DE102009054337A1

DE102009054337A1 - Vorrichtung zur Längen- und/oder Positionserfassung

Info

Publication number: DE102009054337A1
Application number: DE200910054337
Authority: DE
Inventors: Heiko Essinger
Original assignee: Elgo Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Elgo Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Längen- und/oder Positionserfassung mit einer langgestreckten, eine magnetische Längen- und/oder Positionskodierung aufweisenden, insbesondere bandförmigen Trägereinheit (34, 36) und einer relativ zu der Trägereinheit bewegbaren, an dieser längsverschieblich geführten Messschlitteneinheit (24), die zum Aufnehmen einer mit der Längen- bzw. Positionskodierung zusammenwirkenden magnetischen Sensoreinheit ausgebildet ist, wobei die Längen- bzw. Positionskodierung mittels eines kodiert magnetisierten Längsstreifens (36) realisiert ist, der auf einem Trägerstreifen (34) befestigt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Längsstreifen eine Längsstreifenbreite aufweist, die kleiner als eine Trägerstreifenbreite des Trägerstreifens ist und so auf dem Trägerstreifen vorgesehen ist, dass mindestens ein seitlicher Streifenbereich (38) des Trägerstreifens (34) unbedeckt vom Längsstreifen (36) verbleibt, und die Messschlitteneinheit zum Führen des Trägerstreifens mit dem seitlichen Streifenbereich zusammenwirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Längen- und/oder Positionserfassung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und dient beispielsweise zur Längenmessung bzw. Positionserfassung einer Aufzugkabine innerhalb eines Aufzugschachts, wobei die geeignet in einem Außenbereich der bewegbaren Aufzugkabine befestigte Sensoreinheit zusammenwirkt mit einer im Aufzugsschacht längserstreckend befestigten Trägereinheit, welche (als stationäre Einheit) zur Positionserfassung mit dem bewegbaren Sensor zusammenwirkt.
Die 3 bzw. die 4 zum Stand der Technik verdeutlichen schematisch eine derartige Anordnung: Innerhalb eines Aufzugschachtes 10 ist eine symbolisch gezeigte Aufzugkabine 12 längsbeweglich angetrieben. Eine an der Kabine im oberen seitlichen Bereich befestigte Sensoreinheit 14, welche einen magnetischen Positionssensor aufweist, wirkt gleitend zusammen mit einem stationären, zwischen einer oberen Bandbefestigung 16 und einer unteren Befestigung (Spanngewicht) 18 (alternativ weist die Anordnung der 4 eine Spannfeder 19 auf) stationär befestigten Magnetband 20, wobei die Sensoreinheit 14 in geeigneter Weise eine Aufnahme zum gleitenden Führen des Magnetbandes aufweist und ansonsten bekannte Magnetfeldsensoren trägt. Diesen ist in ansonsten bekannter Weise eine elektronische Auswerteeinheit nachgeschaltet, welche magnetische Detektionssignale der Sensoren in ansonsten bekannter Weise in Positions- bzw. Bewegungssignale zur Weiterverarbeitung umsetzt. In ansonsten bekannter Weise kann dabei das stationäre und an einer Führungsschiene 22 befestigte Magnetband entweder eine Relativkodierung aufweisen, wobei hier die Sensoreinheit, ausgehend von einer (oberen oder unteren) Anschlagposition jeweils Inkrementalwerte erfasst und verrechnet. Alternativ kann das Magnetband sogenannte absolute Kodierungen aufweisen, die es ermöglichen, dass unabhängig von bislang verfahrenen Aufzugwegen die Sensoreinheit an einer jeweiligen Position sofort auf einen absoluten Positionszustand aus den jeweiligen Kodierungssignalen rückschließen kann.
Eine derartige, aus dem Stand der Technik bekannte und etwa von der Anmelderin oder der Produktkennzeichnung LIMAX2 angebotene Technologie weist dabei ein Magnetband auf, welches ausgebildet ist als Schichtung der Trägereinheit (Trägerband), typischerweise aus metallischem Material, z. B. Stahl, darauf aufgebracht ein Längsstreifen aus magnetischem Material, welcher die eigentliche (absolute oder relative) magnetische Kodierungsinformation trägt. Der Vorteil einer derartigen, bekannten, zweilagigen Anordnung ist, dass das Trägerband typischerweise elastisch ist und mechanische Spannungen und Toleranzen gut aufnehmen kann, während der darauf aufgebrachte Trägerstreifen (etwa aus Magnetmaterial wie Barium- oder Strontiumferrit) nicht selbst, wie etwa in der in 3 bzw. 4 gezeigten Art, derartige mechanische Spannungen aufnehmen muss.
Allerdings ist eine derartige Anordnung im Hinblick auf ihre Verschleißeigenschaften nachteilig: So ist nämlich eine Trägerstreifenbreite der aus dem Stand der Technik bekannten Magnetbandanordnung gleich einer Längsstreifenbreite der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung, mit anderen Worten, beide Streifen überlappen einander vollständig, sodass eine querschnittlich flachrechteckförmige Kontur entsteht.
Herstellungstechnisch einfach führt dies jedoch dazu, dass im praktischen Betrieb, insbesondere durch Abriebeffekte, gelegentlich Störungen auftreten, sodass diesbezüglich Verbesserungsbedarf besteht. So kommt es nämlich bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen darauf an, die Messschlitteneinheit möglichst glatt und ohne seitliche oder senkrechte Verkantung relativ zum Magnetbandverfahren zu lassen, um Abrieb zu vermeiden; dieser ist gleichwohl, insbesondere im Hinblick auf den abriebträchtigen Längsstreifen, faktisch unvermeidbar, denn insbesondere Umwelt-, Feuchtigkeits- und Temperatureinflüsse führen häufig dazu, dass eine exakte Führung des Magnetbandes relativ zur Messchlitteneinheit praktisch nicht möglich ist. Im Ergebnis und bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist dann eine Konsequenz, dass Abrieb des (magnetisch kodierten) Längsstreifens zu Verschmutzungen, Verstopfungen, im Extremfall gar zu Blockaden des Messschlittens führt, sodass diesbezüglich Verbesserungsbedarf besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Längen- und/oder Positionserfassung, insbesondere in einer Anwendung für Aufzugtechnologie, jedoch darauf nicht beschränkt, im Hinblick auf ihre praktischen Gebrauchseigenschaften zu verbessern, insbesondere eine Relativbewegung zwischen Magnetband (bestehend aus Trägerstreifen und Längsstreifen) zu verbessern und unbeabsichtigten Abrieb zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur Längen- und/oder Positionserfassung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist der Längsstreifen relativ zum Trägerstreifen schmal und so ausgebildet, dass am Trägerstreifen seitlich ein Streifenbereich entsteht, welcher unbedeckt (freigelegt) vom magnetischen Längsstreifen ist und so in günstiger Weise ein gleitendes (bzw. nachteilig auch schleifendes) Zusammenwirken mit der Messchlitteneinheit ermöglicht, ohne dass die Messschlitteneinheit in diesem Zusammenwirken mit dem Längsstreifen bzw. dessen Flachseite in Berührung kommt. Auf diese Weise kann dann in wirksamer Weise schädlicher Abrieb vermieden werden, sodass sich die erfindungsgemäß realisierte Vorrichtung in idealer Weise insbesondere auch für langjährigen, dauerhaften und weitgehend abriebfreien Einsatz respektive für wartungsarme Anlagen eignet.
Besonders geeignet ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Längsstreifen relativ zum Trägerstreifen so ausgebildet, dass beidseits des Längsstreifens der Trägerstreifen einen freigelegten seitlichen Streifenbereich aufweist, welcher weiter bevorzugt auch symmetrisch zu einer Längsachse ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass in besonders geeigneter Weise beidseits des Streifens angreifende Schlitten verfahrsicher geführt werden können.
In weiterbildungsgemäß besonders günstiger Weise weist dabei der z. B. aus einem geeigneten Bandstahl gefertigte Trägerstreifen (typische Streifenstärke 0,5 bis 2 Millimeter) eine Streifenbreite im Bereich zwischen 10 und 50 Millimetern, weiter bevorzugt zwischen 15 und 25 Millimetern auf. Mit dieser Ausführung eignet sich die Anordnung insbesondere günstig für gängige Anwendungen im Aufzugs- bzw. Fahrstuhlbereich. Gleichermaßen ist es weiterbildungsgemäß günstig, die Längsstreifenbreite, d. h. die Breite des magnetisierten Streifens, welcher eine typische Dicke im Bereich zwischen 0,5 und 1,5 Millimeter aufweist und aus Barium- oder Strontiumferrit hergestellt ist, auf einen Bereich zwischen 3 und 30 Millimeter einzurichten, weiter bevorzugt auf einen Bereich zwischen 5 und 15 mm. Auch diese Streifenbreite hat sich als besonders geeignet für einen Einsatz etwa im Aufzugs- bzw. Fahrstuhlbereich erwiesen.
Geometrisch ist es besonders günstig, das Verhältnis der Trägerstreifenbreite zur Längsstreifenbreite auf einen Bereich zwischen 4:1 und 1,2:1 einzurichten, wobei typische Einsatzbereiche im Bereich zwischen 2,5:1 und 1,5:1 liegen werden; auch diese Breitenverhältnisse haben sich als besonders bevorzugt im Aufzugsbereich erwiesen und bieten hinreichend freigelegte seitliche Streifenbereiche an, um in geeigneter Weise dort in bzw. an Messschlitten ein- bzw. anzugreifen.
In erfindungsgemäß besonders günstiger Weise ist die Messschlitteneinheit zudem mit mindestens einem seitlichen Führungsschlitz zum Zusammenwirken mit dem freigelegten seitlichen Streifenbereich versehen, wobei die Materialien hier besonders geeignet zum Erzeugen eines abriebfreien bzw. -armen, gleichwohl möglichst einfachen Gleitens ausgebildet sind. Daher ist es weiterbildungsgemäß besonders günstig, mindestens eine Wand des Führungsschlitzes, z. B. mittels eines geeigneten Deckelbereichs, aus einem geeigneten Polymer- bzw. Kunststoffmaterial zu realisieren, da insbesondere ein solches Material, besonders günstig ist PEPT oder PA6GÖl, günstige Eigenschaften zum gleitenden Zusammenwirken mit einem Trägerstreifen aus Stahlmaterial aufweist.
Im Ergebnis lässt sich so in besonders günstiger Weise eine Anordnung realisieren, bei welcher die Distanzen zwischen den metallischen Aggregaten geeignet eingestellt werden können; so ist es insbesondere einfach und vorteilhaft machbar, in der Messschlitteneinheit gehaltene Sensoreinheiten faktisch in einem vorbestimmten Abstand zum magnetischen Längsstreifen zu halten, wobei dieser Abstand entweder ein Luftabstand sein kann, ergänzend oder alternativ mit zwischenliegendem Stahlband: Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nämlich sowohl möglich, das Trägerband (Trägerstreifen) relativ zum Längsband (Längsstreifen) so zu positionieren, dass die Sensoreinheit unmittelbar dem Längsstreifen gegenübersteht, als auch mit dem Längsstreifen bzw. der darauf vorgesehenen magnetischen Kodierung durch den Stahlstreifen hindurch zusammenwirkt.
Während es einerseits bevorzugt und günstig ist, die vorliegende Erfindung im beschriebenen Aufzugstechnologiekontext vorzusehen, ist die vorliegende Erfindung gleichwohl hierauf nicht beschränkt. Vielmehr bietet sich die vorliegende Erfindung für beliebige andere Anwendungen an, bei welchen auf zuverlässige und verschleißarme Weise ein Messschlitten relativ zu einem Magnetband positioniert werden muss. Dabei ist es insbesondere auch denkbar und bevorzugt, eine derartige Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzusehen im Bereich von Bearbeitungs- und Werkzeugmaschinen, bei welchen geeignete Bearbeitungsköpfe (Werkzeugköpfe) entlang einer Bewegungsrichtung und zum Bearbeiten eines Werkstücks bewegt und positioniert werden müssen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung, Ergebnisse, nachfolgender Beschreibung, bevorzugte Ausführungsbeispiele sind sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 eine Perspektivansicht der Vorrichtung zur Längen- und/oder Positionserfassung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform auf die Messschlitteneinheit, durch welche das Magnetband als Kombination aus Längs- und/oder Trägerstreifen gleitend geführt ist,
2 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß 1 aus rückseitiger Perspektive zum Verdeutlichen der seitlichen freigelegten Streifenbereiche und deren Führung innerhalb von Führungsschlitzen der Messschlitteneinheit, und
3, 4 zwei schematische Ansichten zum Verdeutlichen von Varianten eines Einbaukontext der vorliegenden Erfindung in einer Aufzugseinheit.
Die 1 zeigt in der schematischen Perspektivansicht einen Trägerkörper 24 einer Messschlitteneinheit, welcher in der gezeigten Weise drei Durchbrüche bzw. Aussparungen 26 als Aufnahmen für ansonsten bekannte magnetische Sensorköpfe aufweist. Diese aus metallischem Material gefertigte Einheit wird bodenseitig abgeschlossen von einem Kunststoffdeckel 28, sodass sich, wie insbesondere aus der 2 günstig zu erkennen ist, zwischen den Einheiten 24 und 28 ein Schlitz 30 ergibt, welcher zum Aufnehmen und Führen einer Magnetbandeinheit 32 ausgebildet ist.
Diese Magnetbandeinheit 32 besteht aus einem metallischen Trägerstreifen 34 (hier: Stahl einer Dicke von 0,3 bis 2,5 Millimetern und einer Breite von 20 Millimetern), auf welchem mittig und damit entlang einer Längsachse symmetrisch ein Längsstreifen 36 aus magnetischem Material durch Kleben unlösbar befestigt ist. Der Längsstreifen 36 einer Breite von 10 Millimetern und einer Dicke von typischerweise 0,3 bis 2,5 Millimetern und trägt entlang seiner Erstreckungsrichtung in ansonsten bekannter Weise eine Permanentmagnetisierung in Form einer sogenannten Manchester-Kodierung, wobei dies der Sensoreinheit (vorgesehen in den Durchbrüchen 26 und nicht im Detail gezeigt) ermöglicht, entlang jeder Position entlang des Bandes 32 eine Absolutposition feststellen und einer nachfolgenden elektronischen Auswertung zuführen zu können.
Auf diese Weise mit der beschriebenen Geometrie entsteht auf dem Streifen 34, seitlich benachbart dem Längsstreifen 36, beidseits ein seitlicher Streifenbereich 38 einer jeweiligen freigelegten Breite von 5 Millimetern. Wie diesbezüglich die 1 und 2 verdeutlichen, erfolgt hierdurch in besonders günstiger Weise eine Führung in den Schlitzen, wobei das Kunststoffmaterial der Deckeleinheit 28 gleitend mit dem freigelegten Streifenbereich 38 zusammenwirkt, während die gezeigte Geometrie weitgehend ein (nachteiliges, da Abrieb verursachendes) Schleifen des Streifens 36 am Messschlitten verhindert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es einerseits möglich, die Geometrie bzw. die Breitenverhältnisse der einzelnen Streifen 34, 36 zueinander zu variieren, genauso wie die Aufnahmenut 30 im Messschlitten geeignet verändert werden kann.
Auch wenn die vorliegende Erfindung sich, vgl. 3 bzw. 4, in geeigneter Weise als Einheit 14 im Rahmen eines Aufzug-Technologiekontext eignet, kann das beschriebene Prinzip in nahezu beliebiger Weise an Erfordernisse anderer Anwendungsumgebungen, etwa im Transport- und/oder Maschinensteuerbereich, angepasst werden.

Claims

Vorrichtung zur Längen- und/oder Positionserfassung mit einer langgestreckten, eine magnetische Längen- und/oder Positionskodierung aufweisenden, insbesondere bandförmigen Trägereinheit (34, 36) und einer relativ zu der Trägereinheit bewegbaren, an dieser längsverschieblich geführten Messschlitteneinheit (24), die zum Aufnehmen einer mit der Längen- bzw. Positionskodierung zusammenwirkenden magnetischen Sensoreinheit ausgebildet ist, wobei die Längen- bzw. Positionskodierung mittels eines kodiert magnetisierten Längsstreifens (36) realisiert ist, der auf einem Trägerstreifen (34) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsstreifen eine Längsstreifenbreite aufweist, die kleiner als eine Trägerstreifenbreite des Trägerstreifens ist und so auf dem Trägerstreifen vorgesehen ist, dass mindestens ein seitlicher Streifenbereich (38) des Trägerstreifens (34) unbedeckt vom Längsstreifen (36) verbleibt, und die Messschlitteneinheit zum Führen des Trägerstreifens mit dem seitlichen Streifenbereich zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Streifenbereich (38) des bevorzugt aus metallischem Material realisierten Trägerstreifens (34) beidseits des Längsstreifens freigelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf eine Symmetrie-Längsachse, der Längsstreifen symmetrisch auf dem Trägerstreifen befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstreifenbreite zwischen 10 und 50 Millimetern, insbesondere zwischen 15 und 25 Millimetern, beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsstreifenbreite zwischen 3 und 30 Millimetern, insbesondere zwischen 5 und 15 Millimetern, beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der Trägerstreifenbreite zur Längsstreifenbreite im Bereich zwischen 4:1 und 1,2:1 liegt, insbesondere zwischen 2,5:1 und 1,5:1, liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschlitteneinheit mindestens einen Führungsschlitz (30) ausbildet, der zum gleitenden Aufnehmen des seitlichen Streifenbereichs (38) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wand (28) des Führungsschlitzes (30) mittels eines Polymermaterials ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsschlitz so ausgebildet ist, dass die an oder in der Messschlitteneinheit gehaltene Sensoreinheit einen vorbestimmten Abstand zum Längsstreifen aufweist.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Längen- und/oder Positionsmessung in der Aufzugtechnik, insbesondere zur Positionsmessung eines Aufzugbehälters oder einer Aufzugkabine entlang einer Aufzug-Förderrichtung.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Längen- und/oder Positionsmessung einer entlang einer Längsrichtung bewegbaren Bearbeitungseinheit, insbesondere eines Bearbeitungs- oder Werkzeugkopfes, einer Werkzeug- und/oder Materialbearbeitungsmaschine.