DE2460406B2

DE2460406B2 - Laengen- oder winkelmessystem

Info

Publication number: DE2460406B2
Application number: DE19742460406
Authority: DE
Inventors: Alfred 8223 Trostberg 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: 1977-03-24
Also published as: FR2295403A1; JPS5928842B2; FR2295403B1; DE2460406A1; JPS5193250A; CH602974A5; GB1535056A; US4057258A

Description

Die Erfindung betrifft ein Längen- oder Winkelmeßsystem, insbesondere eine interferometrische Meßanordnung, mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen, mit dem zu messenden Objekt verbundenen Bauteil, bei der der die Meßstrecke unniittelbar umgebende Raum durch einen rohrförmigen, insbesondere evakuierten Hohlkörper gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil einen Schlitz aufweist, der mittels Dichtelemente, vorzugsweise Dichtlippen, abgedichtet ist.

Meßanordnungen mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen Bauteil sind z. B. in Form von Laser-Interferometer bekanntgeworden, 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 duich ein Laserlichtbündel definierten Geraden sein. Die Meßanordnung kann aber auch ein digitales elektrisches Längenmeßsystem sein, bei dem die Teilung und der dieser vorgelagerte Abtastkopf gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt sind.

Es ist bereits ein Laser-Interferometer bekanntge-

worden (DT-OS 2113 477), bei dem der die Meßstrecke umschließende Raum mittels eines Rohres abgeschirmt und evakuiert ist. Das Rohr weist e^;jien Schlitz auf, der mittels biegsamer Dichtlippen, die den Mitnehmer für den optischen Reflektor in sich aufnehmen, abgedichtet ist Nachteilig bei dieser Laser-Interferometeranordnung ist, daß das Vakuum im Meßkanal nur durch ununterbrochene Nachevakuierung mit Vakuumpumpen hoher Leistung aufrechterhalten werden kann.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden (DT-PS 24 21371) bei einer interferometrischen Längenmeßvorrichtung dan die Meßstrecke umschließenden geschlitzten Hohlkörper mittels biegsamer, dachförmig angeordneter Dichtlippen zu verschließen. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums im Hohlkörper ist dabei der Raum um die Dichtlippen herum mit Vakuumöl ausgefüllt, so daß durch die feinen Leckstellen der biegsamen Dichtiippen nur relativ zähes öl fließen kann. Gegenüber dem aus der DT-OS 21 13 477 bekanntgewordenen Laser-Interferometer bietet die vorgenannte Flüssigkeitsverdichtung 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 Leckö! im Hohlkörper wieder an die Dichtlippen zurückbefördert. Außerdem müssen die optischen Elemente im Hohlkörper mit Abdeckhauben vor Verunreinigungen 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 dem am Hohlkörper vorgesehenen Dichtelementen zu erreichen und insbesondere bei evakuierten Meßkanälen das Vakuum im Hohlkörper auch während der Bewegung des die Dichtelemente durchdringenden Mitnehmers über einen langen Zeitraum ohne Nachevakuicrung aufrechtzuerhalten. Durch die Erfindung soll eine Dichtung am Schlitz des Hohlkörpers geschaffen werden, die völlig lecksicher ist und zudem günstige Gleitverhältnisse zwischen Mitnehmer und Dichtelementen bietet Darüber hinaus soll durch eine zuverlässige Dichtung am Meßkanal eine vielseitige Anwendung der Meßanordnung auch unter extremer. Umweltbedingungen ermöglicht werden, wobei eine bestimmte Einbaulage der Meßanordnung nicht erforderlich 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 sowie 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 feinverteilten 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 über magnetische Flüssigkeiten finden sich beispielsweise in den Literaturstellen »International science and technology«, No. 55, July 1966, S. 48 bis 56 und »Der Elektroniker«, Nr. 6, 1971, S. 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 Meßstrecke umschließende Hohlkörper mittels biegsamer dachförmig angeordneter Dichtlippen abgedichtet. Erfindungsgemäß 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-Interferometem — da sie erstens auf einfache Weise die Ausbildung und sichere Aufrechterhaltung des hierzu notwendigen Vakuums ermöglicht und zweitens einen ausgezeichneten Schutz dei im evakuierten Meßkanal vorgesehenen optischen Bauteile gewährleistet.

In der Zeichnung sind Ausführungcbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein Laser-Interferometer, bei dem die Dichtung nach der Erfindung angewandt werden kann,

F i g, 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11,

Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit nach innen weisenden Dichtlippen,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Nut in den Dichtlippen,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Enden der Dichtlippen abgeschrägt sind,

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

F i g. 7 eine weitere Ausführungsmöglichkeit, mit einer an der Innenseite der Dichtlippen vorgesehenen Tasche für die Dichtflüssigkeit,

Fig.8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit weichen Dichtleisten,

F i g. 9 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Mitnehmer für das bewegliche Bauteil ein Dauermagnet ist.

Die Fig. 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 Meßstrahl 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 Laserlichtbündel gelangt über ein Fenster 21 in den evakuierten Hohlkörper 20.

Die Fig. 2 zeigt eine Abschirmung der Meßstrecke 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 Dichtlippen 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 z. B. mittels dachförmiger Dichtlippen 23/24 abzudecken und zusätzlich die nur sehr feinen Dichtungsspalte 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 Umweltbedingungen 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 Nachevakuierung über einen sehr langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Ein weiterer Vorteil ist noch die günstige Bauform der Meßstreckenabschirmung, die den Einbau der Meßanordnung in jeder Lage gestattet

Die F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit in den Hohlraum des Körpers 20) ragenden dachförmigen Dichtlippen 23i/24i, die den Mitnehmerinder in Fig. 1 ersichtlichen Weise in sich aufnehmen. Die magnetische Flüssigkeit F ist in die durch die Dichtlippen 23i/24i gebildete V-förmige Nut eingebracht. Die magnetische Flüssigkeit F in den Spalten der Dichtung wird durch Permanentmagnete 25i/26j festgehalten, die im Inneren des Hohlkörpers 20i angebracht sind. Schutzbleche 28|/29i schützen die Dichtlippen 23i/24_t 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 Fig.4 ist an der Innenfläche der dachförmigen Dichtlippen 23₂/242 eine Nut 27 eingeformt, in die die magnetische Flüssigkeit F eingebracht ist. Die magnetische Flüssigkeit F in der Nut 27 wird durch Permanentmagnete 252/262 festgehalten. Die Nut 27 steht mit einem Ausgleichsbehälter (nicht dargestellt) in Verbindung, der an der Stirnseite des Hohlkörpers 2O₂ angebracht ist. Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, daß Staub- oder Schmutzpartikelchen nicht in die magnetische Flüssigkeit F gelangen können.

Die Fig.5 zeigt eine Anordnung, bei der die Enden der dachförmigen Dichtlippen 233/243 abgeschrägt sind. Die magnetische Flüssigkeit Fist in die durch die Lippen 23j/243 gebildete V-förmige Nut eingebracht. Permanentmagnete 253/263 halten die in den Spalten sich befindliche magnetische Flüssigkeit Ffest.

Die Fig.6 zeigt eine Anordnung mit an der Außenseite der Dichtlippen 234/244 angeformten dünnen Stegen 23V24'«, zwischen denen die magnetische Flüssigkeit F eingebracht ist. Die magnetische Flüssigkeit F wird durch Permanentmagnete 254/264 festgehalten.

In Fig.7 sind an der Innenseite der Dichtlippen 235/245 noch dünne dachförmige Lippen 23'j/24'_s angeformt. Die magnetische Flüssigkeit F befindet sich in der zwischen den Dichtlippenpaaren 23j/23'₅ und 24$/24'₅ gebildeten Tasche. Die magnetische Flüssigkeit F wird durch die Permanentmagnete 25₅/26₅ festgehalten. Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, daß Stauboder Schmutzpartikelchen nicht an die magnetische Flüssigkeit Fgelangen können.

Die F i g. 8 zeigt eine Anordnung, bei der der Schlitz für den Mitnehmer 19e mittels weicher Dichtleisten 23e/246 aus Kunststoff oder Gummi abgedichtet ist. Die Dichtleisten 23β/24β sind zweckmäßig an Permamentmagneten 25e/266 befestigt, die am Hohlkörper 2O₆ angebracht sind. Die magnetische Flüssigkeit F ist zweckmäßig in einer Nut an den Dichtleisten 23e/246 in den Spalten festgehalten. Die Dichtleisten, die den Mitnehmer 19s in sich aufnehmen, können auch aus magnetisiertem Kunststoff gefertigt sein.

Bei der Anordnung nach F i g. 9 ist der schwertförmige Mitnehmer 19z zumindest teilweise als Permanentmagnet ausgebildet, der die nur an den freien Spalten am Schwertende zwischen die dachförmigen Dichtlippen 23r/247 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 Längenmeßsystems eingebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Längen- oder Winkelmeßsystem, insbesondere mterferometrische Meßanordnung, mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen, mit dem zu messenden Objekt verbundenen Bauteil, bei der der die Meßstrecke unmittelbar umgebende Raum durch einen rohrförmigen, insbesondere evakuierten Hohlkörper gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist, der zweck;» Durchführung eines Mitnehmers für das bewegliche Bauteil einen Schlitz aufweist, der mittels Dichtelemente, vorzugsweise Dichtlippen, abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt an den Dichtelementen (23/24 bzw. 23i/24₍ bis 237/247) durch eine magnetische Flüssigkeit (F) hermetisch verschlossen ist und daß die Magnetische Flüssigkeit (F) in den Spalten zwischen den Dichtelementen (23/24 bzw. 23i/24, bis 23₇/24₇) durch ein magnetisches F'eld festgehalten wird.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente aus biegsamen dachförmigen Dichtlippen (23/24 bzw. 23i/24, bis 23₅/24₅) bestehen, die den Mitnehmer (19) in sich aufnehmen und in deren Spalten eine magnetische Flüssigkeit (F)eingebracht ist, die unter der Wirkung von magnetischen Elementen (25/26 bzw. 25,/26i bis 25ί/26ί) im Spalt zwischen den Dichtflächen der Lippen (23/24 bzw. 23,/24, bis 23₅/24₅) festgehalten wird.

3. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die magnetische Dichtflüssigkeit (F) festhaltenden magnetischen Elemente Permanentmagnete (25/26 bzw. 25i/26i bis 256/26*) sind, die in unmittelbarer Nähe des mit der magnetischen Flüssigkeit (F) gefüllten Spaltes, vorzugsweise durchgehend entlang der Dichtlippen (23/24 bzw. 23i/24, bis 236/24e) vorgesehen sind.

4. Meßsystem nach Anspruch 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. Meßsystem nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die dachförmigen Dichtlippen (23|/ 24i) am Hohlkörper (20|) so angebracht sind, daß deren Spitze in den abzuschirmenden Hohlkörper (20) weist, und daß außerhalb des Hohlkörpers (20,) in die durch die dachförmigen Dichtlippen (23|/24|) gebildete V-förmige Nut die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (25,/26i) festgehalten wird.

6. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche der dachförmigen Dichtlippen (23₂/242) eine in Meßrichtung verlaufen- 5; de Nut (27) eingebracht ist und daß der duroh die Nut (27) in den Dichtlippen (23₂/242) gebildete geschlossene Kanal mit der magnetischen Flüssigkeit (F) aufgefüllt ist, die durch Permanentmagnete (252/262) festgehalten wird.

7. Meßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, üaß der durchgehende Kanal (27) in den Dichtlippen (232/'242) mit einem Ausgleichsbehälter für die magnetische Flüssigkeit (F) in Verbindung steht.

8. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der dachförmigen Dichtlippen (23_?/24₃) durchgehend abgeschrägt sind und daß in die so gebildete V-förmige Nut an den Dichtlippen (233/243) die magnetische Flüssigkeit ^eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (253/263) festgehalten wird.

9. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Endbereich der dachförmigen Dichtlippen (23V244) an der Außenseite eine dünne Wand (23V24'4) angeformt ist und daß in die so gebildete schmale Tasche an den Dichtüppen (234/244) die magnetische Flüssigkeit (f) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (254/264) festgehalten wird.

10. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der dachförmigen Dichtlippen (23_s/24₅) noch dünne dachförmige Lippen (23'₅/?4'_s) angeformt sind und daß in die zwischen dem Dichtlippenpaar (23s/23'₅ und 24s/24's) gebildete Tasche die magnetische Flüssigkeil /7?eingebracht ist, die durch Parmanentmagnete (255/26s) festgehalten wird.

11. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (23β/246) am Schlitz des Hohlkörpers (2O₆) weiche Leisten, vorzugsweise aus Gummi oder Kunststoff sind, und daß in die Spalte, z. B. in einer Nut an den Dichtleisten (236/24,,) die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (256/26*) festgehalten wird.

12. Meßsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Dichtleisten (236/ 24e), die den Mitnehmer (19_S) für das bewegliche Bauteil in sich aufnehmen, direkt an den Pcmiar.entmagneten(256/266)befestipt sind.

13. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die dachförmigen Dichtüppen (237/247) durchdringende schwertförmige Mitnehmer (197) für das bewegliche Bauteil als Permanentmagnet ausgebildet ist und daß in die Spalte am Schwertende die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die vom magnetischen Feld des Schwertes (19₇) festgehalten wird.