DE8816736U1

DE8816736U1 - Positionsmeßeinrichtung

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Publication number: DE8816736U1
Application number: DE8816736U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1990-07-05
Anticipated expiration: 1998-06-30
Also published as: DE3821860C1

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 12. Februar 1990

Positionsmeßeinrichtung

f-ie Erfindung bezieht sich auf eine Positionsmeßeinrichtung Cjemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Positionsmeßeinrichtungen können als Längenoder Winkelmeßeinrichtungen ausgeführt sein, die nach den verschiedensten physikalischen Prinzipien arbeiten,

Die Positionsmeßeinrichtungen werden an Maschinen eingesetzt, um die Relativlage zweier oder mehrerer Maschinen-Bauteile zu bestimmen.

Wenn die Positionsmeßeinrichtungen in feuchter Umgebung - beispielsweise in sogenannten Bearbeitungszentren - eingesetzt werden, ist auch bei gekapselten Positionsmeßeinrichtungen die Gefahr groß, daß durch kleinste Lecks Feuchtigkeitsdämpfe ins Innere eindringen. Bei Temperaturschwankungen können die Dämpfe kondensieren und sich unkontrolliert niederschlagen, so daß Temperaturschwankungen die Funktion der Positionsmeßeinrichtungen beeinflussen können.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionsmeßeinrichtung mit hoher Störsicherheit und hoher Meßgenauigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird von einer Positionsmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtungen liegen vor allem darin, daß sich durch das Temperaturgefälle zwischen dem Meßteilungs-Trägerkörper und der Abtasteinrichtung einerseits und dem Gehäuse andererseits Kondensat immer am kälteren Gehäuse niederschlägt, so daß die empfindliche Meßteilung und die Abtasteinrichtung frei von Niederschlägen bleiben.

Welche der vielfältigen Möglichkeiten, die durch die Unteransprüche aufgezeigt werden, der Fachmann letztendlich realisiert, hängt vom Anwendungsfall ab.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung nachstehend mit Hilfe der Zeichnungen noch näher erläutert werden.

Es zeigt

Figur 1 eine Längenmeßeinrichtung mit Thermoelement

Figur 2 einen vergrößerten Abschnitt mit

Heizleitungen am Meßteilungs-^räger· körper.

Figur 3 eine Längenmeßeinrichtung mit Meßteilung als Heizelement,

Figur 4 eine Längenmeßeinrichtung mit Kondensationshohlraum und Figur 5 einen festeingespannten Meßteilui -js-

Trägerkörper. <3

Eine in Figur 1 dargestellte Längenmeßeinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Leichtmetall Gehäuse 2, in dfim pin Mfißfce» i lungs—Trägerköroer 3 in bekanntei Weise befestigt ist. Das Gehäuse 2 ist teilweise geschnitten dargestellt, so daß eine Abtasteinrichtung 4 sichtbar wird. Die Abtasteinrichtung 4 tastet in ebenfalls bekannter Weise photoelektrisch eine Meßteilung 3a ab, die auf dem Meßteilungs-Trägerkörper 3 aufgebracht ist. Ein Mitnehmer 5, der den Querschnitt eines zweiseitigen Schwertes hat, verbindet die Abtasteinrichtung 4 mit einem Montagefuß 6. Der Mitnehmer 5 durchragt einen Längsschlitz 2a im Gehäuse 2, der durch dachförmig angeordnete Dichtlippen 7 und 8 abgedichtet ist.

Eine nicht dargestellte Maschine, bei der die Verschiebungen zwischen Maschinenbett und Schlitten aemessen werden sollen, trägt am Maejhinenbett über Montagefuß 6 und Mitnehmer 5 die Abtasteinrichtung 4 und am Schlitten das Gehäuse 2 mit dem Meßteilungs-Trägerkörper 3.

Wie eingangs beschrieben, dringt durch feinste Lecks Feuchtigkeit in den Innenraum des im wesentlichen allseitig geschlossenen Gehäuses 2 ein. Durch Temperaturschwankungen in der Umgebung der Positionsmeßeinrichtung 1 kann dieser Feuchtigkeitsdampf kondensieren und sich am Meßteilungs-Trägerkörper 3 oder an der Abtasteinrichtung 4 unkontrolliert niederschlagen. Das Kondensat stellt eine Verschmutzung der für die Funktion der Positionsmeßeinrichtung 1 wesentlichen Bauteile 5 dar und führt deshalb zu Störungen.

Mit Hilfe eines Thermoelementes 9, das bevorzugt als ;

Peltierelement ausgebildet ist, wird am Gehäuse 2 ein <.\

Kältepol geschaffen, in dessen Nähe sich das Konden- ■

sat bildet. Dadurch wird die Feuchtigkeit am Gehäuse 2 ·

gezielt gebunden, so daß sich an dem Meßteilunqs-Trä- ;j

gerkörper 3 und der Abtasteinrichtung 4 kein störender j Tau bilden kann.

Das Peltierelement 9 wird über Anschlußdrähte 9a und
9b extern mit der nötigen Energie versorgt. .

In Figur 2 ist ein vergrößerter Abschnitt der Positionsmeßeinrichtung 1 dargestellt, bei de>^- auf andere
Weise ein Temperaturgefälle zwischen den Bauteilen
der Positionsmeßeinrichtung 1 erzeugt wird.

Bei diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen
sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen, um
die Anzahl der Bezugszeichen gering zu halten und die
Gegenüberstellung der einzelnen Ausführungsbeispiele
zu erleichtern.

Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ^:;

5 wird hier nicht das Gehäuse 2 gekühlt, sondern die |

vor Betauung zu schützenden Bauelemente wie Meßtei- j|

lungs-Trägerkörper 3 und Abtasteinrichtung 4 werden j|

gering erhitzt. \i

Dies geschieht über Heizleitungen 3b, 3c, die zu- ;

sätzlich zur Meßteilung 3a auf den Trägerkörper 3
aufgedampft sind. Dabei wird davon ausgegangen,
daß der Meßteilungs-Trägerkörper 3 aus Glas oder ';

Keramik besteht. Wenn der Meßteilungs-Trägerkörper 3 aus elektrisch leitendem Material wie Metall besteht, muß zwischen ihm und den Heizleitungen 3b, 3c eine elektrisch isolierende Zwischenschicht angebracht werden, die jedoch den Wärmeübergang von den Heizleitungen 3b, 3c auf den Meßteilungs-Trägerkörper 3 möglichst nicht behinderi..

Die Heizleitungen 3b, 3c werden von einem Strom durchflossen und können auch im Meßteilungs-Trägerkörper eingeschmolzen sein. Auf eine bildliche Darstellung dieser Variante wurde verzichtet. Die Speisung der Heizleitungen 3b, 3c kann auf die unterschiedlichsten Weisen erfolgen. In Figur 2 sind an der Abtasteinrichtung 4 Schleifkontakte 4b, 4c, 4d gezeigt, über die ein vorzugsweise geregelter Heizstrom den Heizleitungen 3b, 3c zugeführt wird. Anstelle der Schleifkontakte 4b, 4c, 4d kön- |j nen auch Kugellager zur Stromübertragung benutzt

&zgr; 2ü werden, die gleichzeitig die Abtasteinrichtung 4

H an dem Meßteilungs-Trägerkörper 3 führen. Auch

eine induktive übertragung des Heizstromes ist

$ - möglich.

25 Figur 3 zeigt eine Lösung zum Erzeugen eines Temperaturgefälles, bei der die Meßteilung 3a selbst von Strom durchflossen wird. Die Meßteilung 3a besteht beispielsweise aus Chrom und ist auf ihren

Trägerkörper 3 aufgedampft. Die Speisung erfolgt

Sf 30 über besondere Zuleitungen 3d, 3e, die am Meßtei-

H lungs-Trägerkörper 3 in ähnlicher Weise befestigt

p werden können, wie bei heizbaren Heckscheiben aus

y dem Automobilbau bekannt ist.

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Wenn der Heizstrom geregelt werden soll, ist es sinnvoll, auf dem Meßteilungs-Trägerkörper 3 temperaturabhängige Fühlerwiderstände aufzudampfen. Dieser Vorgang kann, ebenso wie das Aufbringen der Heizleitungen, bereits bei der Herstellung der Meßteilung erfolgen. Auf eine zeichnerische Darstellung wurde verzichtet.

Beim Heizen des Meßteilungs-Trägerkörpers 3 verändern sich naturgemäß seine Abmess'ingen. Dieser Effekt kann in vielfältiger Weise berücksichtigt werden Eine Möglichkeit besteht darin, den Meßteilungs-Trägerkörper 3 auf Untermaß zu fertigen, so daß er im beheizten Zustand sein Sollmaß erreicht. Ferner ist es möglich, durch eine entsprechende Heizungsregelung die Ausdehnung des Meßteilungs-Trägerkörpe· ; 3 der temperaturbedingten Ausdehnung der Maschine anzupassen, an der die Positionsmeßeinrichtung 1 angebaut ist. Diese Methode läßt sich so ausgestalten, daß durch partiell unterschiedliche Erwärmung des Meßteilungs-Trägerkörpers 3 eine nichtlineare Fehlerkorrektur vorgenommen werden kann.

Eine weitere Möglichkeit, den durch das Heizen bedingten Temperaturgang meßtechnisch zu beherrschen, besteht darin, den Meßteilungs-Trägsrkörper 3 mit Hilfe von Befestigungselementen 10 und 11 derart an dar Maschine fest einzuspannen, daß die maschinenabhängigen Abmessungsänderungen dem Me3teilungs-Trägerkörper 3 derart aufgezwungen werden, daß die heizungsbedingten Änderungen nicht zur Wirkung kommen. Diese Art der Befestigung des Meßteilungs-Trägerkörpers 3 ist sehr stark schematisiert in Figur 5 ge-

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zeigt. In sehr vorteilhafter Weise kann bei dieser Befestigungsart die Speisung der Heizleitungen 3b, 3c durch die Befestigungselemente 10 und 11 erfolgen, die über Zuleitungen 12 und 13 mit einer nicht dargestellten Energiequelle verbunden sind.

In Figur 4 ist nochmals die Alternative aufgegriffen, das Gehäuse 2 bzw. einen mit dem Gehäuse 2 verbundenen Kondensations-Hohlraum 14 kühler zu halten, als den Meßteilungs-Trägerkörper 3 bzw. die ' hier nicht dargestellte Abtasteinrichtung. Der Kon

densations-Hohlraum 14 ist mit dem Innern des Gehäuses 2 verbunden. Da in beiden Hohlräumen demgemäß derselbe Dampfdruck vorhanden ist, kondensiert im Kondensations-Hohlraum 14 die Feuchtigkeit, die die Sättigung im kühleren Kondensations-Hohlraum 14 übersteigt. Dadurch herrscht im Innern des Gehäuses 2 eine geringere relative Feuchte.

Im Kondensations-Hohlraum 14 sollte ein Feuchtetauscher vorgesehen sein, der mit Hilfe seiner Austauschfläche die kondensierte Feuchte an trockenere , Außenluft abgeben kann. Ein solcher Feuchtetauscher

kann ein Docht 15 sein, der feuchtedurchlässig aber weitgehend luftundurchlässig ist. Um die Abgabe der kondensierten Feuchte an die Außenluft mittels Docht zu versinnbildlichen, ist in der Figur 4 die Tropfenform im strichpunktierten Kreis gewählt worden. Diase Darstellung bedeutet aber nicht, daß die Feuchtigkeit abtropfen wird, vielmehr wird sie verdunsten.

Die Kühlung des Kondensations-Hohlraumes 14 kann durch unterschiedliche Maßnahmen erfolgen. Im ge-

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zeigten Beispiel fließt durch Pfeile angedeutete Kühlflüssigkeit aus dem Kühlmittelkreislauf der Maschine durch den Kondensations-Hohlraum 14.

Analog zu Figur 1 ist aber auch eine Kühlung durch Peltierelemente möglich.

Zur Kühlung sind im Grunde alle Kühlmittel verwendbar (COj-Schnee u. dgl.).

Wenn ein Kondensations-Hohlraum 14, wie er in Figur 4 mit einer Positionsmeßeinrichtung 1 dargestellt ist, mit mehreren Positionsmeßeinrichtungen verbunden ist, kann der bauliche Aufwand erheblich verringert werden.

Außer durch Feuchtetauscher kann das Kondensat durch austauschbare Elemente chemisch oder physikalisch gebunden werden (Silicagel-Kapseln). 20

Die Erfindung kann sowohl bei sogenannten offenen als auch gekapselten Positionsmeßeinrichtungen angewandt werden.

Claims

&igr; &igr; DR. JOHANNES HEIBENnÄSft terfbH .' "'. I I 28. Mai ISSC Ansprüche

1. Positionsmeßeinrichtung - insbesondere gekapselter Bauart - mit einem Meßteilungs-Trägerkörper und einer Abtasteinrichtung zum Abtasten der Meßteilung, dadurch gekennzeichnet, dnß Mittel (3a, 3b, 3c; 9; 14) zum Erzeugen eines Temperaturgefälles zwischen dem Meßteilungs-Trägerkörper (3) und/oder der Abtasteinrichtung (4) einerseits und der unmittelbaren Umgebung der vorgenannten Bauteile andererseits vorgesehen sind.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturgefälle durch eine Heizung (3a, 3b, 3c) für den Meßteilungs-Trägerkörper (3) und/oder die Abtasteinrichtung

(4) erzeugt wird.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem oder in d>_-m Meßteilungs-Trägerkörper (3) Heizleitungen (3b, 3c) angeordnet sind.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, iat die Meßteilung (3a) als Heizleitung ausgebildet ist.

5. Positionsmeßeinrichtung nacH Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet", esa&iacgr;> cCeii n"aiz]ieifangen (3b 3c) . r .., ....

Heizstrom über Schleifkontakte (4b, 4c, 4d) der Abtasteinrichtung (4) zugeführt wird.

6. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßteilung (3a) K ^;zstrom über Zuleitungen (3d, 3e) zugeführt wird.

7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstron induktiv übeitragen wird.

8. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geheizte Meßteilungs-Trägerkörper (3) mit Hilfe von Befestigungselementen (10, 11) an den Enden fest eingespannt ist.

9. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom mittels Zuleitungen (12, 13) über die Befestigungselemente (10, 11) zugeführt wird.

10. Positionsmepeinrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung regelbar ist.

11. Gekapselte Fositionsmeßeinrichtung nach Anspruch

I, dadurch gekennzeichnet, daß mittels wenigstens einem Thermoelement (9) an einem Gehäuse (2) wenigstens ein Kältepol geschaffen wird.

12. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch

II, dadurch gekennzeichnet, daß das

nt."eiii.,F^i₄fti"er]eit-rnent ist

13. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (2) mindestens einen gekühlten Kondensations-Hoblraum (14) aufweist.

14. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ".ondensations-Hohlraum (14) der Positionsmeßeinrichtung (1) einen Anschluß für den Kühlmittelkreislauf einer Maschine aufweist.

15. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensations-Hohlraum (14) durch wenigstens ein Peltierelement gekühlt wird.

16. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensations-Kohlraum (14) durch CO2-Schnee gekühlt wird.

17. Gekapselte Fositionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (2) und/oder dem Kondensations-Hohlraum (14) ein Feuchtetauscher (15) vorgesehen ist.

18. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtetauscher als Docht (15) ausgebildet ist.

19. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur chemischen und/oder physikalischen Bindung des durch das Temperaturgefalle entstehenden Kondensates

Bindungsmittel an der Por-i tionsmeßeinrichtung (1) angeordnet sind.

20. Gekapselte Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 19. dadurch gekennzeichnet, daß die Bindungsmittel austauschbare Silicagel-Kapseln sind.

21. Gekapselte Positionsineßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Positionsirießoinr ichtung (1) ein Anschluß für einen externen Kondensations-Kohlraum (14) vorgesehen ist.