DE3742154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement in einem Linear­ geber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solches Verbindungs­ element ist durch die Montage- und Betriebsanleitung WMS 200 der Firma Dr. Johannes Heidenhain, DE, interne Nummer 2 08 088 ZZ bekannt.

Für inkrementale Meßsysteme gibt es verschiedene Anwendungen. Eine be­ sonders wichtige Anwendung ist die bei der Messung von Bewegungen an hydraulischen Anstellungen in einem Walzwerk. Gewürdigt wird der Ab­ stand Zylinder/Kolben in Richtung der Spindelachse. Dazu muß ein Linear­ geber eingesetzt werden. Der Lineargeber ist von außen gesehen ein Kasten mit beweglichem Stößel. Mit dem Kasten ist der Maßstab verbunden, am Stößel ist der Abtastkopf befestigt. Der Kasten wird mit drei Schrauben am Zylinder angebracht.

Das eingangs angegebene bekannte Verbindungselement ist Teil eines Linear­ gebers, der mit einem Flansch an dem Kolben befestigt wird. Ein Quer­ stück verbindet den Flansch mit der Schubstange bzw. dem Stößel. Dieser Lineargeber hat jedoch den Nachteil, daß der Meßbereich des Linearge­ bers durch Anschläge begrenzt werden muß, da der Hub der Maschine eine Zerstörung des Lineargebers beim Überfahren der Grenzen verursachen könnte. Auch eine Verdrehung der Schubstange muß verhindert werden, da sonst die innere Ankoppelung zerstört wird. Es können nur sehr geringe Radialbewegungen oder Drehbewegungen toleriert werden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sind zwei Varianten denkbar, um den Stößel oder die Schubstange an den Kolben anzubinden. Die erste besteht darin, daß der Stößel mit Federkraft gegen einen Flansch gedrückt wird, der mit dem Kolben verbunden ist. Diese Feder wirkt als Rückstellfe­ der. Sie muß so bemessen sein, daß bei minimaler Federkraft der Stößel am Flansch fest anliegt, also auch bei von außen eingeprägter Beschleu­ nigung. Dies hat zur Folge, daß bei eingefahrenem Stößel eine sehr hohe Federkraft vorliegt. Eine weitere Variante, auf die sich auch die Erfin­ dung bezieht, ist die Anbindung mit Hilfe eines Gelenkkopfes, der auch Querbewegungen toleriert.

Durch die DE 32 31 159 C2 ist bereits ein Mehrkoordinaten-Tastkopf be­ kannt, der ein einem Axialgelenklager wirkungsgleiches Kalottenlager zum Abfangen von Auslenkungen eines Taststiftes aufweist.

In der DE 32 41 747 A1 ist ferner eine Vorrichtung zum Ermitteln der Lage einer Ausnehmung an einem größeren Werkstück angegeben, bei der zwischen Ringscheiben eingeschlossene Kugellagerkränze die Bewegbarkeit eines zwischen ihnen liegenden Tellers gewährleisten.

Die beiden letztgenannten Längenmeßvorrichtungen sind jedoch nur für einen stoßfreien Einsatz geeignet. Ein stoßfreier Betrieb ist jedoch ins­ besondere bei hydraulischen Anstellungen von Walzen in einem Walzwerk nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gelenkmeßkopf als Ver­ bindungselement in einem Lineargeber eines inkrementalen Meßsystems anzugeben, der auch größere Querbewegungen eines stoßbelasteten, in seiner Längenausdehnung zu messenden Systems ohne Meßfehler zuläßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch ge­ kennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. In einem Ausführungsbeispiel soll das zu messen­ de (hier nicht dargestellte) System eine hydraulische Anstellung in einem Walzgerüst sein.

In Fig. 1 ist der Gelenkmeßkopf nach der Erfindung im Normalzustand dargestellt, in

Fig. 2 während einer Querbewegung.

Ein Lineargeber mit einem Gelenkmeßkopf nach der Erfindung ist ein speziell für den Walzwerksbetrieb konstruiertes inkrementales Längen­ meßsystem. Es dient zur Positionserfassung von Kolben in hydraulischen Zylindern an Anstellungen. Je nach Anbaumöglichkeit werden ein oder zwei Geber verwendet. Wird der Kolbenweg direkt auf der Zylinderachse gemessen, genügt ein Geber. Kann konstruktionsbedingt der Hub nur an der Kolben­ platte gemessen werden, kommen zwei Geber zur Anwendung. Die Schief­ stellung des Kolbens wird dann durch Mittelwertbildung kompensiert. Bei dieser Anbauart kann bei Ausfall eines Gebers die Regelung nur mit einem Geber betrieben werden.

Der Geber besteht aus folgenden Baugruppen:
Gelenkmeßkopf (Verbindungselement),
Lineargebergehäuse,
Meßsystemgehäuse,
Atmungssackgehäuse und
Schlauchanschlußflansch mit Schlauch.

Das Verbindungselement nach der Erfindung koppelt das Meßsystem an den Kolben. Durch den Gelenkmeßkopf ist ein Parallelversatz der Kolben­ achse zur Meßachse bis zu 4 mm möglich. Meßfehler entstehen hierbei nicht.

Der exakte Einbau kann während des Betriebes am Spalt zwischen Kon­ trollstiften und am zu messenden System befestigten Flansch überprüft werden. Der Geber wird mit drei Schrauben auf der Anbaufläche befe­ stigt, wodurch sich eine eindeutige Auflage ergibt. Eine Spannhülse drückt den Lineargeber bei der Montage gegen die Anschlagfläche und bestimmt dadurch eine genaue Geberposition. Ein Austausch von Gebern ist daher ohne Ausrichtarbeiten möglich. Dieser Anbau ist in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist das Verbindungselement (Gelenkmeßkopf) mittels eines ersten Flansches 1 an einen (hier nicht dargestellten) Kolben angeflanscht. Auf diesen ersten Flansch 1 folgt ein weiterer Flansch 2, der als Sitz für ein erstes Axialgelenklager 3 dient und gleichzeitig eine Halterung für einen Gelenkkopf 4 bietet. Dieser Gelenkkopf 4 ist mit dem weiteren Flansch 2 durch einen Zylinderstift 20 verbunden. Auf das erste Axialgelenklager 3 ist eine erste Zylinderrollen-Wellenscheibe 5 mittels eines Rings 6 zentrisch aufgesetzt. Auf dieser ersten Zylinderrollen-Wel­ lenscheibe 5 sitzt ein Kugellagerkranz 7, und auf diesem ist eine zweite Zylinderrollen-Wellenscheibe 8 angeordnet. Hierauf aufgesetzt ist ein Dreh­ teil 9, in dem sich ein zweites Axialgelenklager 10 befindet. Ein an den Gelenkkopf 4 angeschraubter Federnhalter 11 setzt die vorgenannten Teile (also den weiteren Flansch 2, das erste Axialgelenklager 3, die erste Zy­ linderrollen-Wellenscheibe 5, den Kugellagerkranz 7, die zweite Zylinder­ rollen-Wellenscheibe 8, das Drehteil 9 und das zweite Axialgelenklager 10) über Tellerfedern 12 gemeinsam unter eine Vorspannung. Über einen an das Drehteil angeschraubten, mit einer Grundplatte 19 fest verbundenen Aus­ richtflansch 13 wird das Verbindungselement (Gelenkmeßkopf) an eine Schubstange 14 des Meßsystems angekoppelt.

Beim Zusammenbau wird der Kugellagerkranz 7 mittels eines Ausricht­ ringes 15 ausgerichtet. Der Gelenkmeßkopf wird durch einen Faltenbalg 16, der mit Schrauben 17 befestigt ist, vor Verschmutzung geschützt. Alle Teile im Gelenkmeßkopf sind völlig wartungsfrei. Die über die Tellerfedern erzeugte Vorspannung bewirkt eine radiale Kraft (siehe Fig. 2), die von der Führung des Meßsystems aufgenommen werden muß. Zwischen dem (ersten) Flansch 1 und der Grundplatte 19 sind Kontrollstifte 18 zur Über­ prüfung des exakten Einbaus der Teile des Verbindungselements vorgesehen.

Wenn außerhalb der Spindelachse am äußeren Zylinderrand gemessen wer­ den muß, ist zu beachten, daß der Kolben sich innerhalb bestimmter Gren­ zen verschieben als auch kippen kann. Das Kippen wird zum Beispiel durch die Biegung der Stützwalze erzwungen. Es muß deshalb der Weg an zwei gegenüberliegenden Stellen am Zylinderrand gemessen werden. Deren Ver­ bindungslinie kann senkrecht oder in einem anderen Winkel zur Walzenachse stehen. Es hängt allein von der Breite des Ständerfensters ab.

Der Mittelwert der beiden Wege ist unabhängig vom Kippwinkel der Kol­ benachse, wenn die seitliche Verschiebung des Kolbens Null ist. Tritt auch noch eine seitliche Verschiebung der Kolbenachse auf, dann liegen die beiden Lineargeber an unterschiedlich langen Hebelarmen und der Mittelwert der beiden Meßwerte ist daher theoretisch abhängig von der seitlichen Ver­ schiebung. Da diese aber sehr klein ist in bezug zum Abstand der beiden Lineargeber, kann die seitliche Verschiebung praktisch vernachlässigt wer­ den.

Durch den Gelenkmeßkopf nach der Erfindung ist es vom Hub des Meßsy­ stems unabhängig möglich, selbst bei hohen Beschleunigungen (50 g) und hohem Parallelversatz (4 mm) der Meßachse zur Zylinderachse auf 1 µm genau zu messen.

Claims (1)

1. Verbindungselement in einem Lineargeber eines inkrementalen Meßsy­ stems für Längenmessungen, wobei das Verbindungselement einerseits mit einem Flansch (1) an einem in seiner Längenausdehnung zu messenden Sy­ stem befestigt ist und andererseits an eine Schubstange (14) gekoppelt ist, deren Längsausdehnung von einer Meßeinrichtung erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

   • a) an dem am zu messenden System befestigten Flansch (1) ein weiterer Flansch (2) als Sitz für ein erstes Axialgelenklager (3) und gleichzeitig als Halterung für einen Gelenkkopf (4) ange­ bracht ist, der mit dem weiteren Flansch (2) durch einen Zylin­ derstift (20) verbunden ist,
   • b) auf dem ersten Axialgelenklager (3) eine erste Zylinderrollen-Wellen­ scheibe (5) mittels eines Rings (6) zentrisch aufgesetzt ist,
   • c) auf der ersten Zylinderrollen-Wellenscheibe (5) ein Kugellager­ kranz (7), auf dem eine zweite Zylinderrollen-Wellenscheibe (8) liegt, angeordnet ist,
   • d) auf der zweiten Zylinderrollen-Wellenscheibe (8) ein Drehteil (9) aufgesetzt ist, in dem sich ein zweites Axialgelenklager (10) be­ findet,
   • e) ein an den Gelenkkopf (4) angeschraubter Federnhalter (11) über Tellerfedern (12) eine Vorspannung in der Weise bewirkt, daß der weitere Flansch (2), das erste Axialgelenklager (3), die erste Zylinderrollen-Wellenscheibe (5), der Kugellagerkranz (7), die zweite Zylinderrollen-Wellenscheibe (8), das Drehteil (9) und das zweite Axialgelenklager (10) aneinandergepreßt werden,
   • f) über einen an das Drehteil (9) angeschraubten, mit einer Grund­ platte (19) fest verbundenen Ausrichtflansch (13) die Schubstange (14) angekoppelt ist,
   • g) ein Ausrichtring (15) zum Ausrichten des Kugellagerkranzes (7) vorgesehen ist,
   • h) ein Faltenbalg (16), der mit Schrauben (17) befestigt ist, zum Schutz vor Verschmutzung vorgesehen ist,
   • i) Kontrollstifte (18) zwischen dem am zu messenden System befestigten Flansch (1) und der Grundplatte (19) angeordnet sind.