DE4031458A1 - Verschiebungsmessungs- und fernsteuergeraet mit einer antriebsscheibe und einem flexiblen riemen - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät, insbesondere ein genaues Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät, das seine Bewegung durch eine Antriebsscheibe und einen flexiblen Riemen überträgt.

Ein herkömmliches Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät überträgt normalerweise seine Bewegung durch die Berührung zweier Antriebselemente mit Zwischengetriebe oder Gewinde, zwischen denen oft ein irreparables und unregelmäßiges Spiel aufgrund eines Verschleißes auftritt. Dieses Spiel resultiert in einer ungenauen Messung und Steuerung.

Die Hauptaufgabe dieser Erfindung ist daher, ein genaues Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerat zu schaffen, in dem keine Antriebselemente mit Zwischenge­ triebe oder Gewinde benutzt werden.

Das Merkmal dieser Erfindung ist, ein Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät zu schaffen, das eine Antriebsscheibe aufweist und einen flexiblen Riemen, der sich entlang der schraubenförmigen Nut der Antriebsscheibe ausdehnt und einen nahen Kontakt mit der Antriebsscheibe herstellt.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung weist ein Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät eine Antriebsscheibe mit einer schraubenförmigen Nut auf, die in ihrer äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist; einen flexiblen Riemen, der sowohl an der Antriebsscheibe mit seinem einen Ende als auch an einem zu messenden beweglichen Teil mit dem anderen Ende des Riemens sicher befestigt ist, wobei ein Zwischenteil des Riemens entlang der schraubenförmigen Nut auf die Antriebsscheibe gewickelt ist; und eine Azimuth-Kennungseinrichtung, die mit der Antriebsscheibe zum Anzeigen des Rotationswinkels der Antriebsscheibe verbunden ist. Der Rotationswinkel der Antriebsscheibe durch die Azimuth-Kennungseinrichtung kann so realisiert sein, daß er in die Verschiebung des beweglichen Teils umgewandelt werden kann. Die Azimuth-Kennungseinrichtung kann ein anzeigendes Rad sein, das für eine mit der Antriebsscheibe synchrone Drehung koaxial an der Antriebsscheibe befestigt ist. Das anzeigende Rad hat eine Oberfläche, auf der winkelanzeigende Markierungen angezeigt werden. Eine Zieheinrichtung ist mit der Antriebsscheibe so verbunden, daß der Riemen gezogen wird. Die Antriebsscheibe weist einen röhrenförmigen Körper auf, und ein schraubenförmiges hartes Element ist zum Bestimmen der schraubenförmigen Nut sicher an der äußeren Umfangs­ fläche des röhrenförmigen Körpers befestigt. Um den Riemen in nahe Berührung mit der schraubenförmigen Nut der Antriebsscheibe zu bringen, hat die Antriebs­ scheibe eine Schulter, an der sich ein Begrenzungsarm erstreckt. Der Arm ist parallel zu der Achse des röhrenförmigen Körpers und weit von der äußeren Umfangsfläche des röhrenförmigen Körpers mit einer etwas geringeren Entfernung als die doppelte Dicke des Riemens beabstandet, um ein Überlappen des Riemens in der schraubenförmigen Nut zu verhindern. Bei einem weiteren Ausführungsbei­ spiel ist die Antriebsscheibe einstückig ausgebildet.

Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung enthält ein Servosystem einen angetriebenen Körper; eine hydraulische Antriebseinheit zum hydraulischen Bewegen des angetriebenen Körpers; ein mechanisches hydraulisches Servoventil mit einer durch eine Feder gespannte Spule, die beweglich in dem Servoventil montiert ist, wobei die Spule gespannt ist, um sich nach innen zu bewegen, und wobei das Servoventil den angetriebenen Körper bewegen kann, wenn die Spule bewegt wird; eine Antriebsscheibe mit einer schraubenförmigen Nut, die in ihrer äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist; einen flexiblen Riemen, der sicher an der Antriebs­ scheibe mit seinem einen Ende und an der Spule des Servoventils mit der anderen Seite des Riemens befestigt ist, wobei ein Zwischenteil des Riemens auf die Antriebsscheibe entlang der schraubenförmigen Nut so gewickelt ist, daß der Riemen gespannt ist; und eine Quelle zum rotierenden Antreiben, die mit der Antriebsscheibe zum Drehen der Antriebsscheibe verbunden ist. Wenn die Antriebsscheibe durch die Quelle zum drehenden Antreiben gedreht wird, wird die Spule des Servoventils durch die Antriebsscheibe über den gespannten Riemen bewegt, wodurch der angetriebene Körper bewegt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung:

Fig. ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die ein Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die eine modifizierte Form des Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die ein Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist eine perspektivische Teilexplosionsansicht, die ein Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines hydraulischen Servosystems, das das Gerät dieser Erfindung verwendet;

Fig. 5A ist ein Blockdiagramm, das die Verwendung des Geräts dieser Erfindung darstellt, und

Fig. 6 bis 10 sind schematische Ansichten, die fünf Ausführungsbeispiele des in Fig. 5 gezeigten hydraulischen Servosystems darstellen, die in Übereinstimmung mit einer arbeitenden Umgebung angeordnet sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält ein Verschiebungsmessungs- und entferntes Steuergerät dieser Erfindung eine Antriebsscheibe A einen flexiblen metallischen Riemen B und ein anzeigendes Rad C. Die Antriebsscheibe A enthält einen röhrenförmigen Körper A1. Die äußere Umfangsfläche des röhrenförmigen Körpers A1 hat einen schraubenförmigen Schlitz, in den ein schraubenförmiges hartes Element A3 zum Bestimmen einer schraubenförmigen Nut in der Antriebsscheibe A eingefügt ist. In der Antriebsscheibe A steht ein kleines Loch A2 mit der schraubenförmigen Nut in Verbindung und enthält ein Ende des Riemens B darin, so daß der Riemen B sicher an der Antriebsscheibe A befestigt ist. Das andere Ende des Riemens B ist sicher an einem zu messenden beweglichen Teil befestigt.

Der bewegliche Teil ist in dieser Figur nicht gezeigt. Ein Zwischenteil des Riemens B ist auf die äußere Umfangsfläche des röhrenförmigen Körpers A1 entlang der schraubenförmigen Nut gewickelt. Das anzeigende Rad C ist an der Antriebsscheibe A koaxial sicher befestigt und hat winkelanzeigende Markierungen C1, wie Vorsprünge, Vertiefungen, farbige Markierungen, geometrische Figuren oder magnetische Markierungen zum Anzeigen des Rotationswinkels der Antriebsscheibe A.

Um den Riemen B in nahe Berührung mit dem röhrenförmigen Körper A1 der Antriebsscheibe A zu bringen, hat der röhrenförmige Körper A1 unter Be­ zugnahme auf Fig. 2 eine Schulter A5, von der sich ein Begrenzungsarm A6 erstreckt. Der Arm A6 ist parallel zu der Achse des röhrenförmigen Körpers A1 und weit von der äußeren Umfangsfläche des röhrenförmigen Körpers A1 bei einer etwas geringeren Entfernung als der doppelten Dicke des Riemens B beabstandet, um ein Überlappen des Riemens B in der schraubenförmigen Nut zu verhindern. Daher kann sich der Riemen B glatt entlang der schraubenförmi­ gen Nut der Antriebsscheibe A erstrecken.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 kann eine einstückige Antriebsscheibe A′ sowohl den röhrenförmigen Körper A1 als auch das schraubenförmige Element A3 ersetzen.

Zusätzlich kann das anzeigende Rad C unter Bezugnahme auf Fig. 4 durch irgendeine andere geeignete Azimuth-Kennungseinrichtung R ersetzt werden, die auf die Welle A7 der Antriebsscheibe A geschoben ist. Beispielsweise kann die Azimuth-Kennungseinrichtung R ein Codierer sein, eine gyro-optische Maßtabelle, ein Zähler oder ein elektrischer Grenzschalter.

Weil der Rotationswinkel der Antriebsscheibe A proportional zu der Verschiebung des beweglichen Teils ist, der sich in einer Richtung bewegt, die parallel zu dem geraden Teil des Riemens B bewegt, kann der Rotationswinkel der Antriebs­ scheibe A durch die Azimuth-Kennungseinrichtung R so realisiert werden, daßer in die Verschiebung des beweglichen Teils umgewandelt werden kann. Dazu ist zu sagen, daß die Verschiebung des beweglichen Teils entfernt gemessen werden kann.

Fig. 5 zeigt ein hydraulisches Servosystem, das mit dem Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät 100 dieser Erfindung ausgestattet ist, das zwischen einen angetriebenen Körper 200 und einer hydraulischen treibenden Einheit 300 angeordnet ist. Bei diesem System wird das Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät 100 durch eine Quelle zum rotierenden Antreiben 400 betätigt, um die hydraulische antreibende Einheit 300 anzutreiben, um den angetriebenen Körper 200 zu bewegen. Die Quelle zum rotierenden Antreiben 400 kann ein Schritt­ motor oder ein Servomotor sein. Die hydraulische antreibende Einheit 300 kann ein hydraulischer Zylinder, ein hydraulischer Motor oder eine hydraulische Drehsteuerturbine sein. Die hydraulische Antriebseinheit 300 und der angetriebene Körper 200 werden durch das Verschiebungsmessungs- und Fernsteuergerät 100 entfernt gesteuert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6, die den Fernsteuerteil des Verschiebungsmessungs­ und Fernsteuergeräts 100 darstellt, ist die hydraulische Antriebseinheit 300 ein hydraulischer Zylinder 22. Der Körper des hydraulischen Zylinders 22 ist in einem angetriebenen Körper 200a angeordnet, der entlang der Führung 11 einer Grundfläche 1 gleiten kann. Eine Kolbenstange 23 des hydraulischen Zylinders 22 ist sicher an der Schulter 12 der Basis 1 befestigt. Der Körper des hydraulischen Zylinders 22 hat zwei Kammern 24, 25. Ein Servoventil 3 ist an der Seitenfläche des angetriebenen Körpers 200a angebracht und enthält eine Spule 31, die darin beweglich montiert ist. Zwei Öffnungen 32, 33 sind in dem Servoventil 3 ausgebildet und stehen mit den Kammern 24, 25 durch sich kreuzende Durch­ führungen 34, 35 in Verbindung. Eine Spannungseinstelleinrichtung 4 enthält ein außen mit einem Gewinde versehenes Glied 41, das sicher an einem Ende des Servoventils 3 befestigt ist, und einen mit einem inneren Gewinde versehenen Aufsatz 42, der über das Gewinde mit dem mit einem äußeren Gewinde versehenen Glied 41 in Eingriff steht. Ein bewegliches Glied oder eine Spule 31 wird durch das mit einem äußeren Gewinde versehene Glied 41 und dem mit einem inneren Gewinde versehenen Aufsatz 42 durchgeführt und hat einen durchmesserreduzierten Endteil, auf den eine Feder 43 geschoben ist. Die Spannkraft der Feder 43 kann durch eine relative Drehung zwischen dem mit einem äußeren Gewinde versehenen Glied 41 und dem mit einem inneren Gewinde versehenen Aufsatz 42 eingestellt werden. Die Welle A7 der Antriebs­ scheibe A ist drehbar an der Seitenfläche 13 der Basisfläche 1 montiert. Das Ende des Riemens B ist an dem äußeren Ende der Spule 31 befestigt. Die Feder 43 spannt die Spule 31 weg von der Antriebsscheibe A so vor, daß der Riemen B gespannt wird. Die Welle A1 der Antriebsscheibe A wird durch eine Quelle zum rotierenden Antreiben, wie einem Schrittmotor oder einem Servomotor, gedreht.

In Fig. 6 ist die Spule 31 in ihrer zu dem Servoventil 3 relativen Bezugsposition. Wenn die Antriebsscheibe A entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, um die Spule 31 nach links zu bewegen, tritt hydraulisches Öl in die Kammer 24 des hydraulischen Zylinders 22 durch den Durchgang 34 ein, so daß der angetriebe­ ne Körper 200a auch nach links bewegt wird. Die Betriebsweise des Servoventils 3 ist nach dem Stand der Technik bekannt, so daß eine detailliertere Be­ schreibung davon weggelassen werden wird. Weil die Spule 31 synchron mit dem anzutreibenden Körper 200a bewegt wird, bewegt das Servoventil 3 den anzutrei­ benden Körper 200a kontinuierlich nach links, bis die Antriebsscheibe A angehalten wird und die Spule 31 zu ihrer zu dem Servoventil 3 relativen Bezugsposition zurückkehrt. Wenn jedoch die Antriebsscheibe A im Uhrzeigersinn gedreht wird, dehnt sich die Feder 43, um die Spule 31 nach rechts zu bewegen, und das Servoventil 3 betätigt den Hydraulikzylinder 22, um darauf den anzutreibenden Körper 200a nach rechts zu bewegen. Weil die Bewegungsgeschwindigkeit des Riemens B etwas geringer als jene des Servoventils 3 ist, ist der Riemen B immer gespannt, so daß der anzutreibende Körper 200a kontinuierlich nach rechts bewegt wird. Der Rotationswinkel der Antriebsscheibe A kann durch einen optischen Detektor 14 erfaßt werden.

Nimmt man Bezug auf Fig. 7, ist eine zweite Anordnung des Verschiebungs­ messungs- und Fernsteuergeräts 100 gezeigt. Wie dargestellt ist, ist ein Montier­ block 1b sicher an einem Hydraulikzylinder 1a befestigt. Ein Servoventil 3a und die Antriebsscheibe A sind auf dem Montierblock 1b angeordnet. Ein anzutrei­ bender Körper 1d ist sicher an der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders 1a befestigt. Ein Zwischenrad 1e ist an dem anzutreibenden Körper 1d so befestigt, daß der Riemen B sich von der Antriebsscheibe A um es erstreckt, um sicher mit der Spule des Servoventils 3a verbunden zu sein.

Nimmt man Bezug auf Fig. 8 ist eine dritte Anordnung des Verschiebungs­ messungs- und Fernsteuergeräts 100 gezeigt. Wie dargestellt ist, ist ein Servoventil 3b an einem anzutreibenden Körper 1d′ befestigt. Die Antriebsscheibe A ist an dem Montierblock 1b′ des Hydraulikzylinders 1a befestigt. Eine Quelle zum rotierenden Antreiben 2a ist vorgesehen, um die Antriebsscheibe A anzutreiben. Ein Winkelanalysator 2b ist an der Quelle zum rotierenden Antreiben 2a zum Zwecke eines Erfassens des Rotationswinkels der Antriebsscheibe A befestigt.

Nimmt man Bezug auf Fig. 9, ist eine vierte Anordnung des Verschiebungs­ messungs- und Fernsteuergerätes 100 gezeigt. Wie dargestellt ist, ist ein anzutrei­ bender Körper 5 drehbar auf einer Stütze 6 durch ein Gelenkelement D montiert. Die Anordnung eines Motors M, einer Geschwindigkeitsverringerungseinheit 7 und der Antriebsscheibe A ist an den anzutreibenden Körper 5 geschraubt. Die Wellen der Antriebsscheibe A ist mit dem Gelenkelement D ausgerichtet. Ein Hydraulik­ zylinder 8 ist an der Stütze 6 befestigt und mit dem anzutreibenden Körper 5 durch seine Kolbenstange verbunden. Ein Servoventil 3c ist auch auf der Stütze 6 gestützt und mit dem Riemen B durch seine Spule 31c verbunden. Wenn der Motor M betrieben wird und beginnt, die Antriebsscheibe A in eine Richtung zu drehen, betätigt das Servoventil 3c den Hydraulikzylinder 8, um den anzutrei­ benden Körper 5 in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Der anzutreibende Körper 5 wird nicht aufhören sich zu drehen, bis die Spule 31c zu ihrer zu dem Servoventil 3c relativen Bezugsposition zurückkehrt.

Nimmt man Bezug auf Fig. 10 ist eine fünfte Anordnung des Verschiebungs­ messungs- und Fernsteuergerätes 100 gezeigt. Wie dargestellt ist, sind sowohl die Antriebsscheibe A und das anzeigende Rad C an dem Montierblock 1b′′ eines Hydraulikzylinders 1a′′ befestigt. Ein Winkelanalysator 2b′ ist koaxial an der Welle der Antriebsscheibe A befestigt. Der Winkelanalysator 2b′ kann durch einen optischen Detektor 14 ersetzt werden, was durch gestrichelte Linien angezeigt ist. Ein anzutreibender Körper 1d′′ ist sicher mit der Kolbenstange des Hydraulikzylin­ ders 1a′′ befestigt. Eine Verbindungsstange 1f ist sicher an dem anzutreibenden Körper 1d′′ befestigt und hält das Ende des Riemens B darauf. Eine Spann­ einrichtung E ist an der Antriebsscheibe A vorgesehen, um die Antriebsscheibe A vorzuspannen, um im Uhrzeigersinn zu drehen, wodurch der Riemen B gespannt wird. Anders ausgedrückt kann der Riemen B noch gespannt werden, wenn der anzutreibende Körper 1d′′ entgegen den Hydraulikzylinder 1a′′ bewegt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Spanneinrichtung E ein Kabel, das auf die Welle der Antriebsscheibe A gewickelt ist, und ein daran hängendes Gegengewicht aufweist.

Weil der Riemen B immer in nahem Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche der Antriebsscheibe A ist, kann eine numerische Steuerung hoher Präzision und eine genaue Verschiebungsmessung erreicht werden. Weiterhin kann das Verschiebungs­ messungs- und Fernsteuergerät dieser Erfindung in vielen Positionen in bezug auf einen einzelnen anzutreibenden Körper und ein einzelnes Servoventil in Überein­ stimmung mit den Positionen von Maschinenständern, Rädergetrieben und Hitzequellen angeordnet sein, um seine Bewegung positiv zu übertragen.

Es ist offensichtlich, daß mit dieser so erklärten Erfindung zahlreiche Modifikatio­ nen und Abänderungen gemacht werden können, ohne von dem Schutz und Sinn dieser Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, daß diese Erfindung nur dahingehend begrenzt ist, wie es in den angehängten Ansprüchen gezeigt wird.

Claims (6)

1. Servosystem, das aufweist:
einen anzutreibenden Körper (200, 200a, 1d, 1d′, 5, 1d′′);
eine hydraulische Antriebseinheit (300) zum hydraulischen Bewegen des anzutreibenden Körpers (200, 200a, 1d, 1d′, 5, 1d′′);
ein mechanisches Hydraulikservoventil (3, 3a, 3b, 3c) mit einer durch eine Feder vorgespannten Spule (31, 31c), die beweglich in dem Servoventil (3, 3a, 3b, 3c) montiert ist, wobei das Servoventil (3, 3a, 3b, 3c) den anzutreibenden Körper (200, 200a, 1d, 1d′, 5, 1d′′) bewegen kann, wenn die Spule (31, 31c) bewegt wird;
eine Antriebsscheibe (A, A′) mit einer schraubenförmigen Nut, die in einer äußeren Umfangsfläche davon gebildet ist; wobei
das Servoventil (3, 3a, 3b, 3c) an dem anzutreibenden Körper (200, 200a, 1d, 1d′, 5, 1d′′) angebracht ist, und die Antriebsscheibe (A, A′) rotierbar an der hydraulischen Antriebseinheit (300) montiert ist;
einen flexiblen Riemen (B), der sicher an der Antriebsscheibe (A, A′) mit einem seiner Enden und an der Spule (31, 31c) des Servoventils (3, 3a, 3b, 3c) mit der anderen Seite des Riemens (B) befestigt ist, wobei ein Zwischenteil des Riemens (B) auf die Antriebsscheibe (A, A′) entlang der schraubenförmigen Nut gewickelt ist, so daß der Riemen (B) gespannt ist; und eine Quelle zum rotierenden Antreiben (400), die mit der Antriebsscheibe (A, A′) zum Drehen der Antriebsscheibe (A, A′) verbunden ist;
wodurch, wenn die Antriebsscheibe (A, A′) durch die Quelle zum rotierenden Antreiben (400) gedreht wird, die Spulen (31, 31c) des Servoventils (3, 3a, 3b, 3c) durch die Antriebsscheibe (A, A′) über den gespannten Riemen (B) bewegt wird, um die hydraulische Antriebseinheit (300) zum hydraulischen Bewegen des anzutreibenden Körpers (200, 200a, 1d, 1d′, 5, 1d′′) zu betätigen.

2. Servosystem nach Anspruch 1, wobei die Quelle zum rotierenden Antreiben (400) ein Schrittmotor ist.

3. Servosystem nach Anspruch 1, wobei die Quelle zum rotierenden Antreiben (400) ein Servomotor ist.

4. Servosystem nach Anspruch 1, wobei die hydraulische Antriebseinheit (300) ein Hydraulikzylinder (22) ist.

5. Servosystem nach Anspruch 1, wobei die hydraulische Antriebseinheit (300) ein Motor ist.

6. Servosystem nach Anspruch 1, wobei ein Zwischenrad schwenkbar an dem anzutreibenden Körper (200, 200a, 1d, 1d′, 5, 1d′′) montiert ist, wobei sowohl das Servoventil (3, 3a, 3b, 3c) als auch die Antriebsscheibe (A, A′) an der hydraulischen Antriebseinheit (300) derart angeordnet sind, daß der Riemen (B) sich um die Kiemenscheibe erstreckt, um die Antriebsscheibe (A, A′) und die Spule (31, 31c) zu verbinden.