JP2004511763A - 機械部品の、熱に起因する長さ方向への膨張を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】温度センサー１が記載され、この温度センサーが、温度分布を機械部品５に沿って、検出すること、およびこの機械部品の長さ方向への膨張を算出することを許容する。この温度センサー１は、調整用帯路Ｔ１〜ＴＮを有しており、これら調整用帯路が、この機械部品５の全温度プロファイルを検出し、且つ、安いコストの初期材料であるという理由で、この温度センサー１の製造ばらつきが大きい場合ですら、この温度センサー１の精確な補正を許容する。

Description

【０００１】
本発明は、機械部品、例えば工作機械の、熱に起因する長さ方向への膨張を検出するための装置に関する。
【０００２】
工作機械の作動の際、例えば、回転するスピンドルの摩擦によって、熱が発生し、この熱が、熱せられた機械部品の熱膨張を誘起し、且つ従って、加工される加工材料の寸法における不精確さを誘起する。この膨張が周知の場合、適当な再調整によって、この加工材料の改善された寸法安定性は達せられる。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許第３８２２８７３号明細書は、機械、特に工作機械の、熱に起因する長さ方向への膨張の測定および調整のための装置を記載している。その際に、白金から成る、この機械部品の領域と熱的な接触状態にある温度センサーの電気抵抗が、機械部品の熱的な長さ方向への膨張に関する尺度として、この領域内において使用される。金属の導体の電気抵抗の変化と同様に、機械部品の長さ方向への膨張も、約０〜１００℃の領域内において、良好な近似状態で、温度の直線状の関数であるという事実が利用される。同様に、この温度センサーによって検出される、この機械部品の領域に沿っての温度分布においても、その場合に、この機械部品の長さ方向への膨張は、この温度センサーの電気抵抗の良好な近似状態での直線状の関数である。
【０００４】
従って、本発明の課題は、機械部材の、熱に起因する長さ方向への膨張を検出するための、安いコストで製造され、且つ自在的に使用可能である装置を提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴を有する装置によって解決される。有利な実施形態は、請求項１に従属する請求項において記載されている特徴から与えられる。
【０００６】
本発明により、機械部品の膨張方向に沿っての平均の温度を検出するための温度センサーが、監視されるべき領域上に設けられている第１の金属の導体、並びに調整用帯状体として同様に監視されるべき領域上に設けられている更に別の金属の導体から成り、且つ、これら更に別の金属の導体が、第１の金属の導体のような同じ温度分布を検出する。電気的な結合部を介して、この温度センサーの全抵抗は、この温度センサーの製造における大きなプロセスばらつきの場合にも、この全抵抗が所望された値、例えば、工業規格ＰＴ１００（０℃において１００Ω）へと較正され得るように較正される。
【０００７】
特にコストの安い変形は、温度センサーが、通常のプリント基板技術で構成される場合に得られる。その際に、プリント回路基体上に銅帯路が設けられ、これら銅帯路が、要求された抵抗値を得るために、重なり合って、半田ブリッジを介して接続される。
【０００８】
次に、本発明の更なる利点並びに詳細を、図に基づいて、有利な実施形態により説明する。
【０００９】
図１は、熱に起因する長さ方向への膨張を検出するための装置の、第１の簡単な実施形態を示している。温度センサー１は、プリント回路基体２から成り、このプリント回路基体が、蛇行形状の銅帯路（Ｋｕｐｆｅｒｂａｈｎ）の様式の第１の金属の導体３を、帰還導体帯路４と共に担持している。この第１の金属の導体３は、Ｒ０の電気抵抗を有している。遮断された銅帯路として形成された開閉器Ｓ１〜ＳＮを介して、同様に銅帯路から成る、第１の金属の導体１に対して直列状態で接続された、Ｒ１〜ＲＮの抵抗を有する調整用帯路Ｔ１〜ＴＮは、個別に、半田点を用いて短絡され得る。温度センサー１の全抵抗は、その際に、それぞれに、短絡された調整用帯路Ｔ１〜ＴＮの抵抗Ｒ１〜ＲＮだけ低下する。
【００１０】
有利な方法で、個別の調整用帯路Ｔ１〜ＴＮの抵抗値Ｒ１〜ＲＮは、それぞれに２倍になっており、従って、ＲＮ＋１＝２^★ ＲＮが成り立つ。この様式の温度センサー１のために、従って、Ｒ０（全ての調整用帯路Ｔ１〜ＴＮが短絡された状態で）とＲ０＋Ｒ１＋Ｒ２＋．．．＋ＲＮ（全ての調整用帯路Ｔ１〜ＴＮが機能された状態で）との間の抵抗値が与えられ、その際、中間値が、Ｒ１のステップ幅でもって調節される。
【００１１】
温度センサー１は、長さＬを、この温度センサーの第１の金属の導体３、およびこの温度センサーの調整用帯路Ｔ１〜ＴＮの方向で有している。この温度センサー１の幅Ｗは、それに対して比較的に小さく、Ｌ／Ｗの比率が、有意義には、２０よりもより大きい。何故ならば、この温度センサー１でもって、膨張方向Ｘにおける温度プロフィルが検出されねばならないからである。
【００１２】
温度センサー１でもって検出された温度と、機械部品５の長さ方向への膨張との間で、良好な相関関係を得るために、第１の金属の導体３と調整用帯路Ｔ１〜ＴＮが、同じ温度プロフィルを検出することは重要である。このことが、そのような状況に無い場合、この温度センサー１の抵抗は、機械部品５の監視された領域に沿っての平均の温度のための、なんら良好な尺度であり得ない。
【００１３】
温度センサー１の全長Ｌにわたる小さな抵抗を有する調整用帯路Ｔ１〜ＴＮは非常に幅広に構成されねばならず、且つ、十分にスペースを必要とする。この温度センサー１の幅Ｗを、それにも拘らず小さく保持するために、非常に小さな抵抗でもっての調整可能性が、選択的に蛇行形状の第１の金属の導体３の巻体の、電気的な結合部Ｓ０を介して接続される最適な架橋（ブリッジ）部６としても、構成され得る。配設を設定する際、この最適な架橋部６の抵抗は、第１の金属の導体３の架橋された巻体に対して並列接続として、顧慮されるべきである。上記の理由から、較正された温度センサーの最終的な抵抗の約１０％よりもより多い抵抗が、全温度プロフィルを検出しない構造には由来しないように留意されねばならない。
【００１４】
特に有利な実施形態において、温度センサー１は、厚さ０．３ｍｍの従来の可撓性のプリント回路基体２（エポキシ樹脂基礎上で、銅を張り合わせられたガラス硬質繊維）で実現される。その際、この銅被覆の厚さは、５μｍである。較正されていない温度センサーの抵抗は、±１２％の許容差を伴って約１３２Ωである。この許容差は、特に、この適当な価格で入手可能な初期材料の銅被覆の厚さ変動に由来する。
更に続けて、この温度センサー１の調整のための８つの可能性が使用され、これら可能性の内、抵抗値４Ω、８Ω、および１６Ωを有する３つの可能性が、調整用帯路Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３として形成されている。残りの５つの調整可能性は、蛇行形状の第１の金属の導体の異なる部分の最適な架橋部６によって実現されており、且つ、全抵抗の低減を、２Ω、１Ω、０．５Ω、０．２５Ω、および０．１２５Ωだけ許容する。従って、２５６通りの組み合わせ可能性が、０．１２５Ωの段階でもって与えられる。
【００１５】
温度センサー１の較正の後の全抵抗は、２０℃において１１６．３Ωであるべきである。この温度センサー１に対する外部の抵抗の並列接続によって、この温度センサー１の温度係数（この温度係数が、先ず第一に、使用される銅材料の温度係数に一致している）は、白金センサーの温度係数に近似され、且つ同時に、配設の抵抗が、２０℃において１０７．８Ωの工業規格ＰＴ１００−値に低下される。このセンサーの評価が、ここで、工業規格ＰＴ１００−特性に対して検定された評価電子機器７を介して行われ、この評価電子機器は、標準コンポーネントとして有利に入手可能である。
【００１６】
最も不利な場合、この温度センサー１の全抵抗が、約３．５％の割合を有しており、しかしこの割合は、この温度センサーの長さＬに沿って全温度プロフィルに依存していない。機械部品５の長さ方向への膨張は、従って、十分に精確に算出される。
【００１７】
温度センサー１の抵抗値は、評価電子機器７によって測定され、この評価電子機器が、この測定結果から機械部品５の長さ方向への膨張を算出し、且つ、この算出結果を工作機械の制御装置８に引き渡す。この制御装置８は、ここで必要のある場合には、長さ方向への膨張を、この工作機械に対する修正された位置決め命令によって調整する。
【００１８】
調整用帯路Ｔ１〜ＴＮの実施形態に対して、これら調整用帯路が、図１において図示されているように、ただ直列状態で第１の金属の導体３と接続された抵抗帯路としてだけでなく、電気的な結合部Ｓ１〜ＳＮによって架橋するための可能性でもって構成され得ることが、更に言及され、例えば同様に、較正のために後から追加してこの第１の金属の導体３に対して平行に接続され得る抵抗帯路も可能である。両方の変形において、これら電気的な結合部を、上記されているように、半田ブリッジとして構成することは可能であり、しかも同様に、線ブリッジ、０Ω抵抗体、または、真っ二つに切断可能なパターン導線部片も可能である。
【００１９】
図２において、上記の温度センサー１の使用が図示されている。Ｃ字形のタイプの工作機械１０は、２つの腕部１１および１２を、ＸおよびＹ方向において有している。固定軸受部１３内におけるスピンドル１４の回転により、熱が発生し、この熱は、腕部１１を介して、同様に腕部１２に向かって拡散する。これら両方の腕部１１、１２は、このことによって膨張し、且つ、スピンドル１４と加工材料１５との間の間隔を、不都合なやり方で変化させる。温度センサー１でもって、これら腕部１１および１２の温度プルファイルが、基本的に、これら腕部の全長にわたって検出され、且つこれに伴って、これら腕部の長さ方向への膨張の補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
膨張方向に沿って、温度を検出するための温度センサーの図である。
【図２】
そのような温度センサーの使用例の図である。

Claims (5)

1. 機械部品、例えば工作機械の、熱に起因する長さ方向への膨張を検出するための装置であって、この装置が、
   膨張方向（Ｘ）に沿って敷設された、第１の金属の導体（３）から成る温度センサー（１）を有し、この導体の電気抵抗が、監視されるべき領域平均の温度に対して比例している様式の上記装置において、
   第１の金属の導体（３）と並んで、調整用帯状体（Ｔ１〜ＴＮ）が、更に別の金属の導体の様式で、位置しており、これら更に別の金属の導体が、選択的に、電気的な結合部（Ｓ１〜ＳＮ）を介して、この第１の金属の導体（３）と接続可能であり、且つこれら更に別の金属の導体の電気抵抗（Ｒ１〜ＲＮ）が、同様に、監視されるべき領域平均の温度に対して比例しているように構成されていることを特徴とする装置。
2. 膨張方向（Ｘ）に沿っての温度センサー（１）の長さ（Ｌ）は、少なくとも、この温度センサーの幅（Ｗ）の２０倍の値であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 調整用帯状体（Ｔ１〜ＴＮ）は、段階を付けられた電気抵抗を有しており、且つ、温度センサー（１）の電気的な全抵抗が、調整用帯状体（Ｔ１〜ＴＮ）の最も小さな抵抗の精度でもって調節可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 第１の金属の導体（３）、および調整用帯状体（Ｔ１〜ＴＮ）は、パターン導線として、共通のプリント回路基体（２）上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 第１の金属の導体（３）、および調整用帯状体（Ｔ１〜ＴＮ）は、銅から成ることを特徴とする請求項１に記載の装置。