DE3419499C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber zum Erfassen der Po­ sition eines Antriebselementes eines Werkzeuges oder Werk­ stückes, zum Beispiel einer Spindelmutter, mit einer lösbaren Kupplung zur Abnahme der zu messenden Positionierbewegung und mit einem Zähler zum Erfassen dieser Positionierbewegung.

Es sind bereits mechanische Positionsanzeiger mit digitaler Anzeige bekannt, die zum Beispiel an einem Spindelende einer Verstellspindel aufgesetzt werden können. Die Anzeigegenauig­ keit solcher Zählwerke liegt in der Regel im Bereich einer Po­ sitionierbewegung von 1/10 mm. Dabei ist jedoch schon eine vergleichsweise große Antriebsübersetzung von der Verstell­ spindel auf das erste Zählerrad des Positionsanzeigers erfor­ derlich. Bei hoher Positioniergeschwindigkeit ergibt sich ent­ sprechend auch eine hohe Drehzahl der Verstellspindel, die ge­ gebenenfalls bei gleichzeitig hoher Anforderung an die Anzei­ gegenauigkeit die höchst zulässige Antriebsdrehzahl des Zähl­ werkes überschreitet.

Sowohl für höhere Auflösung bzw. Genauigkeit, als auch für hö­ here Betriebsdrehzahlen kennt man z. B. aus der DE-PS 16 98 329 schon elektrisch wirkende Einrichtungen zur Ermittlung der Lage eines angetriebenen Maschinenteiles. Nachteilig ist hier­ bei u. a., daß bei Stromausfall Spindelverstellungen von Hand nicht angezeigt oder von Steuerungen nicht übernommen werden können.

Um bei Verwendung von solchen elektrischen Einrichtungen den vorgenannten Nachteil zu vermeiden, hat man schon an der Be­ dienseite der Verstellspindel oder einer ähnlichen Maschinen­ welle ein mechanisches Zählwerk angeordnet, während ein elek­ trischer Impulsgeber über mechanische Zwischenglieder, z. B. ein Getriebe, insbesondere am anderen Ende dieser Spindel oder Welle angeschlossen wird. Neben dem erhöhten Montageaufwand ist dabei nachteilig, daß durch die unterschiedliche Anbrin­ gung unter Verwendung von Zwischenübertragungsgliedern Meßfeh­ ler auftreten können. Auch sind häufig mechanische Kupplungen zum Ausgleich von Winkeln oder Fluchtungsfehlern zwischen Ver­ stellspindel und Meßwertgeber erforderlich, wodurch der Auf­ wand und gegebenenfalls auch die Fehlermöglichkeiten erhöht sein können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Meßwertgeber der eingange genannten Art zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile weitgehend vermeidet und der insbesondere einfach im Aufbau ist und sich mit geringem Aufwand montieren läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Meßwertge­ ber dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler mit mechanischem Zählwerk als visueller Positionsanzeiger und ein Steuerimpuls­ geber zum Erzeugen von elektrischen Steuerimpulsen als Positi­ ons-Istwertgeber dadurch mit der Kupplung verbunden sind, daß das mechanische Zählwerk und der Steuerimpulsgeber starr mit­ einander gekuppelt sind und eine gemeinsame, zur lösbaren Kupplung gehörende Kupplungswelle haben.

Durch diese Kombination von mechanischem Zählwerk und elektri­ schem Steuerimpulsgeber ist eine einfache und preisgünstige Herstellung des Meßwertgebers möglich. Vorallem ist dabei der Vorteil vorhanden, daß nur eine Montagestelle an einer Ma­ schine erforderlich ist. Außerdem ist auch bei stromlosem Zu­ stand über den mechanischen Anzeiger eine Istwerterfassung möglich. Durch die starre Kupplung werden Übertragungsfehler verhindert und auch der entsprechende Aufwand zwischen Über­ tragungsglieder vermieden.

Zwar kennt man aus der DE-OS 30 42 411 schon einen Balgengas­ zähler mit einem Zählwerk sowie einem optischen Reflexsensor, der mit einem Frequenz-Spannungsumwandler verbunden ist, also ein Gerät anderer Gattung, bei welchem aber keine lösbare Kupplung zum Verbinden mit einer Maschinenwelle oder -spindel vorhanden ist und der somit nicht zur Lösung der Aufgabe im Zusammenhang mit einem gattungsgemäßen Meßwertgeber geeignet ist.

Zweckmäßig ist es, wenn die Kupplungswelle als Hohlwelle aus­ gebildet ist. Dadurch läßt sich der Meßwertgeber mit Hilfe dieser Hohlwelle beispielsweise auf das Bedienende einer Ver­ stellspindel aufschieben und festlegen und dadurch sehr ein­ fach kuppeln.

Eine einfache Ausführungsform der Erfindung kann darin beste­ hen, daß für den Antrieb des Zählwerkes ein auf der Hohlwelle sitzendes Antriebszahnrad vorgesehen ist, das gleichzeitig als Geber für den Steuerimpulsgeber ausgebildet ist und mit einem Näherungsschalter zusammenarbeitet. Dadurch ergibt sich bei in vielen Fällen ausreichender Genauigkeit ein besonders einfa­ cher Aufbau des Meßwertgebers.

Bei höheren Anforderungen an die Auflösung und Genauigkeit des Meßwertgebers, insbesondere des Steuerimpulsgebers, kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß der insbesondere als Rotationsimpulsgeber ausgebildete Steuerim­ pulsgeber als Geber eine auf der Hohlwelle befestigte Impuls­ scheibe aufweist. Eine solche Impulsscheibe kann beispiels­ weise tausend Strichmarkierungen am Umfang haben, die jeweils zur Bildung eines Steuerimpulses verwendet werden, so daß eine entsprechend hohe Auflösegenauigkeit vorhanden ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin be­ stehen, daß die Übertragungsübersetzung zwischen Hohlwelle und Zählwerk so bemessen ist, daß die Anzeigeauflösung des Posi­ tionierweges schlechter als 1/10 mm ist, zum Beispiel 1 mm be­ trägt, und daß die Auflösung des Steuerimpulsgebers gleich oder besser als 1/10 mm ist, z. B. 1/100 mm beträgt. Durch diese Ausbildung der unterschiedlichen Auflösungen des Zähl­ werkes und des Steuerimpulsgebers hat man einerseits über den Steuerimpulsgeber Steuerimpulse für eine sehr genaue Steuerung zur Verfügung, während sich die Anzeigegenauigkeit des mecha­ nischen Zählers darauf beschränkt, eine visuelle Information mit etwas größerer Anzeigeungenauigkeit über die jeweilige Po­ sition zur Verfügung zu haben, die aber zur Überwachung der Positionierstellung, insbesondere bei Ausfall des Steuerim­ pulsgebers, noch mit Sicherheit ausreicht.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Unteransprüchen aufgeführt.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzel­ heiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

Es zeigt etwas schematisiert:

Fig. 1 eine Vorderseitenansicht eines Meßwertgebers,

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung eines Meßwertgebers und

Fig. 3 ebenfalls eine Querschnittsdarstellung eines Meß­ wertgebers in gegenüber Fig. 2 abgewandelter Aus­ führungsform.

Ein Meßwertgeber 1 dient zum Erfassen der Position eines Antriebselementes vorzugsweise bei Werkzeugmaschinen. Der Meßwertgeber weist eine Hohlwelle 2 auf, die beispielsweise auf das Bedienende einer Verstellspindel aufgeschoben und mit dieser durch eine Justierschraube 3 gekuppelt wird. Der erfindungsgemäße Meßwertgeber 1 weist einen Zähler mit mechanischem Zählwerk 4 sowie einen elektrischen Steuer­ impulsgeber 5 auf. Das mechanische Zählwerk 4 dient zur visuellen Positionsanzeige, während der Steuerimpulsgeber 5 als Istwertgeber für eine elektronische Maschinensteuerung verwendet werden kann.

Die in einem Gehäuse 6 drehbar gelagerte Hohlwelle 2 trägt ein Antriebszahnrad 7, das im Ausführungsbeispiel als Kron­ rad ausgebildet ist. Mit diesem Antriebszahnrad 7 kämmen mehrere Zwischenzahnräder 8, die die Antriebsverbindung zu dem Meßzählwerk 4 bilden. Die Übersetzung zwischen dem An­ triebszahnrad 7 und dem Zählwerk 4 kann je nach Spindel­ steigung und gewünschter Anzeigegenauigkeit gewählt werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 dient das Antriebs­ zahnrad 7 gleichzeitig als Geber für den Steuerimpulsgeber 5. Fig. 2 läßt erkennen, daß auf der der Zahnung 9 abge­ wandten Seite des Antriebszahnrades 7 Rastermarken 10 z. B. in Form von Stiften, Zähnen u. s. w. vorgesehen sind. Benach­ bart zu diesem Umfangsbereich befindet sich ein Näherungs­ schalter 11, der pro Rastermarke 10 einen Impuls an eine nachgeschaltete Elektronik 12 zur Weiterverarbeitung lie­ fert.

Bei Ausbildung des Antriebszahnrades 7 aus Metall besteht für eine besonders einfache Ausführungsform des Meßwert­ gebers noch die Möglichkeit, die Zahnung 9 selbst als Rastermarken für den Näherungsschalter 11 zu verwenden. Häufig genügt nämlich bereits die dadurch erzielbare Posi­ tioniergenauigkeit. Der Näherungsschalter 11 kann insbe­ sondere als induktiver, kapazitiver oder optoelektronischer Aufnehmer ausgebildet sein.

Eine andere Ausführungsform eines Meßwertgebers 1 zeigt noch Fig. 3. Der insbesondere als Rotationsimpulsgeber 5 ausge­ bildete Steuerimpulsgeber weist hier als Geber eine auf der Hohlwelle 2 befestigte Impulsscheibe 13 auf. Diese hat im Außenumfangsbereich ein Strichgitter und durchläuft mit die­ sem eine den Schalter 11 bildende Gabellichtschranke.

Die Impulsscheibe 13 kann beispielsweise ein Strichgitter mit 1000 Einzelstrichen aufweisen, so daß sich dementsprechend auch eine hohe Auflösung bzw. Meßgenauigkeit des Steuer­ impulsgebers 5 ergibt. Auch bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist eine starre Kupplung zwischen dem Antriebszahnrad 7 und der Impulsscheibe 13 über die Hohlwelle 2 vorhanden, so daß Meßwertdifferenzen zwischen dem mechanischen Zählwerk 4 und dem Steuerimpulsgeber 5 praktisch nicht auftreten können. Außerdem hat man dadurch den Vorteil, daß die starre Positionszuordnung zwischen den beiden Zählern ein Einjustie­ ren und Abgleichen der einzelnen Zähler aufeinander bei der Montage an einer Maschine nicht mehr erforderlich macht. Vor­ teilhaft ist weiterhin, daß an der Maschine nur noch eine Montagestelle für den kombinierten Meßwertgeber, bestehend aus mechanischem Zählwerk 4 und elektronischem Steuerim­ pulsgeber 5 vorhanden ist.

Durch die Kombination des elektrischen Steuerimpulsgebers 5 mit einem mechanischen Zählwerk 4 ist auch vorteilhaft, daß man auf der einen Seite eine genügend genaue Positions­ anzeige durch das mechanische Zählwerk 4 für eine visuelle Kontrolle zur Verfügung hat, auf der anderen Seite aber durch den Steuerimpulsgeber 5 Steuerimpulse für eine sehr genaue Maschinensteuerung u. dgl. zur Verfügung hat. Daraus ergibt sich auch die Möglichkeit, gegebenenfalls die Genauig­ keit des mechanischen Zählwerkes 4 bewußt auf ein notwendiges Maß zu reduzieren und dieses damit auch preisgünstiger und einfacher herstellen zu können. Der mechanische Zähler hat hierbei im wesentlichen nur noch eine Kontrollfunktion und wird nicht zum genauen Einstellen der gewünschten Position herangezogen. Andererseits hat man aber die hohe Auflösung des elektrischen Rotationsimpulsgebers 5 zur Verfügung, des­ sen Impulse für eine exakte Positionsanzeige bzw. die Ma­ schinensteuerung verwendet werden können. In der Praxis er­ reicht man dadurch, daß zwar durch das mechanische Zählwerk 4 Meßfehler in der Größenordnung von z. B. einigen Zehntel Millimetern auftreten können, wobei aber diese Meßgenauig­ keit bei Ausfall des Steuerimpulsgebers 5 noch gut ausreicht, um die Werkzeugmaschine od. dgl. noch so einrichten zu können, daß das Werkstück bzw. die Maschine nicht beschädigt werden.

Durch die bewußte Reduzierung der mechanischen Anzeigegenauig­ keit kann die gesamte Kombination auch für höhere Antriebs­ drehzahlen eingesetzt werden, da für das mechanische Zählwerk 4 eine kleinere Übersetzung gewählt werden kann.

In den Fig. 1 bis 3 ist der Steuerimpulsgeber 5 als In­ krementalgeber ausgebildet. Bedarfsweise kann der Steuer­ impulsgeber auch als Absolutwertgeber ausgebildet sein.

Claims (9)

1. Meßwertgeber zum Erfassen der Position eines Antriebsele­ mentes eines Werkzeuges oder Werkstückes, zum Beispiel ei­ ner Spindelmutter, mit einer lösbaren Kupplung zur Abnahme der zu messenden Positionierbewegung und mit einem Zähler zum Erfassen dieser Positionierbewegung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zähler mit mechanischem Zählwerk (4) als visueller Positionsanzeiger und ein Steuerimpulsgeber (5) zum Erzeugen von elektrischen Steuerimpulsen als Positi­ ons-Istwertgeber dadurch mit der Kupplung verbunden sind, daß das mechanische Zählwerk (4) und der Steuerimpulsgeber (5) starr miteinander gekuppelt sind und eine gemeinsame, zur lösbaren Kupplung gehörende Kupplungswelle haben.

2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungswelle als Hohlwelle (2) ausgebildet ist.

3. Meßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für den Antrieb des Zählwerkes (4) ein auf der Hohlwelle (2) sitzendes Antriebszahnrad (7) vorgesehen ist, das gleichzeitig als Geber für den Steuerimpulsgeber (5) ausgebildet ist und mit einem Näherungsschalter (11) zusammenarbeitet.

4. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (7) aus Metall be­ steht und daß benachbart zu dessen Zahnung der Näherungs­ schalter (11), zum Beispiel ein induktiv oder kapazitiv arbeitender Näherungsschalter, angeordnet ist.

5. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (7) eine in einem außerhalb der Zahnung (9) befindlichen Bereich oder auf deren Rückseite Markierungen (10), insbesondere eine Strichmarkierung trägt und daß ein damit zusammenarbeiten­ der, vorzugsweise optoelektronischer Schalter (11) vorge­ sehen ist.

6. Meßwertgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der insbesondere als Rotations­ impulsgeber ausgebildete Steuerimpulsgeber (5) als Geber eine auf der Hohlwelle (2) befestigte Impulsscheibe (13) aufweist.

7. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Übertragungsübersetzung zwischen Hohlwelle (2) und Zählwerk (4) so bemessen ist, daß die Anzeigeauflösung des Positionierweges schlechter als 1/10 mm ist, zum Beispiel 1 mm beträgt, und daß die Auflösung des Steuerimpulsgebers gleich oder besser als 1/10 mm ist, zum Beispiel 1/100 mm beträgt.

8. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber (5) als Inkremen­ talgeber ausgebildet ist.

9. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber (5) als Absolut­ wertgeber ausgebildet ist.