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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren für eine Linearbewegungsvorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus dem Stand der Technik sind Linearführungen bekannt, die eine Führungsschiene aufweisen, auf der ein Führungswagen längsverschieblich geführt ist. Die Führungsschiene kann ein Magnetband aufweisen, das wechselweise Nord- und Südpole hat. Mit dem Magnetband kann ein Inkremental-Längenmesssensor, der magnetoresistiv ist, zusammenwirken, um hochauflösend eine Verschiebebewegung des Führungswagens zu erfassen, wobei die erfassten Informationen an eine Antriebsregelung weiter gegeben werden. Der Führungswagen kann auch einen oder mehrere Beschleunigungssensor/en aufweisen, um eine Wegstrecke zu messen. Nachteilig bei einer Wegmessung über einen Beschleunigungssensor ist, dass dieser permanent mit Strom versorgt werden muss und dass die Integration des Wegsignals erfolgen muss. Der Energiebedarf für einen Beschleunigungssensor ist vergleichsweise hoch, weswegen beispielsweise ein „Energy Harvesting“ nicht verwendet werden kann. Beim „Energy Harvesting“ handelt es sich um die Gewinnung kleiner Mengen von elektrischer Energie durch Temperaturunterschiede, über Vibrationen oder über Luftströmungen. Eine kabelgebundenen Stromversorgung für einen Beschleunigungssensor führt zu einem hohen vorrichtungstechnischen Aufwand und hohen Kosten. Bei mehrachsigen Anwendungen tritt zusätzlich das Problem auf, dass sich Beschleunigungen überlagern und fehlerhafte Weginformationen liefern.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Linearbewegungsvorrichtung zu schaffen, mit der kostengünstig, vorrichtungstechnisch einfach und sicher die Laufstrecke einer Komponente, insbesondere über einen langen Zeitraum, erfasst werden kann. Des Weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für eine Linearbewegungsvorrichtung zu schaffen, mit dem auf vorrichtungstechnisch einfache Weise, kostengünstig und sicher die Laufstrecke einer Komponente der Linearbewegungsvorrichtung überwacht werden kann.
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Die Aufgabe hinsichtlich der Linearbewegungsvorrichtung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine Bewegungsvorrichtung oder Linearbewegungsvorrichtung oder eine Linearführungsvorrichtung oder Drehführungsvorrichtung vorgesehen. Diese kann einen Führungswagen oder Läufer aufweisen. Des Weiteren hat die Linearbewegungsvorrichtung vorzugsweise eine Führungsschiene, auf der der Führungswagen beweglich angeordnet ist und beispielsweise in Längsrichtung verschiebbar sein kann. Vorteilhafterweise weist der Führungswagen zumindest einen Wiegand-Sensor auf. Dieser hat einen Wiegand-Draht und eine Spule, die benachbart zueinander, insbesondere in Wirkverbindung, angeordnet sind. Des Weiteren ist vorteilhafterweise eine Permanentmagnetanordnung vorgesehen. Diese kann derart angeordnet sein, dass der Wiegand-Sensor einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld ausgesetzt ist, wenn sich der Führungswagen und/oder die Führungsschiene bewegt. Mit anderen Worten kann bei einer Bewegung des Führungswagens der Wiegand-Draht über die Permanentmagnetanordnung wiederholt ummagnetisiert werden. Dies kann zu einem sich wiederholenden elektrischen Impuls in der Spule des Führungswagens führen.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass mit dem Wiegand-Sensor auf vorrichtungstechnisch einfache Weise mit dem entstehenden Impuls vorteilhafte Funktionen ausgeführt werden können. So kann beispielsweise mit dem Wiegand-Sensor vorgesehen sein, autark eine Laufstrecke und/oder eine Laufrichtung des Führungswagens zu erfassen. Hierfür ist keine externe Stromversorgung notwendig, da der Wiegand-Sensor über die elektrischen Impulse mit Energie versorgbar ist und/oder anhand der Impulse die Laufstrecke ermittelt. Des Weiteren weist ein Wiegand-Sensor einen geringen Bauraumbedarf auf und ist kostengünstig einsetzbar. Durch die autarke Betriebsweise, insbesondere durch die Versorgung mit elektrischen Impulsen beim Verfahren des Führungswagens, kann der Wiegand-Sensor auch sicher eingesetzt werden.
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Der Wiegand-Sensor wird von einem vergleichsweise starken elektrischen Impuls versorgt, wenn sich die Feldrichtung eines Magnetfelds ändert. Dieser Impuls ist unabhängig von einer Geschwindigkeit der Magnetfeldänderung. Somit erfolgt die Versorgung des Wiegand-Sensors auch dann, wenn sich der Führungswagen vergleichsweise langsam bewegt. Ein Energieinhalt eines Impulses ist somit im Wesentlichen unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Führungswagens.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat der Wiegand-Draht zwei unterschiedliche ferromagnetische Materialien, die sich hinsichtlich ihrer Koerzitivfeldstärke unterscheiden können. Der Wiegand-Draht hat vorzugsweise einen Drahtkern und einen Drahtmantel, der den Drahtkern umfasst. Das Material des Drahtkerns weist vorzugsweise eine niedrigere Koerzitivfeldstärke als das Material des Drahtmantels auf. Als magnetische Koerzitivfeldstärke Hc bezeichnet man die magnetische Feldstärke, die notwendig ist, um eine zuvor bis zur Sättigungsflussdichte aufgeladene, ferromagnetische Substanz vollständig zu entmagnetisieren, so dass der resultierende Gesamtfluss gleich 0 ist. In einer Hystereseschleife ist die Koerzitivfeldstärke Hc diejenige magnetische Feldstärke, bei welcher die magnetische Flussdichte ausgehend von der magnetischen Sättigung wieder auf 0 abgefallen ist. Hierfür ist quasi ein magnetisches Feld erforderlich, das dem durch die Magnetisierung eingeprägten Feld entgegengesetzt ist. Wenn der Wiegand-Draht aufgrund eines sich zeitlich ändernden magnetischen Erregerfelds in der Hystereseschleife den Punkt der Koerzitivfeldstärke Hc durchläuft, dann wird in der benachbarten Spule der elektrische Impuls induziert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wiegand-Draht vorzugsweise geradlinig ausgebildet oder hat einen geradlinigen Abschnitt. Der Wiegand-Draht oder der geradlinige Abschnitt erstreckt sich vorzugsweise etwa im Parallelabstand zur Längsachse der Spule. Vorzugsweise ist der Wiegand-Draht oder der geradlinige Abschnitt von der Spule umgriffen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Wiegand-Sensor oder der Führungswagen einen Mikrocontroller und/oder einen Prozessor aufweisen. Der Mikrocontroller ist vorzugsweise über den von der Spule erzeugten elektrischen Impuls mit Energie versorgbar. Somit kann der Wiegand-Sensor ohne externe Energiezufuhr autark Programme und/oder Steuerungen und/oder Regelungen ausführen.
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Vorzugsweise hat der Wiegand-Sensor und/oder der Mikrocontroller und/oder der Führungswagen ein Zählwerk zum Zählen der elektrischen Impulse. Dieses ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass gespeicherte Werte selbst dann gespeichert bleiben, wenn keine Stromversorgung vorliegt. Dies ist äußerst vorteilhaft, da selbst bei einem Stromausfall Informationen nicht verloren gehen. Das Zählwerk kann beispielsweise Teil des Mikrocontrollers sein. Vorteilhafterweise wird das Zählwerk über den elektrischen Impuls mit Energie versorgt. Somit kann ohne zusätzliche Bestromung, beispielsweise durch eine zwischengeschaltete Batterie, eine, insbesondere absolute, Laufstrecke über die Anzahl der elektrischen Impulse, die gezählt werden, ermittelt werden. Des weiteren kann somit mit dem Zählwerk eine absolute Messfunktion bei der Linearbewegungsvorrichtung umgesetzt werden, womit insbesondere nach Stromausfällen ein Referenzpfad mit undefinierten Maschinenbewegungen vermieden werden.
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Vorzugsweise wird im Mikrocontroller oder im Zählwerk zumindest einem Teil der Impulse oder einem jeweiligen Impuls eine Richtung zugeordnet. Somit kann die Laufstrecke richtungsabhängig ermittelt werden. Zum Erfassen einer Richtung sind vorzugsweise zwei Wiegand-Sensoren vorgesehen, die in Wirkverbindung mit der Permanentmagnetanordnung stehen, was unten stehend näher erläutert ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Wiegand-Sensor und/oder der Führungswagen und/oder der Mikrocontroller vorteilhafterweise eine Auswertevorrichtung auf. Diese wird bevorzugt vorrichtungstechnisch einfach über den von der Spule erzeugten elektrischen Impuls mit Energie versorgt. Mit anderen Worten wird die Auswertevorrichtung durch die Spannungs-Impulse mit Energie versorgt, die bei einer Bewegung der Linearbewegungsvorrichtung in der Sensorspule induziert werden. Somit sind für eine absolute Messfunktion keine Akku- oder Batteriepuffer notwendig, bei denen Wartungseingriffe erforderlich wären. Mit der Auswertevorrichtung kann beispielsweise vorteilhafterweise basierend auf den erfassten Impulsen die Laufstrecke, insbesondere in Abhängigkeit der Laufrichtung, des Führungsschlittens ermittelt werden. Denkbar ist auch, basierend auf der Laufstrecke oder den erfassten Impulsen, insbesondere mit Rechenmodellen, die Restlaufzeit, insbesondere des Führungswagens und/oder Führungsschiene, und/oder zumindest einen, insbesondere nächstbenötigen, Wartungstermin, beispielsweise zur Nachschmierung, zu ermitteln.
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Die Auswertevorrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass damit über die erfassten elektrischen Impulse, insbesondere des Zählwerks, die Laufstrecke, insbesondere für eine jeweilige Laufrichtung, des Führungswagens ermittelt und vorzugsweise gespeichert ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit der Auswertevorrichtung die Anzahl der erfassten elektrischen Impulse, insbesondere vom Zählwerk, ausgelesen wird.
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Beispielsweise weist die Auswertevorrichtung eine Ausgabeeinheit auf und/oder ist mit einer Ausgabeeinheit verbunden oder verbindbar. Über die Ausgabeeinheit kann beispielsweise die Ausgabe der erfassten Informationen oder der ausgewerteten Informationen und Daten erfolgen. Die Auswertevorrichtung kann beispielsweise drahtlos mit der Ausgabeeinheit verbunden sein. Denkbar ist auch, dass die Ausgabeeinheit ein Teil des Wiegand-Sensors oder des Führungswagens ist. Die Auswertevorrichtung kann beispielsweise über die Ausgabeeinheit mit einer Steuerung der Linearbewegungsvorrichtung und/oder einer externen Steuerung, insbesondere drahtlos, verbindbar sein, um beispielsweise eine ermittelte Laufstrecke weiter zu geben. Die Ausgabeeinheit ist somit vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine Informationsübertragung an eine Empfangseinheit ermöglicht ist.
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Vorzugsweise ist zusätzlich oder alternativ zur Ausgabeeinheit eine Empfangseinheit vorgesehen, die beispielsweise Teil des Wiegand-Sensors oder des Führungswagens ist. Diese kann beispielsweise, insbesondere drahtlos, mit der Auswertevorrichtung oder dem Mikrocontroller verbunden sein.
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Die Ausgabeeinheit und/oder die Empfangseinheit ist/sind vorzugsweise über den Wiegand-Sensor mit Energie versorgbar.
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Vorzugsweise erfolgt ein Auslesen der erfassten elektrischen Impulse und/oder ein Auswerten der erfassten elektrischen Impulse und/oder eine Weitergabe von Daten oder von ausgewerteten Daten nach bestimmten Zeitintervallen. Somit kann vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung nur zu bestimmten Zeitpunkten die genannten Funktionen oder die genannte Funktion ausführt, um Energie zu sparen. Sind mehrere Funktionen für die Auswertevorrichtung vorgesehen, so können diese wechselweise ausgeführt werden, wobei zwischen mehreren Funktionen eine Pause zum Energiesparen vorgesehen sein kann. Beispielsweise wird die Auswertevorrichtung nur einmal am Tag oder beim Einschalten der Linearbewegungsvorrichtung ausgeführt. Mit anderen Worten kann der Auswertevorgang, insbesondere ein Auslesen des Zählers und/oder eine Auswertung und/oder eine drahtlose Weitergabe des Ergebnisses an die Steuerung, nur selten erfolgen, so dass das Komplettsystem ohne externe Energieversorgung ausgelegt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Permanentmagnetanordnung ein Magnetrad oder Reibrad auf. Dieses ist vorzugsweise am Führungswagen drehgelagert und kann mit der Führungsschiene kraftschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Das Magnetrad kann bei einer Bewegung des Führungswagens relativ zur Führungsschiene auf der Führungsschiene abrollen und in Drehrichtung angetrieben werden. Mit anderen Worten umfasst die Permanentanordnung ein Reibrad, welches permanentmagnetisch ausgebildet ist und im Führungswagen drehbar gelagert ist. Es kann von der Führungsschiene reib- und/oder formschlüssig, beispielsweise durch eine Verzahnung, angetrieben werden. Durch die magnetische Anziehungskraft des Magnetrads hin zur Schiene kann des Weiteren vorteilhafterweise ein Kraftfluss geschaffen oder verbessert werden, so dass beispielsweise ein Abwälzen des Magnetrads auf der Führungsschiene ohne Schlupf erzielt werden kann. Das Magnetrad weist umfangsseitig vorzugsweise zumindest einen Nordpol und einen Südpol auf. Beispielsweise ist das Magnetrad als Ringmagnet ausgestaltet. Das Magnetrad ist beispielsweise mittig am Führungswagen gelagert. Denkbar ist auch, dass das Magnetrad eine Mehrzahl von Nord- und Südpolen aufweist, die wechselweise in Umfangsrichtung gesehen, insbesondere auf einem Teilkreis, angeordnet sind. Somit kann eine höhere Auslösung im Vergleich zu zwei Polen erzielt werden. Vorzugsweise ist das Magnetrad mit einem Spiel am Führungswagen befestigt. Somit kann das Magnetrad in Verwendung als Führungswagenanbauelement ausreichend Passungsspiel im Lager haben, um dieses einfach zu montieren beziehungsweise den Führungswagen zusammen mit dem Magnetrad einfach auf der Führungsschiene zu montieren. Das Spiel ist vorzugsweise radial zur Drehachse vorgesehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Wiegand-Draht vorzugsweise, insbesondere etwa, radial zum Magnetrad oder radial zur Längsachse oder Drehachse des Magnetrads. Alternativ ist denkbar, dass sich der Wiegand-Draht im Parallelabstand zur Längsachse des Magnetrads erstreckt. Der Wiegand-Draht ist vorzugsweise benachbart zu dem Magnet oder den Magneten des Magnetrads angeordnet und mit diesen in Wirkverbindung. Vorzugsweise ist der Wiegand-Draht, insbesondere radial außen des Magnetrads, auf Seiten einer Großseite des Magnetrads, vorgesehen. Der Wiegand-Draht kann auch auf Seiten der Mantelfläche des Magnetrads angeordnet sein. Vorzugsweise liegt der Wiegand-Draht etwa in einer Ebene mit dem Magnetrad. Bei Bedarf kann sich der Wiegand-Draht auch, insbesondere etwa parallel zu einer Tangente des Magnetrads erstrecken. Mit anderen Worten ist der Wiegand-Draht senkrecht zur Bewegungsrichtung der Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnung angeordnet. Die Spule ist ortsfest relativ zum Wiegand-Draht vorgesehen. Typischerweise kann der Wiegand-Draht in der Mittelachse der Spule angeordnet oder parallel zu dieser sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise ein Energiespeicher beim Führungswagen oder beim Wiegand-Sensor vorgesehen. Dieser ist derart ausgestaltet und/oder integriert, dass zumindest ein Teil der über die Spule erzeugten Energie gespeichert werden kann, womit auf einfache Weise eine Energieversorgung ermöglicht ist, auch wenn der Führungswaagen nicht bewegt wird. Bei dem Energiespeicher handelt es sich vorrichtungstechnisch einfach und kompakt beispielsweise um einen Akkumulator oder Kondensator.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Führungsschiene die Permanentmagnetanordnung aufweisen. Die Permanentmagnetanordnung kann insbesondere in Erstreckungsrichtung der Führungsschiene eine Mehrzahl von Nord- und Südpolen aufweisen, die wechselweise und vorzugsweise benachbart zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Führungsschiene derart magnetisiert, dass sich die Magnetisierungsrichtung entlang der Bewegungsrichtung des Führungswagens wiederholt, insbesondere periodisch. Somit kann die Führungsschiene beispielsweise direkt magnetisch kodiert sein, so dass sich in Verfahrrichtung in festen periodischen Abständen Nord-Südpol-Folgen ergeben. Beispielsweise ist die Permanentmagnetanordnung als Band oder Magnetband ausgestaltet, das vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die Führungsschiene mit der Permanentmagnetanordnung ist bereits heute für andere Messsysteme eingesetzt, womit der Wiegand-Sensor auf vorrichtungstechnisch äußerst einfache Weise implementiert werden kann.
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Bei der Führungsschiene mit der Permanentmagnetanordnung ist der Wiegand-Draht, insbesondere etwa, im Parallelabstand oder quer zur Längsachse der Führungsschiene oder der Permanentmagnetanordnung angeordnet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind vorzugsweise zumindest zwei Wiegand-Sensoren vorgesehen. Diese können jeweils mit der zumindest einen Permanentmagnetanordnung in Wirkverbindung stehen oder mit einer jeweiligen Permanentmagnetanordnung in Wirkverbindung stehen. Durch zwei Wiegand-Sensoren ist auf einfache Weise eine Verfahrrichtung des Führungswagens erfassbar. Durch diese Anordnung entsteht ein digitales A/B-Signal, welches die Weg- und Richtungsinformation enthält. Das Signal kann vom Mikrocontroller detektiert werden, der dann durch den sich ergebenen elektrischen Impuls gleichzeitig mit Energie versorgt werden kann, womit eine Wegmessung ohne Einbringung von elektrischer Energie von außen erfolgen kann. Einer oder mehrere der vorstehenden Aspekte und nachfolgend angeführten Aspekte hinsichtlich des Wiegand-Sensors können auch für den oder die weiteren Wiegand-Sensor/en gelten.
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Die Wiegand-Drähte von den zumindest zwei Wiegand-Sensoren sind beim Magnetrad, insbesondere in einer Ebene, die sich senkrecht zur Drehachse des Magnetrads erstreckt, insbesondere um etwa 90°, in Umfangsrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet. Die beispielsweise um 90°-Abstand montierten Spulen detektieren beim Übergang von Nord- zum Südpol den Impuls, wenn der Führungswagen auf der Schiene verfährt und hierbei das Magnetrad auf der Führungsschiene abwälzt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist denkbar, dass die Wiegand-Drähte von zumindest zwei Wiegand-Sensoren bei der Permanentmagnetanordnung der Führungsschiene, insbesondere etwa, koaxial oder, insbesondere etwa, im Parallelabstand zueinander angeordnet sind. Die Wiegand-Drähte können sich beispielsweise entlang der Führungsschiene erstrecken. Vorzugsweise beträgt ein Abstand der Wiegand-Drähte zueinander eine halbe Periodenteilung. Bei einer Periode handelt es sich beispielsweise um die Länge zweier benachbarter Pole in Längsrichtung gesehen. Denkbar ist auch, dass sich die Wiegand-Drähte quer zur Führungsschiene erstrecken und beispielsweise im Parallelabstand zueinander angeordnet sind. Denkbar ist auch, dass beispielsweise ein Wiegand-Draht quer und der anderen Wiegand-Draht sich in Längsrichtung zur Führungsschiene erstreckt und dabei zueinander beabstandet sind. Mit anderen Worten können beim Überfahren des Führungswagens zwei um eine halbe Periodenteilung zueinander versetzte Spulen ein digitales A/B-Signal zur Verfügung stellen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Führungswagen zumindest einen Inkrementalgeber oder Inkremental-Längenmesssensor, der vorzugsweise magnetoresistiv ist, mit magnetischer Abtastung aufweisen, um zusätzlich zum Wiegand-Sensor eine hochauflösenden Laufstreckenmessung auszuführen. Aus der Kombination von Inkrementalgeber und dem stromlos arbeiteten Periodenzähler oder Wiegand-Sensor entsteht ein Quasi-Absolutsystem ohne Batterie- und Akkumulatorpuffer. Dieses kann gegenüber Absolut-Systemen, die einen digitalen Messcode aufweisen, eine unbegrenzte maximale Messlänge und einen Bauraum- und Kostenvorteil aufweisen.
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Der Wiegand-Sensor, insbesondere mit einer oder mehreren der oben stehend genannten Komponenten, kann vorzugsweise als Modul ausgestaltet sein. Er kann dann beispielsweise bei Bedarf einfach am Führungswagen montiert oder integriert werden. Denkbar ist auch, den Wiegand-Sensor mit einer oder mehrerer der vorhergehend angeführten Komponenten im Führungswagen zu integrieren.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte kann vorgesehen sein, dass über eine oder die Auswertevorrichtung und/oder über einen oder den Mikrocontroller die Laufstrecke und/oder die Laufrichtung des Führungsschlittens ermittelt wird. Vorteilhafterweise kann die Restlaufzeit oder Lebensdauer der Linearbewegungsvorrichtung und/oder das/die Wartungsintervall/e und/oder Wartungszeit/en ermittelt werden, beispielsweise über die Auswertevorrichtung.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch eine Linearbewegungsvorrichtung mit einem Wiegand-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 in einer schematischen Seitenansicht eine Linearbewegungsvorrichtung mit einem Wiegand-Sensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 3a und 3b schematisch das Funktionsprinzip des Wiegand-Sensors und
- 4a bis 4c jeweils in einer perspektivischen Darstellung einen Wiegand-Sensor mit einer Permanentmagnetanordnung gemäß einem jeweiligen Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 ist in einer Seitenansicht eine Linearbewegungsvorrichtung 1 dargestellt. Diese hat eine Führungsschiene 2, auf der beweglich ein Führungswagen 4 angeordnet ist. Dieser ist in Längsrichtung entlang der Führungsschiene 2 verfahrbar. Am Führungswagen 4 oder im Führungswagen 4 sind zwei Wiegand-Sensoren 6 und 8 vorgesehen. Diese weisen jeweils einen Wiegand-Draht 10 auf, wobei ein jeweiliger Wiegand-Draht 10 von einer jeweiligen Spule 12 umfasst ist. Ein jeweiliger Wiegand-Draht 10 mit der jeweiligen zugeordneten Spule 12 ist benachbart zu einer Permanentmagnetanordnung in Form eines Magnetrads 14 angeordnet. Die Wiegand-Sensoren 6, 8 sind hierbei in Radialrichtung vom Magnetrad 14 vorgesehen und liegen beispielsweise in einer Ebene mit dem Magnetrad 14. Das Magnetrad 14 ist drehbar am Führungswagen 4 gelagert, wobei sich eine Drehachse 16 quer zur Längsachse der Führungsschiene 2 erstreckt. Das Magnetrad 14 ist dabei derart gelagert, dass bei einer Längsverschiebung des Führungswagens 4 dieses an der Führungsschiene 2 abrollen kann und somit bei einer Bewegung des Führungswagens 4 in eine Drehbewegung versetzt wird. Das Magnetrad 14 hat einen Nordpol 18 und einen Südpol 20.
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Bei einer Drehbewegung des Magnetrads 14 wird durch das sich zeitlich ändernde Magnetfeld der jeweilige Wiegand-Draht 10 ummagnetisiert, was zu einem sich wiederholenden elektrischen Impuls in der jeweiligen Spule 12 führt. Ein jeweiliger elektrischer Impuls kann von einem Zählwerk 22 erfasst werden. Des Weiteren kann ein Mikrocontroller 24 vorgesehen sein. Außerdem ist eine Auswertevorrichtung 26 vorsehbar. Des Weiteren kann eine Ausgabeeinheit 28 und/oder ein Energiespeicher 29 vorgesehen sein. Die genannten Komponenten 22 bis 29 können beispielsweise über eine oder beide Spulen 12 durch die erzeugten elektrischen Impulse mit Energie versorgt sein.
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Gemäß 2 ist eine Linearbewegungsvorrichtung 30 gezeigt, die eine Führungsschiene 32 und einen Führungswagen 34 hat. Im Unterschied zur Ausführungsform aus 1 weist die Führungsschiene 32 eine Permanentmagnetanordnung 36 mit einer Vielzahl von Nord- und Südpolen auf, die in Erstreckungsrichtung der Führungsschiene 32 wechselweise angeordnet sind. Die Permanentmagnetanordnung 36 steht in Wirkverbindung mit zwei Wiegand-Sensoren 6 und 8 des Führungswagens 34. Deren Wiegand-Drähte 10 und Spulen 12 erstrecken sich im Parallelabstand zueinander, sind in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet und erstrecken sich im Parallelabstand zur Führungsschiene 32 beziehungsweise zur Permanentmagnetanordnung 36.
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In
3a ist das Funktionsprinzip des jeweiligen Wiegand-Sensors
6,
8 dargestellt. Ändert sich das Magnetfeld durch eine Bewegung der Permanentmagnetanordnung
14,
36, so wird in der Spule
12 ein elektrischer Impuls
38 induziert. Gemäß
3b ist dieser Impuls
38 graphisch dargestellt, wobei auf der Ordinate eine Spannung
V und auf der Abszisse eine Zeit t angezeigt wird. Eine Breite oder mittlere Breite
40 des Pulses
38 beträgt dabei etwa 10 µs. Das Prinzip des Wiegand-Sensors
6,
8 ist hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der
US 3 892 118 erläutert.
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Gemäß 4a ist eine Ausführungsform eines Magnetrads 42 mit einem Wiegand-Sensor 44 gezeigt. Der Wiegand-Sensor 44 ist hierbei randseitig des Magnetrads 42 auf Seiten einer Großseite 46 des Magnetrads 42 vorgesehen. Der Wiegand-Sensor 44 erstreckt sich hierbei im Parallelabstand zur Drehachse des Magnetrads 42. Somit sind also eine Längsachse einer Spule und eines Wiegand-Drahts im Parallelabstand zur Drehachse vorgesehen.
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Gemäß 4b ist im Unterschied zur 4a der Wiegand-Sensor 44 radial außen vom Magnetrad 42 vorgesehen. Er ist dabei in Richtung der Drehachse gesehen zwischen zwei Großseiten des Magnetrads 42 angeordnet. Eine Längsachse des Wiegand-Sensors oder die Längsachse des Wiegand-Drahts und der Spule erstreckt/erstrecken sich Radialrichtung.
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Gemäß 4c ist der Wiegand-Sensor 44 im Unterschied zur 4a radial außen von dem Magnetrad 42 entsprechend der 4b angeordnet. Allerdings erstreckt sich eine Längsachse des Wiegand-Sensors 44 oder eine Längsachse des Wiegand-Drahts oder der Spule im Parallelabstand zur Drehachse des Magnetrads 42.
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Offenbart ist eine Linearbewegungsvorrichtung mit einem Führungsteil und einer geführten Komponente. Die geführte Komponente weist hierbei einen Wiegand-Sensor auf. Dieser steht in Wirkverbindung mit einer Permanentmagnetanordnung, die am Führungsteil oder an der geführten Komponente vorgesehen ist. Bei einer Relativbewegung der geführten Komponente relativ zum Führungsteil wird der Wiegand-Sensor über die Permanentmagnetanordnung einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld ausgesetzt, womit in einer Spule des Wiegand-Sensors ein sich wiederholender elektrischer Impuls ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1; 30
- Linearbewegungsvorrichtung
- 2; 32
- Führungsschiene
- 4; 34
- Führungswaagen
- 6, 8; 44
- Wiegand-Sensor
- 10
- Wiegand-Draht
- 12
- Spule
- 14; 42
- Magnetrad
- 16
- Drehachse
- 18
- Nordpol
- 20
- Südpol
- 22
- Zählwerk
- 24
- Mikrocontroller
- 26
- Auswertevorrichtung
- 28
- Ausgabeeinheit
- 29
- Energiespeicher
- 36
- Permanentmagnetanordnung
- 38
- Impuls
- 40
- Breite
- 46
- Großseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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