DE10039916A1

DE10039916A1 - Linearführung

Info

Publication number: DE10039916A1
Application number: DE10039916A
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 in einem Führungsgehäuse (35) angeordneten Führungsschiene, an welcher ein Laufwagen (36) längsverschieblich abgestützt ist, und mit einem die Längsverschiebung des Laufwagens (26) bewirkenden Antrieb, welcher als Elektromotor mit einem an der Führungsschiene angeordneten Motorteil und einem an dem Laufwagen (36) angeordneten Motorteil ausgebildet ist, sowie mit einem der Linearführung zugeordneten Längenmeßsystem, ist erfindungsgemäß dem Längenmeßsystem ein mit einem Wirbelstromblech (41) und einem Erregerblock (42) nach dem Ferraris-Prinzip arbeitender Beschleunigungssensor zugeordnet, wobei das Wirbelstromblech (41) aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetisierbaren Material besteht und der Erregerblock (42) Permanentmagnete enthält.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Linearführung mit einer in einem Führungsgehäuse angeordneten Führungsschiene, an welcher ein Laufwagen längsverschieblich abgestützt ist, und mit einem die Längsverschiebung des Laufwagens bewir kenden Antrieb, welcher als Elektromotor mit einem an der Führungsschiene angeordneten Motorteil und einem an dem Laufwagen angeordneten Motorteil ausgebildet ist, sowie mit einem der Linearführung zugeordneten Längenmeß system.

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 fassen 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 Erregerblock nach dem Ferra ris-Prinzip arbeitender Beschleunigungssensor zugeordnet ist, wobei das Wir belstromblech aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetisierbaren Material besteht und der Erregerblock Permanentmagnete enthält. Auf diese Weise kann die Gewinnung eines Geschwindigkeitssignals über den Beschleuni gungssensor realisiert werden. Das Wirbelstromblech kann Teil eines einen Kabelkanal für eine Schleppkette bildenden, im Querschnitt U-förmigen Profil trägers sein. Damit ergibt sich der Vorteil, daß bei einer Linearführung mit ei nem Kabelkanal für eine den Beschleunigungssensor enthaltende Regelungs vorrichtung kein zusätzlicher Bauraum erforderlich ist und daß sich dadurch bei der Montage der Linearführung Kosten einsparen lassen.

Der Profilträger kann an einer Längsseite des Führungsgehäuses befestigt sein. Der Erregerblock kann im Querschnitt U-förmig ausgebildet und das Wir belstromblech kann von dem Erregerblock teilweise umgeben sein. Dieser kann von einer Mitnehmerleiste gehalten sein, welche an einer Längsseite des Laufwagens befestigt ist. Als elektrisch leitendes, nicht magnetisierbares Mate rial für das Wirbelstromblech kommen beispielsweise Aluminium oder Kupfer infrage.

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 eine stirnseitige Ansicht der Linearführung gemäß Pfeil III der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine vorbekannte Linearführung mit zwei in einem Führungsgehäuse angeordneten Füh rungsschienen und 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.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße Linearführung, die auch als Modul bezeichnet wird. Sie enthält ein sich in Längsrichtung erstreckendes Führungsgehäuse 35, aus welchem an der Oberseite ein Laufwagen 36 her ausragt. Dieser ist an Führungsschienen abgestützt und wird auch als bewegli cher Schlitten bezeichnet. Die Führungsschienen sind innerhalb des Füh rungsgehäuses 35 parallel zu diesem angeordnet.

Diese als Modul bezeichnete Linearführung wird mit einem Linearmotor ange trieben, welcher sich ebenfalls in dem Führungsgehäuse 35 befindet. Von au ßen erkennt man bei diesem Modul lediglich den beweglichen Schlitten oder Laufwagen 36 und das Führungsgehäuse 35. Da sich bei Verwendung eines Linearmotors in dem beweglichen Schlitten elektrische Antriebskomponenten wie z. B. ein stromführendes Primärteil des Motors und ein lineares Meßsystem befinden, müssen Kabel aus dem Schlitten herausgeführt werden können. Die ses geschieht in üblicher Weise mit einer Schleppkette für Kabel.

Im Ausführungsbeispiel ist für die zu dem Laufwagen 36 führenden Kabel 37 eine Schleppkette 38 in einem Kabelkanal 39 angeordnet. Der Kabelkanal 39 wird von einem im Querschnitt U-förmigen Profilträger 40 gebildet, welcher an einer Längsseite des Führungsgehäuses 35 befestigt ist.

Erfindungsgemäß wird nun ein U-Schenkel des Profilträgers 40 als Wirbel stromblech 41 für einen Ferraris-Sensor benutzt. Daher besteht der Profilträger aus einem elektrisch leitenden nicht magnetisierbaren Material, wie z. B. Alu minium oder Kupfer. Zu dem Ferraris-Sensor gehört außerdem ein Erreger block 42. Dieser ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und umfaßt das Wir belstromblech 41 teilweise.

Während der Profilträger 40 und mit ihm das Wirbelstromblech 41 an dem Füh rungsgehäuse 35 befestigt sind, wird der Erregerblock 42 von einer Mitneh merleiste 43 gehalten, die an der dem Profilträger 40 benachbarten Längsseite des Laufwagens 36 befestigt ist. Diese Anordnung ermöglicht es, daß der Er regerblock 42 sich an dem Wirbelstromblech 41 entlang bewegt, wenn der Schlitten oder Laufwagen 36 längs des Führungsgehäuses 35 relativ zu die sem angetrieben wird.

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

35

Führungsgehäuse

36

Laufwagen

37

Kabel

38

Schleppkette

39

Kabelkanal

40

Profilträger

41

Wirbelstromblech

42

Erregerblock

43

Mitnehmerleiste
v Geschwindigkeit

Claims

1. Linearführung mit einer in einem Führungsgehäuse (35) angeordneten Führungsschiene, an welcher ein Laufwagen (36) längsverschieblich abgestützt ist, und mit einem die Längsverschiebung des Laufwagens (36) bewirkenden Antrieb, welcher als Elektromotor mit einem an der Führungsschiene angeordneten Motorteil und einem an dem Laufwagen (36) angeordneten Motorteil ausgebildet ist, sowie mit einem der Line arführung zugeordneten Längenmeßsystem, dadurch gekennzeichnet, daß dem Längenmeßsystem ein mit einem Wirbelstromblech (41) und einem Erregerblock (42) nach dem Ferraris-Prinzip arbeitender Be schleunigungssensor zugeordnet ist, wobei das Wirbelstromblech (41) aus einem elektrisch leitenden, nicht magnetisierbaren Material besteht und der Erregerblock (42) Permanentmagnete enthält.

2. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelstromblech (41) Teil eines einen Kabelkanal (39) für eine Schleppkette (38) bildenden, im Querschnitt U-förmigen Profilträgers (40) ist.

3. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilträger (40) an einer Längsseite des Führungsgehäuses (35) befe stigt ist.

4. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerblock (42) im Querschnitt U-förmig ausgebildet und das Wirbel stromblech (41) von dem Erregerblock (42) teilweise umgeben ist.

5. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerblock (42) von einer Mitnehmerleiste (43) gehalten ist, welche an einer Längsseite des Laufwagens (36) befestigt ist.

6. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelstromblech (41) aus Aluminium besteht.

7. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelstromblech (41) aus Kupfer besteht.