DE102007020274A1

DE102007020274A1 - Messsystem zum Erfassen einer Dreh-Linear-Bewegung und entsprechender Drehlinearantrieb

Info

Publication number: DE102007020274A1
Application number: DE102007020274A
Authority: DE
Inventors: Thomas Budde; Aziz Inalkac; Rolf Vollmer; Mykhaylo Toldonov
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-05-01
Also published as: JP2010525350A; US20090302832A1; DE102007020274B4; US8035371B2; JP5114553B2; WO2008132221A1

Abstract

Es soll eine genauere rotatorische und lineare Positionsmessung für einen Drehlinearantrieb bereitgestellt werden. Hierzu wird ein Messsystem mit einem Lineargeber (12) und einem Drehgeber (20) vorgeschlagen. Eine Entkopplungseinrichtung (11, 14, 17) entkoppelt die Drehbewegung von der Linearbewegung einer Welle (10). Die Entkopplungseinrichtung (11, 14, 17) weist entweder einen ersten Messabschnitt (11), der mit der zu vermessenden Welle (10) linear festgekoppelt ist und von dem Lineargeber (12) abgegriffen wird, und einen zweiten Messabschnitt (17), der mit der zu vermessenden Welle (10) ausschließlich drehfest gekoppelt ist und von dem Drehgeber (20) abgegriffen wird, oder einen ersten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle ausschließlich linear festgekoppelt ist und von dem Lineargeber abgegriffen wird, und einem zweiten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle drehfest gekoppelt ist und von dem Drehgeber abgegriffen wird, auf. In jedem Fall ist für die Messung die Linearbewegung von der Drehbewegung abgekoppelt, so dass jeweils hochauflösende Standardmessgeber eingesetzt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zum Erfassen einer Dreh-Linear-Bewegung einer Welle mit einem Lineargeber und einem Drehgeber. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Drehlinearantrieb, der mit einem derartigen Messsystem ausgestattet ist.
Als Antrieb, insbesondere als Einspritzer- und Dosierer-Aggregat in einer Kunststoffspritzgussmaschine oder ähnlichen Maschinenanwendungen, ist es erforderlich, eine rotatorische und eine lineare Bewegung auf der Antriebswelle zu realisieren. Diese Bewegungen müssen einerseits unabhängig voneinander aber auch überlagert zu erzeugen sein. Zur Regelung des Kombinationsantriebs ist eine rotatorische und lineare Positionsmessung mit Hilfe eines Messsystems zu realisieren.
Bislang standen Drehlinearantriebe zur Verfügung, die beispielsweise den in 1 wiedergegebenen Aufbau besitzen. Der Antrieb besteht aus einem Rotationsantrieb 1 und einem Linearantrieb 2, die axial hintereinander angeordnet sind und eine gemeinsame Welle 3 linear und rotatorisch bewegen. Mit zwei Gebern 4 und 5 wird die Kombinationsbewegung gemessen bzw. erfasst. Der Drehgeber 4 erfasst eine Winkellage des Magnetfelds von Magneten 6, die in einer Hohlwelle 7 angeordnet sind, welche mit der Welle 3 fest verbunden ist. Der Lineargeber 5 in einem Rohrstück 8, das in die Hohlwelle 7 ragt und an dem der Drehgeber 4 befestigt ist, registriert Induktionsänderungen, die durch Magnete 9, welche an der Hohlwelle 7 angeordnet sind, hervorgerufen werden.
Der Drehgeber 4 und der Lineargeber 5 sind jeweils invariant gegenüber der nicht zu messenden Bewegung. Die Genauigkeit dieses Messsystems ist jedoch nicht für alle Anwendungen ge eignet. Insbesondere kann dieses Messsystem nicht die Anforderungen bestimmter Spritzgussmaschinen erfüllen, bei denen eine sehr genaue Positionierbarkeit gefordert ist. Speziell kann es nämlich notwendig sein, die Drehposition auf 1° und die Linearposition auf 0,1 mm genau zu bestimmen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Messsystem bereitzustellen, das eine sehr genaue Positionsregelung eines Drehrotationsantriebs ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Messsystem zum Erfassen einer Dreh-Linear-Bewegung einer Welle mit einem Lineargeber und einem Drehgeber, sowie einer Entkopplungseinrichtung zum Entkoppeln der Drehbewegung von der Linearbewegung der Dreh-Linear-Bewegung umfassend entweder einen ersten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle linear fest gekoppelt ist und von dem Lineargeber abgegriffen wird, und einen zweiten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle ausschließlich drehfest gekoppelt ist und von dem Drehgeber abgegriffen wird, oder einen ersten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle ausschließlich linear fest gekoppelt ist und von dem Lineargeber abgegriffen wird, und einen zweiten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle drehfest gekoppelt ist und von dem Drehgeber abgegriffen wird.
Durch die erfindungsgemäße Entkopplung der Linearbewegung von der Rotationsbewegung ist es möglich, die Linearbewegung getrennt von der Rotationsbewegung zu erfassen und dafür hochauflösende Standardgeber zu verwenden.
Vorzugsweise besitzt die Entkopplungseinrichtung eine Linearkugelbüchse. Mit ihr lässt sich auf präzise und verhältnismäßig kostengünstige Art eine klare Trennung der Linearbewegung von der Rotationsbewegung erreichen.
Entsprechend einer Weiterbildung kann der erste Messabschnitt fest an die zu vermessende Welle gekoppelt, hohlzylinderför mig ausgebildet und in seinem Inneren über die Linearkugelbüchse an den zweiten Messabschnitt drehfest gekoppelt sein. Mit dieser Bauart lässt sich ein axial verhältnismäßig kurzes Messsystem realisieren.
Weiterhin kann der erste Messabschnitt an seinem Außenmantel Ringnuten aufweisen. Somit kann der Lineargeber unabhängig von Drehbewegungen eine Linearbewegung detektieren.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform besitzt der zweite Messabschnitt eine Geberwelle mit Drehgeberrad. Derartige Drehgeberräder gewährleisten hohe Auflösungsvermögen hinsichtlich des Drehwinkels.
Ferner kann der Drehgeber ein Hohlwellengeber sein, in dessen Innerem der zweite Messabschnitt angeordnet ist. Diese Bauart hat den Vorteil, dass gerade bei Spritzgussmaschinen die Welle rückwärts, d. h. durch das Messsystem hindurch, aus der Maschine gezogen werden könnte.
Wenn die Entkopplungseinrichtung eine Linearkugelbüchse aufweist und der Drehgeber ein Hohlwellengeber ist, ist es günstig, wenn die Oberfläche der Linearkugelbüchse den zweiten Messabschnitt bildet. Hierdurch kann in der Regel axialer Bauraum eingespart werden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist an die zu vermessende Welle eine Messwelle fest gekoppelt, auf deren einem Teil die Linearkugelbüchse läuft und deren anderer Teil den ersten Messabschnitt umfasst. Hierdurch können die beiden Geber axial hintereinander angeordnet werden, so dass unter Umständen radialer Bauraum eingespart werden kann.
Besonders günstig ist es, das oben geschilderte Messsystem für einen Drehlinearantrieb einzusetzen, wobei die Signale des Lineargebers und des Drehgebers zur Regelung des Drehlinearantriebs eingesetzt werden. Hierdurch kann eine sehr genaue Regelung realisiert werden.
Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Drehlinearantrieb gemäß dem Stand der Technik;
2 ein erfindungsgemäßes Messsystem entsprechend einer ersten Ausführungsform und
3 ein erfindungsgemäßes Messsystem entsprechend einer zweiten Ausführungsform.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In 2 ist ein Messsystem wiedergegeben, das die Drehlinearbewegung einer Welle 10 messen bzw. erfassen kann. Die Welle 10 ist beispielsweise Teil eines Antriebs einer Spritzgussmaschine. An die Stirnseite der Welle 10 ist eine Hülse 11 gekoppelt, die die gleiche Drehlinearbewegung der Welle 10 mitmacht. In die Hülse 11 sind Ringnuten (hier: erster Messabschnitt) eingefräst, die in 2 nicht dargestellt sind. Die Ringnuten der Hülse 11 bzw. deren Bewegung werden durch einen drehinvarianten Drehgeber 12 erfasst. Dieser ist an dem Gehäuse 13 des Messsystems befestigt. Da die Ringnuten den Mantel der Hülse 11 in Umfangsrichtung umgeben, ist das Messsignal des Lineargebers 12 unabhängig von der Drehung der Hülse 11 und damit der Welle 10.
Im Inneren der Hülse 11 ist eine Linearkugelbüchse 14 befestigt. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Befestigung durch einen Druckring 15, der die Linearkugelbüchse 14 in einer Ausdrehung der Hülse 11 hält. Eine Verdrehsicherung 16 sorgt dafür, dass die Linearkugelbüchse 14 drehfest mit der Hülse 11 verbunden ist. Im Inneren der Linearkugelbüchse 14 kann sich eine Nutwelle 17, die hier auch als Geberwelle bezeichnet wird, bewegen. Die Nutwelle 17 ist über die Linearkugelbüchse 14 drehfest mit der Hülse 11 und damit auch mit der Welle 10 verbunden. Hinsichtlich der Linearbewegung, ist die Nutwelle 17 jedoch von der Welle 10 entkoppelt.
Die Nutwelle 17 ist außerdem in einem Lagerschild 18 des Messsystems drehbar gelagert und treibt ein Geberrad (hier zusammen mit Nutwelle: zweiter Messabschnitt) eines Drehgebers 20 an. Dabei ist die Nutwelle 17 axial unbeweglich.
Durch die mechanische Entkopplung der linearen Bewegung von der rotatorischen Bewegung, können in vorteilhafter Weise rotatorische Standardgeber eingesetzt werden, die sich bei derartigen Anwendungen bewährt haben und die eine sehr hohe rotatorische Auflösung besitzen. Ein derartiger Standardgeber ist in dem Beispiel von 2 schematisch dargestellt. Auch für den Lineargeber 12 können standardisierte, hochauflösende Systeme verwendet werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems ist in 3 wiedergegeben. Die Figur zeigt wiederum einen Längsschnitt durch das Messsystem. An die eine Drehlinearbewegung durchführende Welle 30 ist hier in axialer Verlängerung eine Messwelle 31 fest angekoppelt. Sie vollführt die gleiche Drehlinearbewegung wie die Welle 30. Die Messwelle 31 besitzt einen ersten festen Wellenabschnitt 311, der mit axial verlaufenden Nuten versehen ist. Dieser Nutwellenabschnitt 311 wird von einer Linearkugelbüchse 32 umgeben. Diese ist zwar drehfest mit dem Nutwellenabschnitt 311 verbunden, aber von diesem linear entkoppelt. Ein an dem Gehäuse 33 des Messsystems befestigter Hohlwellendrehgeber 34 umgibt die Linearkugelbüchse 32 in einem definierten Abstand und tastet ihre Oberfläche (hier: zweiter Messabschnitt) ab. Die Linearkugelbüchse 32 wird mit geeigneten Mitteln, die in 3 nicht dargestellt sind, im Inneren des Hohlwellendrehgebers 34 gehalten. Durch die Linearkugelbüchse 32 erfolgt wie in dem Beispiel von 2 eine mechanische Entkopplung der Drehbewegung von der Linearbewegung, so dass ein standardisierter, hochauflösender Drehgeber 34 verwendet werden kann.
Zur Erfassung der Linearbewegung besitzt die Messwelle 31 in axialer Verlängerung des Nutwellenabschnitts 311 einen Messabschnitt 312 (hier: erster Messabschnitt). Dieser Messabschnitt 312 besitzt Ringnuten, die ein radial darüber angeordneter drehinvarianter Lineargeber 35 abgreift. Da die Ringnuten wiederum in Umfangsrichtung der Messwelle 31 verlaufen, kann die Linearbewegung der Messwelle 31 und damit auch der Welle 30 anhand der Bewegung der Nuten des Messabschnitts 312 gemessen werden. Hierfür kann ein hochauflösender Drehlineargeber 35 eingesetzt werden.
Die Ausführungsform nach 3 hat den weiteren Vorteil, dass bei geeigneter radialer Dimensionierung der Messwelle 31, der Linearkugelbüchse 32 und der Geber 34 und 35 ein Herausziehen der Welle 30 durch das Messsystem hindurch möglich ist, da kein axial angeordneter Geber vorgesehen ist. Dieses rückwärtige Herausziehen ist gerade beim Reinigen oder Austauschen von Schnecken einer Spritzgussmaschine hilfreich.

Claims

Messsystem zum Erfassen einer Dreh-Linear-Bewegung einer Welle (10) mit – einem Lineargeber (12) und – einem Drehgeber (20), gekennzeichnet durch – eine Entkopplungseinrichtung (11, 14, 17) zum Entkoppeln der Drehbewegung von der Linearbewegung der Dreh-Linear-Bewegung umfassend entweder – einen ersten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle (10) linear fest gekoppelt ist und von dem Lineargeber (12) abgegriffen wird, und – einen zweiten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle (10) ausschließlich drehfest gekoppelt ist und von dem Drehgeber (20) abgegriffen wird, oder – einen ersten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle (10) ausschließlich linear fest gekoppelt ist und von dem Lineargeber (12) abgegriffen wird, und – einen zweiten Messabschnitt, der mit der zu vermessenden Welle (10) drehfest gekoppelt ist und von dem Drehgeber (20) abgegriffen wird.
Messsystem nach Anspruch 1, wobei die Entkopplungseinrichtung eine Linearkugelbüchse (14) aufweist.
Messsystem nach Anspruch 2, wobei der erste Messabschnitt fest an die zu vermessende Welle (10) gekoppelt, hohlzylinderförmig ausgebildet und in seinem Inneren über die Linearkugelbüchse (14) an den zweiten Messabschnitt drehfest gekoppelt ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Messabschnitt an seinem Außenmantel Ringnuten aufweist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Messabschnitt eine Geberwelle (17) mit Drehgeberrad (19) aufweist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehgeber ein Hohlwellengeber (34) ist, in dessen Innerem der zweite Messabschnitt angeordnet ist.
Messsystem nach Anspruch 2 und 6, wobei die Oberfläche der Linearkugelbüchse den zweiten Messabschnitt bildet.
Messsystem nach Anspruch 7, wobei an die zu vermessende Welle (10) eine Messwelle (31) festgekoppelt ist, auf deren einem Teil (311) die Linearkugelbüchse läuft und deren anderer Teil (312) den ersten Messabschnitt umfasst.
Drehlinearantrieb mit einem Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signale des Lineargebers (12) und des Drehgebers (20) zur Regelung des Drehlinearantriebs eingesetzt werden.