DE20204471U1

DE20204471U1 - Positionsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE20204471U1
Application number: DE20204471U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2012-03-22
Also published as: US7034281B2; DE10257974A1; DE10257974B4; US20030178557A1

Description

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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 19. März 2002

Positionsmesseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine gattungsgemäße Positionsmesseinrichtung ist z.B. aus der JP 07-043177 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine als Drehgeber ausgebildete Positionsmesseinrichtung für einen elektrischen Antrieb vorgeschlagen, die neben Positionsdetektionsmitteln zur Erfassung der Position zweier zueinander beweglicher Antriebsteile desweiteren auch einen Temperatursensor umfasst. Der bezüglich seiner konkreten Ausbildung nicht näher spezifizierte Temperatursensor dient zur Erfassung der Temperatur im Gehäuse des Drehgebers. Aus dieser Temperatur wird in Verbindung mit einer vorherigen Referenz- bzw. Kalibrierungsmessung im eigentlichen Messbetrieb auf die interessierende Antriebstemperatur geschlossen. Aus der derart geschätzten Temperatur im Bereich des Antriebs lassen sich Informationen über eine eventuelle Überhitzung der Antriebswicklungen und ggf. temperaturbedingte Probleme im Antriebsbereich ableiten. Nachteilig hieran ist jedoch, dass letztlich keine unmittelbaren Messinformationen bezüglich der Temperatur an bestimmten Teilen des Antriebes vorliegen. Die derart gewonnenen Temperaturinformationen sind demzufolge als relativ unpräzise einzuschätzen.

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Neben dieser Variante zur Bestimmung von Temperaturen im Bereich des elektrischen Antriebes ist desweiteren bekannt, auf Seiten des Antriebs Temperatursensoren anzuordnen, die Messinformationen zu aktuellen Temperaturen im Antriebsbereich liefern. Die hierzu eingesetzten Temperatursensoren sind hierbei üblicherweise als Halbleitersensoren ausgebildet, die unmittelbar in die Antriebswicklungen integriert werden. Als nachteilig hierbei ist aufzuführen, dass die Anordnung derartiger Temperatursensoren einen Eingriff in den jeweiligen Antrieb erfordert.

Ähnliche Probleme resultieren im übrigen nicht nur im Fall des Einsatzes von rotatorischen Positionsmesseinrichtungen in Verbindungen mit Antrieben sondern grundsätzlich beim Einsatz von Positionsmesseinrichtungen, die zur Erfassung der Position zweier zueinander beweglicher Objekte verwendet werden und eine Temperaturerfassung an einem der beiden beweglichen Objekte erforderlich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Positionsmesseinrichtung anzugeben, die neben Positionsdaten bezüglich der Relativbewegung zweier zueinander beweglicher Objekte ferner zuverlässige Informationen zur Temperatur an definierten Messpunkten an mindestens einem der beweglichen Objekte liefert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.

Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, vorzugsweise in einem Gehäuse der Positionsmesseinrichtung einen kontaktlos arbeitenden Infrarot-Temperatursensor einzusetzen. Derart kann eine unmittelbare, zuverlässige Temperaturmessung an einem oder mehreren Messpunkten an mindestens einem der beweglichen Objekte sichergestellt werden.

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Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Positionsmesseinrichtung in Verbindung mit elektrischen Antrieben eingesetzt, insbesondere wenn die Positionsmesseinrichtung als rotatorische Positionsmesseinrichtung in Form eines Drehgebers ausgebildet ist. Über den bereits im Drehgeber integrierten Infrarot-Temperatursensor kann dann ohne weiteren Eingriff in den Aufbau des jeweiligen Antriebes eine präzise Temperaturmessung an ein oder mehreren Messpunkten auf Seiten des Antriebes vorgenommen werden. Beispielsweise kann derart die Wicklungstemperatur auf der Antriebsseite zuverlässig gemessen und überwacht werden.

Vorteilhafterweise werden die Positionsdaten zusammen mit den Temperaturdaten auf Seiten der Positionsmesseinrichtung zur seriellen Übertragung aufbereitet und über eine geeignete Schnittstelle und eine Signalübertragungsstrecke an eine nachgeordnete Auswerteeinheit übertragen.

Die vorliegende Erfindung ist wie bereits angedeutet nicht auf rotatorische Positionsmesseinrichtungen beschränkt, d.h. es können beispielsweise auch lineare Positionsmesseinrichtungen entsprechend ausgebildet werden. Ebenso ist die Anwendung nicht nur in Verbindung mit Antrieben möglich, sondern kann grundsätzlich zur unmittelbaren, präzisen Temperaturerfassung an einem der beiden beweglichen Objekte eingesetzt werden.

Desweiteren können auch Positionsmesseinrichtungen, die auf unterschiedlichen physikalischen Abtastverfahren beruhen, erfindungsgemäß ausgestaltet werden, also etwa optische, magnetische, induktive oder aber kapazitive Positionsmesseinrichtungen.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Figur.

Diese zeigt eine schematisierte Blockschaltbild-Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Positionsmesseinrichtung 10 in Verbindung mit einem elektrischen Antrieb 20.

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Über die Positionsmesseinrichtung 10 wird hierbei in bekannter Art und Weise die Position zweier zueinander beweglicher Objekte erfasst. Es handelt sich in diesem Beispiel um die Drehbewegung einer rotierenden Antriebswelle 21 eines elektrischen Antriebes 20, deren rotatorische Position gegnüber dem stationären Antriebsteil überwacht wird. Hierzu ist die Antriebswelle 21 in nicht näher gezeigter Art und Weise mit einer ebenfalls rotierenden Teilscheibe auf Seiten der Positionsmesseinrichtung 10 gekoppelt. Auf der Teilscheibe befindet sich eine Messteilung in Form einer Kreisteilung, die von einer Abtasteinheit zur Erzeugung von Positionsdaten abgetastet wird. Die Kreisteilung umfasst im Fall einer optischen Positionsmesseinrichtung 10 z.B. eine Lichtquelle, ein oder mehrere (optionale) Abtastgitter sowie ein oder mehrere optoelektronische Detektorelemente zur Erfassung der verschiebungsabhängig modulierten Abtastsignale respektive Positionsdaten. In der Figur sind die zur Erzeugung der Positionsdaten erforderlichen Komponenten der Positionsmesseinrichtung 10 lediglich schematisiert als Positionsdetektionsmittel 11 dargestellt. Hierüber soll zum Ausdruck kommen, dass zur Erzeugung der Positionsdaten selbstverständlich auch alternative physikalische Abtastprinzipien einsetzbar sind, also z.B. magnetische, induktive oder kapazitive Abtastprinzipien.

Die über die jeweiligen Positionsdetektionsmittel 11 erzeugten Positionsdaten werden an eine - ebenfalls nur schematisiert dargestellte - Signalaufbereitungseinheit 12 übergeben, die diese Daten zur Übertragung an eine nachgeordnete Auswerteeinheit 30 über eine Signalübertragungsstrecke 40 aufbereitet. Die Signalaufbereitungseinheit 12 ist vorzugsweise als serielle Schnittstelle ausgebildet. Bei der Auswerteeinheit 40 kann es sich beispielsweise um eine numerische Steuerung handeln, die die gelieferten Positionsdaten zur Motorsteuerung bzw. -regelung weiterverarbeitet.

Desweiteren umfasst die Positionsmesseinrichtung 10 einen Temperatursensor, der erfindungsgemäß als kontaktlos arbeitender Infrarot-Temperatursensor 13 ausgebildet ist und zur Messung der Temperatur an mindestens einem Messpunkt der beiden zueinander beweglichen Objekte auf Seiten des Antriebes 20 dient. Wie in der Figur schematisiert angedeutet, ist

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der Infrarot-Temperatursensor 13 im Gehäuse 15 der Positionsmesseinrichtung 10 angeordnet, wobei das Gehäuse 15 einen Fensterbereich 14 aufweist, auf den der Infrarot-Temperatursensor 13 zur Temperaturmessung am gewünschten Messpunkt ausgerichtet ist. Der Fensterbereich 14 des Gehäuses 15 besteht zu diesem Zweck aus einem Material, das für die zu detektierende Infrarot-Strahlung möglichst durchlässig ist und die transmittierte Strahlung möglichst wenig streut. Beispielsweise wird an dieser Stelle Glas oder ein kratzfestes Kunstsoffmaterial eingesetzt.

Im Fensterbereich 14 können zur präzisen Ausrichtung des Infrarot-Temperatursensors 13 desweiteren auch geeignete optische Elemente in Form von Linsen oder dgl. angeordnet werden. Zudem kann durch derartige, in den Fensterbereich integrierte optische Elemente mit definerten optischen Wirkungen der exakte Messpunkt genau auf den jeweiligen Infrarot-Temperaturensor abgestimmt werden. Der verfügbare Messbereich des Infrarot-Temperatursensors lässt sich derart in bestimmten Grenzaen an die jeweilige Konfiguration anpassen.

Geeignete kontaklose arbeitende Infrarot-Temperatursensoren bzw. Pyro-Temperatursensoren, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind, werden z.B. von der Fa. InfraTec GmbH, Dresden vertrieben.

Über den Infrarot-Temperatursensor 13 kann somit kontaktlos die Temperatur an mindestens einem Messpunkt der beiden zueinander beweglichen Objekte bestimmt werden, deren Relativbewegung die Positionsmesseinrichtung 10 erfasst. Im dargestellten Beispiel eines elektrischen Antriebes 20 kann ein entsprechender Messpunkt z.B. auf den Motorwicklungen gewählt werden, um derart präzise die Wicklungstemperatur auf der Antriebsseite zu erfassen. Je nach Antriebstyp können die Motorwicklungen hierbei sowohl auf Seiten des stationären als auch auf Seiten des beweglichen Antriebsteiles angeordnet sein; entsprechend unterschiedlich ist dann die Messpunkt-Ausrichtung des Infrarot-Temperatursensors 13 im Gehäuse 15 der Positionsmesseinrichtung 10 zu wählen.

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Alternativ zur Erfassung der Wicklungstemperatur kann beispielsweise auch vorgesehen sein, mindestens einen Punkt auf der Oberfläche auf einem der zueinander beweglichen Antriebsteile als Messpunkt zu wählen.

Je nach Anforderung ist es somit möglich, an einen oder mehreren Messpunkten auf Seiten der zueinander beweglichen Objekte mit Hilfe des Infrarot-Temperatursensors 13 in der Positionsmesseinrichtung 10 eine kontaklose, präzise Temperaturmessung vorzunehmen, die weiter ausgewertet werden kann. Zu diesem Zweck ist etwa im Fall eines elektrischen Antriebes insbesondere kein Eingriff in den Aufbau des Antriebes erforderlich. Der in der Positionsmesseinrichtung 10 integrierte Infrarot-Temperatursensor 13 liefert die gewünschten Temperaturdaten.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die vom Infrarot-Temperatursensor 13 erzeugten Temperaturdaten ebenso wie die Positionsdaten der Signalaufbereitungseinheit 12 übergeben, um wie die Positionsdaten in serieller Form an die nachgeordnete Auswerteeinheit 30 übertragen zu werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auf Grundlage der laufend übertragenen Temperaturdaten auf Seiten der Auswerteeinheit 30 etwa die Temperatur der Motorwicklungen überwacht werden und im Fall einer eventuellen Überhitzung ein Warn- oder Fehlersignal generiert werden usw..

Neben dem erläuterten Ausführungsbeispiel existieren im Rahmen der erfindungsgemäßen Überlegungen selbstverständlich diverse alternative Varianten.

So ist der Einsatz kontaktlos arbeitender Infrarot-Temperatursensoren weder auf die Applikation in Verbindung mit elektrischen Anrieben beschränkt, noch auf die erläuterte rotatorische Positionsmesseinrichtung.

Claims

1. Positionsmesseinrichtung zur Erfassung der Position zweier zueinander beweglicher Objekte mit

- Positionsdetektionsmitteln zur Erzeugung von Positionsdaten sowie

- mindestens einem Temperatursensor, der zur Messung der Temperatur an mindestens einem Messpunkt der beiden beweglichen Objekte und zur Erzeugung von Temperaturdaten dient,

dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor als kontaktlos messender Infrarot- Temperatursensor (13) ausgebildet ist.

2. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarot-Temperatursensor (13) in einem Gehäuse (15) der Positionsmesseinrichtung (10) angeordnet ist und das Gehäuse (15) einen Fensterbereich (14) aufweist, auf den der Infrarot-Temperatursensor (13) zur Temperaturmessung am Messpunkt ausgerichtet ist.

3. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fensterbereich (14) aus einem für Infrarot-Strahlung durchlässigem Material besteht.

4. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fensterbereich optische Elemente mit einer definierten optischen Wirkung integriert sind.

5. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmesseinrichtung (10) an einem elektrischen Antrieb (20) angeordnet ist und zur Bestimmung der Position eines beweglichen Antriebsteiles gegenüber einem stationären Antriebsteil dient.

6. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese als rotatorische Positionsmesseinrichtung (10) ausgebildet ist, die die Rotationsbewegung einer Antriebswelle (21) des Antriebes (20) erfasst.

7. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Punkt der Motorwicklungen an einem der beiden Antriebsteile als Messpunkt gewählt ist, auf den der Infrarot-Temperatursensor (13) ausgerichtet ist.

8. Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Punkt auf einer Oberfläche eines der beiden Antriebsteile als Messpunkt gewählt ist, auf den der Infrarot-Temperatursensor (13) ausgerichtet ist.

9. Positionsmesseinrichtung nach mindestens einem vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Signalaufbereitungseinheit (12), die die Positionsdaten sowie die Temperaturdaten zur seriellen Übertragung an eine nachgeordnete Auswerteeinheit (30) über eine Signalübertragungsstrecke (40) aufbereitet.

10. Positionsmesseinrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdetektionsmittel (11) eine Messteilung sowie eine Abtasteinheit umfassen, wobei die Messteilung und die Abtasteinheit mit den zueinander beweglichen Objekten verbunden sind und aus der Abtastung der Messteilung mittels der Abtasteinheit die Positionsdaten erzeugbar sind.