt mittels einer Welle 2 eine damit formschlüssig und spielfrei verbundene Spindel 3 an, welche in spielfreier Weise mit einem verstellbaren Maschinenteil 4, z.B. einem Schlitten od.dgl., zusammenwirkt und dasselbe je nach Drehrichtung entsprechend dem Doppelpfeil P in der einen oder anderen Richtung verstellt.

Auf der Welle 2 ist ein Zahnritzel 5 angeordnet und mit der Welle 2 drehfest verbunden. Dieses Zahnritzel 5 treibt ein Zahnradpaar 6 an, welches auf einer Achse 7 drehgelagert ist und aus den miteinander drehfest verbundenen Zahnrädern 6' und 6" besteht. Dabei steht das größere Zahnrad 6¹ mit dem Zahnritzel 5 in Eingriff, während das kleinere Zahnrad 6" mit dem größeren Zahnrad 8' eines ähnlichen Zahnradpaares 8 kämmt, welches auf der Welle drehgelagert ist (und dementsprechend gegenüber der Welle 2 beliebig verdreht werden kann). Das mit dem Zahnrad 8' drehfest verbundene kleinere Zahnrad 8" des Zahnradpaares 8 steht wiederum in Eingriff mit dem größeren Zahnrad 9' eines weiteren auf der Achse 7 drehgelagerten Zahnradpaares 9. Das mit dem Zahnrad 9' drehfest verbundene kleinere Zahnrad 9" des Zahnradpaares 9 kämmt mit einem Zahnrad 10, welches als Teil eines mit ihm drehfest verbundenen und auf der Welle 2 gelagerten Rades 11 angeordnet ist. Das Rad 11 ist mittels eines Simmerringes mit der Welle 2 kraftschlüssig gekoppelt, d.h. die Welle sucht das Rad 11 mittels des als Kupplung wirkenden Simmerringes 12 in der jeweiligen Drehrichtung mitzunehmen.

Auf dem Rad 11 ist eine Kodierscheibe 13 mit Schlitzen od.dgl. Aussparungen 14 angeordnet, die mit einer Lichtschrankenanordnung 15 zusammenwirken und den Weg eines Lichtstrahles 16 von einem Emitter 15' zu einem Empfänger 15" bei entsprechender Stellung der Kodierscheibe 13 freigeben.

Die dargestellte Anordnung arbeitet in der folgenden Weise:

Die Aussparung bzw. die Aussparungen 14 an der Kodierscheibe 13 entsprechen einzustellenden Lagen des Maschinenteiles 4. Um nun eine derartige Lage zu erreichen, möge das Maschinenteil 4 beispielsweise in der Zeichnung nach rechts geschoben werden; mit entsprechender Drehrichtung wird dazu die Spindel 3 mittels der Welle 2 angetrieben. Gleichzeitig sucht die Welle 2 das Rad 11 bzw. die daran angeordnete Kodierscheibe 13 mitzudrehen, da das Rad 11 und die Welle 2 über den Simmerring 12 kraftschlüssig gekoppelt sind. Jedoch verhindert das Untersetzungsgetriebe, welches durch das Zahnritzel 5, die Zahnradpaare 6, 8 und 9 sowie das Zahnrad 10 gebildet wird, daß sich das Rad 11 mit gleicher Drehgeschwindigkeit wie die Welle 2 drehen kann. Vielmehr wird das Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten von Welle 2 und Rad 11 durch das übersetzungsverhältnis des genannten Übersetzungsgetriebes vorgegeben.

Aufgrund der kraftschlüssigen Kopplung zwischen Welle und Rad 11 liegen alle Zahnräder des Übersetzungsgetriebes unter Spannung aneinander an, so daß keinerlei Spiel auftreten kann, solange die Welle 2 ihre Drehrichtung im Sinne einer Verschiebung des Maschinenteiles 4 nach rechts beibehält.

Sobald die Kodierscheibe 13 mittels einer entsprechenden Aussparung 14 den Lichtstrahl 16 der Lichtschrankenanordnung 15 freigibt, hat das Maschinenteil 4 die zugeordnete Stellung erreicht. Dementsprechend wird der Stellmotor 1 in bekannter Weise stillgesetzt.

Sollte nun das Maschinenteil 4 - im Beispiel einer Werkzeugmaschine ein das Werkstück tragender Schlitten nach links auszuweichen suchen - etwa weil im Beispiel

der Werkzeugmaschine auf das Werkstück mittels der

Werkzeuge entsprechend starke Kräfte ausgeübt werden so wird die mit dem Maschinenteil 4 spielfrei zusammenwirkende Spindel 3 sowie die damit spielfrei verbundene
Welle 2 in entsprechender Drehrichtung verstellt, welche der vorher bei der Einstellung des Maschinenteiles 4
vorliegenden Drehrichtung entgegengesetzt ist. Da das
übersetzungsgetriebe spielbehaftet ist, kann die Welle 2 in der nunmehrigen Drehrichtung das Rad 11 und damit die Kodierscheibe 13 um einen gewissen Winkel mit gegenüber

der Welle 2 unverminderter Drehgeschwindigkeit verstellen, bis wiederum das Übersetzungsgetriebe den Lauf des Rades 11 bzw. der Kodierscheibe 13 hemmen kann.

Wenn also das Maschinenteil 4 aus der eingestellten
Lage auszuweichen sucht, erfährt die Kodierscheibe 13

eine sehr starke Lageänderung, d.h. es wird mit höchster Genauigkeit angezeigt, wenn das Maschinenteil 4 die eingestellte Lage zu verlassen sucht.

Die Erfindung ist nicht auf eine Anordnung mit rotierenden Teilen beschränkt. Eine sinngemäße Anordnung ist auch möglich, wenn ein Teil der Elemente des Übertragungsgetriebes oder alle dessen Elemente und/oder die zur Verstellung

des Maschinenteiles 4 dienenden Elemente sowie das analog verstellte Geberteil translatorische Bewegungen ausführen. Im übrigen kann anstelle eines Zahnradgetriebes auch ein Hebelgetriebe od.dgl. angeordnet werden.

Außerdem kann das Geberteil 11,13 auch dazu dienen, ein nicht dargestelltes Potentiometer zu verstellen, so daß eine zur Stellung des Geberteiles 11,13 analoge Spannung abgreifbar ist.

Claims

MANITZ, FINSTERWALD & ROTERMUND

Anmelder: Hans-Dieter Layh Zachersweg Gemmrigheim

DEUTSCHE PATENTANWÄLTE

DR. GERHART MANITZ- dipl.-phys.

MANFRED FINSTERWALD ■ DiPL.-lNG.DiPL.-wiRTSCH.-ir

HANNS-JÖRG ROTERMUND DIPL.-PHYS.

DR. HELlANE HEYN · dipl-chem.

WERNER GRÄMKOW ■ dipl.-ing. ct939-i983)

BRITISH CHARTERED PATENT AGENT

JAMES G. MORGAN · b.sc cphys.). d.m.s.

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT SEELBERGSTRASSE 23/25

D-7000 STUTTGART 50 CBAD CANNSTATT)

TELEFON: CO7 H) SB 72 61

IHR ZEICHEN

UNSER ZEICHEN

Lh VI-Ro/Bt

DATUM

21. Februar 1984

Positionsgeber/ insbesondere Endlagengeber

Ansprüche

Positionsgeber/ insbesondere Endlagengeber, für - vorzugsweise motorisch - verstellbare Teile von Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen od.dgl., mit einem von dem Stellmotor bzw. -antrieb oder dem verstellbaren Maschinenteil angetriebenen, analog zu den Bewegungen dieses verstellbaren Maschinenteiles beweglichen Geberteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberteil (Kodierscheibe 13) einerseits antriebsmäßig durch Kraftschluß mit einem Übertragungselement (Welle 2), welches mit dem Stellmotor (1) bzw. -antrieb oder dem verstellbaren Maschinenteil (4) zwangsgekoppelt ist, und andererseits schlupffrei bzw. formschlüssig mit einem spielbehafteten Untersetzungsgetriebe (5,6,8,9,10) gekoppelt ist, welches seinerseits mit dem Übertragungselement (Welle 2) schlupffrei bzw. formschlüssig gekoppelt

ROTERMUND Seelbergstr. 23/25,7000 Stuttgart SO Telefon C0711) 56 72

MANlTZ · FINSTERWALD · HEYN · MORGAN Robert-Koch-Str. 1, Θ000 München Telefon (089) 22 4211.Telex 05-29 672 PATMF

Deutsche Bank AG 219 91S (BLZ 600700 70) Landesglrokasse Stuttgart 2 090 616 (BLZ 600 50 Cannstatter Volksbank 500 429 006 (BLZ 600 90< Postscheck: Stuttgart 407 34-706 (BLZ 6001OO7C

ist und dem Geberteil (Kodierscheibe 13) nur eine gegenüber dem Übertragungselement (Welle 2) verminderte Geschwindigkeit erlaubt.
2. Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberteil (Kodierscheibe 13) auf einer vom Stellmotor (1) antriebenen Welle kraftschlüssig sowie relativ zur Welle (2) gegen Widerstand verdrehbar angeordnet und mittels einer Verzahnung bzw. eines mit ihm drehfest verbundenen Zahnrades (10) über ein als Übersetzungsgetriebe angeordnetes spielbehaftetes Zahnradgetriebe (6,8,9) mit einem auf der Welle (2) drehfest angeordneten Zahnrad (5) zwangsgekoppelt ist.
3. Positionsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberteil (Kodierscheibe 13) mittels seiner Verzahnung bzw. seines Zahnrades (10) mit einem Zahnrad (9") kleineren Durchmessers kämmt, welches mit einem größeren Zahnrad (9¹) drehfest verbunden ist, und daß das größere Zahnrad (9¹) mit dem auf der Welle (2) drehfest angeordneten kleineren Zahnrad (5) kämmt.
4. Positionsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberteil (Kodierscheibe 13) mittels seiner Verzahnung bzw. seines mit ihm drehfest verbundenen Zahnrades (10) über mehrere auf einer Achse (7) sowie der vom Stellmotor (1) angetriebenen Welle (2) drehgelagerter Zahnradpaare (6,8,9), die jeweils aus einem kleinen und einem damit drehfest verbundenen größeren Zahnrad (6",6^f usw.) bestehen, mit dem auf der Welle (2) des Stellmotors (1) drehfest angeordneten kleinen Zahnrad (5) - mittelbar - in Eingriff steht.
5. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberteil (Kodierscheibe 13) mittels Simmerringes (12) mit der vom Stellmotor (1) angetriebenen Welle (2) kraftschlüssig verbunden ist.
6. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Geberteil eine Kodierscheibe (13) angeordnet ist, die mit einer Lichtschrankenanordnung (15) zusammenwirkt, deren Lichtstrahl (16) in einer der einzustellenden Position bzw. Endlage des Maschinenteiles (4) zugeordneten Stellung der Kodierscheibe (13) eine darin angeordnete Aussparung (14) durchsetzt.
7. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberteil den Abgriff eines Potentiometers trägt bzw. bildet.