DE102018100516A1

DE102018100516A1 - Messgerät, insbesondere linearwegmessgerät

Info

Publication number: DE102018100516A1
Application number: DE102018100516.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Ehls; Jörg Meyer; Dirk Liebich
Original assignee: Turck Holding GmbH
Current assignee: Turck Holding GmbH
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2038-01-12
Also published as: DE102018100516B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein induktiv oder magnetisch arbeitendes Linearwegmessgerät, beinhaltend ein zur mittel- oder unmittelbaren Aufnahme mindestens eines Betätigers dienendes metallisches Gehäuse, insbesondere gebildet durch ein Leichtmetall- sowie ein Kunststoffprofil, wobei die Profile in Längsrichtung gesehen, relativ zueinander beweglich sind, insbesondere auch im funktionsfähigen bzw. Betriebszustand des Gerätes, des Weiteren beinhaltend Endkappen, die insbesondere lösbar mit dem Kunststoffprofil verbunden sind, wobei innerhalb des Kunststoffprofils Mess- und Übertragungsmittel vorgesehen sind und zum Ausgleich unterschiedlicher Dehnungskoeffizienten der zum Einsatz gelangenden Profile im Leichtmetallprofil Ausnehmungen eingebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät, insbesondere ein Linearwegmessgerät
Linearwegmessgeräte werden bevorzugt für Industrieanwendungen eingesetzt. Diese Systeme messen Wege mit einer sehr hohen Präzision bei rauen Umgebungsbedingungen.
Zum allgemeinen Stand der Technik zählt, dass bis Messlängen von etwa 1000 mm ein induktives Messprinzip zum Einsatz gelangt, während bei Messlängen oberhalb von etwa 1000 mm auf das sog. magnetostriktive Messverfahren zurückgegriffen wird.
In der Regel kommen Gehäuse zum Einsatz, die aus Aluminium- bzw. Aluminiumlegierungsprofilen in Wirkverbindung mit Kunststoffelementen stehen. Oberhalb von Messlängen von 1000 mm werden Dehnungsänderungen der beteiligten Werkstoffe und deren störende Differenzen (Metall zu Kunststoff) besonders stark wirksam. Dies macht sich insbesondere beim Kunststoffelement bemerkbar, da selbiges einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das Aluminiumprofil hat. Im Temperaturbereich zwischen -40° C und +85° C können sich die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten dergestalt negativ auswirken, dass es zur Undichtigkeit (im Bereich der Stirnseiten) oder gar zur Zerstörung des Gehäuses, respektive des Linearwegmessgerätes, kommen kann.
Typische Längenausdehnungskoeffizienten α werden wie folgt angegeben:

1) Polyamid 6 mit 30 % Glasfaser (PA 6 GF30): α = 50 - 100 × 10-b m/mk Längenausdehnung längs/quer zur Fließrichtung ISO 11359
2) Alu: 23,8 × 10-6 m/mk à 0,024 mm/k für ein 1-m-Gerät Differenz: Faktor 3 = 0,048 mm/mk: Delta: 20 bis -40 Grad: 60 × 0,05 mm = 0,3 mm für ein 1-m-Gerät, 0,6 mm für ein 2-m-Gerät à 80 bis -40 Grad = 1,2 mm für ein 2-m-Gerät

Kunststoff - PB	0,150
Kunststoff - PE	0,200
Kunststoff - PE-X	0,220

Zum Stand der Technik sei bspw. auf folgende Druckschriften verwiesen:
Der DE 10 2010 053 217 A1 ist ein Hall-basierter Linearwegsensor für mittellange Wege zu entnehmen. Vorgeschlagen wird eine Sensoranordnung, ausgebildet zur Erfassung der Position eines linear bewegbaren Elementes, wobei die Sensoranordnung einen Magneten sowie ein, die Position des Magneten erfassendes Sensorelement aufweist, wobei ein ortsfester Träger vorgesehen ist und der Träger zur Aufnahme des Sensorelements und zur Aufnahme des linear und relativ zu dem den Magneten umfassenden bewegbaren Elementes ausgebildet ist.
Durch die DE 10 2016 207 880 A1 ist eine Sensoranordnung zur berührungslosen Wegerfassung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Relativposition bekannt geworden. Zum Einsatz gelangt ein Target, welches einen entlang eines Messwegs verlaufenden Messwertgeber mit mindestens einer elektrischen leitfähigen Messspur aufweist und einen Wirbelstromsensor mit einem Messwertaufnehmer, welcher mindestens zwei Detektionsspulen umfasst, wobei der Messwertaufnehmer beabstandet zum Messwertgeber und relativ beweglich entlang der mindestens einen elektrisch leitfähigen Messspur angeordnet ist und dieses zumindest teilweise überdeckt, wobei mindestens eine der Detektionsspulen als Messspule wirkt, deren Messsignal eine Auswerte- und Steuereinheit zur Wegbestimmung auswertet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät, insbesondere ein Linearwegmessgerät, bereitzustellen, das unabhängig von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien in der Lage ist, auch bei Messlängen oberhalb von 1000 mm präzise Messergebnisse zu realisieren, ohne dass es zu Beschädigungen oder Undichtigkeiten an bzw. zwischen den Gehäusebauteilen, respektive dem Messgerät, insbesondere dem Linearwegmessgerät, kommen kann.
Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Einheit, insbesondere eine Maschine bereitzustellen, die mit einem Messgerät, insbesondere einem Längenmessgerät, ausgerüstet ist.
Der erste Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Messgerät auf Basis eines im Inneren befindlichen Linearwegsensors zur Positionsbestimmung eines geradlinig und in Richtung der Messgerätlängsachse führbaren Betätigers:

a) mit einem Hauptgehäuse, gebildet durch ein an einer Längsseite und den beiden Stirnseiten offenes Leichtmetallprofil sowie ein geschlossenes, aber an den beiden Stirnseiten offenes Kunststoffprofil mit identischen oder nur wenig voneinander verschiedenem Längenmaß (< 3 - 1 %) und verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wobei
b) der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunststoffprofils größer ist als der des Leichtmetallprofils
c) das Kunststoffprofil und das Leichtmetallprofil parallele oder identische Längsachsen aufweisen,
d) das Kunststoffprofil im Leichtmetallprofil fixiert, insbesondere verrastet ist, vorzugsweise über ein integriertes Außenprofil und ein korrespondierendes Innenprofile, jedoch Längsaxialbeweglichkeit bzgl. des Leichtmetallprofil aufweist, so dass
e) die Profile (1, 2), in Längsrichtung gesehen, bei Änderungen der Umgebungs- bzw. Materialtemperaturen und dadurch relativ zueinander reibungsbasiert längsaxialbeweglich sind
f) mit je einer Endkappe, die entsprechende Stirnseite des Kunststoffprofils verschließt, an dieser mechanisch fixiert ist und die größer ist als die Querschnittsfläche des Kunststoffprofils, wobei
g) die Kappe so gestaltet ist, dass das Leichtmetallprofil zumindest bei einer bestimmten Umgebungs- bzw. Gerätetemperatur direkt, oder indirekt über eine Dichtung, insbesondere eine Flachdichtung, auf entsprechend überstehende Bereiche der Kappe drückt,
h) das Leichtmetallprofil mindestens eine in diese integrierte Feder aufweist, die einstückig mit dem Leichtmetallprofil ausgebildet ist und durch mindestens zwei konträre, insbesondere parallele Schlitze mit Überlappungsbereich gebildet ist, wobei deren Winkel zur Längsachse des Leichtmetallprofils größer als 45 Grad sind, insbesondere annähernd oder genau 90 Grad, so dass bei Temperaturerniedrigung die Feder aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten einen Teil der Längenzunahme des Leichtmetallprofils ausgleichen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messgeräts sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Von besonderem Vorteil ist, dass die Kappe so gestaltet ist, dass sie im montierten Zustand und zumindest bei mittlerer Temperatur (ca. 0 - 20° C) direkt oder indirekt über eine Dichtung, vorzugsweise Flachdichtung, auf die zugehörige Stirnseite des Leichtmetallprofils drückt, an dieser aber nicht fixiert ist.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Überlappungslänge von mindestens 20 - 50% der Schlitzlänge jedes Schlitzes gegeben ist.
Der erste Teil der Aufgabe wird auch gelöst durch ein induktiv oder magnetisch arbeitendes Linearwegmessgerät, beinhaltend ein zur mittel- oder unmittelbaren Aufnahme mindestens eines Sensorelements dienendes metallisches Gehäuse, insbesondere gebildet durch ein Leichtmetall - sowie ein Kunststoffprofil, wobei die Profile in Längsrichtung gesehen, relativ zueinander beweglich sind, insbesondere auch im funktionsfähigen bzw. Betriebszustand des Gerätes, des Weiteren beinhaltend Endkappen, die insbesondere lösbar mit dem Kunststoffprofil verbunden sind, wobei innerhalb des Kunststoffprofils Mess- und Übertragungsmittel vorgesehen sind und zum Ausgleich unterschiedlicher Dehnungskoeffizienten der zum Einsatz gelangenden Profile im Leichtmetallprofil Ausnehmungen eingebracht sind, des Weiteren beinhaltend Endkappen, die vorzugsweise lösbar mit dem Kunststoffprofil verbunden sind, vorzugsweise durch Verschraubung, wobei innerhalb des Kunststoffprofils Mess- und Übertragungsmittel vorgesehen sind und zum Ausgleich unterschiedlicher Dehnungskoeffizienten der zum Einsatz gelangenden Profile im Leichtmetallprofil Ausnehmungen eingebracht sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Linearwegmessgerätes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der zweite Teil der Aufgabe wird gelöst durch eine Einheit, mindestens bestehend aus einer (mechanischen, elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektronischen) Maschine, wie z.B. eine Drehmaschine, und mindestens einem Messgerät, insbesondere einem Linearwegmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Einheit, insbesondere der Maschine, sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei der erfindungsgemäßen Einheit ist der Betätiger an einem, insbesondere bewegbaren Teil der Maschine angebracht, wobei das Messgerät, insbesondere das Längenmessgerät, starr zum Grundgerüst und/oder Gehäuse der Maschine positioniert ist.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Betätiger Teil des Messgeräts, insbesondere des Längenmessgeräts, ist, wobei das Messgerät, insbesondere das Längenmessgerät, starr zum Grundgerüst und/oder Gehäuse der Maschine angeordnet ist, wobei der Betätiger in Längsrichtung des Messgeräts, insbesondere des Längenmessgeräts, bewegbar ist.
Je nach vorstehender Variante steht der der Betätiger berührungslos oder berührend mit dem Messgerät, insbesondere dem Längenmessgerät, in Wirkverbindung.
Bevorzugte industrielle Einsatzbereiche des erfindungsgemäßen Linearwegsensors werden wie folgt angegeben:

- allgemeiner Maschinenbau, insbesondere Positionserfassung an schnellen Bewegungseinheiten in Fertigungslinien
- Spritz- und Druckgussmaschinen
- Verpackungsmaschinen
- Blechbearbeitungsmaschinen (Pressen und Stanzen)
- Holzbearbeitungsmaschinen
- Automatisierungstechnik

Das bei dem erfindungsgemäßen Linearwegsensor zum Einsatz gelangende längliche Gehäuse beinhaltet ein die Mess- und Übertragungsmittel aufnehmendes im Querschnitt insbesondere quadratisch oder rechteckig ausgebildetes Kunststoffprofil, das bevorzugt durch folgende Materialien gebildet ist:

- glasfaserverstärktes Polyamid, z.B. PA6

Dieses Kunststoffprofil steht in Wirkverbindung mit einem aus einem Leichtmetall gebildeten, etwa U-förmig ausgebildeten, weiteren Profil, wobei hier bevorzugt folgende Werkstoffe zum Einsatz gebracht werden:

- Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen
- Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen
- Kombinationen aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen.

Durch die im Leichtmetallprofil eingebrachten Schlitze (Einschnitte) kann bei der gewählten Gehäusekombination (Kunststoff - Leichtmetall) sichergestellt werden, dass sich unterschiedliche Ausdehnungen der Materialien im Temperaturbereich von -40 - +85°C wenig, d.h. nicht negativ auswirken, zumindest nicht so, dass die Dichtigkeit zwischen Endkappe und Kunststoffstirnseite des Kunststoffprofils nicht mehr gegeben ist. Dies könnte trotz vzw. dazwischenliegender, ausgleichend wirkender elastischer Dichtung insbesondere bei tiefen Temperaturne der Fall sein, weil die Differenz der Ausdehnungskoeffizienten von Leichtmetallprofil und Kunststoffprofil sehr stark voneinander abweichen
Vorteilhafterweise werden die Ausnehmungen durch Schlitze (Einschnitte) gebildet, wobei eine bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes vorsieht, dass mehrere beabstandete Schlitze (Einschnitte) im Leichtmetallprofil gegeben sind.
Wie bereits angesprochen, ist das Leichtmetallprofil im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet, wobei die mindestens zwei benachbarten Einschnitte (vorzugsweise quer zur Längsrichtung) mindestens eines Einschnittekomplex, vorzugsweise Einschnittepaares, in alternierender Form dergestalt vorgesehen werden, dass sie von den einzelnen Wandbereichen in den Bodenbereich des U-Profils einlaufen. Diese Art der Ausbildung der Einschnitte, die einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, vorzugsweise in mindestens einem der Endbereiche des Leichtmetallprofils vorgesehen sind, bewirken eine Art Federwirkung, weil jede Endkappe mit der zugehörigen Stirnseite des Kunststoffprofiles verbunden ist, aber gleichzeitig direkt oder indirekt (über eine Flachdichtung) gegen die Stirnseite des Leichtmetallprofiles drückt. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen kann es geschehen, dass zum Längenausgleich die Einschnitte bis auf Block geschlossen werden können.
Um eine gewisse Relativbeweglichkeit der Gehäuseteile im Einsatz bzw. Betriebszustand des Gerätes sicherzustellen, sind die Profile in geringem Umfang in Längsrichtung relativ zueinander bewegbar. Auf eine bewusste Fixierung der Profile zueinander wurde verzichtet und stattdessen wird auf eine Längsverschieblichkeit gesetzt, wobei die Reibungswiderstände bzgl. der einander berührende Profile durch Konstruktion, Materialienselektion und Oberflächenbeschaffenheit so gewählt sind, dass eine ausreichende Bewegbarkeit und Federwirkung erreichbar ist.
Das erfindungsgemäße Messgerät, insbesondere Linearwegmessgerät, ist zunächst einmal für jegliche Messlänge (auch unterhalb von 1000 mm) einsetzbar. Bevorzugte Anwendungsfälle werden jedoch bei Messlängen oberhalb von 1000 mm, insbesondere oberhalb von 2000 mm, gesehen.
Das erfindungsgemäße Messgerät, insbesondere Linearwegmessgerät, arbeitet insbesondere bei Messlängen oberhalb von 1000 mm nach dem induktiven Messprinzip. Dank seines guten dynamischen Verhaltens eignet sich das neue Messgerät, insbesondere das Linearwegmessgerät, für sehr schnelle Positionieraufgaben über die gesamte Messstrecke.
Die Endkappen bestehen, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, aus Kunststoff, insbesondere aus Polybuten (PB) und sind mit einer, insbesondere elastischen Flachdichtung versehen. Zur lösbaren Montage mit den Endbereichen des Kunststoffprofils kommen insbesondere handelsübliche Holzschrauben zum Einsatz.
Innerhalb des insbesondere im Spritzgussverfahren hergestellten Kunststoffprofils (vorzugsweise einstückiges Strangprofil mit offenen Stirnseiten) ist eine Spulenleiterplatte mit mehreren Messspuren vorgesehen, vorzugsweise auf einer einzigen starren und durch das Innenprofil (vzw. Nut) geführten und gehaltenen Leiterplatte, wobei die Spulenleiterplatte in etwa der Länge des verwendeten Kunststoffprofils entspricht, um einen möglichst großen Bereich bei gegebener Länge des Gerätes zu erreichen. Mit dieser Spulenleiterplatte wirkt ein außerhalb des Linearsensorgehäuses vorgesehener Betätiger zusammen, (vorzugsweise ein elektrischer oder elektronischer), die zusammen einen Resonator bilden. Vorzugsweise arbeitet das Gerät nach einem Verfahren wie es in der US2014117980 A1 beschrieben ist. Der Betätiger kann entweder unmittelbar längsverschieblich auf der Oberseite des nach oben offenen U-Profils befestigt, vorzugsweise verrastet sein, oder aber maschineseitig mit vorgebbarem Abstand und berührungslos zum Gehäuse des Messgerätes, insbesondere des Linearwegmessgerätes, positioniert werden (Befestigung an einem maschinenseitig geführten Teil).
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wie folgt beschrieben. Es zeigen

1 Einzeldarstellung des Kunststoffprofils für einen Linearwegsensor;
2 Einzeldarstellung des Leichtmetallprofils für einen Linearwegsensor;
3 Einzeldarstellung der Spulenleiterplatte für einen Linearwegsensor;
4 - 9 Montierter Linearwegsensor in verschiedenen Ansichten bzw. Schnitten.

1 zeigt als Einzeldarstellung ein Kunststoffprofil 1, das in diesem Beispiel aus Polyamid (z.B. PA 6) bestehen soll. Das Kunststoffprofil 1 ist als in Umfangsrichtung geschlossener, jedoch mit offenen Stirnseiten versehener Körper, ausgebildet und nimmt im montierten Zustand die in 3 dargestellte Spulenleiterplatte auf.
2 zeigt als Einzeldarstellung ein Leichtmetallprofil 2, das in diesem Beispiel einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Das Leichtmetallprofil 2 soll in diesem Beispiel aus einer Aluminiumlegierung, bspw. AlMgSi, bestehen.
Das Kunststoffprofil 1 sowie das Leichtmetallprofil 2 werden zu Montagezwecken ineinandergeschoben und sind in Längsrichtung gesehen, relativ zueinander beweglich, so dass eine Art schwimmende Lagerung gebildet wird.
(Fast) alle festen Materialien dehnen sich bei Erwärmung aus. $α = 1 / I_{0} \times Δ_{l} / Δ_{T}$

Δ_l- Längsausdehnung - m
l₀ - ursprüngliche Länge - m
α - Längenausdehnungszahl - K^-1
Längenausdehnungskoeffizient α

Material	mm / m × K
Aluminium	0,0238
Kunststoff - PB	0,150
Kunststoff - PE	0,200
Kunststoff - PE-X	0,220
Kunststoff - PP (auch HT-Rohr)	0,180

In den Endbereichen 3, 4 des Leichtmetallprofils 2 sind erfindungsgemäß Einschnitte 5, 6 (Schlitze) eingebracht.
3 zeigt als Prinzipskizze die im Kunststoffprofil 1 gemäß 1 eingebrachte Spulenleiterplatte 7, die in etwa der Länge des Kunststoffprofils 1 entspricht. In einem der Endbereiche der Spulenleiterplatte 7 ist eine damit in Wirkverbindung stehende Platine 8 vorgesehen, die mit einem Stecker 9 verbunden ist.
Die 4 - 9 zeigen den montierten Zustand eines Messgerätes, insbesondere Linearwegmessgerät 10, wobei in diesem fertig montierten Zustand die Spulenleiterplatte 7 gemäß 3 nicht erkennbar ist. Dargestellt ist lediglich der Stecker 9.
In den 4 - 9 sind die in den 1 und 2 dargestellten Profile 1, 2 (Gehäuseteile) erkennbar. Ferner dargestellt sind die Einschnitte 5, 6, die ausschließlich in den Endbereichen 3, 4 des Leichtmetallprofils 2 eingebracht sind. Die Einschnitte 5, 6 sollen in diesem Beispiel eine Breite von 1 mm aufweisen und in alternierender Form parallel zueinander verlaufen.
Wie den 4 - 9 zu entnehmen ist, beginnt ein jeder Einschnitt 5, 6 in einem Wandbereich 11 des Profils 2 und verläuft bis in den Bodenabschnitt 12 des Leichtmetallprofils 2.
In Folge der alternierenden Anordnung der Einschnitte 5, 6 in den Endbereichen 3, 4 des Leichtmetallprofils 2 wird eine Art Federbereich F gebildet. Über diesen durch die Einschnitte 5, 6 gebildeten Federbereich F wird den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der zum Einsatz gelangenden Profile 1, 2 für unterschiedliche Temperaturbereiche entgegengetreten.
In den Endbereichen 3, 4 des Messgerätes, insbesondere des Linearwegmessgerätes 10, sind Endkappen 13, 14, in diesem Beispiel aus einem Kunststoffmaterial, z.B. PB, vorgesehen. Die vorzugsweise mit einer elastischen Flachdichtung versehenen Endkappen 13, 14 sind über handelsübliche Schrauben 15, insbesondere Holzschrauben, mit den offenen Endbereichen des Kunststoffprofils 1, verbunden, wobei die Flachdichtung am Aluminiumprofil 2 anliegt.
Durch die Erfindung sind Geräte mit folgenden Parametern bei einer Gerätelänge von 1-2 m in einem Temperaturbereich von -40 bis +70° C erreichbar:

Auflösung: 0,2 - 0,030 mm

Auflösung(Ausgang): 12-16 Bit

Wiederholgenauigkeit: 0,75-0,25 %

Lineare Abweichung: 0,8 - 0,3% vom Endwert

Temperaturdrift : <= 0,08 - 0,01 %

Resolution 12 bit

Repeatability/accuracy 0.025 %

Linearity deviation ≤ 0.3 % v.E.

Temperature drift ≤ ± 0.01 %/K

Ambient temperature -25... + 70 °C

-40... + 70 °C (S97-Version)

Resolution 0.001 mm

Repeatability/accuracy 18 µ (Li100...Li500),

36 µ (Li600...Li1000)

Linearity deviation ≤ 0.035 % of full scale

Temperature drift ≤ ± 0.0001 %/K

http://pdb2.turck.de/repo/media/_en/Anlagen/d101791.pdf
In 4 ist der Betätiger 16 lediglich angedeutet. In diesem Beispiel soll der Betätiger 16 außerhalb des Gehäuses 1, 2 unmittelbar darauf positioniert und in Längsrichtung desselben bewegbar sein. Der Betätiger 16 wirkt mit der in 3 dargestellten Spulenleiterplatte 7 zusammen und bildet damit einen elektrisch oder elektronisch wirkenden Resonator. Vorzugsweise ist der Betätiger 16 längsverschieblich auf dem nach oben offenen U-Profil 2 befestigt, insbesondere verrastet.
In 4 ist des Weiteren angedeutet, dass die Profile 1, 2 etwa im Bereich ihrer mittleren Erstreckung durch geeignete Verbindungsmittel 18, z.B. Schrauben, miteinander verbunden sind. Diese Verbindung wirkt sich nicht nachteilig auf die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der zum Einsatz gelangenden Materialien aus, da der thermische Ausgleich in den stirnseitigen Endbereichen 3, 4 der Profile 1, 2 herbeigefügt wird.
In 7 sind Befestigungsmittel 17 für das Linearwegmessgerät 1ß lediglich angedeutet. Diese können z.B. als Klammern ausgebildet sein, die mit am Leichtmetallprofil 2 angeformten Profilen in Wirkverbindung stehen. Damit ist der Vorteil verbunden, dass keine Relativbewegung und keine unsymmetrische Positionierung zueinander möglich sind.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoffprofil
2: Leichtmetallprofil
3: Endbereich
4: Endbereich
5: Einschnitte (Ausnehmungen)
6: Einschnitte (Ausnehmungen)
7: Spulenleiterplatte
8: Platine
9: Stecker
10: Linearwegmessgerät
11: Wandbereich
12: Bodenabschnitt
13: Endkappe
14: Endkappe
15: Schraube (Holzschraube)
16: Betätiger
17: Befestigungsmittel
18: Verbindungsmittel
F: Federbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010053217 A1 [0007]
DE 102016207880 A1 [0008]
US 2014117980 A1 [0032]

Claims

Messgerät auf Basis eines im Inneren befindlichen Linearwegsensors zur Positionsbestimmung eines geradlinig und in Richtung der Messgerätlängsachse führbaren Betätigers: i) mit einem Hauptgehäuse, gebildet durch ein an einer Längsseite und den beiden Stirnseiten offenes Leichtmetallprofil (2) sowie ein geschlossenes, aber an den beiden Stirnseiten offenes Kunststoffprofil (1) mit identischen oder nur wenig voneinander verschiedenem Längenmaß (< 3 - 1%) und verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wobei j) der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunststoffprofils (1) größer ist als der des Leichtmetallprofils (2) k) das Kunststoffprofil (1) und das Leichtmetallprofil (2) parallele oder identische Längsachsen aufweisen, I) das Kunststoffprofil (1) im Leichtmetallprofil (2) fixiert, insbesondere verrastet ist, vorzugsweise über ein integriertes Außenprofil und ein korrespondierendes Innenprofile, jedoch Längsaxialbeweglichkeit bzgl. des Leichtmetallprofil (2) aufweist, so dass m) die Profile (1, 2), in Längsrichtung gesehen, bei Änderungen der Umgebungs- bzw. Materialtemperaturen und dadurch relativ zueinander reibungsbasiert längsaxialbeweglich sind n) mit je einer Endkappe (13), die entsprechende Stirnseite des Kunststoffprofils (1) verschließt, an dieser mechanisch fixiert ist und die größer ist als die Querschnittsfläche des Kunststoffprofils (1), wobei o) die Kappe (13) so gestaltet ist, dass das Leichtmetallprofil (2) zumindest bei einer bestimmten Umgebungs- bzw. Gerätetemperatur direkt, oder indirekt über eine Dichtung, insbesondere eine Flachdichtung, auf entsprechend überstehende Bereiche der Kappe (13) drückt, p) das Leichtmetallprofil (2) mindestens eine in diese integrierte Feder aufweist, die einstückig mit dem Leichtmetallprofil (2) ausgebildet ist und durch mindestens zwei konträre, insbesondere parallele Schlitze (5, 6) mit Überlappungsbereich gebildet ist, wobei deren Winkel zur Längsachse des Leichtmetallprofils (2) größer als 45 Grad sind, insbesondere annähernd oder genau 90 Grad, so dass q) bei Temperaturerniedrigung die Feder aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten einen Teil der Längenzunahme des Leichtmetallprofils (2) ausgleichen kann
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (13) so gestaltet ist, dass sie im montierten Zustand und zumindest bei mittlerer Temperatur (ca. 0 - 20° C) direkt oder indirekt über eine Dichtung, vorzugsweise Flachdichtung, auf die zugehörige Stirnseite des Leichtmetallprofils (2) drückt, an dieser aber nicht fixiert ist.
Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlappungslänge von mindestens 20 - 50% der Schlitzlänge jedes Schlitzes (5, 6) gegeben ist.
Induktiv oder magnetisch arbeitendes Linearwegmessgerät, beinhaltend ein zur mittel- oder unmittelbaren Aufnahme mindestens eines Betätigers dienendes metallisches Gehäuse, insbesondere gebildet durch ein Leichtmetall (2) - sowie ein Kunststoffprofil (1), wobei die Profile (1, 2) in Längsrichtung gesehen, relativ zueinander beweglich sind, insbesondere auch im funktionsfähigen bzw. Betriebszustand des Gerätes, des Weiteren beinhaltend Endkappen (13, 14), die insbesondere lösbar mit dem Kunststoffprofil (1) verbunden sind, wobei innerhalb des Kunststoffprofils (1) Mess- und Übertragungsmittel (7, 8, 9) vorgesehen sind und zum Ausgleich unterschiedlicher Dehnungskoeffizienten der zum Einsatz gelangenden Profile (1, 2) im Leichtmetallprofil (2) Ausnehmungen (5, 6) eingebracht sind.
Linearwegmessgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (5, 6) durch Einschnitte gebildet sind.
Linearwegmessgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (5, 6) durch mehrere beabstandete Einschnitte gebildet sind.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (5, 6) im bodenseitigen Bereich (12) des Leichtmetallprofils (2) vorgesehen sind und insbesondere einen Wandabschnitt (11) komplett durchtrennen.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (5, 6) etwa parallel zueinander verlaufen.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte (5, 6) ausgehend vom jeweiligen sich am Bodenabschnitt (12) anschließenden Wandabschnitt (11) alternierend verlaufen.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetallprofil (2) aus Aluminium, Magnesium oder einer Aluminium-, respektive Magnesiumlegierung, besteht.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffprofil (1) bis auf die Stirnseiten vollständig geschlossen ist, insbesondere einstückig ausgebildet und hergestellt ist und/oder aus einem für magnetische und/oder elektromagnetische und/oder optische Felder durchlässigen Kunststoffmaterial besteht.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial durch ein glasfaserverstärktes Polyamid (PA) gebildet ist, insbesondere mit einem Glasfaseranteil von 15 - 50 %, vorzugsweise 15 - 25 %, versehen ist.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappen (13, 14) aus Kunststoff, insbesondere aus Polybuten (PB), bestehen.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappen (13, 14) mit einer Flachdichtung versehen sind und insbesondere über Holzschrauben (15) mit dem Kunststoffprofil (1) verbunden sind.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor in Wirkverbindung stehende Messmittel (7) durch eine etwa der Länge des Kunststoffprofils (1) entsprechende Spulenleiterplatte gebildet ist.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor unmittelbar mit dem Leichtmetallprofil (2) zusammenwirkt und insbesondere als mit einer Sendespule versehener Resonator ausgebildet ist.
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-16 mit einer Länge von ≥ 1000 mm, insbesondere 1200 bis 4500 mm
Linearwegmessgerät nach einem der Ansprüche 4-17, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearwegmessgerät (10) induktiv arbeitet und mindestens eine induktive Flachspule, vorzugsweise zwei oder drei Flachspulen, aufweist, die vorzugsweise alle auf einer starren Leiterplatte (7) aufgebracht sind, die über ins Innere des Kunststoffprofils (1) integrierte Innendoppelprofile über einer Stirnseite (3,4) eingeschoben ist.
Einheit, mindestens bestehend aus einer (mechanischen, elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder elektronischen) Maschine, wie z.B. eine Drehmaschine, und mindestens einem Messgerät, insbesondere einem Linearwegmessgerät, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Einheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (16) an einem, insbesondere bewegbaren Teil der Maschine angebracht ist, wobei das Messgerät (10), insbesondere das Längenmessgerät, starr zum Grundgerüst und/oder Gehäuse der Maschine positioniert ist.
Einheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (16) Teil des Messgeräts (10), insbesondere des Längenmessgeräts, ist, wobei das Messgerät, insbesondere das Längenmessgerät, starr zum Grundgerüst und/oder Gehäuse der Maschine angeordnet ist, wobei der Betätiger (16) in Längsrichtung des Messgeräts (10), insbesondere des Längenmessgeräts, bewegbar ist.
Einheit nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (16) berührungslos oder berührend mit dem Messgerät (10), insbesondere dem Längenmessgerät, in Wirkverbindung steht.