DE4217607A1 - Seilzug-Wegaufnahmevorrichtung - Google Patents
Seilzug-WegaufnahmevorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Seilzug-Wegaufnehme
vorrichtung mit einem flexiblen Seil, insbesondere Stahl
seil, das an einem Ende mit einer Seiltrommel fest ver
bunden und sehr dünn gegenüber dem Trommeldurchmesser und
mit seinem anderen Ende am bezüglich der Distanz zur
Vorrichtung zur erfassenden Meßobjekt festlegbar ist,
wobei die lediglich eine Wickellage des Seils auf der
Trommel bestreitende Auszugslänge des Seils dargestellt
wird durch einen mit der Achse der Seiltrommel winkel
starrverbundenen Drehwinkel-Meßgeber und die Seiltrom
melachse über ein Untersetzungsgetriebe mechanisch derart
mit der Abtriebsachse einer Feder gekoppelt ist, daß das
gegen die Ausziehrichtung des Seils wirkende Federdreh
moment untersetzt auf die Seiltrommelachse übertragen
wird.
Eine solche der Abstandsmessung bzw. der Orts-Positions
wandlung dienende Vorrichtung mit vergleichsweiser großer
Seillänge ist zum Beispiel bekannt aus der DE-PS 33 37 109.
Dort ist das zur Rückstellfeder hin die Seiltrommel
drehzahl untersetzende Getriebe ein Zahnradgetriebe und
das Aufwickeln des Seils gegen das Federdrehmoment er
folgt dort lediglich durch eine Spiralrille in der Seil
trommel.
Durch die Untersetzung wird dort der allgemein
beschränkte Arbeitsbereich der Feder an die maximale
Windungszahl des Seils auf der Trommel angepaßt. An
stelle der wenig langzeittauglichen und ein ungleich
mäßiges Drehmoment aufweisenden Spiralfedern (DE-PS
30 19 190 und 29 41 747) wird dabei auch eine Torsionsfeder
vorgesehen. Solche Federn haben wiederum recht begrenzte
Drehwinkelbereiche. Das Zahnradgetriebe ist aufwendig
und hat nicht die wünschenswerte Langzeitbeständigkeit
hinsichtlich Abnutzung und Reibungswerten. Ähnliche
Gegenstände offenbaren auch die US-PS 44 43 888 oder die
deutschen Patentschriften 30 19 190 und 29 41 747.
Generell besteht bei solchen Vorrichtungen mit ver
gleichsweise großen Seillängen, das ist 5 bis 50 Meter,
das Problem, präzise und so sauber zu wickeln, daß die
Meßergebnisse auch bei raschem Aufwickeln genau reprodu
zierbar sind. Es soll auch bei größeren Aufwickelge
schwindigkeiten kein Seildurchhängen und kein
Übereinanderwickeln von Seilwindungen auf der Trommel
geben.
Man hat versucht (US 4443888, 2293730) bei fester Band
einlauf Geometrie durch Seiltrommel-Querverschiebung re
produzierbar Windung neben Windung zu legen. Dieser
Eingriff in die Lagerung der ständig vom Seilzug
belastenden Trommel bringt mechanische Probleme der
Schmierung, Reibung und Abnutzungserscheinungen mit sich,
die Anordnungen eignen sich nicht für höhere Band- oder
Seilgeschwindigkeiten oder auch große Seillängen.
Allgemein sind im Maschinenbau oder für den Angelsport
Seilwinden bekannt, die das Aufwickeln von Drahtseilen
durch hin und hergehende, zwangsweise mit den Trommelum
drehungen geführten Spindelmuttern, zum Teil aus Sinter
bronze, bewerkstelligen. Solche Anordnungen sind meist
kompliziert, unpräzise und verschleißanfällig, ihre An
wendung in der Längenmeßtechnik ist daher nicht versucht
worden.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche
Vorrichtung für größere Seillängen zu schaffen, die gute
dynamische Eigenschaften bei höheren Seilgeschwindig
keiten, geringe, konstante Reibung, geringe Abnutzung und
große Genauigkeit sowie ein hohes Maß an Reproduzierbar
keit der Meßergebnisse, vor allem geringe Hysterese
zwischen Vor- und Rücklaufdaten auch im Langzeitbetrieb
aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kombination der im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte und nicht
selbstverständliche Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gerichtet. Sie umfassen zum Teil an sich für
andere Verwendungszwecke bekannte Merkmale, die aber für
die erfindungsgemäße Vorrichtung abgewandelt und beson
ders vorteilhaft einsetzbar sind.
Die Erfindung wird nun anhand von in den Figuren darge
stellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung schematisch
im Grundriß.
Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung wie in Fig. 1,
jedoch mit zusätzlichem Tachogenerator.
Fig. 3 eine senkrechte Schnittzeichnung quer durch eine
Ausführungsform der Erfindung in Höhe von Schraub
spindel und Verdrehschutzstange (Spindel nur teil
weise, Verdrehschutzstange und Verbindungsbolzen
nicht geschnitten gezeichnet).
Fig. 4 eine Stirnansicht einer anderen Ausführung des
Mutterblocks.
Fig. 5 eine Schnittansicht in der Ebene A-A der Fig. 4
dieses Mutterblocks.
Fig. 6 eine in den Mutterblock nach Fig. 4 und 5 ein
setzbare Seilführungsbuchse.
Fig. 7 eine vorteilhafte Anordnung mit Verdrehschutz des
Drehwinkel-Meßgebers.
Fig. 8 eine vorteilhafte Anordnung zur Erfassung von
Seiltrommeldrehungen »360.
Die Fig. 1 zeigt beispielshalber eine Vorrichtung nach
der Erfindung, von oben bei entferntem Gehäuse gesehen.
Dabei ist (1) die Grundplatte, mit (2) sind die auf der
Grundplatte (1) befestigten Lagerschilder bezeichnet, (3)
ist die glatte Seiltrommel mit aufgewickeltem Seil (4),
das hier deutlichkeitshalber mit größerem Abstand gewickelt
und dick gezeichnet ist, (5) ist das feststehende
Haus für die "Flachspiralfeder ohne Windungs
zwischenraum". Diese Feder ist an sich bekannt und
zeichnet sich durch einen großen Arbeitsbereich und weit
gehend konstantes Federdrehmoment aus. Mit (6) ist die
der Federabtriebswelle (7) zugeordnete, mit (8) die der
Seiltrommelwelle (9) zugeordnete Zahnriemenscheibe be
zeichnet. Eine weitere Zahnriemenscheibe (10) ist auf
der Gewinde-Schraubspindel (11), versehen mit z. B. Tra
pezgewinde oder Metrischem ISO-Gewinde, befestigt, auf
welcher der Mutterblock (12), zwangsgeführt durch die
Spindel (11), quer hin- und hergleiten kann. Eine eben
falls vorgesehene Verdrehsicherung ist in Fig. 1 deut
lichkeitshalber weggelassen. (13) sind Verbindungsbolzen
zwischen den Lagerschildern (2). Das Seil (4), das einen
Endclip (14) aufweist, ist durch eine von der Seiltrommel
(3) auf der Grundplatte (1) möglichst entfernt, hier
mittels des Winkels (17), verankerten Buchse (15) ins
Gerät geführt. Diese Buchse besitzt eine sich nach außen
hin trompetenartig erweiternde Bohrung (nicht gezeichnet)
für das Seil (4). Eine solche, das Seil im engeren Teil
satt umschließende Bohrung (20) ist auch im Mutterblock
(12) angedeutet. Der Drehwinkel-Meßgeber (16), z. B. ein
Encoder oder Potentiometer, ist hier direkt an die Seil
trommelwelle (9) gekoppelt. Er kann auch über weitere
Zahnriemenscheiben und einen Kerb-Zahnriemen mit Unter
setzung an diese Achse gekoppelt sein, zum Beispiel um
die Auflösung des Wegsensors zu verändern.
Der verschleißfeste, massearme Zahnriemen (30) verbindet
die Zahnriemenscheiben (6, 8 und 10). Er wird vorteil
haft durch eine zum Beispiel mit Exzenterbolzen radial
verrückbare Kunststoffrolle (nicht gezeichnet) gespannt.
Im Aufwickelbetrieb legt sich das Seil (4) durch die
Führung des Mutterstücks und betätigt durch den
gleichmäßigen Federzug der in Haus (5) montierten Feder
exakt reproduzierbar Windung neben Windung auf die Trom
mel. Die geringe Reibungskraft und die vergleichsweise
kleinen bewegten Massen, vor allem der dünnwandig aus
Leichtmetall gefertigten Seiltrommel (3) läßt hohe Win
kelbeschleunigungen zu.
Der Mutterblock (12) vorzugsweise aus einem
verschleißarmen und gleitfähigen Werkstoff wie
PTFE-Compund gefertigt, hat gegenüber Spindel (11) und
Verdrehschutzstange (18, Fig. 3) geringe Reibungswerte
und ist auch gegenüber der Reibung eines durch Öffnung
(20) laufenden Stahlseils (4), das sie satt umschließt,
langzeitstandfest. Durch den Gang des Mutterblocks (12)
gibt es bei mittiger Anordnung der Buchse (15), wie in
Fig. 1 sichtbar, bei Stellungen der Mutter außerhalb der
Mittellage Schrägabweichungen des Seilverlaufs zwischen
Buchse (15) und Mutterblock (12). Dies bedingt auch bei
dem gezeichneten großgewählten Abstand einen relativ
geringen Linearitäts-Meßfehler, der bei der ersten und
letzten Seilwindung auf der Trommel jeweils ein Maximum
hat. Durch zweierlei vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung kann dieser Fehler minimiert werden:
Zum einen gelingt seine Kompensation dadurch, daß die
Trommel (3) von der Mitte nach den beiden Seiten zu mit
nach einer entsprechenden Funktion zunehmenden Durch
messern gefertigt ist, derart, daß der Winkelfehler des
Seilverlaufs jeweils durch größere Durchmesser der Trom
mel kompensiert wird.
Zum anderen sieht eine Weiterbildung vor, im Mutterblock
eine 90-Grad-Umlenkung durch eine Rolle (nicht
gezeichnet) vorzunehmen. Eine solche Vorrichtung ver
ringert den Fehler vorteilhaft, wenn die Umlenkung senk
recht zur Zeichenebene der Fig. 1 und 2 erfolgt. Eine
Umlenkung in der Ebene, in welcher die Bewegung des
Mutterblocks (12) erfolgt, bedingt einen additiven line
aren Fehler, der z. B. durch anderen Durchmesser der
zylindrischen Seiltrommel kompensierbar ist.
Zum Abstreifen von Flüssigkeiten oder Schmutz können der
Buchse (15) Abstreiferscheiben aus flexiblem Kunststoff
in einem Rohrsegment zugeordnet sein, insbesondere sol
che, wie sie in der deutschen Patentanmeldung Nr. . . . . . . .,
Nr. . . . . . . . und Nr. . . . . . . . gleicher Anmeldetage wie
vorliegende Anmeldung beschrieben sind.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1, in welchem
aber, zusätzlich und in einigen Fällen vorteilhaft, über
die weiteren Zahnriemenscheiben (18) und (19) und den
Zahnriemen (29) sowie die Ankoppeleinrichtung (21) ein
die Seilgeschwindigkeit anzeigender Sensor, z. B. Tacho
generator (28), an die Seiltrommelwelle (9) gelegt ist.
Solche Zusätze erhöhen zwar etwas die Masseträgheit der
Anordnung, besonders, wenn zum Tacho (28) hin, wie ge
zeichnet, eine Übersetzung stattfindet. In anderen
Fällen, etwa bei beschränkter Kapazität des
Drehwinkel-Meßgebers (16), kann es vorteilhaft sein,
diesen über eine, umgekehrt wie in Fig. 2 gezeichnet,
die Seiltrommeldrehzahl untersetzende Anordnung an die
Seiltrommelwelle (9) zu legen. Dann kommt zur Erhöhung
der Genauigkeit ein spielfreier Kerbzahnriemen zur Anwen
dung, welcher sich neben guter Präzision durch geringe
Masseträgheit auszeichnet.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung, der
durch die Symmetrieachsen der Gewindespindel (11) und
einer Verdrehschutzstange (18), die selbst klarheitshal
ber nicht oder nur teilweise geschnitten gezeichnet dar
gestellt sind. Das Seil läuft hier durch eine Bohrung
(20) des Mutterblocks (12), der selbst mittels der Aus
nehmung (22) durch die Verdrehschutzstange (18) präzise
geführt wird. Die Spindel (11) wird über die Seilriemen
scheibe (10) angetrieben. Die übrigen Positionen ent
sprechen den in Fig. 1 beschriebenen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform eines
leicht abgeänderten Mutterblocks (27) deutlicher, wobei
Fig. 5 ein Schnitt durch die Ebene A-A der Fig. 4 ist.
Die Ausnehmung (22) erlaubt die Anwendung einer Verdreh
schutzstange (18) mit eckigem oder rundem Querschnitt.
(23) ist die Gewindebohrung für die Gewindespindel (11),
während (24) eine Bohrung zur Aufnahme einer Bronzebuchse
(25) ist, die durch einen in die Bohrung (26) einsetzba
ren, nicht gezeichneten Stift gesichert werden kann.
Eine solche Buchse anstelle der Seilöffnung (20) ist bei
kunststoff- oder kunstoffummantelten Seilen (4) notwen
dig, um Störungen zu vermeiden. Die Bohrung erweitert
sich dabei in Richtung zum Meßobjekt hin progressiv.
Bei entsprechender Wahl der Temperaturkoeffizienten des
Metalls der Seiltrommel (3) kann deren Ausdehnung bei
Erwärmung die dann erfolgende Dehnung des Seils kompen
sieren.
Fig. 7 zeigt eine sehr vorteilhafte Verdrehsicherung
eines Drehwinkel-Meßgebers (16) in Gestalt eines steifen,
federelastischen Blechteils (32). Dieser ist einerseits
mit Schrauben oder Nieten (33) am Gehäuse des Meßgebers
(16) so befestigt, daß er mit seiner Mittelebene senk
recht zu der ihn antreibenden Welle (9) liegt. Wie im
Aufriß der Fig. 7 besser erkennbar ist als im teilweise
(entlang Linie B-B des Aufrisses) geschnittenen Grundriß,
besitzt das Blechteil (32) peripher eine U-förmige, mit
ihrer Symmetrielinie die Seele der Welle (9) schneidende
Ausnehmung (34), die einen schraubengesicherten (35)
Sechskantbolzen (36) umgreifen kann. Die Passung
zwischen Ausnehmung und Bolzen ist mit kleinem Spiel
gewählt, der Sechskantbolzen kann bis zur spielfreien
Verdrehsicherung verdreht und festgelegt werden.
Fig. 8 schließlich zeigt beispielshalber eine besonders
vorteilhafte hochauflösende Anordnung zweier Resolver
oder Synchro (RS) an einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Hier wird die zwischen Seiltrommel (3) und
Feder-Abtriebswelle (7) vorhandene Untersetzung (6, 8,
30) zur genaueren Erfassung der Weglänge, die sich über
viele Umdrehungen der Seiltrommel (3) erstreckt, benutzt.
Eine solche Anordnung, wie beschrieben in der deutschen
Patentanmeldung Nr. P 42 03 236.9-52, auf die ausdrücklich
Bezug genommen wird, ist hier besonders vorteilhaft ein
setzbar. Natürlich kann zur Untersetzung auch ein geson
dertes Getriebe verwendet werden.
Claims (12)
1. Seilzug-Wegaufnehmevorrichtung mit einem durch eine
Öffnung in die Vorrichtung geführten flexiblen Seil,
insbesondere Stahlseil, das an einem Ende mit einer
Seiltrommel fest verbunden und sehr dünn gegenüber
dem Trommeldurchmesser ist und mit seinem anderen
Ende am bezüglich der Distanz zur Vorrichtung zu er
fassenden Objekt festlegbar ist, wobei die lediglich
eine Wickellage auf der Trommel bestreitende
Auszugslänge des Seils dargestellt wird durch einen
mit der Achse der Seiltrommel winkelstarrverbundenen
Drehwinkel-Meßgeber und die Seiltrommelachse über ein
Untersetzungsgetriebe mechanisch derart mit der Ab
triebsachse einer Feder gekoppelt ist, daß das gegen
die Ausziehrichtung des Seils wirkende Federdreh
moment untersetzt auf die Seiltrommelachse übertragen
wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender
Merkmale:
- a) Das Untersetzungsgetriebe umfaßt einen flexiblen Zahnriemen (30) und Zahnriemenscheiben (6, 8), von denen eine (8) der Seiltrommelachse (9) und eine andere (6) der Federabtriebsachse (7) zugeordnet ist.
- b) Die Wickelführung des Seils (4) zur Seiltrommel (3) erfolgt durch einen Mutterblock (12, 27, Fig. 4, 5) aus gleitfähigem, abriebfestem Kunststoff mit einer Bohrung (20) für das Seil (4) mit Zwangsführung durch eine zur Seiltrommelachse (9) achsparallele Gewindespindel (11) welch letztere über eine weitere Zahnriemenscheibe (10), insbesondere vom oben ge nannten Zahnriemen (30) angetrieben und die so ge staltet ist, daß der Vorschub des Mutterblocks (12, 27) pro Umdrehung größer oder gleich dem Seildurch messer ist.
- c) Dem Mutterblock (12, 27) ist eine parallel zur Gewindespindel (11) liegende Verdrehschutzstange (18, Fig. 3) zugeordnet, auf der er mit einer satt passenden U-Ausnehmung (22) oder entsprechenden Boh rung (19) gleitfähig ist.
- d) Die Feder in Haus (5) ist eine Flachspiralfeder ohne Windungszwischenraum.
- e) Die Seiltrommel (3) ist dünnwandig und aus einem harten, leichten Metall, wie z. B. einer Aluminium legierung, gefertigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mutterblock (12, 27) aus PTFE-Compound be
steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf der Seilführungsmutter mittels
einer Achse eine Umlenkrolle drehbar befestigt ist
und die Anordnung so getroffen ist, daß das Seil (4)
vor der Seiltrommel (3) um 90 Grad umgelenkt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Seil (4) durch eine fest mit der
Grundplatte (1) verbundene Buchse (15) in die Vor
richtung eintritt und daß die Grundplatte und der
Aufbau länglich sind, mit hintereinander liegender
Anordnung von Federhaus (5) und Seiltrommel (3) der
art, daß ein vergleichsweise großer Abstand zwischen
Buchse (15) und Mutterblock (12, 27) entsteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Eliminierung des
durch den schrägen Seilzug zwischen Buchse (15) und
Mutterblock-Öffnung (20) entstehenden Meßfehlers der
das Meßseil aufnehmende Mantel der Seiltrommel (3)
mit zu den Enden hin steigenden Durchmessern ge
staltet ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voran
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Seil abgedichtet durch 2 oder mehrere Dichtscheiben
aus flexiblen Kunststoff gleitet, welche innerhalb
der Buchse (15) dicht und senkrecht zur Seilrichtung
in einem zur Seilachse koaxialen Rohrabschnitt be
festigt sind, insbesondere nach Patentanmeldungen
Nr. . . . . . . ., Nr. . . . . . . . und Nr. . . . . . . .
(gleichzeitig eingereicht).
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren vorhergehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drehwinkel-Meßgeber (16) an die Seiltrommelwelle (9)
über Zahnriemenscheiben und einen an sich bekannten
Zahnriemen bzw. Kerbzahnriemen gekoppelt ist und bei
Verwendung eines Drehwinkel-Meßgebers (16) mit be
schränktem Umdrehungszählbereich die winkelstarre
mechanische Kopplung mit einer entsprechenden Unter
setzung der Seiltrommeldrehzahl ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an
die Meßtrommelachse (9) über vorhandene oder geson
derte Zahnriemenscheiben (18, 19) und Zahnriemen
(31) ein Tachodynamo o. ä. (28) zur Ermittlung der
Augenblicks-Seilgeschwindigkeit angekoppelt ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Verwendung eines Kunststoffseils oder eines kunst
stoffummantelten Metallseils in die erweiterte
Seilöffnung (24) des Mutterblocks (27) eine
Seilführungsbuchse (25) aus Metall, vorzugsweise aus
Bronze, mit nach außen zu sich trompetenförmig er
weitender Bohrung eingelassen ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperaturkoeffizienten des Seil- und Seiltrom
melmaterials so gewählt sind, daß sich die
Seillängenänderung bei Temperaturänderungen durch
Änderung des Trommeldurchmessers kompensiert.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Erfassung von Seiltrommel-Drehbereichen »360 neben
dem der Seiltrommelwelle (9) zugeordneten
Drehwinkelmeßgeber (16), der als Resolver oder
Synchro (RS, Fig. 8), ausgebildet ist, ein weiterer
Resolver (RS) vorgesehen ist, der der Federabtriebs
welle (7) zugeordnet ist, insbesondere ausgebildet
wie die Sensoranordnungen nach der deutschen Patent
anmeldung Nr. P 42 03 236.9-52.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Verdrehsicherung des Drehwinkel-Meßgeber (16, RS) ein
dünnes, federelastisches Blechteil (32) vorgesehen
ist, das mit seiner Flächenebene senkrecht zur
Meßgeberseite montiert, mit Befestigungsmitteln (33)
einerseits am Meßgebergehäuse festgelegt ist und das
andererseits peripher eine U-förmige Ausnehmung (34)
aufweist, mit der es einen am Lagerschild (2) mittels
Schraube (35) spielfrei zum Blechteil (32) einstell
baren Sechskantbolzen (36) umfassen kann.
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DE4217607A DE4217607C2 (de) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | Seilzug-Wegaufnehmevorrichtung |
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DE4217607C2 DE4217607C2 (de) | 1995-04-27 |
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ID=6459875
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DE4217607A Expired - Fee Related DE4217607C2 (de) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | Seilzug-Wegaufnehmevorrichtung |
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