DE4306951A1 - Wegmeßsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegmeßsystem zur Erfassung des Weges eines sich bewegenden Maschinenelements, umfassend ein sich in einer Längsrichtung erstreckendes Gehäuse, einen in dem Gehäuse sich parallel der Meßrichtung er­ streckenden Meßfühler und ein gegenüber dem Gehäuse in der Längsrichtung bewegliches, berührungslos auf den Meßfühler wirkendes Wegerfassungselement.

Derartige Wegmeßsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen Wegmeßsystemen wird das Wegerfassungs­ element direkt an dem Maschinenelement gehalten und von dem Maschinenelement in der Längsrichtung bewegt. Nach­ teilig hierfür ist, daß sich das Maschinenelement, um eine Abstandstoleranz zwischen Meßfühler und Wegerfassungs­ element einzuhalten, im wesentlichen mit geringen Tole­ ranzen parallel zur Längsrichtung bewegen muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Weg­ meßsystem der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die vorstehend genannten Anforderungen an das Maschi­ nenelement nicht mehr gestellt werden müssen.

Diese Aufgabe wird bei einem Wegmeßsystem der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wegerfassungselement an dem Gehäuse durch eine Längsfüh­ rung in allen Richtungen quer zur Längsrichtung unbeweg­ lich geführt ist, daß das Wegerfassungselement über eine Verbindungsstange mit dem Maschinenelement verbunden ist, daß zwischen der Verbindungsstange und dem Weger­ fassungselement ein erstes Gelenk und zwischen der Ver­ bindungsstange und dem Maschinenelement ein zweites Gelenk vorgesehen ist und daß die Gelenke mindestens jeweils eine Beweglichkeit um eine Achse aufweisen, die zu der des je­ weils anderen parallel ausgerichtet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Möglichkeit, eine Wegmessung in Längsrichtung auch dann vorzunehmen, wenn sich das Maschinenelement nicht mit den geforderten Toleranzen bezüglich der Längsrichtung bewegt. Es ist sogar möglich, eine Wegmessung auch dann vorzunehmen, wenn sich ein Angriffspunkt des Gelenks zwischen Maschinenele­ ment und Verbindungsstange auf einer irgendwie gearteten Bahn beispielsweise einer elliptischen Bahn bewegt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gelenke eine Beweg­ lichkeit um zwei quer zueinander verlaufende Achsen auf­ weisen, die jeweils parallel zueinander ausgerichtet sind, da in diesem Fall noch größere Abweichungen des Angriffs­ punkts des Gelenks zwischen Maschinenelement und Verbin­ dungsstange von einer geraden Linie kompensierbar sind. Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß jedes der Gelenke eine Beweglichkeit in drei jeweils quer zueinander verlaufenden Achsen aufweist, so daß eine Kompensation einer im beliebig im Raum liegenden Bewe­ gungsbahn des Angriffspunkts des Gelenks zwischen Maschi­ nenelement und Verbindungsstange möglich ist.

Hinsichtlich der Längsführung wurde bislang lediglich aus­ geführt, daß diese an dem Gehäuse angeordnet ist.

Durch die Tatsache, daß zwischen dem Maschinenelement und der Verbindungsstange sowie der Verbindungsstange und dem Wegerfassungselement jeweils ein Gelenk vorgesehen ist, wirken auf die Längsführung äußerst geringe Querkräfte, so daß es nicht erforderlich ist, diese Längsführung sehr stabil auszuführen. Um möglichst geringe Querkräfte auf die Längsführung wirken zu lassen ist es vielmehr vorteil­ haft, daß die Längsführung möglichst leichtgängig ausge­ bildet ist. Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, daß zwei im Abstand voneinander angeordnete und parallel zueinander verlaufende Längsführungen vorgesehen sind.

Diese sind insbesondere so ausgebildet, daß jede Längsfüh­ rung eine Führungsnut aufweist und daß die Führungsnuten der Längsführungen einander zugewandt angeordnet sind und parallel im Abstand von einander zur Längsrichtung verlau­ fen. Mit einer derartigen Anordnung der Längsführungen wird in besonders einfacher Weise eine Leichtgängigkeit der Längsführungen erreicht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Führungsnuten in jeweils einer Seitenwand des Gehäuses ausgebildet sind.

Vorzugsweise liegen dabei die Führungsnuten in einem über eine Oberwand des Gehäuses überstehenden Bereich der Seitenwände, so daß sich in einfacher Weise die beiden Längsführungen über der Oberwand anordnen lassen.

Hinsichtlich der Führung des Wegerfassungselements in den Längsführungen wurden bislang keine näheren Angaben ge­ macht. So wäre es beispielsweise möglich, das Weger­ fassungselement direkt durch die Längsführungen in der Längsrichtung zu führen.

Aus Gründen einer Leichtgängigkeit der Bewegung in den Längsführungen ist jedoch von Vorteil, wenn das Weger­ fassungselement an einem von den Längsführungen geführten Schlitten angeordnet ist.

Vorzugsweise ist dabei der Schlitten so ausgebildet, daß er mit Gleitkörpern in den Nuten geführt ist.

Durch das Vorsehen eines Schlittens wird die Möglichkeit geschaffen, das Führungsverhältnis und somit die Leicht­ gängigkeit der Längsführung des Wegerfassungselements vor­ teilhaft aus zu gestalten.

Im Rahmen der bislang erfolgten Beschreibung der Ausfüh­ rungsbeispiele wurde nichts darüber ausgesagt, wo der Meß­ fühler in dem Gehäuse angebracht ist. Besonders vorteil­ haft ist es, wenn die Oberwand des Gehäuses eine Kapselung für den Meßfühler trägt, so daß das Wegerfassungselement möglichst nahe bei dem Meßfühler angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Kapselung dabei so ausgebildet, daß sie einen Kanal für den Meßfühler aufweist, welcher sich in der Längsrichtung erstreckt.

Ein besonders zweckmäßiges Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Kapselung durch eine Aufwölbung der Oberwand ge­ bildet ist, so daß vorzugsweise der in dem Kanal ange­ ordnete Meßfühler ebenfalls seinerseits über der Oberwand zu liegen kommt.

Hinsichtlich der relativen Anordnung der Kapselung bezüg­ lich der Längsführungen ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Kapselung zwischen den Längsführungen, vorzugsweise mittig zwischen denselben liegt, so daß das Wegerfassungs­ element nahe der Kapselung geführt werden dann und damit auch unmittelbar in der Nähe der Längsführungen liegt, wodurch eine besonders vorteilhafte, möglichst spielfreie Führung des Wegerfassungselements in der Längsrichtung er­ reichbar ist.

Hinsichtlich der Wechselwirkung des Wegerfassungselements mit dem Meßfühler wurden bislang keine weiteren Angaben gemacht. So ist es besonders vorteilhaft, wenn das Weger­ fassungselement über ein Magnetfeld durch die Kapselung hindurch auf den Meßfühler wirkt, das heißt, wenn die Kapselung magnetfelddurchlässig ausgebildet ist.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Wegmeßsystems sieht vor, daß das Gehäuse aus Aluminium hergestellt ist.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Gehäuse einen Pro­ filabschnitt aus einem Strangpressprofil aufweist, wobei der Profilabschnitt vorzugsweise auch mit den Längsfüh­ rungen und der Kapselung für den Meßfühler versehen ist.

Weitere Merkmale und Vorteile sind Gegenstand der nachfol­ genden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht eines erfindungs­ gemäßen Wegmeßsystems;

Fig. 2 einen Schnitt Längslinie 2-2 in Fig. 2 und

Fig. 3 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Weg­ meßsystems.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultra­ schall-Wegmeßsystems, dargestellt in den Fig. 1 bis 3 weist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse auf, welches seinerseits einen in einer Längsrichtung 13 lang­ gestreckten und vorzugsweise als Strangpreßprofil aus Aluminium hergestellten Profilabschnitt 12 umfaßt, welcher jeweils endseitig durch Deckel 14 und 16 verschlossen ist.

Auf dem Profilabschnitt 12 ist ein als Ganzes mit 18 be­ zeichneter Schlitten geführt, welcher seinerseits, wie in Fig. 3 dargestellt, mittels einer Verbindungsstange 20 mit einem Maschinenelement 22 verbindbar ist.

Die Verbindung zwischen dem Schlitten 18 und der Verbin­ dungsstange 20 erfolgt über ein als Kugelgelenk ausgebil­ detes Gelenk 24, welches um drei zueinander senkrechte Achsen 26, 28 und 30 bewegbar ist. Wobei die Bewegbarkeit des Gelenks 24 um parallel zu einer Führungsebene 32 des Schlittens 18 ausgerichtete Achsen 28 und 30 auf einen Winkelbereich begrenzt ist, während die Drehbarkeit um die Achse 26, welche senkrecht auf der Füh­ rungsebene 32 steht, unbegrenzt ist.

Darüber hinaus erfolgt die Verbindung zwischen der Verbin­ dungsstange und dem Maschinenelement 22 ebenfalls über ein Gelenk 34, welches seinerseits ebenfalls um 3 senkrecht aufeinanderstehende Achsen 36, 38 und 40 drehbar ist. Dieses Gelenk 34 ist als Kugelgelenk ausgeführt, wobei eine Innenkugel vorzugsweise über einen Bolzen 42 mit dem Maschinenelement 22 verbindbar ist. Dabei ist das Gelenk 34 um die zum Bolzen 42 koaxiale Achse 36 unbegrenzt dreh­ bar, während um die übrigen Achsen 38 und 40, die senk­ recht dazu stehen, eine begrenzte Drehbarkeit gegeben ist.

Darüber hinaus ist die Verbindungsstange 20 zwischen den Gelenken 24 und 34 noch mit einer Längenverstelleinrich­ tung 44 versehen, mit welcher eine Länge der Verbindungs­ stange 20 einstellbar ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Profilabschnitt 12 umfaßt einen Boden 50, welcher mit einer Auflagefläche 52 beispiels­ weise auf einer Maschine montierbar ist. Von dem Boden 50 erheben sich zwei Seitenwände 54 und 56 des Profilab­ schnitts, welche parallel zueinander verlaufen und durch eine parallel zum Boden 50 verlaufende Oberwand 58 mitein­ ander verbunden sind. Zwischen den Seitenwänden 54 und 56 sowie dem Boden 50 und der Oberwand 58 verbleibt ein innerer Hohlraum 60, welcher zur Aufnahme einer elek­ trischen Auswerteschaltung 62 dient, wobei hierzu an Innenseiten der Seitenwände 54 und 56 sich in der Längs­ richtung 13 erstreckende Nuten 64 und 66 vorgesehen sind, in welche ein Träger 68 für die Schaltung 62 einschiebbar ist.

Darüber hinaus sind zur Fixierung des Profilabschnitts 12 auf einer Maschine in Außenseiten der Seitenwände 54 und 56 vorzugsweise in geringem Abstand über dem Boden 50 Haltenuten 70 und 72 eingeformt, in welche ein Haltebügel 74 mit seinen Haltekrallen 76 und 78 eingreift. Dabei ist der Haltebügel 74 vorzugsweise als einstückiges ungefähr U-förmiges Teil ausgebildet, wobei die beiden freien Schenkel des U nach innen zur Ausbildung der Haltekrallen 76, 78 eingebogen sind. Ferner dient der Haltebügel 64 mit einem unteren Schenkel 80 als Auflage für den Profilab­ schnitt 12.

Auf der Oberwand 58 sitzt eine Aufwölbung 90, welche in ihrem Inneren einen sich in der Längsrichtung 13 er­ streckenden Längskanal 92 aufweist, in welchem ein Meß­ fühler 94 aufgenommen ist. Die Aufwölbung 90 dient somit als Kapselung für den Meßfühler 94 und ist so angeordnet, daß der Meßfühler oberhalb einer Oberseite 96 der Oberwand 58 in dem Längskanal 92 liegt.

Der Meßfühler 94 ist dabei vorzugsweise ein magnetostrik­ tiver Stab der zur Ultraschallmessung dient. Vorzugsweise ist der Meßfühler 94 ein magnetostriktives Rohr und Teil eines Ultraschall-Wegmeßsystems, wie es beispielsweise in dem deutschen Patent 33 43 310 beschrieben ist.

Als Wegerfassungselement dienen dabei drei in radialer Richtung zu einer Längsachse 98 des Meßfühlers 94 ange­ ordnete Magnete 100, welche in dem Schlitten 18 angeordnet sind. Der Meßfühler 96 erfaßt somit die relative Lage der Magnete 100 in der Längsrichtung 13 bezogen auf den Meß­ fühler 94.

Die Magnete 100 sind hierzu in Bohrungen 102 eines umge­ kehrt U-förmigen und die Aufwölbung 90 übergreifenden Mittelkörpers 104 des Schlittens 18 eingesetzt und werden von dem Schlitten 18 im Abstand von der Aufwölbung 90 geführt.

Die Führung des Schlittens 18 erfolgt durch zwei Längsfüh­ rungen 106 und 108. Diese weisen zwei Führungsnuten 110 und 112 auf, die am Profilabschnitt 12 ausgebildet sind. In diesen Führungsnuten 110 und 112 gleiten Gleitkörper 114 und 116 des Schlittens, wobei in jeder der Führungs­ nuten 110 und 112 zwei derartiger Gleitkörper 114 bzw. 116 gleiten.

Diese Gleitkörper 114 und 116 sind jeweils an sich in der Längsrichtung 13 über den Mittelkörper 104 des Schlittens 18 beiderseits hinauserstreckenden und vom Schlitten 18 umfaßten Armen 118 bzw. 120 gehalten.

Die Führungsnuten 110 und 112 sind an dem Profilabschnitt 12 oberhalb der Oberwand 58 einander zugewandt angeordnet und sind dabei in über die Oberwand 58 hinausgezogene Ab­ schnitte 122 und 124 der Seitenwände 54 und 56 eingeformt und zwar so, daß jeweils ein Nutboden 126 parallel zu der Seitenwand 56 und im wesentlichen senk­ recht zur Oberseite 96 verläuft und seitliche Nutenwände 128 und 130 im wesentlichen parallel zur Oberseite 96 verlaufen.

Somit sind die Führungsnuten 110 und 112 außerdem der Auf­ wölbung 90 zugewandt, welche vorzugsweise mittig zwischen diesen beiden liegt.

Damit liegen auch die Arme 118 und 120 des Schlittens 18 jeweils in einem zwischen der jeweiligen Führungsnut 110 bzw. 112 und der Aufwölbung 90 sich bildenden Zwischen­ raum, der sich über die gesamte Längsrichtung 13 des Pro­ filabschnitts 12 erstreckt.

Die Länge der Arme 118 und 120 ist dabei so bemessen, daß die von diesen getragenen Gleitkörper 114 und 116 stets noch in der jeweiligen Führungsnut 110 und 112 verlaufen, solange die Magnete 100 noch in einem erlaubten Meßbereich 132 in der Längsrichtung 13 über dem Profilabschnitt 12 stehen.

Aufgrund der Führung des Schlittens 18 in den Längsfüh­ rungen 106 bzw. 108 an dem Gehäuse 10 und der Verbindungs­ stange 20 mit den Gelenken 24 und 34 besteht die Möglich­ keit, daß sich das Maschinenelement seinerseits auf einer nichtlinearen Bahn 134 bewegen kann, welche beispielsweise eine schräg im Raum liegende elliptische Bahn ist. Die Be­ wegungen des Maschinenelements 22 werden durch die Verbin­ dungsstange 20 mit den Gelenken 24 und 34 in eine reine Linearbewegung des Schlittens 18 in der Längsrichtung 13 umgesetzt, die in einfacher Weise durch den sich ebenfalls parallel zur Längsrichtung 13 erstreckenden Meßfühler 94 erfaßbar ist. Dabei erfaßt der Meßfühler 94 alle Komponenten der Bahn 134, welche parallel zur Längsrichtung 13 verlaufen.

Claims (16)

1. Wegmeßsystem zur Erfassung des Weges eines sich be­ wegenden Maschinenelements, umfassend ein sich in einer Längsrichtung erstreckendes Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten, sich parallel zu der Längsrichtung erstreckenden Meßfühler und ein gegen­ über dem Gehäuse in der Längsrichtung bewegliches, berührungslos auf den Meßfühler wirkendes Weger­ fassungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegerfassungselement (100) an dem Gehäuse (10) durch eine Längsführung (106, 108) in allen Rich­ tungen quer zur Längsrichtung (13) unbeweglich ge­ führt ist, daß das Wegerfassungselement (100) über eine Verbindungsstange (20) mit dem Maschinenelement (22) verbunden ist, daß zwischen der Verbindungs­ stange (20) und dem Wegerfassungselement (100) ein erstes Gelenk (24) und zwischen der Verbindungs­ stange (20) und dem Maschinenelement (22) ein zweites Gelenk (34) vorgesehen ist und daß die Ge­ lenke (24, 34) mindestens jeweils eine Beweglichkeit um eine Achse (26, 28, 30; 36, 38, 40) aufweisen, die zu der des jeweils anderen Gelenks (34, 24) parallel ausgerichtet ist.

2. Wegmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gelenke (24, 34) eine Beweglichkeit in zwei quer zueinander verlaufenden Achsen (26, 28, 30; 36, 38, 40) aufweisen, die jeweils parallel zu­ einander ausgerichtet sind.

3. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes der Gelenke (24, 34) eine Beweg­ lichkeit in drei, jeweils quer zueinander verlaufen­ den Achsen (26, 28, 30; 36, 38, 40) aufweist.

4. Wegmeßsystem nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Längs­ führungen (106, 108) vorgesehen sind.

5. Wegmeßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Längsführung (106, 108) eine Führungs­ nut (110, 112) aufweist und daß die Führungsnuten (110, 112) der Längsführungen (106, 108) einander zugewandt angeordnet sind und im Abstand parallel zur Längsrichtung (13) verlaufen.

6. Wegmeßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungsnuten (110, 112) in jeweils einer Seitenwand (54, 56) des Gehäuses (10) ausge­ bildet sind.

7. Wegmeßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungsnuten (110, 112) in einem über eine Oberwand (58) des Gehäuses (10) überstehenden Bereich der Seitenwand (54, 56) liegen.

8. Wegmeßsystem nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Weger­ fassungselement (100) an einem von der Längsführung (106, 108) geführten Schlitten (18) angeordnet ist.

9. Wegmeßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schlitten (18) mit Gleitkörpern (114, 116) in den Führungsnuten (110, 112) geführt ist.

10. Wegmeßsystem nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberwand (58) des Gehäuses (10) eine Kapselung für den Meß­ fühler (94) trägt.

11. Wegmeßsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kapselung (90) einen Kanal (92) zur Aufnahme des Meßfühlers (94) aufweist.

12. Wegmeßsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kapselung (90) durch eine Auf­ wölbung der Oberwand (58) gebildet ist.

13. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung (90) zwischen den Längsführungen (106, 108) liegt.

14. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegerfassungselement (100) über ein Magnetfeld durch die Kapselung (90) hindurch auf den Meßfühler (94) wirkt.

15. Wegmeßsystem nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung (90) aus magnetfelddurchlässigem Material, insbeson­ dere Aluminium, ausgebildet ist.

16. Wegmeßsystem nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus einem Strangpreßprofil, insbesondere aus Aluminium, hergestellt ist.