DE10039915A1

DE10039915A1 - Linearführung

Info

Publication number: DE10039915A1
Application number: DE10039915A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Rudy
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2002-02-28

Abstract

Bei einer Linearführung mit einer Führungsschiene (25), an welcher ein Führungswagen (26) längsverschieblich abgestützt ist, und mit einem die Längsverschiebung des Führungswagens (26) bewirkenden Antrieb, welcher als Elektromotor mit einem an der Führungsschiene (25) angeordneten Motorteil und einem an dem Führungswagen (26) angeordneten Motorteil ausgebildet ist, sowie mit einem der Linearführung zugeordneten Längenmeßsystem, welches einen dem Führungswagen (26) oder der Führungsschiene (25) benachbarten, parallel zu der Führungsschiene (25) verlaufenden Meßstreifen und einen relativ zu diesem verschiebbaren Meßkopf (30) aufweist, ist erfindungsgemäß dem Längenmeßsystem ein mit einem Wirbelstromblech und einem dieses umgebenden Erregerblock (28) arbeitender Beschleunigungssensor zugeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Linearführung mit einer Führungsschiene, an wel cher ein Führungswagen längsverschieblich abgestützt ist, und mit einem die Längsverschiebung des Führungswagens bewirkenden Antrieb, welcher als Elektromotor mit einem an der Führungsschiene angeordneten Motorteil und einem an dem Führungswagen angeordneten Motorteil ausgebildet ist, sowie mit einem der Linearführung zugeordneten Längenmeßsystem, welches einen dem Führungswagen oder der Führungsschiene benachbarten, parallel zu der Führungsschiene verlaufenden Meßstreifen und einen relativ zu diesem ver schieblichen Meßkopf aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Eine Linearführung mit einem Längenmeßsystem ist aus der Druckschrift WO 91 16 594 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung ist ein Meß streifen in das Material eines länglichen Trägers eingesetzt, welcher in einer Rechtecknut einer Führungsschiene eingelegt und durch Verkleben befestigt ist. An einem längs der Führungsschiene verfahrbaren Führungswagen ist ein Meßkopf so angeordnet, daß er dem Meßstreifen benachbart ist.

Die Druckschrift DE 198 42 384 A1 zeigt eine Linearführung der eingangs ge nannten Art, bei welcher die Führungsschiene und der Führungswagen in ei nem als Profilträger ausgebildeten Führungsgehäuse angeordnet sind. In die sem befindet sich auch der elektrische Antrieb mit dem Motorteil der Führungs schiene und dem Motorteil des Führungswagens, so daß es sich hier um einen Linearmotor handelt.

Zur Regelung eines Linearmotors ist es bekannt, hochauflösende optische lineare Meßsysteme zu verwenden. Diese sind gegenüber Verschmutzungen empfindlich und stellen einen hohen Kostenfaktor dar. Als kostengünstige Li nearmeßsysteme sind auch magnetische oder induktive Linearmeßsysteme bekannt. Diese lassen sich jedoch aufgrund physikalischer Gegebenheiten nicht so hoch auflösen wie beispielsweise optische Linearmaßstäbe. Insbeson dere bei Linearmotoren muß das für die Regelung notwendige Geschwindig keitssignal aus dem Linearmeßsystem berechnet bzw. differenziert werden. Ist die Auflösung des Systems nicht hoch genug, so wird der gesamte Antrieb un ruhig und damit unbrauchbar.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, gegenüber Ver schmutzungen weniger empfindliche, kostengünstige Linearführung zu schaf fen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Längenmeßsy stem ein mit einem Wirbelstromblech und einem dieses umgebenden Erreger block arbeitender Beschleunigungssensor zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die Gewinnung eines Geschwindigkeitssignals über den Beschleuni gungssensor realisiert werden. Dieser kann ein nach dem Ferraris-Prinzip ar beitender Sensor sein, wobei das Wirbelstromblech aus einem nicht magneti sierbaren Metallblech besteht und der Erregerblock Permanentmagnete ent hält. Ein Ferraris-Sensor mißt nur die relative Beschleunigung zwischen zwei sich im Verhältnis zueinander bewegenden Bauteilen. Mit diesen Sensoren ist es möglich, einen Linearmotor mit einem niedrigauflösenden aber kostengün stigen magnetischen oder induktiven Linearmeßsystem zu betreiben. Durch die Integration eines linearen Meßsystems und eines Ferraris- Beschleunigungssensors in einer Profilschienenführung ergeben sich die Vor teile, daß kein zusätzlicher Bauraum erforderlich ist, daß eine Verringerung des Montageaufwandes und eine Kosteneinsparung erfolgen und daß eine Aus tauschbarkeit des Linearmeßsystemes möglich wird.

Die Funktion des Wirbelstromblechs kann von der Führungsschiene übernom men und diese kann aus einem amagnetischen härtbaren Wälzlagerteil herge stellt sein. Als Wirbelstromblech kann auch ein Abdeckband aus einem nicht magnetischen Metallwerkstoff verwendet werden, welches in einer Längsnut der Führungsschiene eingesetzt ist.

Der Erregerblock kann U-förmig ausgebildet und in einem separaten Gehäuse angeordnet sein, welches an dem Führungswagen befestigt ist. Dabei kann das Gehäuse für den Erregerblock an einer in die Verschieberichtung weisen den Stirnseite des Führungswagens angeordnet sein. Außerdem kann der Meßkopf des Längenmeßsystems in einem Gehäuse angeordnet sein, welches an dem Führungswagen ebenfalls an einer in die Verschieberichtung weisen den Stirnseite befestigt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Vergleich mit einem Linearmotor nach dem Stand der Technik im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ferraris-Beschleunigungs sensors;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Linearführung in einer Seitenan sicht;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Linearführung gemäß Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine vorbekannte Linearführungs einheit mit zwei in einem Führungsgehäuse angeordneten Führungsschienen für zwei Führungswagen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Eine in Fig. 4 dargestellte vorbekannte Linearführung besteht aus einem im Querschnitt etwa U-förmigen Führungsgehäuse 1, welches als Aluminiumpro filträger ausgebildet sein kann. In diesem sind zwei parallele Führungsschie nen 2 befestigt, an welchen sich jeweils mindestens ein Führungswagen 3 über Kugelumläufe 4 abstützt. Mit Hilfe der tragenden Kugeln dieser Kugelumläufe 4 sind die Führungswagen 3 längs der Führungsschiene 2 verfahrbar.

Die Führungswagen 3 dienen hier zur fahrbaren Lagerung eines Laufwagens 5. Dieser ist an den Oberseiten der Führungswagen 3, die von den Führungs schienen 2 abgewandt sind, mit Schrauben 6 befestigt. Der Laufwagen 5 befin det sich an der Außenseite des Führungsgehäuses 1 und ragt durch zwei seit liche Längsöffnungen 7 und eine mittlere Längsöffnung 8 in das Führungsge häuse 1 hinein, um mit den Führungswagen 3 verbunden werden zu können und um in einem mittleren Aufnahmeraum 9 des Führungsgehäuses 1 mit ei nem Motorprimärteil 10 eines Antriebs verbunden werden zu können. Dem Motorprimärteil 10 an dem Laufwagen 5 liegt ein Motorsekundärteil 11 gegen über, das in dem Führungsgehäuse 1 befestigt ist. Diese beiden Teile bilden einen elektrischen Antriebsmotor für die Verschiebung des Laufwagens 5 in Längsrichtung des Führungsgehäuses 1. Mit einem solchen, das Motorprimär teil 10 und das Motorsekundärteil 11 enthaltenden Antrieb ist die Linearführung als Linearmotor ausgebildet.

Die seitlichen Längsöffnungen 7 sind außerhalb des Laufwagens 5 jeweils mit einem Abdeckband 12 verschlossen, während für die mittlere Längsöffnung 8 ein Abdeckband 13 vorgesehen ist. Die Abdeckbänder 12 und 13 sind an dem Führungsgehäuse 1 in Längsrichtung der Führungsschiene 2 fest angeordnet. Sie sind durch schlitzförmige Öffnungen des Laufwagens 5 hindurchgeführt, so daß dieser während seiner Verschiebung in Längsrichtung des Führungsge häuses 1 eine Relativbewegung zu den Abdeckbändern 12 und 13 ausführt. Mit Hilfe von Permanentmagnetstreifen 14, die in Längsnuten des Führungsge häuses 1 angeordnet sind, werden die Abdeckbänder 12 und 13 außerhalb des Laufwagens 5 an dem Führungsgehäuse 1 gehalten. Die Linearführung gemäß Fig. 4 ist zu einer senkrechten Mittelebene 15 symmetrisch ausgeführt. Sie ist mit einem Meßstreifen 16 für die Längenmessung versehen, welcher sich im Profilinneren des Führungsgehäuses 1 befindet, parallel zu den Führungs schienen 2 verläuft und einem der Führungswagen 3 benachbart ist. Der Meß streifen 16 ist ein Teil eines Längenmeßsystems.

Anhand von Fig. 1 wird das Prinzip, nach welchem ein erfindungsgemäß ver wendeter Beschleunigungssensor arbeitet, wie folgt erläutert: Ein streifenförmi ges Wirbelstromblech 17, welches aus einem nicht magnetisierbaren Metall besteht, wird von einem Erregerblock 18 teilweise umgeben, der von zwei etwa U-förmigen Meßaufnehmern 19 gebildet ist. Die beiden Meßaufnehmer 19 sind in Längsrichtung des Wirbelstromblechs 17 hintereinander angeordnet. In dem Erregerblock 18 befinden sich außerdem Permanentmagnete. Die U-Schenkel der Meßaufnehmer 19 sind jeweils von Spulen elektrischer Leiterdrähte 21 umgeben, die zu einem Verstärker 22 führen. Wenn nun das Wirbelstromblech 17 in seiner durch den Pfeil 23 gekennzeichneten Längsrichtung mit einer Ge schwindigkeit v an den Meßaufnehmern 19 entlang bewegt wird, induzieren die Permanentmagnete infolge ihrer Permanentmagnetfelder 20 in dem Wirbel stromblech 17 elektrische Spannungen, welche dort Wirbelströme 24 hervor rufen. Diese erzeugen wiederum an den Spulen der Meßaufnehmer 19 eine von der Änderung der Geschwindigkeit des Wirbelstromblechs 17 in der Zeiteinheit (dv/dt), also von der Beschleunigung abhängige elektrische Span nung, welche durch den Verstärker 22 erhöht und für Regelungszwecke ver wendet wird.

Eine in den Fig. 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Linearführung ent hält eine aus amagnetischem, härtbaren Wälzlagerstahl bestehende Füh rungsschiene 25, die von einem Führungswagen 26 teilweise umgeben ist. An dem Führungswagen 26 ist an einer Stirnseite, die in Längsrichtung der Füh rungsschiene 25 weist, ein Gehäuse 27 angeordnet. Dieses ist für einen Erre gerblock 28 eines Beschleunigungssensors vorgesehen. An der anderen Stirn seite des Führungswagens 26 befindet sich ein Gehäuse 29 für einen Meßkopf 30 eines Längenmeßsystems. Ein Meßstreifen 31 des Längenmeßsystems ist an der Führungsschiene 25 dadurch befestigt, daß er von einem Abdeckband 32 getragen wird. Dieses ist in einer Längsnut der Führungsschiene 25 einge setzt. Die Längsnut befindet sich an der dem Meßkopf 30 zugewandten Ober seite der Führungsschiene 25.

Es ist auch möglich, dass eine rotierende Scheibe als Wirbelstromblech fun giert und von der Führungsschiene durch Reibschluß angetrieben wird. Auf diese Weise wird solch ein rotativer Ferraris-Sensor für eine Linearführung nutzbar gemacht.

Bezugszahlenliste

1

Führungsgehäuse

2

Führungsschiene

3

Führungswagen

4

Kugelumlauf

5

Laufwagen

6

Schraube

7

seitliche Längsöffnung

8

mittlere Längsöffnung

9

mittlerer Aufnahmeraum

10

Motorprimärteil

11

Motorsekundärteil

12

Abdeckband

13

Abdeckband

14

Permanentmagnetstreifen

15

Mittelebene

16

Längenmeßstreifen

17

Wirbelstromblech

18

Erregerblock

19

Meßaufnehmer

20

Permanentmagnetfeld

21

elektrischer Leiterdraht

22

Verstärker

23

Pfeil

24

Wirbelstrom

25

Führungsschiene

26

Führungswagen

27

Gehäuse für den Erregerblock

28

Erregerblock

29

Gehäuse für den Meßkopf

30

Meßkopf

31

Meßstreifen

32

Abdeckband
v Geschwindigkeit

Claims

1. Linearführung mit einer Führungsschiene (25), an welcher ein Füh rungswagen (26) längsverschieblich abgestützt ist, und mit einem die Längsverschiebung des Führungswagens (26) bewirkenden Antrieb, welcher als Elektromotor mit einem an der Führungsschiene (25) ange ordneten Motorteil und einem an dem Führungswagen (26) angeordne ten Motorteil ausgebildet ist, sowie mit einem der Linearführung zuge ordneten Längenmeßsystem, welches einen dem Führungswagen (26) oder der Führungsschiene (25) benachbarten, parallel zu der Führungs schiene (25) verlaufenden Meßstreifen (31) und einen relativ zu diesem verschiebbaren Meßkopf (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Längenmeßsystem ein mit einem Wirbelstromblech und einem die ses umgebenden Erregerblock (28) arbeitender Beschleunigungssensor zugeordnet ist.

2. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssensor ein nach dem Ferraris-Prinzip arbeitender Sen sor ist, wobei das Wirbelstromblech aus einem nicht magnetisierbaren Metall besteht und der Erregerblock Permanentmagnete enthält.

3. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion des Wirbelstromblechs von der Führungsschiene (25) über nommen und diese aus einem amagnetischen härtbaren Wälzlagerstahl hergestellt ist.

4. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirbelstromblech ein Abdeckband (32) aus einem nicht magnetischen Metallwerkstoff verwendet ist, welches in einer Längsnut der Führungs schiene (25) eingesetzt ist.

5. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerblock (28) U-förmig ausgebildet und in einem separaten Gehäu se (27) angeordnet ist, welches an dem Führungswagen (25) befestigt ist.

6. Linearführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) für den Erregerblock (28) an einer in die Verschieberich tung weisenden Stirnseite des Führungswagens (26) angeordnet ist.

7. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (30) des Längenmeßsystems in einem Gehäuse (29) angeord net ist, welches an dem Führungswagen (26) an einer in die Verschiebe richtung weisenden Stirnseite befestigt ist.

8. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Wirbelstromblechs von einer rotierenden Scheibe über nommen ist, welche von der Führungsschiene antreibbar ist.