DE2460406C3 - Längen- oder Winkelmeßsystem - Google Patents

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 unmittelbar 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 durch ein Laserlichtbündel definierten Geraden sein. Die Meßanordnung kann aber auch ein digitales elektrisches Längenfneßsysiem sein, bei dem die Teilung und der dieser vorgelagerte Abtastkopf gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt sind.

Es ist bereits ein Liser-Interferometer bekanntge-

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f:s ist weiterhin vorgeschlagen «orden (DT-PS .; 24 2i"i7!) bei ei;,cr mterferomeiriichen Lanzenmeß-■/orrithtung den die Meßstrecke urns-eh tuende η genützten Hohlkörper mittels biegsamer dacniormii; angeordneter Dichtlippen zu verschließen. Zur Aufrechterhalti.'ng des Vakuums im Hohlkörper ist dabei ·-- der Raum um die Dichtlippen herum mit Vakuumöi ausgeiulll, v> daß durch die feinen Leckste!!en der biegsamen Dichtlippen nur relativ zähes Öl fließen kann. Gegenüber dem aus der DT-OS "M 13 477 bekanntgewordenen Laser-Interferometer bietet die ze vorgenannte Flüssigkeitsverdichtung den Vorteil, daß nur mehr gelegentlich nachevakuiert werden muß. Dies erlaubt auch den Einsatz einer Vakuumpumpe geringer leistung. Hs wird jedoch eine kleine Ölpumpe benötigt, die das Lecköl im I kühlkörper 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 Meßanordruing 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 Nachevakuierung aufrechtzuerhalten. Durch die Erfindung soll eine Dichtung am Schlitz des I lohlkörpcrs geschaffen werden, die völlig lecksicher ist und zudem günstige Gleitvcrhällnisse zwischen Mitnehmer und Dichlclcmenten bietet. Darüber hinaus soll durch eine zuverlässige Dichtung am Meßkanal eine vielseitige Anwendung der Meßanordnung auch unter extremen Urnweltbedingungen ermöglicht werden, wobei eine bestimmte Einbaulage dsr Meßanordnung nicht erforderlich ist.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Spalt an den DiclHelementen durch eine magnetische Flüssigkeit hermetisch verschlossen ist und daß die magnetische Flüssigkeit in den Spalten zwischen den Dichtelemenlen durch ein magnetisches Feld festgehalten wird.

Die magnetische Flüssigkeit in den Spalten der Dichtelemcnle 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. Fin wesentlicher Vorteil ist auch die völlige l.cckfreiheit dieser Dichtung, so daß Verschmutzungen von Bauteilen ausgeschlossen sind.

Magnetische Flüssigkeiten, in der Literatur auch als magnctisicrbarc Flüssigkeit oder Ferrofluid bezeichnet, stellen eine Dispersion von fcinverU'ihen magnetischen Partikelchen (vorzugsweise Ferritmaterialien) in einer Trägerflüssigkeit (/.. B. Kerosin oder Siliconöle) dar, wobei das Wort »magnetisch« sich auf die Fähigkeit,

-ζ:·λ ■-- Zic. LiLcriL^meuia »lruifni:_oru:
'^■-'■~θί<.-ί~>·'. No. 55. jul·. l^öc. S. 4ä b-.5 50 und "Der £-i*.<:o:,.«.·:■-■<. Sr. 5, '9⁷I. S. 2So ois -SS. Aus a:eser Ldtcra'u: geh' γ.ϊ-\ο:. aa3 magnetische Flüssigkeiten r;crc:is s.S. ατ> '.er-icn.caensier; technologischen Λη· *=ria-jrig5geb;eier: eingesetzt «ercen. u. i auch zur -.Khcr,-u.ng an Weiiendurchfuhrur.gen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform isi aer ü^;,e McLis'.recke umschließende Hohlkörper mitteis biegsamer dachförmig angeordneter Dicntlippen abgeöichiet. ErtiiiOungsgemaß ist in d;e feinen Spalte an den dachförmigen Dichthppen die magnetische Flüssigkeit eingebracht. Die Magnetflüssigkeu ;rn Späh svird durch Perms.'ientmagr.ete festgehalter., die in unmittelbarer Nahe des Spaltes durchgehend entlang der Dichilippen vorgesehen sind. Die Dichtanordnung mii dachförmigen Lippen eignet sich besonders für evakuierte Meßkanale — vorzugsweise an Laser-lnierferometern — da sie erstens auf einfache Weise die Ausbildung unü sichere Aufrechterhaltung 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

Fi 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,

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit nach innen weisenden Dichtlippen,

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

Fig. 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,

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

Fig.8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit weichen Dichtleisten,

Fig.9 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Mitnehmer für das bewegliche Bauteil ein Dauermagnet ist.

Die Fig. 1 zeigt ein Laser-lnterferometer 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 Lasersttahl 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-ZRückwärtszähler 16 zählt die bei einer Verschiebung des Reflektors 11 durchlaufenden Signalperioden. Im Rechner 17 erfolgt die Umwandlung der gemessenen Verschiebung in Dezimaiwerte, 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 2Oi ragenden dachförmigen Dichtlippen 23i/24i, die den Mitnehmer in der in F i g. 1 ersichtlichen Weise in sich aufnehmen. Die magnetische Flüssigkeit F ist in die durch die Dichtlippen 23_f/24| gebildete V-förmige Nut eingebracht. Die magnetische Flüssigkeit F in den Spalten der Dichtung wird durch Permanentmagnete 25i/26i festgehalten, die im Inneren des Hohlkörpers 20_t angebracht sind. Schutzbleche 28i/29i schützen die Dichtlippen 23₍/24i 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 F i g. 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 F i g. 5 zeigt eine Anordnung, bei der die Enden der dachförmigen Dichtlippen 233/24a abgeschrägt sind. Die magnetische Flüssigkeit Fist in die durch die Lippen 233/243 gebildete V-förmige Nut eingebracht. Permanentmagnete 253/263 halten die in den Spalten sich befindliche magnetische Flüssigkeit Ffest.

Die F i g. 6 zeigt eine Anordnung mit an der Außenseite der Dichtlippen 23^/244 angeformten dünnen Stegen 23V24'4, zwischen denen die magnetische Flüssigkeit F eingebracht ist. Die magnetische Flüssigkeit F wird durch Permanentmagnete 254/264 festgehalten.

In F i g. 7 sind an der Innenseite der Dichtlippen 23₅/24₅ noch dünne dachförmige Lippen 23V24'₅ angeformt. Die magnetische Flüssigkeit F befindet sich in der zwischen den Dichtlippenpaaren 23s/23's und 24_s/24's gebildeten Tasche. Die magnetische Flüssigkeit F wird durch die Permanentmagnete 25s/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 19$ mittels weicher Dichtleisten 236/24« aus Kunststoff oder Gummi abgedichtet ist. Die Dichtleisten 236/24e sind zweckmäßig an Permamentmagneten 25β/26β 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 19e in sich aufnehmen, können auch aus magnetisiertem Kunststoff gefertigt sein.

Bei der Anordnung nach F i g. 9 ist der schwertförmige Mitnehmer 197 zumindest teilweise als Permanentmagnet ausgebildet, der die nur an den freien Spalten am Schwertende zwischen die dachförmigen Dichtlippen 237/247 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 (13)

Patentansprüche:

1. Längen- oder Winkeimeßsystem, insbesondere interferometrische Meßanordnung, mit einem längs einer Meßstrecke beweglichen, mit dem /u messenden Objekt verbundenen Bauteil, be. : der die Meßstrecke unmittelbar umgebende ^aum durch einen rohrförmigen, insbesondere evakuierten Hohlkörper gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt ist, der zwecks Durchführung eines Mitnehmers für das ι ο bewegliche Bauteil einen Schlitz aufweist, der mittels Dichtelemente, vorzugsweise Dichtlippen, abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt an den Dichtelementen (23/24 bzw. 23j/24i 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. 23,/24, bis 23₇/24₇) durch ein magnetisches Feld festgehalten wird.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente aus biegsamen dachförmigen Dichtlippen (23/24 bzw. 23|/24| bis 23s/24₅) bestehen, die den Mitnehmer (19) in sich aufnehmen und in deren Spalten eine magnetische Flüssigkeit ^eingebracht ist, die unter der Wirkung von magnetischen Elementen (25/26 bzw. 25i/26, bis 25₅/26.;) 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. 25|/26, bis 256/26«) sind, die in unmittelbarer Nähe des mit der magnetischen Flüssigkeit (F) gefüllten Spaltes, vorzugsweise durchgehend entlang der Dichtlippen (23/24 bzw. 23,/24, bis 2V^) 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 (23j/ 24|) am Hohlkörper (2O|) 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₍/24i) 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 (232/24^) eine in Meßrichtung verlaufende Nut (27) eingebracht ist und daß der durch die Nut (27) in den Dichtlippen (23₂/242) gebildete geschlossene Kanal mit der magnetischen Flüssigkeit (F) aufgefüllt ist, die durch Permanentmagnete (252/2(S₂) festgehalten wird.

7. Meßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende Kanal (27) in den Dichtlippen (23₂/24;() mit einem Ausgleichsbehälter für die magnetische Flüssigkeit (F) in Verbindung steht.

8. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der dachförmigen Dichtlippen (233/243) 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) restgehalten wird.

9. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Endbereich der dachförmigen Dichtlippen (234/244) an der Außenseite eine dünne Wand (23V24'₄) angeformt ist und daß in die so gebildete schmale Tasche an den Dichtlippen (23₄/24«)die magnetische Flüssigkeit fFjeingebracht ist, die durch Permanentmagnete (25₄/26₄) festgehalten wird.

10. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der dachförmigen Dichtlippen (23s/24₅) noch dünne dachförmige Lippen (23'₅/24'₅) angeformt sind und daß in die zwischen dem Dichtlippenpaar (23₅/23'₅ und 245/24's) gebildete Tasche die magnetische Flüssigkeit (^eingebracht ist, die durch Parmanentmagnete(25₅/26₅) festgehalten wird.

11. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (23b/24t>) 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 (23^24₆) die magnetische Flüssigkeit (F) eingebracht ist, die durch Permanentmagnete (25₆/266) festgehalten wird.

12. Meßsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Dichtleisten (23(/ 24₆), die den Mitnehmer (19₆) für das bewegliche Bauteil in sich aufnehmen, direkt an den Permanentmagneten (256/26e) befestigt sind.

13. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die dachförmigen Dichtlippen (23₇/24₇) durchdringende schwertförmige Mitnehmer (I9₇) 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.