DE20100672U1

DE20100672U1 - Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung

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Publication number: DE20100672U1
Application number: DE20100672U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2011-01-17

Description

G 19425 - lens 23. November 2 000

FESTO AG & CO, 73 734 Esslinqen Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung .

Aus der DE 33 17 113 Al geht ein Linearantrieb mit integrierter Positionserfassungseinrichtung hervor, wobei der Linearantrieb als sogenannter Bandzylinder ausgebildet ist, bei dem die Kraftübertragung zwischen einem durch Fluidkraft betätigbaren Kolben und der einen Kraftabgriff ermöglichenden Kraft abgriffseinheit mittels eines um Umlenkrollen umlaufenden Bandes bewerkstelligt wird. Zur Erfassung der Position der Kraftabgriffseinheit ist beispielsweise eine der Umlenkrollen mit von Magnetmarkierungen gebildeten Aktivierungsmitteln versehen, die bei der durch das Band ausgelösten Rotationsbewegung von gehäusefesten Sensormitteln abgetastet werden können.

Bei einer in der DE 33 17 113 Al beschriebenen alternativen Bauform sind die Aktivierungsmittel unmittelbar an dem zur Übertragung der Antriebskräfte dienenden Band vorgesehen und können von einem am Gehäuse angeordneten Sensor abgetastet werden.

Ein Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, dass das bei der Positionserfassung mitwirkende umlaufende Band aufgrund der bei der Übertragung auftretenden hohen Beanspruchungen in seiner Struktur beeinträchtigt werden kann, was sich nachteilig auf die Genauigkeit der Positionserfassung auswirkt. Hinzukommt, dass die aufgrund des einfacheren Aufbaues prinzipiell vorzuziehende und auf Basis der Rotation einer Umlenkrolle erfolgende Positionserfassung aufgrund des zwischen dem Band und der Umlenkrolle auftretenden Schlupfes zu einer weiteren Verringerung der Erfassungsgenauigkeit beitragt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung zu schaffen, wobei unabhängig von der Art des Linearantriebes eine hohe Genauigkeit der Positionserfassung gewährleistet werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung, wobei der Linearantrieb eine Antriebseinrichtung mit einer zu einer Linearbewegung antreibbaren und einen Kraftabgriff ermöglichenden Kraftabgriffseinheit aufweist und wobei die Positionserfassungseinrichtung einen von der Antriebseinrichtung des Linearantriebes gesonderten, um Umlenkrollen geführten Aktivierungsstrang aufweist, der mit der Kraftabgriffseinheit derart bewegungsgekoppelt ist, dass er durch deren Linearbewegung zu einer Umlaufbewegung um die Umlenkrollen antreibbar ist, wobei der Aktivierungsstrang mit Aktivierungsmitteln bewegungsgekoppelt ist, die bei der Umlaufbewegung des Aktivierungsstranges zu

einer Aktivierungsbewegung veranlasst werden, welche von Sensormitteln der Positionserfassungseinrichtung erfasst werden können.

Die Positionserfassungseinrichtung verfügt auf diese Weise zwar weiterhin, vergleichbar der DE 33 17 113 Al, über einen zum Beispiel bandförmig ausgebildeten Aktivierungsstrang, der um wenigstens zwei Umlenkrollen herumgeschlungen ist und im Betrieb eine UmIaufbewegung um die Umlenkrollen ausführt, wobei eine von der UmIaufbewegung des Aktivierungsstranges abgeleitete Bewegung von Aktivierungsmitteln durch zugeordnete Sensormittel zum Zwecke der Positionserfassung abgefragt wird. Anders als beim Stand der Technik ist der Aktivierungsstrang allerdings nicht Bestandteil der Antriebseinrichtung des Linearantriebes, sondern gesondert von dieser ausgebildet, so dass der Aktivierungsstrang bei der Kraftübertragung der Antriebseinrichtung auf die dem Kraftabgriff dienenden Kraftabgriffseinheit nicht beteiligt ist und dementsprechend auch nicht einer hohen Beanspruchung unterliegt. Verformungen des Aktivierungsstranges, beispielsweise Längsdehnungen, die sich nachteilig auf die Erfassungsgenauigkeit auswirken könnten, werden auf diese Weise weitestgehend ausgeschlossen. Auch besteht die Möglichkeit, den Aktivierungssträng hinsichtlich der Positionserfassungsfunktion optimal auszulegen, wobei man anders als beim Stand der Technik keinen Zwängen unterliegt, die eine gleichzeitige Eignung für die Übertragung hoher Antriebskräfte erfordern. Schließlich kann die Positionserfassungseinrichtung sehr universell im Zusammenhang mit unterschiedlichen Bauarten von Linearantrieben eingesetzt

werden und ist nicht wie beim Stand der Technik auf einen ganz bestimmten Antriebstyp beschränkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Positionserfassungseinrichtung ist insbesondere als Baueinheit mit dem Linearantrieb ausgeführt, wobei eine lösbare Zuordnung vorgesehen sein kann, die einen leichten Austausch gestattet und beispielsweise auch die Nachrüstung bestehender Linearantriebe ermöglicht. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Positionserfassungseinrichtung außen am Gehäuse des Linearantriebes angeordnet ist, wobei die Längsachsen des Linearantriebes und der Positionserfassungseinrichtung parallel zueinander verlaufen.

Als mit der Positionserfassungseinrichtung ausgestatteter Linearantrieb kommt insbesondere eine Bauart in Frage, bei der die Antriebskraft durch Fluidkraft aufgebracht wird. Es handelt sich insbesondere um einen durch Druckluft betätigbaren Linearantrieb.

Besonders vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung, bei der der Linearantrieb als kolbenstangenloser Linearantrieb ausgebildet ist, der über kompakte Längenabmessungen verfügt und bei dem die Kraftabgriffseinheit außen am Gehäuse in dessen Längsrichtung verstellbar angeordnet ist, so dass eine optimale Bewegungskopplung mit der seitlich am Gehäuse des Linearantriebes angeordneten Positionserfassungseinrichtung mög-

lieh ist. Der Linearantrieb kann insbesondere als sogenannter Schlitzzylinder ausgeführt sein, der im Innern seines Gehäuses einen Kolben aufweist, welcher über einen einen Längsschlitz des Gehäuses durchsetzenden Mitnehmer mit der auf gleicher axialer Höhe des Gehäuses platzierten Kraftabgriffseinheit gekoppelt ist.

In den Aktivierungsstrang der Positionserfassungseinrichtung ist zweckmäßigerweise ein Kopplungsschlitten eingegliedert, der relativ zum Gehäuse der Positionserfassungseinrichtung in deren Längsrichtung verschiebbar geführt ist und der zum Erhalt der gewünschten Bewegungskopplungen axial schlupffrei mit der Kraftabgriffseinheit des Linearantriebes verbunden ist. Zur Verbindung kann ein einfaches biegesteifes Jochteil eingesetzt werden.

Die zur Positionserfassung dienenden Maßnahmen sehen zweckmäßigerweise vor, dass eine der Umlenkrollen schlupffrei mit dem Aktivierungsstrang bewegungsgekoppelt ist, wobei die durch die Bewegung des Aktivierungsstranges hervorgerufene Drehbewegung der betreffenden Umlenkrolle durch eine die Aktivierungsmittel und die Sensormittel enthaltende Drehgebereinrichtung erfasst wird. Da der Aktivierungsstrang nicht zur Antriebseinrichtung eines fluidbetätigten Linearantriebes gehört und somit auch keinen besonderen Abdichtungsmaßnahmen unterliegt, kann er zum Erhalt einer schlupffreien Verbindung problemlos nach Art eines Zahnriemens ausgebildet sein, der mit der zugeordneten Umlenkrolle in Verzahnungseingriff steht.

Um einen einfachen Nullabgleich zu erhalten, kann der Aktivierungsstrang mit einem beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildeten Betätigungsglied versehen sein, das mit einem vorzugsweise am Gehäuse der Positionserfassungseinrichtung angeordneten Nullabgleichs-Sensor zusammenarbeiten kann, wobei der Nullabgleichs-Sensor zweckmäßigerweise in Längsrichtung der Positionserfassungseinrichtung verstellbar am Gehäuse der Positionserfassungseinrichtung fixiert ist.

Die Positionserfassungseinrichtung kann über ein Gehäuse verfügen, das einen den Aktivierungsstrang und die Umlenkrollen tragenden Grundkörper aufweist, über den die Positionserfassungseinrichtung beispielsweise am Gehäuse des Linearantriebes festgelegt werden kann und das zweckmäßigerweise auch zur Führung des Aktivierungsstranges dient.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1 eine bevorzugte Bauform eines Linearantriebes mit Positionserfassungseinrichtung der erfindungsgemäßen Art in einer Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil I aus Figur 3,

Figur 2 eine Draufsicht der Anordnung aus Figur 1 aus einem um 90° gedrehten Blickwinkel,

Figur 3 einen Querschnitt durch die Anordnung aus Figuren und 2 gemäß Schnittlinie III-III aus Figur 1, wobei die die Positionserfassungseinrichtung schneidende Schnittebene den in Figur 6 durch Schnittlinie II-II verdeutlichten Verlauf hat,

Figur 4 eine Einzeldarstellung der bei der Anordnung gemäß Figuren 1 bis 3 verwendeten Positionserfassungseinrichtung in perspektivischer Darstellung mit Blick gemäß Pfeil IV aus Figur 5,

Figur 5 die Positionserfassungseinrichtung aus Figur 4 in einer Darstellung mit zur Verdeutlichung des internen Aufbaus längsseits aufgebrochenem Gehäuse gemäß Schnittlinie V-V in wiederum perspektivischer Darstellung, und

Figur 6 die Anordnung aus Figur 5 in Seitenansicht gemäß Pfeil VI mit Blick auf die durch den Längsschnitt V-V offengelegte Gehäuselängsseite.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils ein zum Beispiel in der Handhabungstechnik einsetzbares Antriebssystem 1, das im wesentlichen aus einem Linearantrieb 2 und einer mit diesem kombinierten Positionserfassungseinrichtung 3 zusammengesetzt ist. Die Positionserfassungseinrichtung 3 ist in Einzeldarstellung nochmals in Figuren 4 bis 6 abgebildet.

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Obgleich der Linearantrieb 2 als elektrischer Linearantrieb ausgeführt sein könnte, erweist sich die Erfindung vor allem in Verbindung mit einem durch Fluidkraft betätigbaren Linearantrieb 2 besonders vorteilhaft, so dass das Ausführungsbeispiel auf Basis eines derartigen fluidbetätigten Linearantriebes 2 erläutert wird.

Der Linearantrieb 2 ist in sogenannter kolbenstangenloser Bauweise ausgeführt, was den Vorteil hat, dass seine Baulänge durch die Baulänge seines Gehäuses 4 definiert wird und auch im Betrieb nicht überschritten wird. Zur besseren Unterscheidung sei dieses Gehäuse 4 nachfolgend als "Antriebsgehäuse 4" bezeichnet.

Der Linearantrieb 2 hat eine längliche Erstreckung, wobei im Innern des Antriebsgehäuses 4 ein sich parallel zur Längsachse 5 erstreckender Antriebsraum 6 definiert wird, der einen in Längsrichtung verschiebbaren Kolben 7 enthält. Der Kolben 7 unterteilt den Antriebsraum 6 axial in zwei Arbeitskammern, die über nicht näher dargestellte Fluidkanäle wahlweise mit Druckmedium beaufschlagt oder entlüftet werden können, um den Kolben 7 zu einer Linearbewegung in Richtung der Längsachse 5 anzutreiben.

Außerhalb des Antriebsräumes 6 ist außen am Antriebsgehäuse 4 eine in ihrer Allgemeinheit mit Bezugsziffer 8 bezeichnete Kraftabgriffseinheit vorgesehen, die mit dem Kolben 7 axial schlupffrei bewegungsgekoppelt ist. Die Verbindung zum Kolben erfolgt über einen zum Beispiel stegartigen Mitnehmer 12, der

einen zur Außenfläche des Antriebsgehäuses 4 und zum Antriebsraum 6 hin offenen Längsschlitz 13 des Antriebsgehäuses 4 durchsetzt und sowohl an der Kraftabgriffseinheit 8 als auch am Kolben 7 angreift. Die durch Fluidbeaufschlagung hervorgerufene Linearbewegung des Kolbens 7 hat somit eine synchrone gleichgerichtete und in der Zeichnung durch Doppelpfeil verdeutlichte Antriebsbewegung 14 der Kraftabgriffseinheit 8 zur Folge.

Derartige Linearantriebe 2 werden üblicherweise als Schlitzzylinder bezeichnet, wobei sich an dieser Stelle eine nähere Beschreibung erübrigt, weil ihr Aufbau dem Fachmann als solches bekannt ist. Nur am Rande sei noch erwähnt, dass der Längsschlitz 13 üblicherweise von der dem Antriebsraum 6 zugewandten Innenseite her durch ein Dichtband 15 fluiddicht abgedichtet ist, wobei die Abdichtfunktion axial zu beiden Seiten des Kolbens 7 vorhanden ist, während das Dichtband 15 im Bereich des Kolbens 7 nach radial innen vom Längsschlitz 13 abgehoben ist, um den Durchgriff des Mitnehmers 12 zu gestatten.

Der Kolben 7 bildet zusammen mit dem Mitnehmer 12 und der Kraftabgriffseinheit 8 die Antriebseinrichtung 16 des Linearantriebes 2. Dabei ist die Kraftabgriffseinheit 8 vorgesehen, um einen Kraftabgriff zu ermöglichen, beispielsweise um ein anderes Bauteil zu bewegen. Die hierzu erforderliche Verbindung zwischen der Kraftabgriffseinheit 8 und dem zu bewegenden Bauteil ermöglichen an der Kraftabgriffseinheit 8 vorge-

sehen Befestigungsmittel 19, beispielsweise in Gestalt hinterschnittener Befestigungsnuten.

Eine Besonderheit der Kraftabgriffseinheit 8 besteht darin, dass sie über einen Bestandteil verfügt, der die Funktion eines Führungsschlittens 17 übernimmt, über den sie unter Zwischenschaltung einer Linearführung 18 außen am Gehäuse 4 in dessen Längsrichtung verschiebbar geführt und dabei in Querrichtung abgestützt ist. Durch die Interaktion zwischen der Kraftabgriffseinheit 8 und dem zu bewegenden Bauteil entstehende Reaktionskräfte werden auf diese Weise in das Antriebsgehäuse 4 eingeleitet und vom Kolben 7 fern gehalten, so dass dessen Verschleiß reduziert ist.

Die Linearführung 18 enthält beim Ausführungsbeispiel eine an der Außenfläche des Antriebsgehäuses 4 befestigte Führungsschiene 22, die mit sie auf entgegengesetzten Längsseiten flankierenden Führungseinheiten 23 zusammenarbeitet, die am Führungsschlitten 17 angeordnet sind. Durch die Linearführung 18 kann wahlweise eine Gleitführung oder eine Wälzführung realisiert werden.

Die Positionserfassungseinrichtung 3 ist vorzugsweise als Baueinheit mit dem Linearantrieb 2 ausgeführt, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Positionserfassungseinrichtung 3 von dem in der Regel voluminöseren linearantrieb 2 lösbar getragen wird.

Die Positionserfassungseinrichtung 3 hat eine längliche, insbesondere leistenförmige Gestalt, wobei sie über ein vom Antriebsgehäuse 4 unabhängiges, eigenständiges Gehäuse 24 verfügt, über das sie beim Ausführungsbeispiel außen am Antriebsgehäuse 4 lösbar befestigt ist. Die Ausrichtung ist so getroffen, dass die Längsachse 5 des Linearantriebes 2 und die Längsachse 25 der Positionserfassungseinrichtung 3 parallel zueinander verlaufen.

Wie aus Figur 3 hervorgeht kann die Befestigung des Gehäuses 24 am Antriebsgehäuse 4 unter Zwischenschaltung eines zum Beispiel plattenförmigen Adapterteils 26 erfolgen, das über an das jeweilige Gehäuse 4, 24 angepasste unterschiedliche Schnittstellen verfügt. So kann die eine Schnittstelle beispielsweise über Verankerungsmittel verfügen, die eine lösbare Verankerung in einer oder mehreren außen am Antriebsgehäuse 4 vorgesehenen, längs verlaufenden Verankerungsnuten 27 gestattet. Die Verankerungsmittel können beispielsweise nach Art von Nutensteinen ausgebildet sein.

Wie insbesondere auch aus Figuren 4 bis 6 hervorgeht, verfügt die Positionserfassungseinrichtung 3 über einen beim Ausführungsbeispiel bandförmigen, nach Art eines Zahnriemens ausgebildeten biegeflexiblen und zugleich zugfesten Strang, der als Aktivierungsstrang 28 bezeichnet sei und der um zwei zueinander beabstandete Umlenkrollen 32a, 32b herumgeschlungen ist. Die Umlenkrollen 32a, 32b sind mit zueinander parallelen Drehachsen 33a, 33b am Gehäuse 24 der Positionserfassungseinrichtung 3 drehgelagert, wobei sie jeweils einem stirnseiti-

gen Endbereich 31a, 31b dieses Gehäuses 24 zugeordnet sind und rechtwinkelig zur Längsachse 25 verlaufen. Der Aktivierungsstrang 28 hat somit zwei zueinander parallele Strangtrume 34, 35, die jeweils parallel zur Längsachse 25 zwischen den Umlenkrollen 32a, 32b verlaufen.

In den Aktivierungsstrang 28 ist im Bereich des in der Zeichnung oben liegenden Strangtrumes 34 ein Kopplungsschlitten 3 6 eingegliedert, der eine als Erfassungsbewegung 27 bezeichnete Linearbewegung ausführen kann, die zu der Antriebsbewegung 14 der Kraftabgriffseinheit 8 parallel verläuft. Im Rahmen dieser Erfassungsbewegung 37 bewegt sich der Kopplungsschlitten 36 zwischen seinen den beiden Endabschnitten 31a, 31b zugeordneten Endlagen, wobei durch die feste Verbindung mit dem Aktivierungsstrang 28 letzterer gleichzeitig zu einer durch Pfeile verdeutlichten Umlaufbewegung 3 8 um die Umlenkrollen 32a, 32b in der einen oder anderen Richtung veranlasst wird.

Der Kopplungsschlitten 36 repräsentiert beim Ausführungsbeispiel gleichzeitig das Verschlussglied für den Aktivierungsstrang 28. Hierzu kann der Kopplungsschlitten 36 wie abgebildet in zumindest zwei Schlittenelemente 42a, 42b unterteilt sein, an denen jeweils ein Endabschnitt 43a, 43b des vor der Montage nicht geschlossenen Aktivierungsstranges 28 befestigt ist und die durch Verbindungsmittel 44 unter gleichzeitigem Schließen des Aktivierungsstranges 28 fest miteinander verbindbar sind. Dabei kann durch die Verbindungsmittel 44 gleichzeitig die Vorspannung des Aktivierungsstranges 28 vorgegeben werden.

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Der Aktivierungsstrang 28 ist ersichtlich gesondert von der Antriebseinrichtung 16 des Linearantriebes 2 ausgebildet. Er leistet keinerlei Beitrag für die Kraftübertragung zwischen dem Kolben 7 und der Kraftabgriffseinheit 8. Allerdings wird er bei der Ausführung einer Antriebsbewegung 14 zu einer Umlauf bewegung 3 8 veranlasst, da er unter Vermittlung des Kopplungsschlittens 3 6 in entsprechender Weise mit der Kraftabgriff seinheit 8 bewegungsgekoppelt ist. Die Antriebsbewegung 14 der Kraftabgriffseinheit 8 ruft also synchron die Erfassungsbewegung 3 7 des Kopplungsschlittens 3 6 hervor, die, je nach Bewegungsrichtung, die entsprechend gerichtete Umlaufbewegung 38 des Aktivierungsstranges 28 zur Folge hat.

Die Bewegungskopplung zwischen der Kraftabgriffseinheit 8 und den Kopplungsschlitten 36 ist in der gemeinsamen Bewegungsrichtung schlupffrei ausgeführt, so dass beim Ausführungsbeispiel eine axial schlupf- und spielfreie Verbindung vorliegt. Erreicht wird dies durch ein sich zwischen der Kraftabgriffseinheit und dem Kopplungsschlitten 3 6 erstreckendes und beispielsweise jochartig ausgebildetes Kupplungsglied 45, das an den beiden vorerwähnten Komponenten befestigt ist und das in der Richtung der Antriebsbewegung 14 bzw. der Erfässungsbewegung 37 starr und verwindungssteif ausgebildet ist.

Für die Verbindung ist wichtig, dass die Antriebsbewegung 14 spiel- und schlupffrei unmittelbar eine synchrone Erfassungsbewegung 37 des Kopplungsschlittens 36 hervorruft. Dabei können die Verbindungsstellen zwischen dem Kupplungsglied 45 und

einerseits der Kraftabgriffseinheit 8 sowie andererseits dem Kopplungsschlitten 3 6 prinzipiell so ausgeführt sein, dass nur in der erwähnten Richtung eine Kraftübertragung möglich ist, rechtwinkelig dazu jedoch Freiheitsgrade bestehen, die bei montagebedingter Unparallelität von Linearantrieb 2 und Positionserfassungseinrichtung 3 einen selbsttätigen Fluchtungsfehlerausgleich bewirken.

Zumindest eine der beiden Umlenkrollen 32a, 32b ist mit dem Aktivierungsstrang 2 8 schlupffrei bewegungsgekoppelt und sei nachfolgend der besseren Unterscheidung wegen als "Aktivierungsrolle" bezeichnet. Sie ist maßgeblich bei der Positionserfassung beteiligt. Beim Ausführungsbeispiel bildet die in Figuren 4 bis 6 dem linken Endabschnitt 31a zugeordnete Umlenkrolle 32a die Aktivierungsrolle, während die andere, zweite Umlenkrolle 32b lediglich zur Umlenkung dient und keine Zusatzaufgabe übernimmt.

Die schlupffreie Verbindung wird beim Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass der Aktivierungsstrang 28 als Zahnriemen ausgebildet ist, der an seiner Innenfläche eine in der Zeichnung nur partiell angedeutete zahnstangenartige Verzahnung 46 trägt, die mit einer Umfangsverzahnung 47 der Aktivierungsrolle 32a in Verzahnungseingriff steht. Somit wird die Aktivierungsrolle 32a bei einer UmIaufbewegung 3 8 des Aktivierungsstranges 28 direkt zu einer entsprechend gerichteten Drehbewegung um die zugeordnete Drehachse 33a angetrieben.

Die Aktivierungsrolle 32a ist koaxial mit einem zweckmäßigerweise scheibenartigen Aktivierungsmittelträger 48 bestückt, der die hervorgerufene Drehbewegung der Aktivierungsrolle 32a mitmacht. Er verfügt über eine Vielzahl inkrementell in Drehrichtung aufeinanderfolgend angeordnete magnetisierte Abschnitte 49, von denen unmittelbar aufeinanderfolgende Abschnitte 49 unterschiedlich polarisiert sind und die in ihrer Gesamtheit als Aktivierungsmittel 53 bezeichnet seien. Die Aktivierungsmittel 53 könnten auch als ferritische Abschnitte ausgebildet sein. Bei einer Rotation der Aktivierungsrolle 32a führen somit die Aktivierungsmittel 53 eine durch Pfeile angedeutete Aktivierungsbewegung 54 um die Drehachse 33a aus, deren Bewegungsrichtung von der momentanen Richtung der Umlaufbewegung 38 des Aktivierungsstranges 28 abhängt. Diese Aktivierungsbewegung 54 ist durch Sensormittel 55 erfassbar, die neben der Bewegungsbahn der Aktivierungsmittel 53 angeordnet sind und an denen die Aktivierungsmittel 53 bei ihrer Aktivierungsbewegung 54 vorbeilaufen.

Bevorzugt bilden auf diese Weise die Aktivierungsmittel 53 zusammen mit den insbesondere von einem sogenannten Encoder gebildeten Sensormitteln 55 eine allgemein mit Bezugsziffer 56 bezeichnete Drehgebereinrichtung, mit der die aktuelle Position des Kopplungsschlittens 36 und somit der Kraftabgriff seinheit 8 ermittelt werden kann.

Bevorzugt kommt dabei ein Funktionsprinzip zur Anwendung, bei dem durch die inkremental strukturierten Maßverkörperungen in Verbindung mit einer hierfür abgestimmten Grundsensorik immer

ein mehr oder weniger mathematisch korrektes Sinus/Cosinus-Signal (2 Kanäle) generiert wird. In eine nachgeschaltete Auswerteelektronik implementierte mathematische Auswerte- und Feininterpolationsverfahren erzeugen, in Abhängigkeit vom Weg, einen linearen Zusammenhang zu diesen Sinus/Cosinus-Signalen, und zwar mit einer definierten Auflösung. Jeder der beiden Kanäle gibt dann seine Auflösungsinkremente im Wechsel durch steigende und fallende Signalflanken aus, welche durch einen nachfolgenden Zählerbaustein gezählt werden können.

Die Drehgebereinrichtung 56 kann, muss jedoch nicht zwingend die Impulse zählen. Es ist auch möglich, dass das Meßsystem mit dem Sinus/Cosinus-Rohsignal abschließt und der weitere signalverarbeitende Teil erst anschließend erfolgt.

Der Aktivierungsmittelträger 48 könnte auch als Inkrementalscheibe bezeichnet werden und ist jedenfalls ein inkremental aufgebauter Körper mit auswertbaren bzw. abtastbaren Inkrementen, die beim Ausführungsbeispiel von magnetisierten Abschnitten 49 gebildet sind, bei denen es sich aber beispielsweise auch um Markierungen oder Durchbrechungen handeln kann, die von als Abtaster arbeitenden Sensormitteln 55 geeigneter Bauart erfasst werden können. So könnte der Aktivierungsmittelträger als Bestandteil eines optischen Encoders beispielsweise als Lochscheibe ausgeführt sein, die direkt auf einer drehenden Welle sitzen kann und die zweckmäßigerweise zum übrigen Meßsystem und zur Umgebung abgedichtet ist. Als Aktivierungsmittel 53 können auch in Umfangsrichtung des Aktivierungsmittelträgers 48 ferritisch inkremental angeordnete

Strukturen vorgesehen sein, die von magnetfeldempfindlichen, magnetisch vorgespannten Sensormitteln abgetastet werden.

Jedenfalls sind die Aktivierungsmittel über den schlupffreien Verzahnungseingriff unmittelbar mit dem Aktivierungsstrang bewegungsgekoppelt. Bei einer UmIaufbewegung 38 des Aktivierungsstranges 28 wird der Aktivierungsmittelträger 48 in Rotation versetzt, was mit Hilfe der abtastbaren Inkremente des inkremental strukturierten und vorzugsweise ringförmigen Aktivierungsmittelträgers 4 8 von den als Abtaster bzw. Encoder ausgeführten Sensormitteln 55 erfasst wird. Über nicht näher dargestellte elektrische Leiter, beispielsweise in Kabelform, gelangen von den Sensormitteln 55 hervorgerufene Impulssignale oder sonstige verwertbare Messsignale zu einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit, die anhand der gezählten Inkremente oder Impulse unter Berücksichtigung einer zuvor definierten Nullstellung der Kraftabgriffseinheit 8 die momentane Position derselben längs des Antriebsgehäuses 4 ermitteln kann.

Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist der Aktivierungsmittelträger 48 unmittelbar von der Aktivierungsrolle 32a gebildet.

Zur Erfassung der erwähnten Nullstellung ist der Aktivierungsstrang 28 mit einem beim Ausführungsbeispiel von einem Permanentmagnet gebildeten Betätigungsglied 57 ausgestattet, das zum Nullabgleich mit einem Nullabgleichs-Sensor 58 zusammenarbeitet, der neben der Bewegungsbahn des Betätigungsglie-

des 57 am Gehäuse 24 der Positionserfassungseinrichtung 3 fixiert ist. Zweckmäßigerweise ist das Betätigungsglied 57 am Kopplungsschlitten 36 angeordnet und der Nullabgleichs-Sensor 58 befindet sich neben der durch die Erfassungsbewegung 38 des Kopplungsschlittens 3 6 definierten linearen Bewegungsbahn des Betätigungsgliedes 57.

Die Anordnung kann so getroffen werden, dass die Drehgebereinrichtung 56 mehrere wellenförmige, phasenverschobene Signale mit aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen erzeugt. Wird der Nullabgleichs-Sensor 58 vom Betätigungsglied 57 überfahren, kann der nächste Nulldurchgang als relative Nullstellung gesetzt werden, auf die die Positionserfassung aufbaut und somit bei dem Nullabgleich die volle Wiederholgenauigkeit des Systems genutzt werden.

Um eine hohe Variabilität und Genauigkeit zu erreichen, ist der Nullabgleichssensor 58 beim Ausführungsbeispiel in der Richtung der Erfassungsbewegung 37 verstellbar und in gewünschten Stellungen positionierbar angeordnet. Zu diesem Zweck sitzt er beim Ausführungsbeispiel in einer von außen her zugänglichen Längsnut 62 des Gehäuses 24 der Positionserfassungseinrichtung 3. Die axiale Verstellmöglichkeit gestattet unter anderem auch dann eine optimale Platzierung, wenn das Betätigungsglied 57 aufgrund entsprechender Hubbegrenzungsvorgaben der Kraftabgriffseinheit 8 nur einen Teilbereich des zwischen den beiden Endlagen definierten maximalen Hubbereiches überstreicht.

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Das Gehäuse 24 der Positionserfassungseinrichtung 3 enthält einen sich über die gesamte Baulänge erstreckenden Grundkörper 63, an dem die Umlenkrollen 32a, 32b gelagert sind und der somit auch den Aktivierungsstrang 28 trägt. Über diesen Grundkörper 63 ist die Positionserfassungseinrichtung 3 am Linearantrieb 2 befestigt.

Der Grundkörper 63 ist zweckmäßigerweise einteilig ausgeführt und insbesondere von einem Strangpreßprofilteil gebildet. In Figuren 5 und 6 ist der Grundkörper 63 aus Gründen der Übersichtlichkeit im Längsschnitt gezeigt, wobei der vor der Schnittebene liegende Bestandteil nicht dargestellt ist.

Der Grundkörper 63 verfügt an den axialen Endbereichen über quer verlaufende Lageraufnahmen 70a, 70b, die insbesondere zylindrisch konturiert sind und in denen jeweils ein Drehlager 71a, 71b zur drehgelagerten Aufnahme einer die jeweilige Drehachse 33a, 33b definierenden Welle 72a, 72b vorgesehen ist. Die Wellen 72a, 72b sind mit ihrem einen Ende im zugeordneten Drehlager 71a, 71b drehbar aufgenommen und tragen am entgegengesetzten Ende in drehfester Weise den insbesondere ringförmig ausgebildeten Aktivierungsmittelträger 48. Wie aus Figuren 1 und 4 hervorgeht, sind die Lageraufnahmen 70a, 70b zu derjenigen Längsseite des Grundkörpers 63 hin offen, die bei am Gehäuse 4 des Linearantriebes 2 montiertem Zustand diesem Gehäuse 4 entgegengesetzt ist. Daher sind gemäß Figur l die Drehlager 71a, 71b bei montierter Positionserfassungseinrichtung 3 sichtbar.

Die den Nullabgleichs-Sensor 58 enthaltende Längsnut 62 ist an derjenigen Längsseite des Grundkörpers 63 vorgesehen, zu der die Lageraufnahmen 70a, 70b offen sind und die bei montierter Positionserfassungseinrichtung 3 dem Gehäuse 4 des Linearantriebes 2 abgewandt ist.

Um eine hohe Messgenauigkeit zu erzielen, ist der Kopplungsschlitten 3 6 exakt linear verschiebbar am Gehäuse 24 der Positionserfassungseinrichtung 3 geführt. Er sitzt zu diesem Zweck mit einem Führungsabschnitt 65 in einer sich in Längsrichtung erstreckenden Führungsausnehmung 66 im Innern des Grundkörpers 63, und lediglich ein zur Verbindung mit dem Kupplungsglied 45 dienender Kopplungsabschnitt 67 ragt längsseits aus dem Gehäuse 24 heraus.

Der Aktivierungsstrang 28 ist im Bereich seiner beiden Strangtrume 34, 35 im Innern des Grundkörpers 63 geführt. Zu diesem Zweck enthält der Grundkörper 3 zwei zueinander parallele Führungskanäle 73, 74, die parallel zur Längsachse 25 verlaufen und durch die jeweils einer der Strangtrume 34, hindurchläuft. Dabei können die Strangtrume 34, 35 in der zu den Drehachsen 33a, 33b rechtwinkeligen Umlaufebene des Aktivierungsstranges 2 8 von Führungsflächen des Grundkörpers 3 abgestützt sein. Aufgrund der bevorzugten einstückigen Ausgestaltung des Grundkörpers 63 mit beim Strangpressen eingearbeiteten Führungskanälen 73, 74 kann eine sehr hohe Führungsgenauigkeit und Querabstützung der beiden Strangtrume 34, 35 gewährleistet werden.

Bei der Herstellung der Positionserfassungseinrichtung 3 kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass zunächst der Grundkörper 63 als extrudiertes Profilteil hergestellt wird, wonach beidseitig in dieses Profilteil Aufnahmen für die Umlenkrollen 32a, 32b und die beispielsweise von einem Sensorkopf gebildeten Sensormittel 55 eingefräst werden. Anschließend werden die als Lagersitze fungierenden Lageraufnahmen 70a, 70b auf der der Längsnut 62 zugewandten Seite bearbeitet. Danach erfolgt das Einpressen der Drehlager 7la, 71b, worauf der beispielsweise als Zahnriemen ausgeführte Aktivierungsstrang 28 in die beiden Führungskanäle 73, 74 eingeführt wird. Es werden dann die beiden als Schloßhälften fungierenden Schlittenelemente 42a, 42b an den beiden Enden des Aktivierungsstranges 28 vormontiert und anschließend in die Führung saus nehmung 66 eingeführt. Daraufhin werden die Umlenkrollen 32a, 32b montiert und der Aktivierungsstrang 28 durch Verbinden der Schlittenelemente 42a, 42b geschlossen. Hieran schließt sich dann die Endmontage an.

In Figur 4 ist dargestellt, dass der Grundkörper 63 stirnseitig mit Abdeckungen 75a, 75b versehen werden kann. Dies ist jedoch nicht zwingend und man wird vorzugsweise aus Kostengründen auf derartige Abdeckungen verzichten, so dass das Gehäuse 24 insgesamt nur aus dem Grundkörper 63 besteht.

Um ein Eindringen von Verunreinigungen zu vermeiden, ist am Gehäuse 24 noch eine Abdeckung 69 angeordnet, die sich haubenartig über die schlitzartige Öffnung 68 erstreckt und

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zugleich einen zur Umgebung hin abgeschirmten Innenraum definiert, in dem der Kopplungsabschnitt 67 entlang bewegt wird.

Claims

1. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung, wobei der Linearantrieb (2) eine Antriebseinrichtung (16) mit einer zu einer Linearbewegung antreibbaren und einen Kraftabgriff ermöglichenden Kraftabgriffseinheit (8) aufweist und wobei die Positionserfassungseinrichtung (3) einen von der Antriebseinrichtung (16) des Linearantriebes (2) gesonderten, um Umlenkrollen (32a, 32b) geführten Aktivierungsstrang (28) aufweist, der mit der Kraftabgriffseinheit (8) derart bewegungsgekoppelt ist, dass er durch deren Linearbewegung zu einer Umlaufbewegung (38) um die Umlenkrollen (32a, 32b) antreibbar ist, wobei der Aktivierungsstrang (28) mit Aktivierungsmitteln (53) bewegungsgekoppelt ist, die bei der Umlaufbewegung (38) des Aktivierungsstranges (28) zu einer Aktivierungsbewegung (54) veranlasst werden, welche von Sensormitteln (55) der Positionserfassungseinrichtung (3) erfasst werden kann.

2. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (3) als Baueinheit mit dem Linearantrieb (2) ausgeführt ist.

3. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (3) außen am Gehäuse (4) des Linearantriebes (2) angeordnet ist, wobei die Längsachsen (5, 25) des Linearantriebes (2) und der Positionserfassungseinrichtung (3) parallel zueinander verlaufen.

4. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (3) in mindestens einer außen am Gehäuse (4) des Linearantriebes (2) vorgesehenen, längs verlaufenden Verankerungsnut (27) fixiert ist.

5. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) in durch Fluidkraft betätigbarer Bauart ausgebildet ist.

6. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (2) kolbenstangenlos ausgebildet ist, wobei die Kraftabgriffseinheit (8) außerhalb des Gehäuses (4) des Linearantriebes (2) in dessen Längsrichtung verstellbar angeordnet ist und mit einem im Innern des Gehäuses (4) des Linearantriebes (2) angeordneten verschiebbaren und fluidbeaufschlagbaren Kolben (7) axial bewegungsgekoppelt ist.

7. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegungskopplung von Kraftabgriffseinheit (8) und Kolben (7) ein einen Längsschlitz (13) des Gehäuses (4) des Linearantriebes (2) durchsetzender Mitnehmer (12) vorgesehen ist.

8. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftabgriffseinheit (8) einen außen am Gehäuse (4) des Linearantriebes (2) in dessen Längsrichtung verstellbar geführten Führungsschlitten (17) enthält.

9. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsstrang (28) mit einem bezüglich dem Gehäuse (24) der Positionserfassungseinrichtung (3) in deren Längsrichtung verstellbar geführten Kopplungsschlitten (36) versehen ist, der mit der Kraftabgriffseinheit (8) des Linearantriebes (2) in der gemeinsamen Bewegungsrichtung schlupffrei bewegungsgekoppelt ist.

10. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsstrang (28) bandförmig ausgebildet ist.

11. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsstrang (28) nach Art eines Zahnriemens ausgebildet ist.

12. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Umlenkrollen (32a, 32b) schlupffrei mit dem Aktivierungsstrang (28) bewegungsgekoppelt ist, wobei die durch die Bewegung des Aktivierungsstranges (28) hervorgerufene Drehbewegung der betreffenden Umlenkrolle (32a) durch eine die Aktivierungsmittel (53) und die Sensormittel (55) enthaltenden Drehgebereinrichtung (56) erfasst wird.

13. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgebereinrichtung (56) einen drehfest mit der Umlenkrolle (32a) verbundenen oder unmittelbar von der Umlenkrolle (32a) gebildeten drehbaren Aktivierungsmittelträger (48) aufweist, der über inkrementell in Drehrichtung verteilte Aktivierungsmittel (53) verfügt, die von den benachbart platzierten Sensormitteln (55) abtastbar sind.

14. Linearantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsmittel (53) von magnetisierten Abschnitten (49) gebildet sind.

15. Linearantrieb nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsmittel (53) von in Drehrichtung ferritisch inkremental angeordneten Strukturen gebildet sind, die mit magnetfeldempfindlichen, magnetisch vorgespannten Sensormitteln zusammenarbeiten.

16. Linearantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsmittelträge (48) als Lochscheibe ausgeführt ist und zu einem optischen Encoder gehört.

17. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein fest mit dem Aktivierungsstrang (28) verbundenes und insbesondere von einem Permanentmagnet gebildetes Betätigungsglied (57) vorhanden ist, das zum Nullabgleich mit einem Nullabgleichs-Sensor (58) zusammenarbeiten kann, der neben der Bewegungsbahn des Betätigungsgliedes (57) platziert ist und der zweckmäßigerweise in der Längsrichtung der Positionserfassungseinrichtung (3) verstellbar und an der gewünschten Stelle positionierbar ist.

18. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (3) ein Gehäuse (24) enthält, das einen die Umlenkrollen (32a, 32b) mit dem Aktivierungsstrang (28) tragenden Grundkörper (63) aufweist und vorzugsweise von diesem gebildet ist.

19. Linearantrieb mit Positionserfassungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (63) Führungskanäle (73, 74) zur Führung der Strangtrume (34, 35) des Aktivierungsstranges (28) und/oder eine Führungsausnehmung (66) zur Führung des ggf. vorhandenen Kopplungsschlittens (36) ausgebildet sind.