DE4442247A1 - Positioniereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Positioniereinrichtungen werden bei hoch­ genauen Bearbeitungsmaschinen sowie Koordinatenmeß­ maschinen, aber insbesondere bei Teilmaschinen und Rundtischen eingesetzt.

Zur richtigen Positionierung zweier relativ zuein­ ander bewegbarer Teile ist eine konstante Tempera­ tur der Teile sowie der Umgebung erforderlich.

Zur Kühlung von Halbleiterbauelementen ist es be­ kannt, Kühlbleche oder aufgesetzte Peltierelemente zu verwenden. In dem Buch von H. Frank und V. Snej­ dar: Halbleiterbauelemente, Akademie-Verlag Berlin 1964 ist auf Seite 173 angegeben, daß die Kühlung eines Leistungstransistors mittels eines Peltier­ elementes vorteilhaft direkt in Abhängigkeit des den Leistungstransistor durchfließenden Stromes erfolgt.

Durch diese Maßnahme wird ausschließlich der Lei­ stungstransistor selbst gekühlt. Die dem Leistungs­ transistor entzogene Wärme sowie die Verlustlei­ stung des Peltierelementes wird direkt in die nä­ here Umgebung des Leistungstransistors abgegeben, was wiederum eine Temperaturerhöhung des Leistungs­ transistors selbst verursacht.

Diese bekannte Kühlung ist bei Positioniereinrich­ tungen nicht einsetzbar, da die Positioniergenauig­ keit von der Temperatur aller Teile der Positio­ niereinrichtung abhängig ist. Es muß deshalb sichergestellt werden, daß durch die umgebende Luft sowie durch umgebende Teile keine Temperaturän­ derung verursacht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tem­ peraturstabilisierung für eine Positioniereinrich­ tung anzugeben, die die Temperatur der Positions­ einrichtung sowie der näheren Umgebung über lange Zeit konstant hält.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Temperatur der Positio­ niereinrichtung sowie der Umgebung über lange Zeit konstant gehalten werden kann, und daß die Einrich­ tung zur Temperaturstabilisierung einen einfachen Aufbau aufweist.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die in Fig. 1 gezeigte Positioniereinrichtung be­ steht aus einem Rundtisch 1, der über einen Motor 2 und ein Getriebe 3 angetrieben wird. Die Position P1 des Rundtisches 1 wird von einer Winkelmeßein­ richtung, bestehend aus einer mit der Welle des Rundtisches 1 gekoppelten Teilscheibe 4 und einer Abtasteinrichtung 5 in bekannter Weise erfaßt. Die­ se Ist-Position P1 wird mit einer vorgegebenen Soll-Position P2 verglichen und davon abhängig der Motor 2 von einer Steuereinrichtung 6 angetrieben. Die Leistung des Motors 2 ist abhängig von der von der Steuereinrichtung 6 vorgegebenen Spannung U. Diese Motorleistung wird größtenteils im Motor 2 selbst sowie im Getriebe 3 in Wärme umgewandelt.

Um die störende Erwärmung der Umgebung zu kompen­ sieren, wird erfindungsgemäß in der Nähe des Motors 2 sowie des Getriebes 3 eine Kühleinrichtung 7 an­ gebracht, die mit einer der elektrischen Motorlei­ stung proportionalen Leistung kühlt. Diese Kühlein­ richtung ist in Fig. 1 ein Peltierelement 7, wel­ ches mit der Montageplatte 8 des Motors 2 sowie des Getriebes 3 in Kontakt steht. Das Peltierelement 7 entzieht der Montageplatte 8 eine der Leistung des Motors 2 proportionale Wärmemenge und führt sie zur anderen Seite des Peltierelementes. Dort befindet sich ein von einem Kühlmedium durchströmter, nach außen isolierter Kühlkörper, über den diese Wärme­ menge und die Verlustleistung des Peltierelementes 7 mittels der Leitungen 10, 11 außerhalb einer die Positioniereinrichtung umgebenden Abschirmung 16 abgeführt wird.

Zur Erfassung der Motorleistung wird der dem Motor 2 zugeführte Strom 1 sowie die Spannung U mittels bekannter Meßeinrichtungen 12, 13 ermittelt und diese Meßgrößen einer Schaltung 14 zugeführt. Diese Schaltung 14 steuert die Kühlleistung des Peltier­ elementes 7 mittels einer leistungsabhängigen Span­ nung.

K ist ein empirischer Faktor, der unter anderem den Widerstand R sowie die Verlustleistung des Peltier­ elementes 7 und sonstige Wärmeverluste berücksich­ tigt, so daß K in der Regel ≠ 1 ist.

Die Spannung UP wird an das Peltierelement 7 ge­ legt. Die Leistung P beträgt dann

Die Leistung des Peltierelementes 7 ist der Motor­ leistung PM proportional, da PM = U·I ist.

Diese Temperaturstabilisierung arbeitet wesentlich schneller als eine Temperaturregelung, bei der in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur eine Küh­ lung erfolgt. Bei der erfindungsgemäßen Temperatur­ stabilisierung wird nicht gewartet, bis die Wärme vom Motor 2 und vom Getriebe 3 erzeugt wird, son­ dern es wird bereit vorher leistungsabhängig dage­ gengesteuert. Die Erfindung ist daher besonders vorteilhaft bei variabler Motorleistung einsetzbar.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die leistungsabhän­ gige Temperaturstabilisierung mit einer Temperatur­ regelung kombiniert wird. Hierzu ist in der Nähe der Wärmequelle 2, 3 ein Temperaturfühler 15 zur Temperaturmessung angebracht. Die Kühlleistung des Peltierelementes 7 wird bei einer Erhöhung der Tem­ peratur T ebenfalls erhöht, indem die Spannung UP erhöht wird. Durch die Messung der Temperatur T kann der Faktor K in den oben angeführten Bezieh­ ungen verändert und angepaßt werden, um ein lang­ sames Wegdriften der Temperatur T auszuregeln.

Die Erfindung kann auch zur Kühlung der Umgebung anderer leistungsabhängig wärmeerzeugender Teile einer Positioniereinrichtung eingesetzt werden.

Statt des Peltierelementes 7 können auch andere steuerbare Kühleinrichtungen, wie geregelter Durch­ fluß eines Kühlmittels oder Verdunstungskühler ver­ wendet werden. Beim geregelten Durchfluß eines Kühlmittel wird die Spannung UP einem steuerbaren Ventil zugeführt.

Claims (10)

1. Positioniereinrichtung zur Einstellung der Po­ sition eines Teiles gegenüber einem weiteren Teil, mit zumindest einem elektrischen Bauele­ ment, welches Wärme in Abhängigkeit der elek­ trischen Aufnahmeleistung abgibt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung (7) in der Nähe des wärmeerzeugenden Bauelementes (2) angeordnet ist, wobei die Kühlleistung der Kühleinrichtung (7) proportional der elektri­ schen Aufnahmeleistung des wärmeerzeugenden Bauelementes (2) ist, und daß die Wärme von der unmittelbaren Umgebung der Positioniereinrich­ tung abgeführt wird.

2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauelement ein Antriebsmotor (29) des zu positionierenden Teiles (1) ist.

3. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl­ einrichtung ein Peltierelement (7), oder ein Verdunstungskühler oder eine gesteuerte Zufüh­ rung eines Kühlmittels ist.

4. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl­ einrichtung ein Peltierelement (7) ist, auf dessen wärmeerzeugender Seite ein von einem Kühlmedium durchströmter Kühlkörper (9) zur Abführung der Wärme vorgesehen ist.

5. Positioniereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung ein Peltierelement (7) ist, das mit seiner kühl­ enden Fläche mit einer Montageplatte (8) in Kontakt steht, mit der auch der Antriebsmotor (2) in Kontakt steht.

6. Positioniereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung einen Rundtisch (1) aufweist, der über ein Ge­ triebe (3) von dem Antriebsmotor (2) angetrie­ ben wird, wobei die Position (P1) des Rund­ tisches (1) relativ zu der Montageplatte (8) mittels einer Winkelmeßeinrichtung (4, 5) er­ faßt wird.

7. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tem­ peraturfühler (15) zur Erfassung der Temperatur (T) in der Nähe des elektrischen Bauelementes (2) angebracht ist, und daß die Kühlleistung der Kühleinrichtung (7) zusätzlich abhängig von der gemessenen Temperatur (7) geregelt ist.

8. Positioniereinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleistung PP = K·I·U ist, mit I·U = elektrische Aufnahmeleistung des wärmeerzeugen­ den Bauelementes (2) und K = Proportionali­ tätsfaktor ≠ 1.

9. Positioniereinrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionali­ tätsfaktor (K) durch die gemessene Temperatur (T) nachgeregelt wird.

10. Positioniereinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung eine Abschirmung (16) aufweist, und daß die Wärme in den Raum außerhalb dieser Abschirmung (16) geleitet wird.