DE2460406A1

DE2460406A1 - Messanordnung

Info

Publication number: DE2460406A1
Application number: DE19742460406
Authority: DE
Inventors: Alfred Reichl
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1976-06-24
Also published as: FR2295403A1; JPS5928842B2; FR2295403B1; DE2460406B2; JPS5193250A; CH602974A5; GB1535056A; US4057258A

Description

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Meßanordnung

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen, mit dem zu messenden Objekt verbundenen Bauteil, bei der der die Meßstrecke unmittelbar umgebende Raum durch einen Hohlkörper gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil einen Schlitz aufweist, der mittels Dichtelementen, vorzugsweise Dichtlippen, abgedichtet ist. Meßanordnungen mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen Bauteil sind z.B. in Form von Laser—Interferometer bekannt geworden, bei denen das bewegliche Bauteil der Reflektor ist. Ferner kann die obige Meßanordnung auch eine Einrichtung zur Feststellung der Abweichung der Bahn eines beweglichen Bauteiles von einer durch ein Laserlichtbundel definierten Geraden sein. Die Meßanordnung kann aber auch ein digitales elektrisches Langenmeßsystem sein, bei dem die Teilung und der dieser vorgelagerte Abtastkopf gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt sind.

Es ist bereits ein Laser-Interferometer bekannt geworden (deutsche Offenlegungsschrift 2 113 4-77), ^ei dem der die Keßstrecke umschließende Raum mittels eines Rohres abgeschirmt und evakuiert ist. Das Rohr weint einen Schlitz auf, der mittels biegsamer DichtlipOen,

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die den Mitnehmer für don optischen i/ofLektor in r.ich aufnehmen, abgedichtet ii-jt. i\";>chl;e i L i g bui ^fi L^Rer· 1-iser— Interferometer no cdnung ist, daß das Vakuum im Meß— kanal nur durch ununterbrochene Nachevakuierung mit Vakuumpumpen hoher Leistung aufrechterhalten werden kann.

In der noch unveröffentlichten eigenen Patentanmeldung P 24 21 371.6-52 ist bei einer interferometrischen Längenmeßvorrichtung der die Meßstrecke umschließende geschlitzte Hohlkörper mittels biegsamer, dachförmig angeordneter Dichtlippen verschlossen. Zur Aufrechter— haltung des Vakuums im Hohlkörper ist dabei der Raum um die Dichtlippen herum mit Vakuumöl ausgefüllt, so daß durch die feinen Leckstellen der biegsamen Dichtlippen nur relativ zähes Öl fließen kann. Gegenüber dem aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 113 ^77 bekannt gewordenen Laser—Interferometer bietet die vorgenannte Flüssigkeitsdichtung den Vorteil, daß nur mehr gelegentlich nachevakuiert werden muß. Dies erlaubt auch den Einsatz einer Vakuumpumpe geringer Leistung. Es wird jedoch eine kleine Ölpumpe benötigt, die das Lecköl im Hohlkörper wieder an die Dichtlippen zurückbefördert. Außerdem müssen die optischen Elemente im Hohlkörper mit Abdeckhauben vor Verunreinigung durch herabtropfendes Lecköl geschützt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Meßanordnung der eingangs genannten Art mit besonders einfachen Mitteln eine hermetische Abdichtung am Schlitz bzw. an den am Hohlkörper vorgesehenen Dichtelementen zu erreichen und insbesondere bei evakuierten Meßkanälen das Vakuum im' Hohlkörper auch während der Bewegung des die Dichtelemente durchdringenden Mitnehmers

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über einen langen Zeitraum ohne Nochevakin erung aufrechtzuerhalten. Aufgabe der Erfindung ist er? ferner, eine Dichtung am Schlitz des Hohlkörpers zu schaffen, die völlig lecksicher ist und' zudem günstige Gleit— Verhältnisse zwischen Mitnehmer und Dichtelementen bietet. Darüber hinaus soll durch die Erfindung eine zuverlässige Dichtung am Meßkanal der Anordnung geschaffen werden, die eine vielseitige Anwendung der Meßanordnung auch unter extremen Umweltbedingungen gestattet und die auch nicht auf eine bestimmte Einbaulage der Meßanordnung beschränkt ist.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Spalt an· den Dichtelementen durch eine magnetische Flüssigkeit hermetisch verschlossen ist und daß die magnetische Flüssigkeit in den Spalten zwischen den Dichtelementen durch ein magnetisches Feld festgehalten wird. Die magnetische Flüssigkeit in den Spalten der Dichtelemente dient demnach als Sperre gegen störende Umwelteinflüsse oder zur Aufrechterhaltung eines Vakuums im Meßkanal gegenüber Atmosphärendruck. Das Vakuum kann · dabei über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, ohne daß nachevakuiert werden muß. Ein wesentlicher Vorteil ist. auch die völlige Leckfreiheit dieser Dichtung, so daß Verschmutzungen von Bauteilen ausgeschlossen sind.

Magnetische Flüssigkeiten, in der Literatur auch als magnetisierbare Flüssigkeit oder Ferrofluid bezeichnet, stellen eine Dispersion von fein verteilten magnetischen Partikelchen (vorzugsweise Ferritmaterialien) in einer Trägerflüssigkeit (z.B. Kerosin oder Siliconöle) dar, wobei das Wort "magnetisch" sich auf die Fähigkeit, sich magnetisieren zu lassen, bezieht. Nähere Einzelheiten

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über magnetische Flüsigkeiten finden sich beispielsweise in den Literaturstellen "International science and technology", No. 55, July 1966, Seite 48 bis 56 und "Der Elektroniker", Nr. 6, 1971, Seite 286 bis? 288. Aus dieser Literatur geht hervor, daß magnetische Flüssigkeiten bereits auf den verschiedensten technologischen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, u.a. auch zur Abdichtung an Wellendurchführungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der die Meß— strecke umschließende Hohlkörper mittels biegsamer dachförmig angeordneter Dichtlippen abgedichtet. Er— findungsgemäß ist in die feinen Spalte an den dachförmigen Dichtlippen die magnetische Flüssigkeit eingebracht. Die Magnetflüssigkeit im Spalt wird durch Permanentmagnete festgehalten, die in unmittelbarer Nähe des Spaltes durchgehend entlang der Dichtlippen vorgesehen sind. Die Dichtanordnung mit dachförmigen Lippen eignet sich besonders für evakuierte Meßkanäle — vorzugsweise an Laser—Interferometern — da sie erstens auf einfache Weise die Ausbildung und sichere Aufrecht— erhaltung des hierzu notwendigen Vakuums ermöglicht und zweitens einen ausgezeichneten Schutz der im evakuierten Meßkanal vorgesehenen optischen Bauteile gewährleistet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigt

Figur 1 schematisch ein Laser-Interferometer,

bei dem die Dichtung nach der Erfindung angewandt werden kann,

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie ,11-11,

Figur 3 ein weiteres Aunführungpbeispiel mit nach innen weisenden Dichtlippen,

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Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Nut in den Dichtlippen,

Figur 5 ein Ausführungsbeispxel, bei dem die Enden der Dichtlippen abgeschrägt sind,

Figur 6 eine weitere Ausführungsmöglichkeit, mit einer an der Außenseite der Dichtlippen vorgesehenen Tasche für die Dichtflüssigkeit,

Figur 7 eine weitere Ausführungsmöglichkeit,

mit einer an der Innenseite der Dichtlippen vorgesehenen Tasche für die Dichtflüssigkeit,

Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispxel mit weichen Dichtleisten,

Figur 9 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Mitnehmer ein Dauermagnet ist.

Die Figur 1 zeigt ein Laser—Interferometer bekannter Bauart, bei dem die Erfindung beispielsweise angewandt werden soll. Das Interferometer 10, das am feststehenden Objekt angebracht ist, gestattet im Zusammenwirken mit dem beweglichen Reflektor 11 die Messung von Längen. Die Lichtquelle 12 ist ein Laser. Die Baueinheit 13 enthält die Interferometeroptik, die den Laserstrahl in einen Meß— strahl und Bezugsstrahl aufspaltet. Die Baueinheit 14 enthält Fotodetektoren·, die die optischen Signale in elektrische Signale umformen. In der Baueinheit 15 sind Verstärker und Trigger vorgesehen. Ein elektronischer Vor-/Rückwärtszähler 16 zählt die bei einer Verschiebung des Reflektors 11 durchlaufenden Signalperioden. Im Rechner 17 erfolgt die Umwandlung der gemessenen Verschiebung in Dezimalwerte, die am Anzeigegerät 18 ablesbar sind. Die Meßstrecke bei diesem Interferometer ist ins Vakuum gelegt. Das Laserlichtbüridel gelangt über ein Fenster 21 in den evakuierten Hohlkörper 20.

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Die Figur 2 zeigt eine Abschirmung dor Meßnbrecke nach der Erfindung. Der Reflektor 11 ist über einen schlanken schwertförmigen Mitnehmer 19 im evakuierten Hohlkörper 20 eingebracht. Der Schlitz im Hohlkörper 20 ist mittels biegsamer, dachförmig angeordneter Dicht— lippen 23/24 abgedichtet. Die Dichtlippen 23/24 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff. Die Enden der Dichtlippen 23/24 sind nach außen geformt. In den durch diese Formgebung gebildeten V—förmigen Kanal ist eine magnetische Flüssigkeit F eingebracht, die durch das Magnetfeld von Permanentmagneten 25/26 festgehalten wird und eine hermetische Abdichtung des evakuierten Hohlkörpers 20 auch bei Bewegung des Mitnehmers 19 bzw. des zu messenden Objektes 22 gewährleistet. Die Permanentmagnete 25/26 erstrecken, sich über die gesamte Länge der Dichtlippen 23/24. Durch die Maßnahmen nach der Erfindung, den Schlitz am Hohlkörper 20 mittels dachförmiger Dichtlippen 23/24 abzudecken und zusätzlich die nur sehr feinen Dichtungs— spalte mit magnetischer Flüssigkeit F auszufüllen, ergeben sich mehrere Vorteile. Einmal wird durch die feinen Spalte an den Dichtlippen 23/24 die magnetische Flüssigkeit F auch bei hohem Vakuum oder extremen Um— Weitbedingungen sicher festgehalten und zum anderen ergeben sich durch das Einbringen der magnetischen Flüssigkeit F auch günstige Gleitverhältnisse zwischen dem Mitnehmer 19 und den Dichtlippen 23/24. Auch kann durch diese Dichtung das Vakuum im Hohlkörper 20 ohne Nach— evakuierung über einen sehr langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Ein weiterer Vorteil ist noch die günstige Bauform der Meßstreckenabschirnrung, die den Einbau der Meßanordnung in jeder Lage gestattet.

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Die Figur 3 zeigt eine Anordnung mit in den Hohl räum des Körpers 20. ragenden dachförmigen Dichtlippen 23^/ 24-,, die den Mitnehmer in der in Figur 1 ersichtlichen Weise in sich aufnehmen. Die magnetische Flüssigkeit F ist in die durch die Dichtlippen 23^/24,, gebildete V—förmige Nut eingebracht. Die magnetische Flüssigkeit F in den Spalten der Dichtung wird durch Permanentmagnete 25/|/26^ festgehalten, die im Inneren des Hohlkörpers 20. angebracht sind. Schutzbleche 28./29^ schützen die Dichtlippen 23^/24-,. vor mechanischen Beschädigungen. Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist die einfache und kleine Bauweise, die eine vielseitige Anwendbarkeit der Meßanordnung auch unter extremen Umweltbedingungen gestattet.

Bei der Anordnung nach der Figur 4 ist an der Innenfläche der dachförmigen Dichtlippen 23p/24-p eine Nut 27 eingeformt, in die die magnetische Flüssigkeit F eingebracht ist. Die magnetische Flüssigkeit F in der Nut 27 wird durch Permanentmagnete 250/260 festgehalten. Die Nut 27 steht mit einem Ausgleichsbehälter (nicht dargestellt) in Verbindung, der an der Stirnseite des Hohlkörpers 20p angebracht ist. Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, daß Staub— oder Schmutzpartikelchen nicht in die magnetische Flüssigkeit F gelangen können.

Die Figur 5 zeigt eine Anordnung, bei der die Enden der dachförmigen Dichtlippen 23V24-, abgeschrägt sind. Die magnetische Flüssigkeit F ist in die durch die Lippen 23^/24-, gebildete V-förmige Nut eingebracht.

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Permanentmagnete c?^c3^/26·, holten die in den Spalten sich befindliche magnetische Flüssigkeit P fest.

Die Figur 6 zeigt eine Anordnung mit an der Außenseite der Dichtlippen 23/,/24^ angeformten dünnen Stegen 23 V/24¹^, zwischen denen die magnetische Flüssigkeit F eingebracht ist. Die magnetische Flüssigkeit F wird durch Permanentmagnete 25^/26^ festgehalten.

In Figur 7 sind an der Innenseite der Dichtlippen 23t-/24t- noch dünne dachförmige Lippen 23Ί-/24',-angeformt. Die magnetische Flüssigkeit F befindet sich in der zwischen den Dichtlippenpaaren 23c u. 23Ί-/24,-u. 24'c gebildeten Tasche. Die magnetische Flüssigkeit F wird durch die Permanentmagnete 25n/26,- festgehalten. Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, daß Staub— oder Schmutzpartikelchen nicht an die magnetische Flüssigkeit F gelangen können.

Die Figur 8 zeigt eine Anordnung, bei der der Schlitz für den Mitnehmer 19g mittels weicher Dichtleisten 23c aus Kunststoff oder Gummi abgedichtet ist. Die Dicht— leisten 23g/24g sind zweckmäßig an Permanentmagneten 25g/26g befestigt, die am Hohlkörper 20g angebracht sind. Die magnetische Flüssigkeit F ist zweckmäßig in einer Nut an den Dichtleisten 23^/24^ eingebracht. Sie wird durch die Permanentmagnete 25,-/26,-in den Spalten festgehalten. Die Dichtleisten, die den Mitnehmer 19g in sich aufnehmen, können auch aus magnetisiertem Kunststoff gefertigt sein.

Bei der Anordnung nach Figur 9 ist der .schwertförmige Mitnehmer 19_O zumindest teilweise als Permanentmagnet

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ausgebildet, der die nur an den feinen Spalten am Schwertende zwischen die dachförmigen Dichtlip— pen 23o/24-r; eingebrachte magnetische Flüssigkeit F festhält und bei Bewegung mitnimmt. Diese Anordnung eignet sich besonders zur Abdeckung von Hohlkörpern, in denen die Teilung und der Abtastkopf eines digitalen elektrischen Langenmeßsystems eingebracht sind.

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Claims

■[;. JOHANKEo HJiI JKNHAlN GMBH

P a t e nt a η s ρ rü c h e

1.s) Meßanordnung mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen, mit dem zu messenden Objekt verbundenen Bauteil, bei der der die Meßstrecke unmittelbar umgebende Raum durch einen Hohlkörper gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil einen Schlitz aufweist, der mittels Dichtelemente, vorzugsweise Dichtlippen, abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt an den Dichtelemen-. ten (25/24 bzw. 23^/24^ bis 23₇/24r,) durch eine magnetische Flüssigkeit (F) hermetisch verschlossen ist und daß die magnetische Flüssigkeit (F) in den Spalten zwischen den Dichtelementen (23/24 bzw.

^^ bis 23,-/24P₇) durch ein magnetisches Feld festgehalten wird.

2.) Meßanordnung, insbesondere interferometrische Längen— meßvorrichtung, bei der der die Meßstrecke unmittelbar umgebende Raum durch einen geschlitzten Hohlkörper abgeschirmt ist, der mittels biegsamer, vorzugsweise dachförmiger Dichtlippen verschlossen ist, wobei der Innenraum des Hohlkörpers evakuiert ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spalte an den dachförmigen Dichtlippen (23/24 bzw. 23^/24. bis 23,-/24^), die den Mitnehmer (19) in sich aufnehmen, eine magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die unter der Wirkung von magnetischen Elementen (25/26 bzw. 25^]/26. bis 25c/26c) im Spalt zwischen den Dichtflächen der Lippen (23/24 bzw. 23₁/24₁ bis ?3.) festgehalten wird.

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5·) Meßanordnung nach Anspruch 1 MMd i¹, <iMdujc;h {.^konr!·-- zeichnet, daß die die niagneti ncho Di chU'l ^;i:-.r>'jf;;ke.ii, Cl'¹) festhaltenden magnetischen Element ο PorniiiroMtmagnete (25/26 bzw. 2 5^,/26^. bin ?^lj^/2i^) .,md, d : f.-in unmittelbarer Nähe des'mit der magnetischen FLü.T.-iig— keit (F) gefüllten Spaltes vorzugsweise durchgehend entlang der Dichtlippen (23/24 bzw. 2^/24^ bis 25_&/?4₆ vorgesehen sind.

4.) Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der dachförmigen Dichtlippen (23/24) nach außen gekrümmt sind und daß in die so gebildete schmale V—förmige Nut die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (.25/26) festgehalten wird.

5·) Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dachförmigen Dichtlippen (23/,/24.) am Hohlkörper (2CL) so angebracht sind, daß deren Spitze in den abzuschirmenden Hohlkörper (2CO weist und daß außerhalb des Hohlkörpers (2CO in die durch die dachförmigen Dichtlippen (23^/24.) gebildete V-förmige Nut die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (25^/2G.) festgehalten wird.

6.) Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche der dachförmigen Dichtlippen (23o/24p) eine in Meßrichtung verlaufende Nut (27) eingebracht ist und daß der durch die Nut (27) in den Dichtlippen (23p/24p) gebildete geschlossene Kanal mit der magnetischen Flüssigkeit (F) aufgefüllt ist, die durch Permanentmagnete (25p/26_o) festgehalten wird.

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7·) Meßanordnung nach Anspruch ^, dadurch goKermzeichnot, daß der durchgehende Kanal i'd'T) m dun Ui cht. 1. i j)t>*jri ⁽'c mit einem Ausgleichsbehälter für die m.'agne tische Flüssigkeit (F) in Verbindung steht,

8.) Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der dachförmigen Dicht— lippen (23*/24,) durchgehend abgeschrägt sind und daß in die so gebildete V—förmige Nut an den Dicht— lippen (23z/24O die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (25^/26^) festgehalten wird.

9.) Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Endbereich der dachförmigen Dichtlippen (23^/24^) an der Außenseite eine dünne Wand (23 V/24 V) angeformt ist und daß in die so gebildete schmale Tasche an den Dichtlippen (23/,/24^) die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (25/,/26^) festgehalten wird.

10.) Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der dachförmigen Dichtlippen (231-/24^·) noch dünne dachförmige Lippen (23 V/24 V) angeformt sind und daß in die zwischen dem Dichtlippenpaar (23c u. 23*1-/24^ u. 24 V) gebildete 'Tasche die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (2^/26^) festgehalten wird.

11.) Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (23₆/24_&) am Schlitz des Hohlkörpers (20,-) weiche Leisten, vorzugsweise aus Gummi

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oder Kunststoff,sind und daß in die Spalte an Ίοη Dichtleisten (23^/24^) die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (2^^/26^) festgehalten wird.

12.) Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Dichtleisten (23g/24g), die den Mitnehmer (19c) in sich aufnehmen, direkt an den Permanentmagneten (25g/26g) befestigt sind.

13·) Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die dachförmigen Dichtlippen (23o/24₇) durchdringende schwertförmige Mitnehmer (I9o) als Permanentmagnet ausgebildet ist und daß in die Spalte am Schwertende die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die vom magnetischen Feld des Schwertes (I9n) festgehalten wird.

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