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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schienenführung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus dem Stand der Technik sind Führungselemente in Form von Profilschienenführungen für den Maschinenbau oder für die Automation bekannt. Hierbei ist eine Führungsschiene vorgesehen, auf der axial verschiebbar ein Führungswagen angeordnet ist. Derartige Linearführungen weisen als Messtechnik beispielsweise Wegmesssysteme, Kraftsensoren oder Beschleunigungssensoren auf, die üblicherweise an den bewegten Führungswagen verbaut sind. Zur Stromversorgung dieser Messtechnik ist eine Verkabelung mit einer externen Energiequelle vorgesehen, was vorrichtungstechnisch aufwendig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schienenführung zu schaffen, die eine Messtechnik und/oder eine Zustandsüberwachung und/oder zumindest eine mit Energie zu versorgende elektronische Komponente aufweist, wobei die Schienenführung vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine Schienenführung vorgesehen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Profilschienenführung oder Kugelbüchsenführung oder um einen Kugelgewindetrieb. Die Schienenführung weist vorzugsweise eine Führungsschiene mit einem Führungswagen auf. Dieser ist an der Führungsschiene entlang einer, insbesondere linearen, Bewegungsbahn verschiebbar geführt und/oder gelagert. Vorteilhafterweise weist die Führungsschiene weiter eine Magnetisierung auf, die sich entlang der Bewegungsbahn periodisch ändert. Des Weiteren kann der Führungswagen vorteilhafterweise zumindest eine elektrische Spule aufweisen. Diese ist vorzugsweise derart angeordnet, dass bei einer Bewegung des Führungswagens relativ zur Führungsschiene mittels der Magnetisierung eine elektrische Spannung in die Spule induzierbar ist. Des Weiteren kann der Führungswagen zumindest eine elektronische Komponente aufweisen. Diese kann dann unter Verwendung der induzierten Spannung mit Energie versorgt sein.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Schienenführung als Linear-Generator zur Stromversorgung wenigstens einer elektronischen Komponente ausgebildet ist. Somit kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise die Komponente mit Energie versorgt werden, wobei insbesondere keine Verkabelung mehr notwendig ist. Eine derartige Ausgestaltung bei der Schienenführung oder im Führungsschienensystem ist des Weiteren bauraumsparend. Außerdem sind keine Öffnungen beim Führungswagen für Verkabelungen notwendig, womit ein vorrichtungstechnischer Aufwand vergleichsweise gering ist, indem die Öffnungen eingespart werden können und somit beispielsweise auch keine Dichtungen notwendig sind. Durch die fehlenden Öffnungen und die nicht notwendige Verkabelung ist der Führungswagen auch vor äußeren Krafteinflüssen besser geschützt. Der Führungswagen ist insgesamt integrierter und/oder dichter ausgestaltbar. Außerdem kann die Anzahl der zu verbauenden Komponenten reduziert werden, insbesondere dadurch, dass keine externe Energieversorgung notwendig ist. Des Weiteren wird die Energie direkt am Führungswagen erzeugt, womit auch keine aufwendige Energieübertragung über größere Wegstrecken erforderlich ist. Konnte bei bestimmten Anwendungen bisher aus beispielsweise vorrichtungstechnischen Gründen ein Führungswagen nicht mit einer Verkabelung versehen werden, so kann ein derartiger Führungswagen nun ebenfalls mit elektronischen Komponenten ausgestaltet werden, da keine Verkabelung mehr nötig ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Spule an eine Spannungsaufbereitungsvorrichtung angeschlossen ist, an welche wiederum die wenigstens eine elektronische Komponente des Führungswagens angeschlossen ist. Hierdurch kann dann auf einfache Weise die wenigstens eine elektronische Komponente unter Verwendung der induzierten Spannung zuverlässig und konstant mit Energie versorgbar sein.
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Vorzugsweise kann als elektronische Komponente/n wenigstens eine Sensorvorrichtung beim Führungswagen vorgesehen sein. Durch die Energieversorgung über die Spule kann die Sensorvorrichtung auf vorrichtungstechnisch einfache Weise autark mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung für Messaufgaben und/oder für Zustandsüberwachung, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen, die die Schienenführung einsetzen, vorgesehen sein.
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Die Magnetisierung ist beispielsweise einfach durch eine Vielzahl von Nord- und Südpolen ausgestaltet, die wechselweise entlang der Führungsschiene angeordnet sind, um bei einer Bewegung des Führungswagens Spannung in der Spule zu induzieren.
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Denkbar ist, dass die Magnetisierung nur in einem oder mehrere bestimmte Abschnitte der Führungsschiene vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Magnetisierung in denjenigen Abschnitt/en vorgesehen sein, wo der Führungswagen mit einer hohen oder vergleichsweise hohen Geschwindigkeit bewegt wird und somit eine hohe Spannung induziert wird, die bspw. auch gespeichert werden kann. Der oder die übrigen Abschnitt/e können dann keine Magnetisierung aufweisen, womit insgesamt Kosten gespart werden können und der vorrichtungstechnische Aufwand reduzierbar ist.
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Die Führungsschiene weist vorzugsweise eine Kopffläche auf, die zwischen zwei seitlichen Schienenflächen oder Führungsflächen vorgesehen ist. Des Weiteren kann die Führungsschiene eine Befestigungsfläche oder Außenfläche haben, die auf einer von der Kopffläche abweisenden Seite der Führungsschiene vorgesehen ist. Die Kopffläche und die Befestigungsfläche erstrecken sich vorzugsweise im Parallelabstand zueinander. Die seitlichen Schienenflächen sind dann zwischen der Kopffläche und der Befestigungsfläche vorgesehen. Vorzugsweise ist die Magnetisierung an der Kopffläche ausgestaltet. Die Kopffläche ist einfach zugänglich. Ist vorgesehen, dass der Führungswagen über die Schienenflächen geführt ist, so ist dann vorteilhafterweise auch kein mechanischer Kontakt zwischen der Kopffläche und dem Führungswagen vorgesehen, wodurch die Kopffläche bzw. die Magnetisierung keinem Verschleiß ausgesetzt ist, womit die Magnetisierung äußerst langlebig sein kann. Denkbar ist auch, dass die Magnetisierung in der Außenfläche oder Befestigungsfläche alternativ oder zusätzlich vorgesehen ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass die oder eine Magnetisierung alternativ oder zusätzlich an einer der seitlichen Schienenflächen oder an beiden seitlichen Schienenflächen vorgesehen ist. Somit könnten platzsparend die seitliche Schienenfläche oder die seitlichen Schienenflächen zur Energieerzeugung vorgesehen sein. Ist zusätzlich die Magnetisierung in der Kopffläche vorgesehen, so könnten eine Vielzahl von Spulen im Führungswagen zur Energieerzeugung angeordnet sein. Die Schienenfläche oder die Schienenflächen kann/können eine oder jeweils eine Führungsnut oder Längsnut aufweisen, wobei dann vorzugsweise die Magnetisierung innerhalb der Führungsnut, insbesondere am Nutgrund vorgesehen ist. Somit kann die Magnetisierung geschützt vor äußeren Krafteinflüssen sicher in die Führungsnut eingebettet werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Magnetisierung mit zumindest einen Teil bei einer der Flächen der Führungsschiene und mit zumindest einem anderen Teil bei einer anderen der Flächen vorgesehen ist. Hierfür sind dann vorzugsweise auch mehrere Spulen im Führungswagen vorgesehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorrichtungstechnisch einfach vorgesehen sein, dass die Magnetisierung in oder an einem Band ausgebildet ist. Ein derartiges Band ist einfach und kostengünstig an der Führungsschiene montierbar. Das Band ist beispielsweise stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssig an der Führungsschiene befestigt. Beispielsweise kann das Band einfach in die Führungsschiene, beispielsweise in eine Aufnahmenut, kostengünstig eingepresst oder eingeklebt oder eingeschweißt sein. Denkbar ist auch alternativ oder zusätzlich das Band über eine Federklemmverbindung an der Führungsschiene zu befestigen. Somit kann das Band äußerst einfach montiert werden. Mit anderen Worten kann die Magnetisierung an einem Abdeckband vorgesehen sein, welches auf die Führungsschiene aufgeklipst ist. Hierfür kann das Band jeweils seitlich eine Feder oder Blattfeder aufweisen, die dann die Führungsschiene seitlich übergreifen und beispielsweise in einer Hinterschneidung der Führungsschiene eingreifen. Durch die Federklemmvorrichtung ist beispielsweise keine Aufnahmenut in der Führungsschiene für die Magnetisierung notwendig. Die Magnetisierung ist beispielsweise an das Band stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssig angebracht. Beispielsweise kann die Magnetisierung im montierten Zustand zwischen dem Band und der Führungsschiene angeordnet sein. Mit anderen Worten ist die Magnetisierung unter das Band oder Abdeckband gelegt oder geklebt. Denkbar wäre auch die Magnetisierung an der Führungsschiene zu befestigen und dann ein Abdeckband oder eine Abdeckung oder einen Schutz aufzubringen. Alternativ ist denkbar das Band als Permanent-Magnetband, insbesondere einstückig, auszugestalten.
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Der Führungswagen kann beispielsweise über wenigstens eine Reihe von endlos umlaufenden Wälzkörpern an der Führungsschiene geführt sein. Die Wälzkörper sind beispielsweise kugel- und/oder rollenförmig ausgestaltet. Der Führungswagen kann des Weiteren einen etwa u-förmigen Querschnitt, insbesondere in Längsrichtung der Führungsschiene gesehen, aufweisen. Des Weiteren kann der Führungswagen die Führungsschiene vorzugsweise beidseitig übergreifen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sensorvorrichtung wenigstens einen Sensor. Die Sensorvorrichtung hat vorzugsweise eine oder mehrere Spulen oder Induktionsschleifen, die am Führungswagen angebracht sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Führungswagen, insbesondere die Sensorvorrichtung, einen Gleichrichter aufweist, mit dessen Eingang die zumindest eine Spule verbunden ist. Somit kann auf einfache Weise eine Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt werden, um bei Bedarf weitere elektronische Komponenten mit einer Gleichspannung zu versorgen. Bei dem Gleichrichter handelt es sich beispielsweise um einen ungesteuerten Gleichrichter oder um einen steuerbaren Gleichrichter oder um einen Synchrongleichrichter. Insbesondere ist als Gleichrichter ein Brückengleichrichter vorgesehen. Denkbar wäre auch einen Einweggleichrichter oder Mittelpunktgleichrichter oder eine Gleichrichterschaltung zur Spannungsvervielfachung vorzusehen.
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Vorzugsweise ist am Führungswagen ein Energiespeicher vorgesehen, der über die Spule mit Energie versorgbar ist. Der Energiespeicher kann vorteilhafterweise, insbesondere beim schnellen Verfahren des Führungswagens, geladen werden, um dann, beispielsweise bei geringerer erzeugter Leistung, die Energie an die Verbraucher oder die Sensorvorrichtung oder die zumindest eine elektronische Komponente abzugeben. Vorzugsweise ist der Energiespeicher am Ausgang des Gleichrichters angeschlossen. Denkbar ist auch mehrere Energiespeicher, insbesondere unterschiedliche Energiespeicher, vorzusehen. Als Energiespeicher kann beispielsweise vorrichtungstechnisch einfach ein Kondensator oder Pufferkondensator eingesetzt sein. Denkbar wäre zusätzlich einen Akkumulator vorzusehen. Der Kondensator wird vorzugsweise dann durch die Bewegung des Führungswagens über die Spule geladen. Am Ausgang des Gleichrichters und/oder am Energiespeicher, insbesondere am Kondensator, und/oder parallel zum Energiespeicher, insbesondere parallel zum Kondensator, kann ein Spannungsregler angeschlossen sein. Somit ist beispielsweise denkbar, dass der Kondensator den Spannungsregler speisen kann, der dann eine konstante Gleichspannung bereitstellen kann. Mit dem Gleichrichter und/oder dem Energiespeicher, insbesondere dem Kondensator, und/oder dem Spannungsregler ist vorteilhafterweise die Spannungsaufbereitungsvorrichtung geschaffen an die die elektronische Komponente, beispielsweise der Sensor, anschließbar ist. Die Spannungsaufbereitungsvorrichtung bewirkt insbesondere, dass eine undefinierte Wechselspannung der Spule in eine definierte Gleichspannung umgewandelt wird, um den elektronischen Verbraucher sicher und konstant mit Energie zu versorgen. Somit kann an den Spannungsregler und/oder am Ausgang des Gleichrichters und/oder am Energiespeicher, insbesondere am Kondensator, ein elektrischer Verbraucher oder ein Sensor oder Sensor-Elektronik angeschlossen sein. Beispielsweise kann ein Mikrocontroller und/oder eine Kommunikationsvorrichtung, und/oder eine Ausgabevorrichtung, wie beispielsweise eine Lichtquelle oder lichtemittierende Diode (LED), vorgesehen sein, der/die über die Spule mit Energie versorgbar ist/sind. Des Weiteren ist denkbar einen Frequenzumrichter vorzusehen, der bei der Spannungsaufbereitungsvorrichtung angeordnet ist oder alternativ zur Spannungsaufbereitungsvorrichtung vorgesehen ist. Somit kann dann je nach verwendetem Verbraucher bei notwendiger Wechselspannung eine Transformation auf die Verbraucherspannung und/oder -frequenz durch einen, insbesondere kleinen, Frequenzumrichter erfolgen. Somit ist mit der Spannungsaufbereitungsvorrichtung und/oder mit dem Frequenzumrichter ein Transformieren und/oder ein Aufbereiten der induzierten Spannung auf einfache Weise ermöglicht.
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Die Spule oder eine jeweilige Spule ist vorzugsweise auf einer zur Magnetisierung weisenden Seite am Führungswagen angeordnet. Somit kann die Spule oder eine jeweilige Spule benachbart zur Magnetisierung angeordnet sein.
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Der Führungswagen hat vorzugsweise eine Führungsaussparung oder Führungsnut, in die die Führungsschiene zumindest abschnittsweise angeordnet ist. In der Führungsnut, insbesondere am oder im Nutgrund der Führungsnut, kann die zumindest eine Spule angeordnet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn in der Kopffläche der Führungsschiene die Magnetisierung vorgesehen ist, womit Spule und Magnetisierung unmittelbar zusammenwirken können. In diesem Bereich kann dann die nötige Spannung abgegriffen werden, im Anschluss transformiert und/oder aufbereitet werden und der Strom dann dem Verbraucher des Führungswagens zur Verfügung gestellt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar alternativ oder zusätzlich ein Gehäuse oder ein Modul vorzusehen, das am Führungswagen befestigbar ist. Das Gehäuse kann dann die zumindest eine oder eine weitere Spule aufweisen, um eine Spannung zu induzieren. Ist das Gehäuse vorgesehen, so ist nicht notwendig die Spule im Führungswagen zu integrieren, womit beispielsweise auch eine Nachrüstung eines vorhandenen Führungswagens ermöglicht ist. Außerdem kann mit dem Gehäuse eine einfache Montage der Spule erfolgen. Es ist denkbar, dass im Gehäuse des Weiteren die Sensorvorrichtung angeordnet ist. Außerdem können ein Teil oder alle der vorstehend genannten und nachfolgend angeführten elektrischen und elektronischen Komponenten im Gehäuse vorgesehen sein. Das Gehäuse ist beispielsweise stirnseitig in Längsrichtung der Führungsschiene gesehen am Führungswagen befestigt. Es kann beispielsweise ebenfalls u-förmig ausgestaltet sein und den Führungswagen umgreifen.
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Ist der Sensor als Positionsmessvorrichtung ausgebildet, so kann dieser eine oder mehrere Messspulen aufweisen, die am Führungswagen angebracht sind. Mit anderen Worten wird bei der Positionsmessvorrichtung der Sensor beispielsweise von Spulen gebildet, welche am Führungswagen angebracht sind. Eine entsprechende Maßverkörperung oder ein Gitterband für den Sensor, insbesondere für die Positionsmessvorrichtung, kann dann an der Führungsschiene vorgesehen sein. Die Maßverkörperung ist vorzugsweise an einer der seitlichen Schienenflächen vorgesehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass die Sensorvorrichtung alternativ oder zusätzlich einen Sensor in Form eines Schwingungssensors oder Vibrationssensors aufweist. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung als Lebensdauerüberwachungsvorrichtung ausgebildet oder der Schwingungssensor oder Vibrationssensor dient zur Lebensdauerüberwachung. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Sensorvorrichtung als Kraftmessvorrichtung ausgebildet sein oder eine oder mehrere Sensoren aufweisen, die als Abstandssensor ausgebildet sind und beispielsweise eine Kraftmessvorrichtung bilden.
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Die Sensorvorrichtung ist beispielsweise als integriertes Messsystem ausgestaltet (IMS).
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Vorzugsweise kann/können als Energiespeicher ein Akkumulator und/oder ein Pufferkondensator und/oder eine Batterie vorgesehen sein, über die von der Spule erzeugbare Energie speicherbar ist.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Darstellung eine Führungsschiene einer Schienenführung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 in einer perspektivischen Darstellung einen Führungswagen für die Schienenführung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
- 3 in einer perspektivischen Darstellung einen Führungswagen für eine Schienenführung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
- 4 in einer schematischen Darstellung elektronische Komponenten der Schienenführung gemäß den Ausführungsbeispielen.
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Gemäß 1 ist eine Führungsschiene 1 einer Schienenführung gezeigt. Diese hat eine Kopffläche 2, eine Befestigungsfläche 4 und zwei seitliche Schienenflächen 6 und 8. In die etwa ebene Kopffläche 2 ist eine Längsnut 10 eingebracht, die die Führungsschiene 1 vollständig durchsetzt. In dieser ist eine Magnetisierung 12 vorgesehen. Die Magnetisierung 12 weist eine Vielzahl von wechselweise angeordneten Nord- und Südpolen 14 und 16 auf, von denen der Einfachheit halber jeweils nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Magnetisierung 12 ist dabei vollständig in der Längsnut 10 aufgenommen.
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Gemäß 2 ist ein Führungswagen 18 von seiner Unterseite her gezeigt. Der Führungswagen 18 hat einen Grundkörper 20. Stirnseitig des Grundkörpers 20 ist jeweils eine Endkappe 22 und 24 befestigt, die als Umkehrungen für nicht dargestellte Wälzkörper dienen. Des Weiteren hat der Führungswagen 18 eine durchgehende Führungsnut 26. Im Bereich eines Nutgrunds 28 der Führungsnut 26 ist eine Spule 30 vorgesehen, die mit dem Magnetband 12 aus 1 zusammenwirkt. Mit der Spule 30 kann bei einer Relativbewegung des Führungswagens 18 entlang der Führungsschiene 1 eine elektrische Spannung induziert werden, die zur Versorgung einer Sensorvorrichtung, die beim Führungswagen 18 vorgesehen ist, dient. Die hierfür vorgesehenen elektrischen Komponenten sind unten stehend in 3 näher erläutert.
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Gemäß 3 ist der Führungswagen 18 aus 2 mit der Spule 30 dargestellt. Die Spule 30 ist hierbei mit einem Gleichrichter in Form eines Brückengleichrichters 32 verbunden, wobei sie an dessen Eingang angeschlossen ist. Ausgangsseitig des Brückengleichrichters 32 ist ein Kondensator 34 angeschlossen. Elektrisch parallel zum Kondensator 34 ist ein Spannungsregler 36 vorgesehen. An den Spannungsregler 36 wiederum ist ein elektrischer Verbraucher in Form einer Sensorvorrichtung 38 angeschlossen. Diese kann somit über den Brückengleichrichter 32 und dem Spannungsregler 36 mit der von der Spule 30 erzeugten elektrischen Energie versorgt werden. Als Zwischenspeicher für die Energie ist dann der Kondensator 34 vorgesehen, um die Sensorvorrichtung 38 selbst dann mit Energie zu versorgen, wenn der Führungswagen 18 nicht bewegt oder langsam bewegt wird. Der Kondensator 34 kann insbesondere dann mit einer hohen Energiemenge versorgt werden, wenn der Führungswagen 18 schnell verfahren wird.
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Gemäß 4 ist eine weitere Ausführungsform des Führungswagens 40 dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 2 ist an der Endkappe 22 stirnseitig ein Gehäuse 42 festgelegt. Dieses weist zumindest die Spule 30 auf. Das Gehäuse 42 ist u-förmig ausgestaltet und hat ebenfalls eine Führungsnut 44, die sich an die Führungsnut 26 anschließt. Denkbar wäre auch eine andere Form für das Gehäuse 42. Die Spule 30 ist dann im Nutgrund 46 der Führungsnut 44 angeordnet. Des Weiteren können in dem Gehäuse 42 eine oder mehrerer der elektronischen Komponenten 32, 34, 36 und/oder 38 gemäß 3 vorgesehen sein. Über das Gehäuse 42 ist denkbar auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine Sensorvorrichtung 38 mit ihrer eigenen Energieversorgung nachzurüsten.
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Offenbart ist eine Schienenführung mit einer Führungsschiene und einem Führungswagen. In oder an der Führungsschiene ist eine Magnetisierung vorgesehen. Der Führungswagen hat eine mit der Magnetisierung zusammenwirkende Spule, die bei einer Relativbewegung des Führungswagens bezüglich der Führungsschiene eine Energie erzeugt. Diese kann für einen Verbraucher genutzt werden, der vorzugsweise beim Führungswagen vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Führungsschiene
- 2
- Kopffläche
- 4
- Befestigungsfläche
- 6, 8
- Schienenfläche
- 10
- Längsnut
- 12
- Magnetisierung
- 14
- Nordpol
- 16
- Südpol
- 18; 40
- Führungswagen
- 20
- Grundkörper
- 22, 24
- Endkappe
- 26; 44
- Führungsnut
- 28; 46
- Nutgrund
- 30
- Spule
- 32
- Brückengleichrichter
- 34
- Kondensator
- 36
- Spannungsregler
- 38
- Sensorvorrichtung
- 42
- Gehäuse
