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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Lage eines
angetriebenen Maschinenteils mittels mit Kugelumlaufführung versehener besonderer
Meßspindel und Spindelmutter. Sie ist insbesondere vorteilhaft zur Feststellung
der gegenseitigen Lage bewegter Maschinenteile anwendbar.
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Sogenannte Schraubengetriebe, die mit Kugelumlaufführung versehen
sind und aus Spindel und Spindelmutter bestehen, sind bekannt. Es ist auch bekannt,
ein solches Getriebe für die Lenkung von Kraftfahrzeugen zu verwenden. Ein Teil
der Lenksäule ist dabei als Spindel ausgebildet, auf der die Spindelmutter bewegbar
ist. Über die Spindelmutter erfolgt der Antrieb weiterer Elemente für die Lenkung.
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Es ist weiterhin bekannt, auf dem Maschinentisch, dessen Lage festzustellen
ist, eine Zahnstange vorzusehen, in die ein Zahnrad eines Getriebes eingreift, über
das die Translationsbewegung des Tisches in eine Rotationsbewegung des mit Meßeinrichtungen
versehenen Getriebes umgeformt wird. In dieser Anordnung ist der Meßfehler wegen
der Verwendung eines Getriebes relativ hoch: Zum immer vorhandenen Getriebefehler
kommt das Getriebespiel infolge Verschleiß, der bei Übergang Zahnstange-Zahnrad
besonders groß ist, da immer nur eine Zahnflanke jedes Getriebeteils im Eingriff
ist und die Bewegung überträgt. Der Verschleiß ist darüber hinaus ungleichmäßig,
da die Mitte des Maschinenbettes häufiger durchfahren wird als die Ränder. Eine
Korrektur des Fehlers ist daher unmöglich, da er an den verschiedenen Stellen verschieden
groß ist.
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Es ist außerdem bekannt, mittels eines Schraubengetriebes eine Translationsbewegung
in eine Drehbewegung umzuwandeln. Um eine derartige Umwandlung zu ermöglichen, ist
die Steigung des Gewindes der Spindel sehr groß (Steilgewinde). Für eine Meßeinrichtung
zur Ermittlung der Lage eines bewegten Maschinentisches ergeben sich dadurch unzulässig
große Meßfehler. Würde man die Steigung auf ein zulässiges Maß verringern, ergibt
sich jedoch - wie bekannt - eine Selbsthemmung. Derartige Anordnungen sind daher
nicht für eine Einrichtung zur Ermittlung der Lage eines bewegten Maschinentisches
geeignet, sofern durch diese die Translationsbewegung des Maschinenteils unmittelbar
in eine Drehbewegung umgewandelt werden soll.
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Um mit den vorstehend erwähnten Anordnungen eine Translationsbewegung
in eine Rotationsbewegung umzuwandeln, ist es außerdem bekannt, am Maschinentisch
als Hilfsmeßeinrichtung einen Differential-Transformator vorzusehen und diesem ein
Servosystem zur Steuerung der Position einer Spindelmutter mit Kugelumlaufführung
nachzuschalten. Abgesehen von dem durch die Hilfsmeßeinrichtung und das Servosystem
bedingten zusätzlichen Aufwand ist hierbei weiter nachteilig, daß der Differential-Transformator
einer bestimmten Auslenkung bedarf, damit das Servosystem anspricht.
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Dies bedeutet eine Vergrößerung des Lagemeßfehlers. Außerdem ist die
durch das Servosystem bedingte Einführung eines zusätzlichen Regelkreises nachteilig,
da sich zwischen diesem und einem Lageregelkreis für das bewegte Maschinenteil Wechselwirkungen
ergeben können.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung, die sich im wesentlichen mechanischer
Hilfsmittel bedient, deren Herstellungspreis im Vergleich zu den elektrisch-optischen
Einrichtungen gering ist, wird die Aufgabe, die gegenseitige Lage von bewegten Maschinenteilen
zu ermitteln, durch analoge oder digitale Umsetzung der Lageänderung in einem Meßwert
bei Vermeidung der oben geschilderten Nachteile gelöst.
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Erflndungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Spindelmutter
von dem Maschinenteil translatorisch bewegt wird, wodurch sich in an sich bekannter
Weise die Spindel, von der unmittelbar oder mittelbar ein Meßgerät für Drehwinkel
angetrieben wird, dreht.
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Vorteilhafterweise werden bei dieser Lösung weder eine Hilfsmeßeinrichtung
noch ein Servosystem benötigt. Dadurch entfallen auch die weiteren, vorstehend angegebenen
Schwierigkeiten. Wenn bei der eründungsgemäßen Einrichtung - z. B. durch Verschleiß,
obwohl dieser wegen der geringen mechanischen Belastung sehr gering ist - ein Fehler
auftreten sollte, wird dieser Fehler weitgehend unterdrückt, da die Spindel als
Mittelwert aller Berührungspunkte SpindelmutterSpindel bewegt wird, so daß ein einzelner
Fehler kaum in Erscheinung tritt. Außerdem besteht ein Vorteil darin, daß das Übersetzungsverhältnis
in Form unterschiedlicher Steigungen des Gewindes beliebig wählbar ist, da wegen
der geringen zu übertragenden Kräfte das Gewindefleisch sehr gering sein kann. Die
die Verwendung in normalen Spindelantrieben erschwerende fehlende Selbsthemmung
bei Verwendung von Kugelumlaufgewinden tritt bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
als weiterer Vorteil in Erscheinung. Außerdem ist es vorteilhaft, daß die meßtechnischen
Schwierigkeiten zur Messung translatorischer Bewegungen dadurch behoben werden,
daß die translatorische Bewegung in eine Rotationsbewegung übergeführt wird. Dadurch
können Meßeinrichtungen, die für rotatorische Bewegungen leicht und genau herstellbar
sind, zur Messung trauslatorischer Bewegungen verwendet werden. Dies gilt sowohl
für analoge Meßmittel, wie z. B. für Drehgebersysteme, Resolver, Selsyn-Systeme
u. ä., als auch für Impulsgeber für digitale Messungen, wie Lichtraster oder Magnetimpulsscheiben.
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Um eine genaue Messung zu gewährleisten, werden in einer weiteren
Ausbildung der Erfindung zwei Meßsysteme auf der Spindel aufgebracht. Für den Fall,
daß beide Meßergebnisse nicht übereinstimmen, erfolgt ein Signal, daß die Messung
wiederholt und/ oder der Antrieb abgeschaltet werden muß. Die Meßmittel können gleich
oder verschieden sein, sie müssen lediglich, um sie vergleichen zu können, in dasselbe
System - beispielsweise ein analoges System in ein digitales oder umgekehrt - umgeformt
werden.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Kugelumlaufsystems besteht
darin, daß es mit Rücksicht auf eine einwandfreie Funktion nur in geschliffener
und sehr gleichmäßiger Ausführung hergestellt wird, weil andernfalls ein einwandfreies
Funktionieren des Kugelumlaufs unmöglich ist. Infolgedessen sind derartige Spindelsysteme
von vornherein sehr genau gearbeitet und eignen sich gut als Meßhilfsmittel. Um
möglichen Verschleiß, der sich als Spindellose bemerkbar machen würde, zu verhindern,
kann auch
bei diesen Spindeln die Verspannung zweier Mutternteile
gegeneinander angewendet werden.
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Bei der Auswahl der Steigung einer solchen Spindel kann es sich für
Maschinen, auf denen zeitweilig metrische Teile und zeitweilig in Zoll vermaßte
Teile angefertigt werden müssen, empfehlen. eine Steigung derart zu wählen, daß
der Impulsgeber zusammen mit dem Maß der Steigung und etwaiger Zwischengetriebe
auf die beiden unterschiedlichen Maßsysteme abgestimmt wird. Beispielsweise müßte
eine Impulsscheibe bei einer Spindel mit Zoll = 12,70 mm Steigung 127 Impulse erzeugen,
um eine Zählgenauigkeit von t/tO mm zu gewährleisten. Bei dieser Impulsscheibe kann
das metrische Maß durch Abzählen der Impulse von je 1/io mm Abstand ermittelt werden.
Erhält die gleiche Spindel eine Impulsscheibe von 50 Impulsen je Umdrehung, so kann
jedes beliebige Maß in /ioo Zoll ermittelt werden. Die Meßapparatur und die Meßeingabe
für eine Automatisierung der Maschinenvorschübe könnten sich einer solchen Kombination
sehr vorteilhaft bedienen. Die Umrechnung, die üblichenveise auf Zeichnungen sehr
viel Zeit in Anspruch nimmt, würde sich erübrigen.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist schematisch
in der Figur dargestellt.
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Über die Schnecke 1 und die Zahnstange 2 wird der Maschinentisch
3 angetrieben. An dem Maschinentisch sitzt die mit einer Kugelumlaufführung versehene
Spindelmutter 4, die bei Bewegung des Nfaschinentisches 3 die ebenfalls mit einer
Kugelumlaufführung versehene und in den Stellen 6 und 6' gelagerte Spindel 5 in
Rotationsbewegung versetzt.
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An der Spindel 5 befindet sich eine Lochscheibe 7, die das von der
Beleuchtungsquelle 8 auf die Fotozelleneinrichtung 9 fallende Licht entweder durchläßt
oder sperrt, womit eine Messung der Stellung des Maschinentisches 3 gewährleistet
ist.
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Die Erfindung kann bei allen Maschinenteilen, bei denen die Ermittlung
der gegenseitigen Lage notwendig ist, angewendet werden.
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Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Ermittlung der Lage eines angetriebenen
Maschinenteils mittels mit Kugelumlaufführung versehener besondere Meßspindel und
Spindelmutter. d a d u reh gek e na z e i c h -net. daß die Spindelmutter (4) von
dem angetriebenen N Maschinenteil (3) translatorisch bewegt wird. wodurch sich in
an sich bekannter Weise die Spindel (5), von der unmittelbar oder mittelbar ein
NIeßgerät (7. 8. 9) für Drehwinkel angetrieben wird, dreht.