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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Messseil-Wegsensor nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige
Sensoren sind bekannt um Längen zu
erfassen, wobei über
ein auf einer Seiltrommel aufgewickeltes Messseil beim Abwickeln
ein Drehwinkelsensor betätigt
wird. Die Daten des Drehwinkelsensors können erfasst und verarbeitet
werden, um die abgewickelte Seillänge auszugeben.
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Je
nach Länge
des Messseils bzw. Durchmesser der Seiltrommel sind unterschiedlich
viele Umdrehungen der Seiltrommel vorgesehen, um die Messlänge voll
auszunutzen. Das Messseil wird üblicherweise
auf die Seiltrommel aufgespult, wobei die einzelnen Windungen möglichst
nahe beieinander liegen bzw. einander berühren. Mit jeder Umdrehung der
Seiltrommel wandert dabei der Abwickelpunkt in axialer Richtung
der Seiltrommel um ein Maß,
welches wenigstens der Dicke des Messseils entspricht. Im Betrieb
des Messseil-Wegsensors ist also eine axiale Bewegung des Abwickelpunktes
entlang der Seiltrommel zu beobachten, was im Betrieb zu unkontrollierten
oder störenden
Ab- bzw. Aufwickelvorgängen
führen
kann und die Funktion des Wegsensors beeinträchtigt.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, die Seiltrommel über einen
Längsantrieb
so zu führen,
dass der Abwickelpunkt im Wesentlichen ortsfest bleibt, während sich
die Seiltrommel mit jeder Umdrehung um ein Maß in Richtung ihrer Achse verschiebt. Der
Aufbau und insbesondere die Lagerung der Seiltrommel ist jedoch
umständlich
und teuer. Wie aus der
EP
1 014 031 A3 zu sehen ist, erfordert die axial bewegliche
Seiltrommel nachteiligerweise ein entsprechend großes Gehäuse.
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Aus
der
D4 4217607 C2 ist
ein Seilzug-Wegaufnehmer bekannt, der mittels eines Führungselements
eine kontrollierte Aufwicklung des Messseils auf die Seiltrommel
gestattet. Die
DE
19839028 C2 lehrt ebenfalls einen Messseil-Wegsensor, wobei
hier eine kontrollierte Aufwicklung des Messseils auf die Seiltrommel
nicht gewährleistet
ist. Aus der
DE 19852182
C1 ist weiterhin ein Seilzug-Wegaufnehmer bekannt, bei
dem die Umdrehung der Seiltrommel, einen axialen Versatz auslöst, der über ein
geeignetes Messsystem hinsichtlich der abgewickelten Seillänge auswertbar
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Messseil-Wegsensor der vorgenannten
Art zu schaffen, bei der das Messseil gezielt auf die Seiltrommel aufwickelbar
ist, wobei gleichzeitig das Gehäuse
und der innere Aufbau des Sensors einfach und kostengünstig zu
gestalten ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch einen Messseil-Wegsensor nach Anspruch 1.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Seiltrommel im Wesentlichen
ortsfest drehbar gelagert ist, und das Messseil der Seiltrommel über ein
Führungselement
zugeführt
wird. Erfindungsgemäß ist dieses
Führungselement
in Richtung der Achse der Seiltrommel verschieblich angeordnet,
wobei ein räumlich
zwischen Seiltrommel und einer Vorspanneinheit angeordneter Antrieb
einen Vorschub des Führungselements
in Abhängigkeit von
der Umdrehung der Seiltrommel realisiert.
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Ein
derartiger Wegsensor erlaubt vorteilhaft eine relativ kleine Bauweise,
da die Seiltrommel an sich ortsfest ist. Zugleich wird das Führungselement erfindungsgemäß so bewegt,
dass das Messseil stets an der gewünschten Position der Seiltrommel zugeführt und
dort aufgewickelt werden kann. Außerhalb des Wegsensorgehäuses bzw.
jenseits des Führungselements
kann das Messseil also auch unter einem Winkel bzw. schräg zur Trommelachse
zugeführt
werden. Das Führungselement
legt dabei die Führung
des Messseils bis auf die Seiltrommel stets korrekt fest, während jenseits
des Führungselements,
also außerhalb
des Wegsensors, Ungenauigkeiten in der Zuführung bedeutungslos werden.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt also insbesondere auch darin, dass das
Messseil dem Wegsensor unter unterschiedlichen Winkeln zugeführt werden kann,
da das Führungselement
das Messseil stets für den
Zulauf auf die Seiltrommel begradigt. Insbesondere über größere Entfernungen
können
unterschiedliche Zufuhrwinkel und die damit verbundene Ungenauigkeit
in der tatsächlich
gemessenen Länge oft
vernachlässigt
werden, da die Winkel meist klein bleiben oder der Messfehler nicht
ins Gewicht fällt. Gleichzeitig
bewirkt das Führungselement
unabhängig
vom Zufuhrwinkel, dass das Messseil kontinuierlich und sauber mit
eng anliegenden Windungen auf die Seiltrommel aufgewickelt wird.
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Erfindungsgemäß ist dazu
weiterhin vorgesehen, dass der Antrieb für das Führungselement räumlich zwischen
der Seiltrommel und der die Seiltrommel mit einem Rückstellmoment
beaufschlagenden Vorspanneinheit angeordnet ist. Die Seiltrommel ist
dabei von ihrem freien Ende innerhalb des Gehäuses gut zugänglich,
während
der Antrieb zwischen Seiltrommel und Vorspanneinheit geschützt eingebaut
werden kann.
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In
einer einfachsten Ausführungsform
der Erfindung ist ein Messseil-Wegsensor vorgesehen, der mit einer
drehbar gelagerten ortsfesten Seiltrommel ausgerüstet ist. Die Seiltrommel ist
zur Aufnahme eines Messseils vorgesehen, wobei die Trommelachse in
eine erste Richtung X ausgerichtet ist. Weiterhin ist die Vorspanneinheit
vorgesehen, die die Seiltrommel mit einem Rückstellmoment beaufschlagt.
Das Rückstellmoment
dient dazu, ein ausgezogenes Messseil selbsttätig wieder einzuziehen und
auf die Seiltrommel aufzuwickeln. Gleichzeitig bleibt das Messseil dabei
permanent unter Spannung, so dass ein an die Seiltrommel angeschlossener
Drehwinkelsensor abhängig
von der ausgezogenen Seillänge
stets eine genau definierte Drehwinkelposition einnimmt bzw. erfasst.
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Weiterhin
ist ein Führungselement
vorgesehen, über
welches das Messseil der Seiltrommel zugeführt wird. Zwischen der Vorspanneinheit
und der Seiltrommel ist für
einen Vorschub des Führungselements
in Richtung X ein Antrieb vorgesehen. Erfindungsgemäß ist der
Vorschubantrieb so ausgebildet, dass er das Führungselement in Abhängigkeit
vom Drehwinkel der Seiltrommel um ein Maß in Richtung X auf- bzw. abbewegt,
und damit den Aufwickelpunkt des Messseils auf der Messtrommel festlegt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass der Antrieb eine in X-Richtung angeordnete Spindel
umfasst, mit der das Führungselement
gekoppelt ist. Die Spindel ist vorteilhafterweise parallel zur Trommelachse
in Richtung X ausgerichtet, wobei die Rotation der Spindel einen
axialen Vorschub des auf der Spindel sitzenden Führungselements bewirkt. Die
im Wesentlichen eindimensionale Ausdehnung der Spindel erlaubt deren
Platz sparende Verwendung innerhalb des Wegsensorgehäuses, ohne
die sonstigen Einbauten zu behindern.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Spindel zur Betätigung
eines weiteren Sensors, insbesondere eines stirnseitig der Spindel
angeordneten Drehwinkelsensors oder Tachogebers ausgebildet. Durch
den erfindungsgemäß zwischen
der Vorspanneinheit und der Seiltrommel angeordneten Antrieb des
Führungselements
kann die das Führungselement
tragende Spindel an einer oder an beiden Stirnseiten zur Verbindung
mit einem Sensor ausgebildet sein, der zusätzlich zum eigentlichen Drehwinkelsensor
der Seiltrommel Messdaten liefern kann. So kann die Spindel beispielsweise
auf die Außenseite des
Gehäuses
des Wegsensors geführt
werden, um dort einen Tachogeber anzuordnen. Sofern das freie Spindelende
innerhalb des Gehäuses
vorgesehen wird, kann eine verschließbare Öffnung des Gehäuses vorgesehen sein,
durch welche der Zugang zur Spindel nach Bedarf hergestellt werden
kann.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, dass der Antrieb mit
einer Umdrehung der Seiltrommel einen Vorschub des Führungselements
um das Maß der
Seildicke bewirkt. Dadurch wird erreicht, dass das Messseil in aneinander
liegenden Windungen sauber auf die Trommel aufgewickelt wird, so
dass eine maximale Anzahl von Seiltrommelumdrehungen für eine vorgegebene Messseillänge bei
konstantem radialem Abstand des Messseils zur Trommelachse möglich wird.
Durch Wahl einer anderen Spindelsteigung oder Antriebsübersetzung
kann auch eine andere Messseildicke mit dem gleichen Ziel berücksichtigt
werden.
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Nach
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass der Antrieb Teile eines Getriebes umfasst, welches zur Übersetzung
der Drehzahl bzw. des Rückstellmoments
zwischen Seiltrommel und Vorspanneinheit vorgesehen ist. Ein solches
Getriebe zwischen Seiltrommel und Vorspanneinheit ist zunächst deswegen vorteilhaft,
weil eine möglichst
konstante Rückstellkraft
auf die Seiltrommel einwirken soll, während deren Messseil idealerweise über die
gesamte Messlänge
ab- bzw. aufgewickelt wird. Ein das Rückstellmoment bereitstellender
Rotationskörper
der Vorspanneinheit soll also im Rahmen einer Seiltrommelumdrehung
möglichst
weniger als einmal rotieren, um die gespeicherte Rotations- bzw.
Rückstellenergie „sparsam" abzugeben. Zu diesem
Zweck ist erfindungsgemäß ein Getriebe
vorgesehen, welches die Drehzahl der Seiltrommel relativ zum Rotationskörper der
Vorspanneinheit um einen Faktor > 1
reduziert.
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Dieses – wirkungsmäßig – zwischen
Seiltrommel und Vorspanneinheit angeordnete Getriebe kann erfindungsgemäß in Teilen
gleichzeitig dazu benutzt werden, den Antrieb für das Führungselement zu bilden. Sofern
das Getriebe zwischen Vorspanneinheit und Seiltrommel als Stirnradgetriebe
ausgeführt
ist, kann beispielsweise eine das Führungselement tragende Spindel
mit einem Ritzel in eines der ohnehin vorgesehenen Stirnräder des
Getriebes eingreifen. Der konstruktive bzw. mechanische Aufwand für das Getriebe
und den Antrieb wird dabei bestmöglich
reduziert. Auch der Durchmesser der Seiltrommel kann aufgrund des
zwischen Seiltrommel und Vorspanneinheit geschalteten Getriebes
relativ klein gewählt
werden, da die Vorspanneinheit ihr Drehmoment mit einer Drehzahl
abgibt, die kleiner ist als die Drehzahl der über das Getriebe an die Vorspanneinheit
gekoppelten Seiltrommel.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass die Vorspanneinheit das Rückstellmoment konzentrisch zur
Trommelachse ausgibt. In diesem Fall kann die Vorspanneinheit den
Rotationskörper, über den
das Rückstellmoment
abgegriffen wird, fluchtend zur Trommelachse aufweisen. Ein als
Stirnrad ausgeführter
Rotationskörper
der Vorspanneinheit kann dabei koaxial zu einem auf der Trommelachse
sitzenden, mit der Trommel rotierenden weiteren Stirnrad angeordnet
werden. Dies spart Bauraum bzw. verringert die Anzahl der für das Getriebe
erforderlichen Achsen. Die Trommelachse kann dabei beispielsweise über ein
Lager abgestützt
werden, welches konzentrisch zum bzw. im Rotationskörper der
Vorspanneinheit angeordnet ist. Der mechanische Aufwand und räumliche
Bedarf für
das Getriebe wird dabei minimiert.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen,
dass das Führungselement
in einer länglichen
Ausnehmung des Gehäuses des
Wegseil-Messsensors geführt
wird. Die längliche Ausnehmung
verläuft
dabei parallel zum Vorschub des Führungselements über den
gesamten Hub. Während
das Führungselement
also beispielsweise durch eine Spindel axial verschoben wird, kann
es gleichzeitig durch entsprechende Ausnehmungen bzw. Führungsnuten
im Gehäuse
stabil geführt
werden. Eine das Messseil beidseitig umschließende Dichtlippe kann in die
längliche
Ausnehmung so eingesetzt werden, dass das Gehäuse gegen eindringende Verschmutzung
jederzeit gesichert ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
der Erfindung anhand eines Figurenbeispiels näher erläutert. Die einzige 1 zeigt
dabei eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Messseil-Wegsensors.
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Der
Wegesensor 1 umfasst dabei ein Gehäuse 2, an das seitlich
eine Vorspanneinheit 7 angrenzt. Die Vorspanneinheit 7 nimmt
mehrere Drehfedern auf, die unter Vorspannung ein entsprechendes Rückstellmoment
bereitstellen.
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Das
Rückstellmoment
wirkt über
einen daran angeordneten, nicht näher bezeichneten Rotationskörper mit
einem Getriebe 10 zusammen. Das Getriebe 10 untersetzt
das Rückstellmoment
und überträgt es auf
eine Seiltrommel 4, die auf ihrer Trommelachse 3 konzentrisch
zur Vorspanneinheit 7 angeordnet ist.
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Die
Seiltrommel 4 dient dabei umfangsseitig zur Aufnahme eines
Messseils 5, welches ihr über ein Führungselement 6 von
außerhalb
des Gehäuses 2 zugeführt wird.
Auf der Welle 3 der Seiltrommel 4 ist außerhalb
des Gehäuses 2 ein
Drehwinkelsensor 12 angeordnet, der die Drehbewegung bzw.
Drehlage der Seiltrommel 4 in einen Messwert umwandelt
und und die weitere Auswertung bereitstellt.
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Innerhalb
des Gehäuses 2 ist
zwischen der Vorspanneinheit 7 und der Seiltrommel 4 ein
Antrieb 8 vorgesehen, der über eine Spindel 9 das
Führungselement 6 in
axialer Richtung X verschieben kann. Der Antrieb ist mit der Seiltrommel 4 so
gekoppelt, dass die Vorschubbewegung des Führungselements 6 pro
Umdrehung der Seiltrommel 4 etwa um das Maß der Dicke
des Messseils 5 erfolgt. Der Antrieb 8 nutzt Teile
des Getriebes 10.
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Das
Führungselement 6 ist
in einer länglichen Öffnung 11 des
Gehäuses 2 so
geführt,
dass es im Wesentlichen die gesamte vorgesehene Vorschubbewegung
des Antriebs 8 nachvollziehen kann.
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Die
Spindel 9 ist vollständig
innerhalb des Gehäuses 2 gelagert.
An ihrer dem Drehwinkelsensor 12 zugewandten Stirnseite
könnte
die Spindel 9 auch durch das Gehäuse 2 nach außen hindurch
geführt
werden, um dort einen weiteren Sensor, beispielsweise einen Tachosensor
zu betreiben.
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Das
Messseil 5 lässt
sich gegen das Rückstellmoment
der Vorspanneinheit 7 von der Seiltrommel 4 nach
außen
abwickeln, wobei die Rotation der Seiltrommel 4 durch den
Drehwin kelsensor 12 erfasst und weiter verarbeitet wird.
Durch die Rotation der Seiltrommel 4 wird über den
Antrieb 8 die Spindel 9 so angetrieben, dass diese
das Führungselement 6 um
ein Maß in
Richtung X verschiebt. Dadurch wird vorteilhaft sicher gestellt,
dass das Messseil 5 in sauberen, aneinander liegenden Windungen
auf die Seiltrommel 4 aufgelegt wird, und zwar unabhängig von der
Führung
des Messseils 5 außerhalb
des Führungselements 6.
Auch ein beispielsweise unter einem Winkel dem Führungselement 6 zugeführtes Messseil 5' (in 1 gestrichelt
dargestellt) wird durch das Führungselement 6 zur
Seiltrommel 4 hin entsprechend umgeleitet bzw. begradigt.
Dadurch sind größere Lagetoleranzen
des Messseil-Wegsensors 1 relativ
zu den das Messseil 5 ausziehenden Komponenten möglich, ohne
dass dies den Betrieb, insbesondere den Aufwickelvorgang auf die
Seiltrommel 4 stört.