DE102010017113B4

DE102010017113B4 - Getriebe mit einer Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102010017113B4
Application number: DE102010017113A
Authority: DE
Inventors: Fu-Chun Huang; Yih-Chyun HWANG; Chun-Lin Yu
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: US20150147007A1; US9188164B2; DE102010017113A1

Abstract

Getriebe mit einer Sensoreinrichtung, umfassend eine Spindel (1), die eine Laufrille (11) aufweist, einen beweglichen Körper (2), der um die Spindel (1) gelegt ist, entsprechend der Laufrille (11) eine Laufnut (21) aufweist, die mit der Laufrille (11) einen Laufkanal bildet, ein Rückführelement (3), das an dem beweglichen Körper (2) angeordnet ist und einen Rückführkanal (31) aufweist, der mit dem Laufkanal verbunden ist, wodurch ein Kreislaufkanal gebildet ist, eine Vielzahl von Rollkörpern (4), die in dem Kreislaufkanal angeordnet sind, und eine Sensoreinrichtung (5), die ein Hall-Element (52) und ein Magnetelement (51) aufweist und an dem beweglichen Körper (2) angeordnet ist, wobei die Position der Sensoreinrichtung (5) der Bewegungsstrecke der Rollkörper (4) gegenüberliegt, wobei der bewegliche Körper (2) unter dem Rückführelement (3) eine Aufnahmeausnehmung (22) aufweist, in der die Sensoreinrichtung (5) aufgenommen ist, und wobei die Sensoreinrichtung (5) bei einer gleichbleibenden Bewegungsgeschwindigkeit des Getriebes die Umlaufzahl der Rollkörper (4) pro Zeiteinheit erfassen kann, was als Umlauffrequenz bezeichnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Sensoreinrichtung, die die Abnormalität, wie Verschleiß, des Getriebes überwachen kann.
Ein Getriebe, wie beispielsweise ein Kugelgewindetrieb, weist eine hohe Positionierpräzision und Starrheit auf. Zwischen den Laufrillen der Mutter und der Spindel und den Kugeln muss eine Vorspannung vorhanden sein. D. h. die Kugeln und die Laufrillen sind gegeneinander belastet, damit kein Spalt zwischen den Kugeln und den Laufrillen vorhanden ist. Bei der Anwendung auf einer Maschine wird die Positionierpräzision und die Starrheit der Maschine erhöht, so dass eine gute Bearbeitungsqualität der Werkstücke erreicht werden kann. Daher ist die Vorspannung sehr wichtig für den Kugelgewindetrieb.
Um ein Nachlassen der Vorspannung des Kugelgewindetriebs zu vermeiden, damit die Positionierpräzision und die Starrheit nicht reduziert werden, ist aus US 7299703 B2 ein Kugelgewindetrieb bekannt, der den Spalt zwischen den Kugeln und den Laufrillen der Spindel und der Mutter mit einem (kontaktlichen, kontaktlosen, LVDT- oder Lichtfaser-)Versetzungssignalumformer überwacht. Wenn eine Veränderung des Spalts erfasst wird, bedeutet es, dass sich die Vorspannung verändert. Der Benutzer wird darüber informiert, damit er die Bearbeitung unterbricht und eine Inspektion der Maschine durchführt. Daher kann die Ausschussquote reduziert werden. Diese Überwachung weist jedoch folgende Nachteile auf:

1. das Messgerät ist teuer, so dass die Herstellungskosten des Kugelgewindetriebs hoch sind;
2. die Messung ist schwer und die Messstelle kann durch einen Fremdgegenstand beschädigt oder mit Fett beschmutzt werden, so dass die Messgenauigkeit niedrig ist.

Die DE 69011907 T2 offenbart eine Positionserfassungsvorrichtung mit einem Linearführungsteil, einem entlang dem Linearführungsteil verschiebbaren bewegbaren Teil und einer Kugellageranordnung, die an dem bewegbaren Teil in einem Bereich vorgesehen ist, der in gleitendem Kontakt mit dem Linearführungsteil gelangt.
Aus der DE 2218047 B ist ein Lager mit wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Lagerteilen bekannt, wobei mit einem der Lagerteile eine Fühleinrichtung verbunden ist, die durch das andere Lagerteil oder ein mit diesem verbundenes Teil erzeugte Veränderungen eines magnetischen oder elektrischen Feldes oder einer Strahlung registriert, wobei der Raum zwischen dem die Veränderungen erzeugenden Teil und der Fühleinrichtung durch Lagerteile bzw. eine Lagerdichtung begrenzt ist.
Die JP 2003-075463 A offenbart ein Messgerät für die dreidimensionale Bewegung einer Kugel einer Kugelumlaufspindel mit einem Lager, wobei die Kugelumlaufspindel durch das Lager gestützt ist, und einen sich linear bewegenden Körper.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einer Sensoreinrichtung mit gegenüber dem zitierten Stand der Technik reduziertem Raumbedarf, reduziertem Fertigungs- und Montageaufwand sowie erweiterter Anwendbarkeit zu schaffen, wobei die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung den Verschleiß des Getriebes überwachen kann.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene erfindungsgemäße Getriebe mit einer Sensoreinrichtung gelöst.
Die Sensoreinrichtung liegt dem Rückführkanal des Rückführelements gegenüber.
Das Magnetelement ist ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet.
Der Abstand zwischen den Rollkörpern und dem Hall-Element ist kleiner als 15 mm.
Die Rollkörper, das Hall-Element und das Magnetelement sind wie folgt angeordnet: die Rollkörper liegen zwischen dem Hall-Element und dem Magnetelement.
Die Rollkörper, das Hall-Element und das Magnetelement sind wie folgt angeordnet: das Hall-Element liegt zwischen den Rollkörpern und dem Magnetelement.
Die Rollkörper, das Hall-Element und das Magnetelement sind wie folgt angeordnet: das Magnetelement liegt zwischen dem Hall-Element und den Rollkörpern.
Das Hall-Element weist drei Anschlüsse auf, die einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss enthalten, wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss mit dem Pluspol und dem Minuspol der Stromquelle verbunden sind, und wobei der dritte Anschluss mit einem Auswerter verbunden ist.
Der Auswerter enthält einen Frequenzzähler und einen Vergleicher.
Der Auswerter enthält einen Frequenzzähler und einen Operator.
Der Auswerter enthält einen Frequenzzähler, einen Vergleicher und einen Operator.
Der Auswerter enthält einen Mikroprozessor.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Schnittdarstellung des beweglichen Körpers der Erfindung,
2 eine Darstellung der Position der Sensoreinrichtung an dem beweglichen Körper,
3 eine Blockschaltung der Sensoreinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
4 eine Blockschaltung der Sensoreinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
5A, 5B und 5C Darstellungen der Anordnung der Sensoreinrichtung gegenüber den Rollkörpern.
Die 1 bis 3, 5A, 5B und 5C zeigen das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 zeigt eine Schnittdarstellung des beweglichen Körpers des Getriebes. 2 zeigt die Position der Sensoreinrichtung an dem beweglichen Körper. 3 zeigt eine Blockschaltung der Sensoreinrichtung. Wie dargestellt, umfasst die Erfindung
eine Spindel 1, die eine Laufrille 11 aufweist,
einen beweglichen Körper 2, der um die Spindel 11 gelegt ist, entsprechend der Laufrille 11 eine Laufnut 21 aufweist, die mit der Laufrille 11 einen Laufkanal bildet,
ein Rückführelement 3, das an dem beweglichen Körper 2 angeordnet ist und einen Rückführkanal 31 aufweist, der mit dem Laufkanal verbunden ist, wodurch ein Kreislaufkanal gebildet ist,
eine Vielzahl von Rollkörpern 4, die in dem Kreislaufkanal angeordnet sind,
eine Sensoreinrichtung 5, die ein Hall-Element 52 und ein Magnetelement 51 aufweist (das Magnetelement 51 ist durch einen Permanentmagnet oder einen Elektromagnet gebildet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Magnetelement ein Permanentmagnet) und an dem beweglichen Körper 2 angeordnet ist, wobei die Position der Sensoreinrichtung 5 der Bewegungsstrecke der Rollkörper 4 gegenüberliegt. Um das Volumen des beweglichen Körpers 2 nicht zu vergrößern und die Starrheit des beweglichen Körpers 2 nicht zu beeinflussen, ist die Sensoreinrichtung 5 im vorliegenden Ausführungsbeispiel unter dem Rückführelement 3 angeordnet (1 und 2) und liegt dem Rückführkanal 31 gegenüber. Dafür besitzt der bewegliche Körper 2 unter dem Rückführelement 3 eine Aufnahmeausnehmung 22, in der die Sensoreinrichtung 5 aufgenommen ist. Die Sensoreinrichtung 5 kann durch Kleb-, Schraub- oder Rastverbindung befestigt werden. Dies gehört zu einer bekannten Technik und wird hier nicht detailliert beschrieben.
Die Rollkörper 4, das Hall-Element 52 und das Magnetelement 51 können wie folgt angeordnet sein: das Hall-Element 52 liegt zwischen den Rollkörpern 4 und dem Magnetelement 51 (5A); das Magnetelement 51 liegt zwischen dem Hall-Element 52 und den Rollkörpern 4 (5B); oder die Rollkörper 4 liegen zwischen dem Hall-Element 52 und dem Magnetelement 51 (5C). Der Abstand d zwischen den Rollkörpern 4 und dem Hall-Element 52 ist kleiner als 15 mm. Wenn der Abstand größer als 15 mm ist, kann das Hall-Element 52 kein Signal erfassen.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist das Hall-Element 52 drei Anschlüsse, die einen ersten Anschluss 521A, einen zweiten Anschluss 521B und einen dritten Anschluss 521C enthalten. Der erste Anschluss 521A und der zweite Anschluss 521B sind mit dem Pluspol und dem Minuspol der Stromquelle verbunden. Der dritte Anschluss 521C ist mit einem Auswerter verbunden. Der Auswerter kann durch die folgenden gebildet sein: die Kombination von einem Frequenzzähler und einem Vergleicher; die Kombination von einem Frequenzzähler und einem Operator; die Kombination von einem Frequenzzähler, einem Vergleicher und einem Operator; oder ein Mikroprozessor. Der Auswerter besitzt eine Schwingungsfrequenz zum Rechnen der Ausgangsspannung des Hall-Elements 52. Bei einer gleichbleibenden Bewegungsgeschwindigkeit des Getriebes entspricht diese Schwingungsfrequenz der Umlaufzahl der Rollkörper 4 pro Zeiteinheit über das Hall-Element 52. Dies wird als Umlauffrequenz der Rollkörper 4 bezeichnet. Der Auswerter kann die Umlauffrequenz der Rollkörpers 4 mit einem vorgegebenen Wert vergleichen. Wenn die Umlauffrequenz den vorgegebenen Wert unterschreitet, sendet der Auswerter ein Signal an ein Relais, das einen Alarm (Leuchtdiode, Lampe oder Summer) ansteuert, der ein Alarmsignal erzeugt, durch das der Benutzer den abnormalen Zustand des Getriebes erkennen kann.
Die Ursache des abnormalen Zustands kann ein Verschleiß des Getriebes sein, durch den die Vorspannung zwischen den Rollkörpern 4 und dem Laufkanal verschwindet. Wenn die Vorspannung vorhanden ist, stehen die Rollkörper 4 mit dem Laufkanal in Kontakt, wodurch die Rollkörper 4 in dem Laufkanal rollen, so dass die von der Sensoreinrichtung 5 erfasste Umlauffrequenz periodisch ist. Wenn die Vorspannung verschwindet, stehen die Rollkörper 4 mit dem Laufkanal nicht in Kontakt, wodurch die Rollkörper 4 in dem Laufkanal gleiten. Zudem können die Rollkörper 4 den ganzen Kreislaufkanal nicht ausfüllen, so dass zwischen den Rollkörpern 4 ein Spalt auftritt. Daher ist die von der Sensoreinrichtung 5 erfasste Umlauffrequenz nicht periodisch. Der Auswerter vergleicht die erfasste Umlauffrequenz mit dem vorgegebenen Wert. Wenn die erfasste Umlauffrequenz den vorgegebenen Wert unterschreitet, sendet der Auswerter ein Signal an das Relais, das einen Alarm ansteuert, der ein Alarmsignal erzeugt, durch das der Benutzer den abnormalen Zustand des Getriebes erkennen kann.
4 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass der Auswerter mit einem Dekodierer und einem Display verbunden ist. Der Dekodierer kann die Signale des Auswerters dekodieren, damit das Display die Signale des Auswerters anzeigen kann. Daher kann der Benutzer den Zustand des Getriebes überwachen.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung erkennen kann, ob die Vorspannung des Getriebes vorhanden ist und den Benutzer über die Abnormalität des Getriebes informieren kann, wodurch die Lebensdauer und die Präzision des Getriebes erhöht werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Spindel
11: Laufrille
2: beweglicher Körper
21: Laufnut
22: Aufnahmeausnehmung
3: Rückführelement
31: Rückführkanal
4: Rollkörper
5: Sensoreinrichtung
51: Magnetelement
52: Hall-Element
521A: erster Anschluss
521B: zweiter Anschluss
521C: dritter Anschluss
d: Abstand

Claims

Getriebe mit einer Sensoreinrichtung, umfassend eine Spindel (1), die eine Laufrille (11) aufweist, einen beweglichen Körper (2), der um die Spindel (1) gelegt ist, entsprechend der Laufrille (11) eine Laufnut (21) aufweist, die mit der Laufrille (11) einen Laufkanal bildet, ein Rückführelement (3), das an dem beweglichen Körper (2) angeordnet ist und einen Rückführkanal (31) aufweist, der mit dem Laufkanal verbunden ist, wodurch ein Kreislaufkanal gebildet ist, eine Vielzahl von Rollkörpern (4), die in dem Kreislaufkanal angeordnet sind, und eine Sensoreinrichtung (5), die ein Hall-Element (52) und ein Magnetelement (51) aufweist und an dem beweglichen Körper (2) angeordnet ist, wobei die Position der Sensoreinrichtung (5) der Bewegungsstrecke der Rollkörper (4) gegenüberliegt, wobei der bewegliche Körper (2) unter dem Rückführelement (3) eine Aufnahmeausnehmung (22) aufweist, in der die Sensoreinrichtung (5) aufgenommen ist, und wobei die Sensoreinrichtung (5) bei einer gleichbleibenden Bewegungsgeschwindigkeit des Getriebes die Umlaufzahl der Rollkörper (4) pro Zeiteinheit erfassen kann, was als Umlauffrequenz bezeichnet wird.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (5) dem Rückführkanal (31) des Rückführelements (3) gegenüberliegt.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (51) ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen den Rollkörpern (4) und dem Hall-Element (52) kleiner als 15 mm ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element (52) drei Anschlüsse aufweist, die einen ersten Anschluss (521A), einen zweiten Anschluss (521B) und einen dritten Anschluss (521C) enthalten, wobei der erste Anschluss (521A) und der zweite Anschluss (521B) mit dem Pluspol und dem Minuspol einer Stromquelle verbunden sind, und wobei der dritte Anschluss (521C) mit einem Auswerter verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerter einen Frequenzzähler und einen Vergleicher enthält.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerter einen Frequenzzähler und einen Operator enthält.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerter einen Frequenzzähler, einen Vergleicher und einen Operator enthält.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerter einen Mikroprozessor enthält.