DE4143130A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung von laengen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Länge eines Vorschubweges, bei dem ein beidendig eingespannter Zahnriemen um eine mit einem Winkelschrittgeber verbundenen Zahnscheibe herumgeführt wird und die Schrittgeberimpulse als Maß für den relativen Weg zwischen Winkelschrittgeber und Zahnriemen in bekannter Weise einem bidirektionalen Zähler mit Ziffernanzeige zugeführt werden.

Bei Werkzeugmaschinen werden im Auflösungsbereich ab Hun­ dertstel Millimeter Längen vorzugsweise inkremental über Glasmaßstäbe erfaßt; es werden auch Zahnstangen-Ritzel-Sys­ teme in Verbindung mit Winkelschrittgebern benutzt; die Weg­ erfassung über den Vorschubantrieb in Verbindung mit Winkel­ schrittgebern setzt spielfrei einstellbare Kugelumlaufspin­ deln voraus. Es sind auch Systeme bekannt, bei denen das Ab- und Aufspulen eines Seiles mit einem Winkelschrittgeber ge­ koppelt ist.

Glasmaßstabsysteme sind bruchgefährdet und insbesondere bei größeren Meßwegen teuer; Zahnstangensysteme erfordern met­ rische Zahnteilungen und wegen der relativ großen Zahntei­ lung hochauflösende und damit teuere Schrittgeber und sind bzgl. der Montage und des Schutzes gegen Verschmutzung kri­ tisch; Umrüstung auf Kugelumlaufspindeln alleine für Weger­ fassung ist nicht vertretbar. Seilspulsysteme sind bezüglich der erreichbaren Wiederholgenauigkeit kritisch.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Wegerfassung im Auflö­ sungsbereich von 5 bis 10 µm an Werkzeugmaschinen zu schaf­ fen, welche leicht zu montieren und vor allem, zusammen mit der Meßwertanzeige, niedrig im Preis ist im Verhältnis zum Zeitwert älterer bzw. zum Kaufpreis von neuen Low-Tech-Werk­ zeugmaschinen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß ein beid­ endig eingespannter Zahnriemen mehrzahnig eingreifend um eine Zahnscheibe herumgeführt wird, welche ihrerseits auf der Welle eines Winkelschrittgebers sitzt, so daß eine Relativbewegung des Winkelschrittgebers zum Zahnriemen in eine wegproportionale Impulszahl umgesetzt wird, welche in bekannter Weise einem bidirektionalen Zähler mit Ziffernan­ zeige zugeführt werden kann. Weitere Verfahrenskennzeichen sind, daß die herstellungsbedingte Längentoleranz des Zahn­ riemens dadurch ausgeglichen wird, daß ein von Haus aus Minustoleranz aufweisender Zahnriemen benutzt wird, welcher mit Stahldrahteinlagen versehen ist und dadurch reversibel auf Nennmaß gedehnt werden kann und daß der dabei erzeugte Spannungszustand weitgehend ermüdungsfrei aufrechterhalten bleibt und gleichzeitig dazu benutzbar wird, den Zahnriemen mit den Zähnen nach innen in einer vor Schmutz schützenden Nut der Riemenaufnahme- und Spannvorrichtung zu halten ins­ besondere auch gegen eine bei entsprechender Einbaulage ent­ stehende Durchhangtendenz des Riemens aufgrund seines Eigen­ gewichts.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung von Verfahr­ wegen besteht aus zwei Moduln, die im weiteren als Zahnrie­ menhalter und als Meßwagen bezeichnet werden. Der Zahnrie­ menhalter ist dadurch gekennzeichnet, daß er vorzugsweise aus einem Aluminiumprofil mit rechteckigem Querschnitt besteht, in welches längs einer der Seitenflächen eine Nut eingefräst ist, welche den Zahnriemen nach Breite und Stärke mit der Verzahnung zum Nutinnern hin bündig aufnehmen kann.

An den Enden des Profils sind die Zahnriemenenden kraft­ schlüssig befestigt, an einem Ende zusätzlich mit einer Rie­ menspannvorrichtung. Zur Befestigung des Zahnriemenhalters vorzugsweise an einer Werkzeugmaschine sind in der breiteren Fläche des Profils geeignete Durchgangslöcher angebracht.

Der Meßwagen ist dadurch gekennzeichnet, daß im vorzugsweise quaderförmigen Gehäuse ein Winkelschrittgeber untergebracht ist, dessen Achse aus einer Gehäuseseitenfläche herausragt und auf seiner Welle eine Zahnscheibe trägt. Beiderseits der Zahnscheibe sind zwei Umlenkrollen, beispielsweise Kugellager, auf dieser Gehäuseseitenfläche vorzugsweise symmetrisch angeordnet, derart, daß der Zahnriemen mit seiner glatten Seite aus der Schutznut des Zahnriemenhalters herausgeführt wird, mit der Zahnseite über die Zahnscheibe und mit der glatten Seite über die zweite Umlenkrolle wieder in die Schutznut zurückgeleitet wird. Durch die Spannung im Zahnriemen im montierten Zustand wird sichergestellt, daß mehrere Zähne der Zahnscheibe mit dem Zahnriemen in spielfreiem Eingriff stehen.

Zur Befestigung des Meßwagens vorzugsweise an einem beweg­ lichen Schlitten einer Werkzeugmaschine sind an einer freien Seitenfläche Gewindelöcher angebracht.

Insgesamt sind Zahnriemenhalter und Meßwagen im montierten Zustand relativ zueinander in definierter Weise geführt, wo­ bei speziell der Zahnriemen in der Nut des Zahnriemenhalters seitlich geführt ist und die Zahnscheibe deshalb keine Bord­ scheiben benötigt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Umlenkrollen und das Wellenende mit der Zahnscheibe von einer zum Zahnriemen hin offenen Abdeckhaube geschützt wer­ den, in welche Abstreifelemente vorzugsweise aus Filz in­ tegriert sind, welche die nach außen zeigende, glatte Zahn­ riemenseite vor Einlauf in den Umlenkbereich reinigen.

Anhand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel dar­ stellt, sei die Erfindung näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt die Hinteransicht der Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht der Vorrichtung mit Andeutung des montierten Zustands.

Der Zahnriemenhalter besteht aus einem länglichen Profil (1) vorzugsweise aus Aluminium mit rechteckiger Querschnitts­ fläche und hat an seiner Unterseite über die ganze Länge eine Nut (3) mit der Dicke und Breite des Zahnriemens (2), in welcher Nut der Zahnriemen mit den Zähnen nach innen ge­ führt ist. Im Bereich des Meßwagens mit im länglichen, qua­ derförmigen Gehäuse (5) vorzugsweise mittig montiertem Winkelschrittgeber (6) wird der Zahnriemen (2) mit seiner glatten Rückseite aus der Führungsnut über zwei als Umlenkrollen (8) verwendete Kugellager und mit der Zahnseite über die mit der Winkelschrittgeberwelle ver­ bundene Zahnscheibe (7) herausgeführt.

Die Umlenkrollen sind auf der Zahnscheibenseite des Gehäuses (5) zur Zahnscheibe (7) symmetrisch derart angeordnet, daß ihre Achsverbindungslinie parallel zur Gehäuselängskante verläuft und daß bei an der Nutseite des Profils (1) abrollenden Umlenkrollen (8) die Zahnscheibe das Profil (1) noch nicht berührt. An den Enden des Profils (1) sind vertiefte Nutabschnitte (15) eingearbeitet, in welchen quaderförmige Klötzchen (9) und (14) mit jeweils einem herausstehenden Zahn (10) geführt sind. Mit den Klemmplatten (11) werden die Enden des Zahnriemens (2) in den jeweiligen Zahn (10) der Klötzchen (9) und (14) gedrückt, um den Zahnriemen kraftschlüssig spannen zu können. Das Klötzchen (14) enthält eine Gewindebohrung, in welcher die Spannschraube (13) gegen das Ende (12) der rechten Nut­ vertiefung (15) drückt.

Aus der Sicht der Fig. (1) ist die angedeutete Abdeckung (19) nach oben und zum Winkelschrittgeber (6) hin offen; die etwa U-förmige, aus Federblech bestehende Halterung (17) mit den an den Schenkelenden befestigten Reinigungsfilzen (16) ist in der Mitte des Basisbereichs mit etwas Vorspannung zum Andrücken der Filze an die Rückseite des Zahnriemens (2) vorzugsweise an der Abdeckung (19) befestigt; die Abdeckung ihrerseits ist mit Schrauben (18) am Gehäuse (5) befestigt.

Die gesamte Vorrichtung ist beispielsweise an einer Werk­ zeugmaschine mit Maschinenkörper (21) und Vorschubschlitten (20) derart angebracht, daß das Profil (1) über die Bohrun­ gen (4) parallel zur Vorschubrichtung am Maschinenkörper (21) befestigt ist und daß das Gehäuse (5) des Meßwagens am Vorschubschlitten (20) so befestigt ist, daß mindestens die Zähne des Zahnriemens (2) voll in der Nut des Profils (1) geführt sind, um Schmutzeintrag in die Zähne des Zahnriemens zu verhindern. Es versteht sich, daß auch das Profil (1) des Zahnriemenhalters bewegt werden kann und statt dessen der Meßwagen in Ruheposition ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erfassung der Länge eines Vorschubweges, bei dem ein beidendig eingespannter Zahnriemen über Umlenkrollen um eine auf der Welle eines Winkelschrittgebers sitzende Zahnscheibe mit mehrzähnigem Eingriff spielfrei ge­ führt wird und damit durch Relativbewegung des Winkel­ schrittgebers bezüglich des Zahnriemens zum Vorschubweg pro­ portionale Schrittimpulsraten für die Weiterverarbeitung in einem Zähler erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnriemen mit Stahldrahteinlage verwendet wird, welcher eine Minustoleranz bezüglich der Nennlänge aufweist und auf Nennmaß gespannt wird und daß die Zugspannung gleichzeitig dazu dient, den Zahnriemen außerhalb des Umlenk- und Zahn­ eingriffbereiches schmutzschützend mit den Zähnen nach innen in einer Nut zu halten.

2. Vorrichtung zur Erfassung der Länge eines Vorschubweges nach Anspruch 1, bestehend aus zwei Moduln: Zahnriemenhalter und Meßwagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Nut (3) zwecks schützender Aufnahme des Zahnriemens (2) verse­ henes Profil (1) mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt an seinen Enden eine Zahnriemenhalte- und eine Riemen­ spannvorrichtung aufweist und daß in einem vorzugsweise als quaderförmiges Gehäuse (5) ausgebildeten Meßwagen ein Winkelschrittgeber (6) eingebaut ist, auf dessen Welle eine Zahnscheibe (7) sitzt, in welche der gespannte Zahnriemen (2) zwischen zwei Umlenkungen durch die Umlenkrollen (8) mehrzähnig und spielfrei eingreift.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnriemenhaltevorrichtung aus einem quaderförmigen Klötzchen (9) mit zum Zahnriemen (2) passenden integrierten Zahn und einer Klemmplatte (11) besteht, mit welcher der Zahnriemen kraftschlüssig an einem Ende des Profils (1) gegen das Ende eines der vertieften Nutabschnitte (15) als Anschlag festgehalten wird, und daß die Zahnriemenspannvor­ richtung aus einem Klötzchen (14) gleicher Abmessungen wie (9) zusätzlich mit einer Gewindebohrung und mit einer Spann­ schraube (13) und aus einer Klemmplatte wie (11) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Umlenkrollen (8) Standardkugellager verwendet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halterung (17) für beide Reinigungsfilze (16) gemeinsam und als U-förmiger Federblechstreifen mit leichter Vorspannung zu der zu reinigenden Zahnriemenrückseite (2) hin ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung (17) mit den Reinigungsfilzen (16) in die Abdeckung (19) integriert ist.