DE9422021U1

DE9422021U1 - Positionsmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE9422021U1
Application number: DE9422021U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2004-03-03

Description

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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 27. Januar 1994

Pos itionsmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Positionsmeßeinrichtungen werden zur Messung der Relativlage zweier Bauteile eingesetzt und können als Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen ausgeführt sein.

Aus der DE 25 05 587 C3 ist eine Längenmeßeinrichtung bekannt, bei der eine Maßverkörperung an einem Trägerkörper mittels einer Klebeschicht befestigt ist. Um Meßungenauigkeiten bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Maßverkörperung und des Trägerkörpers zu vermeiden, erfolgt die Befestigung ohne direkte Berührung zwischen der Maßverkörperung und des Trägerkörpers, wobei ein elastischer Kleber Verwendung findet. Nachteilig ist dabei, daß die Maßverkörperung durch diese

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ausschließlich elastische Befestigung nicht ausreichend fest gehalten ist und zu Schwingungen führt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird in der DE 26 43 304 B2 vorgeschlagen, die Maßverkörperung auf den Rändern einer in Meßrichtung verlaufenden rechteckigen Nut eines Trägerkörpers aufliegend zu befestigen. Die Maßverkörperung ist in seiner Mitte mittels eines unelastischen Klebemittels in der Nut und zu beiden Seiten mittels eines hochelastischen Klebemittels in der Nut mit dem Trägerkörper verbunden. Dies hat wiederum den Nachteil, daß die Maßverkörperung aufgrund der elastischen Befestigung an ausschließlich einer Fläche leicht zum Schwingen angeregt werden kann. Der direkte Kontakt der Maßverkörperung mit den Rändern der Nut hat weiterhin den Nachteil, daß fertigungsbedingte Unebenheiten des Trägerkörpers auf die Maßverkörperung übertragen werden, wodurch bei der Messung Fehler auftreten können.

Um die Schwingungen der Maßverkörperung zu reduzieren, wurde weiterhin vorgeschlagen, die Maßverkörperung nicht nur über eine Fläche an dem Trägerkörper zu befestigen. Eine derartige Positionsmeßeinrichtung, von der diese Erfindung ausgeht, ist in der DE 31 18 607 C2 beschrieben. Zur Aufnahme der Maßverkörperung ist in dem Trägerkörper eine Längsnut eingebracht. Die Maßverkörperung steht mit einer Seitenfläche der Nut und mit der Grundfläche der Nut in direktem Kontakt. Der Raum zwischen der weiteren Seitenfläche der Nut und einer Fläche der Maßverkörperung ist mit einem Gummistab und einem elastischen Kleber ausgefüllt. Die Maßverkörperung ist also in einem Teilbereich eingespannt

befestigt. Der Nachteil bei dieser Einrichtung besteht darin, daß der mit elastischem Kleber auszufüllende Raum relativ breit ist, was sich auf die Schwingungseigenschaften der Maßverkörperung wieder negativ auswirkt.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Einspannung der Maßverkörperung mittels des Gummistabes die freie Längsausdehnung zwischen der Maß-Verkörperung und des Trägerkörpers behindert wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde in der DE 33 12 534 Al vorgeschlagen, den Gummistab nur abschnittsweise vorzusehen und zusätzlich die Maßverkörperung am Boden der Nut über ein Abstandsstück zu lagern. Diese Lösung hat den Nachteil, daß abschnittsweise unterschiedliche Kräfte auf die Maßverkörperung wirken und zu Meßungenauigkeiten führen können.

In der DE 36 05 789 Cl ist eine Positionsmeßeinrichtung beschrieben, bei der die Maßverkörperung ebenfalls in einer Nut eines Trägerkörpers befestigt ist. Die Maßverkörperung ist an einer Schmalseite in dauerelastischer Vergußmasse eingebettet.

Um Längenausdehnungen zwischen der Maßverkörperung und dem Trägerkörper zu gewährleisten, muß die Vergußmasse hochelastisch sein, was die Schwingungseigenschaften und die Stabilität der Maßverkörperung nachteilig beeinflußt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Positionsmeßeinrichtung zu schaffen, bei der ungleiche thermische Eigenschaften der Maßverkörperung und des Trägerkörpers praktisch keine Verfälschungen des Meßergebnisses hervorrufen und die Maßverkörperung

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trotzdem relativ schwingungsfest am Trägerkörper befestigt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine nahezu ungehinderte Längenausdehnung des Trägerkörpers relativ zur Maßverkörperung erfolgen kann.

Dieser Vorteil kommt besonders dann zum Tragen, wenn die Maßverkörperung aus Glas und der Trägerkörper aus Metall, beispielsweise Aluminium ist. Weiterhin ist eine stabile und schwingungsarme Befestigung gewährleistet.

Zweckdienliche Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Längenmeßeinrichtungen nach der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Langenmeßeinrichtung im

Teilschnitt,

Figur 2 einen Querschnitt der Längenmeßeinrichtung gemäß Figur 1 im Befestigungsbereich der Maßver

körperung,

Figur 3 den Befestigungsbereich der Maßverkörperung bei einer weiteren Längenmeßeinrichtung,

Figur 4 bis Figur 10 Befestigungsbereiche

von Maßverkörperungen weiterer Längenmeßeinrichtungen . 5

Eine in Figur 1 dargestellte Längenmeßeinrichtung besteht aus einem Gehäuse 1 als Trägerkörper für eine Maßverkörperung 2. Auf der Maßverkörperung 2 ist eine Teilung 3 aufgebracht, die von einer Abtasteinrichtung 4 photoelektrisch abgetastet wird. Das Gehäuse 1 besteht aus Aluminium und die Maßverkörperung 2 aus Glas. Um die Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zu messen, ist das Gehäuse 1 an einem dieser Bauteile und die Abtasteinrichtung 4 am anderen Bauteil befestigt. Die Maßverkörperung 2 und die Abtasteinrichtung 4 sind durch das Gehäuse 1 und durch eine Dichtung 5 vor Umwelteinflüssen abgeschirmt.

Gemäß der Erfindung ist in dem Gehäuse 1 eine in Meßrichtung X verlaufende Nut 6 vorgesehen, in der die Maßverkörperung 2 langsverschieblich und trotzdem relativ stabil und schwingungsfest eingebracht ist. Die Maßverkörperung 2 ist an einer schmalen Kante 7 sowie an zwei daran anschließende Bereiche der Seitenflächen 8, 9 mit einer dünnen elastischen Klebstoffschicht 10 (Dicke etwa 0,1mm) versehen. Über eine Vorrichtung, welche die Ebenheit der Maßverkörperung 2 vorgibt, wird diese Maßverkörperung 2 am Grund 11 der Nut 6 an seiner schmalen Kante 7 fixiert, so daß zwischen der Klebstoffschicht 10 und den Seitenflächen 12, 13 der Nut 6 jeweils ein Zwischenraum entsteht. Diese Zwischenräume werden mit einer Vergußmasse 14 aufgefüllt. Die Klebstoffschicht 10 zwischen der Maßverkörperung 2 und dem

Gehäuse 1 ist eine Trennschicht, die Relativbewegungen zwischen der Maßverkörperung 2 und dem Gehäuse 1 aufgrund von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten in Längsrichtung X zuläßt. Die fest aushärtende Vergußmasse 14 garantiert, daß die Maßverkörperung 2 trotz Ausdehnungsmöglichkeit relativ fest und somit schwingungsarm im Gehäuse 1 gehalten ist. Ein Querschnitt dieser Längenmeßeinrichtung ist in Figur 2 dargestellt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Figur 3 im Querschnitt gezeigt. Im Gehäuse 1 ist wiederum eine Nut 6 eingebracht, in der die Maßverkörperung 2 befestigt ist. Die Trennschicht zwisehen der Maßverkörperung 2 und der Vergußmasse 14 besteht in diesem Fall aus einer elastischen Klebstoff schicht 10 und einer Gleitschicht 15. Die Gleitschicht 15 kann beispielsweise das Schutzpapier der Klebefolie sein, die die Klebeschicht 10 bildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Langsverschieblichkeit des Gehäuses 1 gegenüber der Maßverkörperung 2 auch bei großen Unterschieden der Ausdehnungskoeffizienten und bei großen Meßlängen gewährleistet ist, da durch die Gleitschicht 15 zusätzlich eine Gleitbewegung ermöglicht wird.

In Figur 4 ist eine weitere vorteilhafte Befestigungsart dargestellt. Wie in den Beispielen gemäß Figur 1 bis Figur 3 ist die Maßverkörperung 2 an der schmalen Kante mit einer Klebstoffschicht 10 versehen und damit in der Nut 6 fixiert. Diese Klebstoffschicht 10 ist elastisch, wodurch Ausdehnungen zwischen der Maßverkörperung 2 und dem Gehäuse 1 möglich sind. Um die Maßverkörperung 2 in der Nut 6 möglichst schwingungsfest zu halten, ist

der Raum zwischen den Seitenflächen der Maßverkörperung 2 und den Seitenflächen der Nut 6 mit einer Vergußmasse 14 aufgefüllt. Damit durch die Vergußmasse 14 die Ausdehnungsmöglichkeit zwischen Maßverkörperung 2 und Gehäuse 1 nicht behindert wird, ist zwischen der Maßverkörperung 2 und der Vergußmasse 14 eine Trennschicht in Form einer Gleitschicht 15 vorgesehen. Diese Gleitschicht 15 ist beispielsweise eine Teflonfolie oder ein öl- bzw. silikonhaltiges Papier.

Um die Festigkeit der Befestigung noch zu erhöhen, ist es bei allen Ausführungsbeispielen möglich/ die Nut 6 derart auszuformen, daß ein optimaler Formschluß zwischen der Nut 6 und der Vergußmasse 14 entsteht. Ein Beispiel hierzu ist in Figur 5 dargestellt. Wie in Figur 2, so ist auch hier zwischen der Maßverkörperung 2 und der Vergußmasse 14 ein Trennelement in Form einer elastischen Klebstoffschicht 10 vorgesehen. Der Formschluß ist hier durch eine Nut mit Hinterschneidungen, beispielsweise einer schwalbenschwanzförmigen Nut 6 gewährleistet. Die Nut 6 kann aber auch andere Profilformen aufweisen, die einen Formschluß garantieren.

Beispiele hierzu sind in der DE 40 21 919 Al zu finden.

Die bisher gezeigten Ausführungen hatten den Vorteil, daß die Befestigung der Maßverkörperung 2 unabhängig von der Geradheit der Seitenflächen der Nut 6 erfolgt. Ist gewährleistet, daß zumindest eine Seitenfläche der Nut 6 ausreichend gerade ist, dann kann die Maßverkörperung 2 auch daran anliegend befestigt werden, wie in den folgenden Beispielen nach Figuren 6 bis 9 gezeigt ist.

In Figur 6 ist die Maßverkörperung 2 wie in Figur 2 mit einer elastischen Klebstoffschicht 10 versehen. Die Klebstoffschicht 10 auf der schmalen Kante sowie auf einer Seitenfläche der Maßverkörperung 2 hat direkten Kontakt mit Innenflächen der Nut 6 im Gehäuse 1. Der Raum zwischen der Klebstoffschicht 10 auf der weiteren Seitenfläche der Maßverkörperung 2 und der weiteren Seitenfläche der Nut 6 ist mit einer Vergußmasse 14 aufgefüllt. Diese Kleb-Stoffschicht 10 zwischen der Maßverkörperung 2 und der Vergußmasse 14 ist die Trennschicht gemäß der Erfindung.

Bei dem Beispiel gemäß Figur 7 hat die Maßverkörperung 2 mit der schmalen Kante und einer Seitenfläche direkten Kontakt mit den Innenflächen der Nut 6. Die Einspannung in der Nut 6 erfolgt auch hier mit der Vergußmasse 14, wobei zwischen der Maßverkörperung 2 und der Vergußmasse 14 wiederum eine Klebstoffschicht 10 als Trennschicht vorgesehen ist.

In Figur 8 ist gezeigt, daß bei entsprechender Zähflüssigkeit der Vergußmasse 14 die Einspannung der Maßverkörperung auch ohne Nut möglich ist. Durch das Anbringen der Vergußmasse 14 wird die Maßverkörperung 2 in dem rechtwinkeligen Absatz 16 des Gehäuses 1 gehalten. Eine elastische Klebstoffschicht 10 ist an der Maßverkörperung 2 wie in Figur 2 beschrieben vorgesehen.

Bei den Beispielen gemäß Figur 5 bis 8 ist als Trennschicht eine Klebstoffschicht 10 vorgesehen.

Nach der Erfindung ist es auch hier möglich, anstelle der Klebstoffschicht 10, eine Gleitschicht

wie in Figur 4 dargestellt/ vorzusehen. Desweiteren sind auch Kombinationen von Klebstoffschicht und Gleitschicht als Trennschicht besonders vorteilhaft.
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Das weitere Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 ist eine Variante des Beispieles gemäß Figur 6. Die Maßverkörperung 2 ist an seiner schmalen Kante an der Unterseite sowie an einer daran anschließenden Seitenfläche mit einer elastischen Klebstoffschicht 10 versehen. Über die Klebstoff schicht 10 ist die Maßverkörperung 2 seitlich an einer Seitenfläche der Nut 6 fixiert. Auf der Klebstoffschicht 10 der schmalen Kante ist eine Gleitschicht 15 vorgesehen. Zwischen dieser Gleitschicht 15 und der Grundfläche der Nut 6 ist ein geringer Abstand, in den die Vergußmasse 14 fließen kann. Die Trennschicht besteht also in diesem Bereich aus der Klebstoffschicht 10 und der Gleitschicht 15.
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Am Ausführungsbeispiel nach Figur 10 wird verdeutlicht/ daß die Trennschicht gemäß der Erfindung auch zwischen der Vergußmasse 14 und Flächen des Gehäuses 1 vorgesehen sein kann. Im Gehäuse 1 ist wiederum eine Nut 6 eingebracht. Die Maßverkörperung 2 ist mit einer schmalen Kante über eine Klebstoff schicht 10 am Boden der Nut 6 fixiert. Um auch hier eine reibungsarme Längenausdehnung der Maßverkörperung 2 relativ zum Gehäuse 1 zu gewährleisten, sind an den übrigen Flächen der Nut 6 Gleitschichten 15 vorgesehen, die die Vergußmasse 14 von dem Gehäuse 1 trennen.

In nicht gezeigter Weise ist es weiterhin vorteilhaft, eine Trennschicht zwischen der Maßver-

körperung und der Vergußmasse sowie gleichzeitig zwischen der Vergußmasse und dem Trägerkörper vorzusehen.

Bei allen Ausführungsformen kann die Trennschicht auch mehrlagig, z.B. dreilagig aufgebaut sein. Beispielsweise in der Mitte eine Klebstoffschicht und beidseitig eine Gleitschicht.

Um eine schwingungsfeste Befestigung zu erreichen, wird eine Vergußmasse verwendet, die relativ fest aushärtet und daher relativ unelastisch ist.

Die Erfindung ist auch bei Winkelmeßeinrichtungen einsetzbar. In diesem Fall ist die Teilung der Maßverkörperung auf einem Kreisbogen aufgebracht.

Weiterhin kann die Erfindung nicht nur bei Maßverkörperungen aus Glas verwendet werden. Die Maßverkörperung kann auch aus Metall oder Kunststoff bestehen. Ebenso ist die Erfindung nicht auf das lichtelektrische Abtastprinzip beschränkt. Die Maßverkörperung kann auch eine Teilung aufweisen, die auf dem kapazitiven, induktiven oder magnetischen Prinzip beruht. Auf der Maßverkörperung können auch mehrere Teilungsspuren oder eine absolute Informationsspur aufgebracht sein.

Der Trägerkörper für die Maßverkörperung 2 muß nicht notwendigerweise ein Gehäuse sein, er kann auch nur eine Metallschiene sein, wie sie bei sogenannten offenen Systemen bekannt ist.

Claims

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 27. Januar 1994

Ansprüche

1. Positionsmeßeinrichtung mit einer Maßverkörperung (2), die von einer Abtasteinrichtung (4) zur Ermittlung von Positionsmeßwerten abgetastet wird, wobei die Maßverkörperung (2) an einem Trägerkörper (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung eine relativ unelastisch aushärtende Vergußmasse (14) zumindest zwischen einer Fläche (8, 9) der Maßverkörperung (2) und einer Fläche (12, 13) des Trägerkörpers

(1) vorgesehen ist, wobei zwischen der Maßverkörperung (2) und der Vergußmasse (14) und/oder zwischen der Vergußmasse (14) und des Trägerkörpers (1) eine Trennschicht (10, 15) angebracht ist, die thermische Längenänderungen der Maßverkörperung (2) im wesentlichen unabhängig vom Trägerkörper (1) in Meßrichtung (X) zuläßt.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägerkörper (1) eine in Meßrichtung (X) verlaufende Nut (6) vorgesehen ist, an dessen Flächen (11, 12, 13) die Maßverkörperung (2) befestigt ist, indem zumindest in den Raum zwischen einer Fläche (8, 9) der Maßverkörperung (2) und einer Fläche (12,

13) der Nut (6) die Vergußmasse (14) eingebracht

ist, sowie zwischen der Fläche (8, 9) der Maßverkörperung (2) und der Vergußmasse (14) und/oder der Vergußmasse (14) und der Fläche (12, 13) der Nut (6) die Trennschicht (10, 15) vorgesehen ist.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (6) Hinterschneidungen aufweist.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (2) etwa in der Mitte der Nut (6) vorgesehen ist und in den beiden Räumen zwischen den Seitenflächen (8,

9) der Maßverkörperung (2) und den Seitenflächen (12, 13) der Nut (6) die Vergußmasse (14) eingebracht ist.

5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung

(2) unter Zwischenschaltung einer elastischen Klebstoffschicht (10) an einer Seitenfläche der Nut (6) anliegt, und daß zwischen der weiteren Seitenfläche der Maßverkörperung (2) und der weiteren Seitenfläche der Nut (6) die Vergußmasse (14) eingebracht ist.

6. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßverkörperung (2) mit einer Fläche unter Zwischenschaltung einer hochelastischen Klebstoffschicht (10) am Grund der Nut (6) fixiert ist.

7. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die

eine ·· · ** ■* ·· ···· ist. 13 - ₉i_tt · ·_##· Trennschicht hochelastische Klebstoff- schicht (10)

8. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht eine Gleitschicht (15), insbesondere eine Teflonfolie oder ein öl- oder silikonhaltiges Papier ist.

9. Positionsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht aus einer hochelastischen Klebstoffschicht (10) und einer Gleitschicht (15) besteht.

10. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht eine Klebefolie ist, bei der die Gleitschicht (15) vom Schutzpapier der Klebstoffschicht (10) gebildet wird.