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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Lage eines
angetriebenen Maschinenteils mittels mit Kugelumlaufführung versehener besonderer
Meßspindel und Spindelmutter, bei der die Spindelmutter von dem angetriebenen Maschinenteil
translatorisch bewegt wird.
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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 dem Servosystem
bedingten zusätzlichen Aufwand ist hierbei weiter nachteilig, daß der Differential-Transformator
einer bestimmten Auslenkung bedarf, damit das Servosystem anspricht. 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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Es wurde bereits eine Einrichtung vorgeschlagen, mit der es trotz
Verwendung von im wesentlichen mechanischen Hilfsmitteln unter Vermeidung der vorstehend
geschilderten Nachteile möglich ist, die gegenseitige Lage von angetriebenen Maschinenteilen
durch analoge oder digitale Umsetzung der Lageänderung in einen Meßwert zu ermitteln.
Erreicht wird dies dadurch, daß die Spindelmutter von dem Maschinenteil translatorisch
bewegt wird, wodurch sich in an sich bekannter Weise die Meßspindel, von der unmittelbar
oder mittelbar ein Meßgerät für Drehwinkel angetrieben wird, dreht.
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Bei dieser Lösung werden weder eine Meßeinrichtung noch ein Servosystem
benötigt. Dadurch entfallen auch die weiteren, vorstehend genannten Schwierigkeiten.
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Die Verwendung des an sich bekannten, aus Spindel und Spindelmutter
bestehenden, mit Kugelumlaufführung versehenen Schraubengetriebes zur Ermittlung
der Lage eines angetriebenen Maschinenteils, insbesondere der relativen Lage zweier
Maschinenteile zueinander, hat eine Reihe von Vorteilen: Im Hinblick auf den Kugelumlauf
wird ein Kugelumlaufgetriebe nur in geschliffener und sehr gleichmäßiger Ausführung
hergestellt, weil andernfalls ein einwandfreier Kugelumlauf unmöglich ist. Ein derartiges
Getriebe ist sehr genau gearbeitet und eignet sich somit gut als Meßhilfsmittel.
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Der Verschleiß des Systems ist wegen der geringen mechanischen Belastung
sehr gering. Auftretende Fehler werden weitgehend unterdrückt, da die Relativbewegung
zwischen Spindel und Spindelmutter und damit die Messung abhängig vom Mittelwert
der beiden gemeinsamen Berührungspunkte erfolgt, so daß ein vereinzelter Fehler
nur als Summand in der Summe der Einzelwerte in Erscheinung tritt.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das übersetzungsverhältnis
des Schraubengetriebes in Form unterschiedlicher Steigungen des Gewindes beliebig
wählbar ist, da wegen der geringen zu übertragenden Kräfte das Gewindefleisch sehr
gering sein kann. Indem die translatorische Bewegung des Maschinenteils in eine
Rotationsbewegung des Meßwertgebers überführt wird, können Meßeinrichtungen, die
für rotatorische Bewegungen leicht und genau herstellbar sind, zur Messung translatorischer
Bewegungen verwendet werden. Dies gilt sowohl für analoge Meßmittel, wie z. B. für
Drehgebersysteme, Resolver, Selsynsysteme u. ä., als auch für Impulsgeber für digitale
Messungen, wie Lichtraster oder Magnetimpulsscheiben.
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Bei der Einrichtung nach dem älteren Vorschlag kann jedoch aus konstruktiven
Gründen die Beherrschung der Rotationsbewegung der Spindel, insbesondere bei langen
Spindeln, auf Schwierigkeiten stoßen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu
vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Meßspindel nicht
drehbar angeordnet ist, so daß in an sich bekannter Weise von der Spindelmutter
zusätzlich zu ihrer translatorischen Bewegung eine Rotationsbewegung ausgeführt
und ein mit ihr verbundenes Meßgerät für Drehwinkel angetrieben wird.
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Um eine sehr genaue Messung zu gewährleisten, können in weiterer Ausbildung
der Erfindung zwei Meßsysteme an der Mutter vorgesehen sein. Für den Fall, daß die
Meßergebnisse aus den beiden Systemen nicht übereinstimmen, erfolgt ein Signal,
wonach die Messung wiederholt oder der Antrieb abgeschaltet werden muß.
Der
an sich geringe Verschleiß, der sich als Spindellose bemerkbar machen würde, wird
dadurch verhindert, daß in bekannter Weise zwei Mutternteile gegeneinander verspannt
werden.
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Auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es ähnlich wie beim
älteren Vorschlag möglich, daß bei der Auswahl der Steigung der Spindel für Maschinen,
auf denen zeitweiliu metrische Teile und zeitweilig in Zoll vermaßte Teile angefertigt
werden müssen, die Steigungen derart gewählt werden, daß der Impulseber zusammen
mit dem Maß der Steigung und etwaiger Zwischengetriebe auf die beiden unterschiedlichen
Maßsysteme abgestimmt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist schematisch
in der Figur dargestellt. Über Schnecke 1 und Zahnstange 2 wird Maschinentisch 3
angetrieben. Vom Maschinentisch 3 wird die mit einer Kugelumlaufführung versehene
Spindelmutter 4 über ein Kugellager 10 translatorisch bewegt. Da die Meßspindel
5 in den Stellen 6 und 6' unbeweglich gelagert ist, wird bei Bewegung des Maschinentisches
3 die Spindelmutter 4 zusätzlich in Rotationsbewegung versetzt. An der Spindelmutter
4 befinden sich die Meßeinrichtungen, im Ausführungsbeispiel eine Lochscheibe 7,
die das von der Beleuchtungsquelle 8 auf die Fotozelleneinrichtung 9 fallende Licht
entweder durchläßt oder sperrt, wodurch die Messung der Stellung des Maschinentisches
3 digital erfolgt.
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Die Erfindung kann bei allen Maschinenteilen, bei denen die - Ermittlung
der gegenseitigen Lage notwendig ist, angewendet werden.