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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhöhen der
Betätigungskraft
eines Winkelgebers, der ein drehbar gelagertes und von außerhalb
eines Gehäuses
betätigbares
Geberelement aufweist, das mittels einer Rasteinrichtung in vorgebbaren
und ineinander überführbaren
Winkelpositionen rastbar ist.
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Derartige
Winkelgeber sind beispielsweise aus der
DE 32 24 386 A1 ,
DE 39 42 811 A1 ,
DE 43 11 496 A1 ,
DE 196 27 089 C1 und
DE 196 35 193 A1 bekannt.
Die dort gezeigten Winkelgeber zeigen unterschiedliche Ausführungsformen
der Rasteinrichtung, die dort jeweils magnetisch und berührungslos wirken.
Diesbezüglich
und auch im Hinblick auf den sonstigen Aufbau der Winkelgeber, einschließlich der Umwandlung
der Bewegung in eine elektrisches Signal, nimmt die vorliegende
Anmeldung Bezug auf diesen Stand der Technik. Darüber hinaus
kann das Umsetzen der Bewegung in ein dem entsprechenden Winkel-
oder Längenbetrag
entsprechendes elektrisches Signal auf beliebige bekannte Weise
erfolgen.
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Entsprechendes
gilt für
die Rasteinrichtung, die anstelle einer berührungslos magnetisch wirkenden
Einrichtung beispielsweise auch durch ein federkraftbelastetes Reibschlußelement
oder auf sonstige Weise realisiert werden kann.
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Bei
den bekannten Winkelgebern, insbesondere bei denen mit einer magnetischen
Rasteinrichtung, ist die erforderliche Betätigungskraft beim Überführen aus
einer ersten in eine zweite Winkelposition zunächst sehr hoch, um das Geberelement
aus der ersten Rastposition herauszuführen. Dabei besteht die Gefahr,
dass die Betätigungskraft
im weiteren Verlauf der Betätigung
nicht ausreichend reduziert wird, so dass sich das Geberelement über die gewünschte zweite
Winkelposition hinaus bewegt und der Winkelgeber somit ein nicht
gewünschtes elektrisches
Signal abgibt. Um dem entgegenzuwirken, kann die von der Rastwirkung
aufgebrachte Kraft reduziert werden. Dabei besteht jedoch die Gefahr,
dass der Winkelgeber ungewünscht
oder unbeabsichtigt betätigbar
ist.
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Aus
der
AT 25 10 82 B ist
ein stufenlos betätigbarer
Drehschalter mit einem Drehknopf zum Verändern der Winkellage einer
oder mehrerer Kontaktstellen bekannt. Bei der bekannten Lösung lässt sich die
Vorspannung einer Well- oder Tellerfeder, die eine Reibung von einem
scheibenförmigen
Einstellknopf gegenüber
einer festen Gehäusescheibe
des Drehschalters hervorruft, mittels eines Gewinderinges einstellen.
Somit lässt
sieh bei dieser Lösung
die Drehbewegung des Einstellknopfes mit einer vorbestimmten, einstellbaren
Kraft hemmen, die bei Verstellung des Knopfes erst überwunden
werden muss.
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Aus
der
DE 81 34 937 U1 ist
eine Bremseinrichtung bekannt, mit der die freie Drehbarkeit eines Drehknopfes
gehemmt wird, mit dem über
einen Seilzug die Messpinole eines Messtasters verschiebbar ist.
Ein nach außerhalb
des Gehäuses
ragender Endabsatz ist innerhalb des Gehäuses drehfest mit einer in
dem Gehäuse
des Messtasters endenden Stellwelle verbunden. Ein Abschnitt des
Endabsatzes bildet innerhalb des Gehäuses einstückig eine Bremsscheibe aus,
die einen Reibbelag aufweist, der mittels einer Wellfeder in Anlage
an einem innerhalb des Gehäuses
angeordneten Lagerbock gehalten ist und dadurch eine die Drehbewegung
der Stellwelle hemmende Reibkraft ausübt.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Erhöhen der
Betätigungskraft des
Winkelgebers sowie einen entsprechenden Winkelgeber bereitzustellen,
durch den die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere
soll die Erfindung gewährleisten,
dass der Winkelgeber bediensicher jeweils in die gewünschte Winkelposition überführbar ist.
Insbesondere soll die Vorrichtung kostengünstig herstellbar und einfach montierbar
sein, vorzugsweise auch an installierten Winkelgebern nachrüstbar sein.
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Das
Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung sowie
durch den im Anspruch 9 bestimmten Winkelgeber gelöst. Besondere
Ausführungsarten
sind in den Unteransprüchen
bestimmt.
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Das
Reibelement bewirkt vorzugsweise einen Reibschluss zwischen sich
und dem feststehenden Teil oder dem mit dem Geberelement in Wirkverbindung
stehenden Anlageelement, das vorzugsweise drehfest mit dem Geberelement
verbunden ist. Grundsätzlich
kommt auch eine einstückige
Ausbildung des Geberelements und des Anlageelements in Betracht,
allerdings ist insbesondere im Hinblick auf die Nachrüstbarkeit
der Vorrichtung an installierten Winkelgebern eine separate Ausführung dieser
Elemente vorzuziehen. Der gegenüber
dem Geberelement feststehende Teil kann beispielsweise durch das
Gehäuse
des Winkelgebers, ein Gehäuseflansch oder
einer Gehäusewand
der Anlage oder des Bedienpults, an dem der Winkelgeber montiert
ist, gebildet sein. Ein typisches Einsatzgebiet derartiger Winkelgeber
sind Fertigungsmaschinen, Werkzeugmaschinen oder Transport- und
Positioniereinrichtungen.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung übt
das Reibelement zu Beginn des Überführens von
einer ersten Winkelposition in eine zweite Winkelposition zunächst Haftreibungskräfte und
anschließend
demgegenüber
geringere Gleit- oder Rollreibungskräfte aus, die jeweils der Relativbewegung
zwischen Geberelement und dem feststehenden Teil entgegenwirken.
Dadurch ist auf ergonomisch günstige
und konstruktiv einfache Weise gewährleistet, dass der Winkelgeber
in die jeweils gewünschte
zweite Winkelposition sicher überführbar ist,
ohne dass es zu fehlerhaften Ausgangssignalen des Winkelgebers kommt.
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Erfindungsgemäß tritt
eine Geberwelle aus dem Gehäuse
des Winkelgebers aus und ist von außerhalb des Gehäuses betätigbar,
beispielsweise mittels eines aufsetzbaren Handrades mit einer Winkelskala.
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Das
Anlageelement für
das Reibelement ist an der Geberwelle festlegbar, vorzugsweise mittels eines
Festlegeelements lösbar
festlegbar. Dadurch ist die Vorrichtung nicht nur besonders einfach
an einen Winkelgeber anzubringen, sondern auch einfach an installierten
Winkelgebern nachrüstbar.
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In
einer besonderen Ausführungsart
begrenzen das Anlageelement und der gegenüber dem Geberelement feststehende
Teil einen Aufnahmeraum für
das Reibelement. Eine weitere Begrenzung des Aufnahmeraums kann
durch die Geberwelle gebildet sein. Der Aufnahmeraum ist vorzugsweise nicht
vollständig
geschlossen, insbesondere um das Volumen des Ausnahmeraums variabel
und vorzugsweise auch bei montierter Vorrichtung einstellbar auszuführen. Vorzugsweise
kann der Aufnahmeraum mittels eines Einstellelements einstellbar
sein, wodurch die vom Reibelement ausgehenden Reibungskräfte und
damit die Betätigungskraft
des Winkelgebers einstellbar ist. Beispielsweise kann das Reibelement
aus einem elastisch verformbaren Kunststoff bestehen, der bei Verkleinerung
des Aufnahmeraums stärker
verformt wird und dadurch höhere Reibkräfte bereitstellt.
Im einfachsten Ausführungsbeispiel
besteht das Reibelement aus einem Ring mit vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt,
und kann beispielsweise durch einen handelsüblichen Kunststoff-Dichtring
gebildet sein. Der Werkstoff des Reibelements kann entsprechend
der gewünschten
Reibkoeffizienten und/oder der Einsatzbedingungen gewählt werden,
beispielsweise hinsichtlich der Werkstoffe, an denen das Reibelement
in Anlage ist, Temperatur, Feuchtigkeit, Aggressivität der umgebenden Atmosphäre usw..
Weiterhin ist es möglich,
jedenfalls an den Anlageflächen
des Reibelements ein Gleitmittel aufzubringen, beispielsweise ein
Gleitfett oder Gleitöl,
um den Reibkoeffizienten herabzusetzen.
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In
einer besonderen Ausführungsart
ist das Anlageelement ebenfalls ringförmig ausgebildet und auf die
Geberwelle aufschiebbar. Das Anlageelement und/oder Reibelement
ist vorzugsweise außerhalb des
Gehäuses
angeordnet. Das Anlageelement kann mittels eines Schraubmittels,
insbesondere eines Gewindestiftes, an der mit dem Geberelement vorzugsweise
drehfest verbundenen Geberwelle festlegbar sein.
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In
einer besonderen Ausführungsart
weist die Geberwelle einen radialen Einstich oder eine Ringnut auf,
die eine schräg
zur Längsachse
der Geberwelle verlaufende Wand bildet. Dadurch, dass das Schraubmittel
in Anlage an diese Wand bringbar ist und durch Einschrauben des
Schraubmittels die axiale Position des Anlagemittels in Bezug auf
die Geberwelle einstellbar ist, ist der Aufnahmeraum für das Reibelelement
einstellbar und damit die vom Reibelement ausgehenden Reibungskräfte bzw.
die Betätigungskraft
des Winkelgebers einstellbar. Die schräg verlaufende Wand schließt dabei
mit der Längsachse der
Geberwelle einen Winkel von weniger als 45° ein und/oder mit der Anlagefläche des
Reibelements an den feststehenden Teil einen Winkel von weniger
als 90°,
vorzugsweise zwischen 45° und
90°.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Winkelgeber mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Erhöhen
der Betätigungskraft.
Dabei ist durchaus möglich,
dass die Vorrichtung von vornherein an den Winkelgeber montiert
ist.
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Dadurch,
dass die Vorrichtung lösbar
an den Winkelgeber festlegbar ist, ist aber auch in vorteilhafter
Weise eine Nachrüstung
installierter Winkelgeber problemlos und mit geringem Montageaufwand
möglich.
Im vollständig
montierten Zustand ist die Vorrichtung durch das auf die Geberwelle
lösbar
aufgesetzte Handrad vorzugsweise abgedeckt. Soweit gemäß der besonderen
Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Betätigungskraft
des Winkelgebers einstellbar erhöhbar
ist, kann das Handrad eine Zugangsöffnung für den Zugang zum Einstellelement
aufweisen und/oder von der Geberwelle abgenommen werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für sich
oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt
einen schematisch dargestellten Winkelgeber mit einem ersten Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung
einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Querschnitt.
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Die 1 zeigt
die Seitenansicht eines Winkelgebers 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 7 zum
Erhöhen
der Betätigungskraft
des Winkelgebers 1. Mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung 7 ist
der Winkelgeber 1 wie aus dem Stand der Technik bekannt
aufgebaut, insbesondere weist der Winkelgeber 1 ein drehbar
um die Längsachse 14 einer
Geberwelle 4 gelagertes und von außerhalb des Gehäuses 2 betätigbares,
aber innerhalb des Gehäuses 2 angeordnetes
Geberelement 3 auf. Das Geberelement 3 ist drehfest
mit der aus dem Gehäuse 2 austretenden
Geberwelle 4 verbunden.
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Mittels
einer nur schematisch dargestellten und aus dem Stand der Technik
bekannten Rasteinrichtung 5 ist das Geberelement in vorgebbaren
und ineinander überführbaren
Winkelpositionen rastbar. Die Winkelposition des Geberelements 3 wird über die
ebenfalls nur schematisch dargestellte Sensoreinrichtung 6 ermittelt
und in ein entsprechendes weiter verarbeitbares Signal umgesetzt,
beispielsweise in ein elektrisches oder optisches Signal. Die Rasteinrichtung 5 und/oder
Sensoreinrichtung 6 wirkt vorzugsweise berührungslos,
beispielsweise magnetisch. Die gemäß dem Stand der Technik realisierbaren
Komponenten Geberelement 3, Rasteinrichtung 5 und
Sensoreinrichtung 6 sind in der Darstellung der 1 nur
gestrichelt angedeutet.
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Der
aus dem Gehäuse 2 austretende
Teil der Geberwelle 4 sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung 7 sind
dagegen im Querschnitt dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 7 umfaßt dabei
neben einem an der Geberwelle 4 festgelegten Anlageelement 8 ein
Reibelement 9, das im dargestellten Ausführungsbeispiel
sowohl in Anlage an dem Anlageelement 8, der Geberwelle 4,
als auch einem gegenüber
dem Geberelement 3 feststehenden Teil 10 des Gehäuses 2 ist.
Die Einzelheiten der Anordnung dieser Elemente zueinander sind im
in der 2 vergrößert dargestellten
Ausschnitt II deutlich zu entnehmen.
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An
der dem Austritt der Geberwelle 4 zugewandten Seite weist
das Gehäuse
einen Flansch 11 auf, mittels dem der Winkelgeber 1 in
bekannter Weise beispielsweise an einer Gehäusewandung einer Maschine oder einem
entsprechenden Bedienpult festlegbar ist. Der feststehende Teil 10 kann
einstückig
mit dem Flansch 11 ausgebildet sein oder von dem Gehäuse 2 selbst
gebildet sein. Auf die Geberwelle 4 wird üblicherweise
ein in der 1 nur schematisch dargestelltes
Handrad 12 aufgesetzt, das im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet
ist und an dem vorzugsweise im Bereich einer ringförmigen Auskragung 23 eine
Winkelskala 13 angebracht ist. Die Teilung der Winkelskala 13 korrespondiert
dabei mit der Teilung der Rasteinrichtung 5.
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Die 2 zeigt
in vergrößerter Darstellung den
Ausschnitt II der 1. Der vom Gehäuse 2 ausgebildete
feststehende Teil 10 ist vorzugsweise ein vom Flansch 11 oder
dem Gehäuse 2 einstückig ausgebildeter,
kreisförmiger
plattenartiger Vorsprung. Das Anlageelement 8 ist ein im
wesentlichen zylindrischer Ring, der auf seiner dem feststehenden
Teil 10 zugewandten Seite einen kreisringförmigen Einstich
aufweist, dessen radiale Erstreckung an die Größe des Reibelements 9 angepaßt ist.
Die in Bezug auf die Längsachse 14 der
Geberwelle 4 sich axial erstreckende Tiefe des Einstichs
ist dabei etwa halb so groß wie
der Durchmesser des im unbelasteten Zustand kreisförmigen Querschnitt
des Reibelements 9. Dadurch bildet das Anlageelement 8 zusammen
mit dem feststehenden Teil 10 und im dargestellten Ausführungsbeispiel
mit der Geberwelle 4 einen Aufnahmeraum 15 für das Reibelement 9.
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Das
Anlageelement 8 weist eine in Bezug auf die Längsachse 14 der
Geberwelle 4 im wesentlichen radiale Gewindebohrung 16 auf,
in die ein Gewindestift 17 einschraubbar ist, der einen
Innensechskant 18 aufweist. Der Gewindestift 17 und
damit das Anlageelement 8 kann in klemmender Anlage an
die Geberwelle 4 gebracht werden, und dadurch die axiale
Position des Anlageelements in Bezug auf die Geberwelle 4 fixiert
werden.
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Die
Fixierung kann durch einen in der Geberwelle 4 optional
vorgesehenen radialen Einstich 19 oder eine entsprechende
ringförmige
Nut verbessert werden. Die axiale Position des radialen Einstichs 19 bzw.
der entsprechenden Nut ist dabei auf die Geometrie des Anlageelements 8 und
des Reibelements 9 abzustimmen.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
kann das Reibelement 9 durch Reibschluß drehfest mit der Geberwelle 4 bzw.
dem Anlageelement 8 verbunden sein und die Reibkräfte durch
die Relativbewegung zwischen dem Reibelement 9 und dem
feststehenden Teil 10 aufgebracht werden. Alternativ dazu
kann das Reibelement 9 auch drehfest mit dem feststehenden
Teil 10 sein oder sich sowohl in Bezug auf die Geberwelle 4 bzw.
das Anlageelement 8 als auch auf den feststehenden Teil 10 bewegen.
Die Elemente, zwischen denen es beim Betätigen des Winkelgebers zu einer
Relativbewegung kommt, können
durch entsprechende Wahl der Werkstoffe, insbesondere durch die
Wahl der Reibkoeffizienten, durch die Wahl der Geometrie der Anlageflächen und/oder
durch Einsatz von Gleitmitteln vorgegeben werden. Wird beispielsweise
durch die Wahl des Werkstoffes des feststehenden Teils 10 und
des Reibelements 9 der Reibkoeffizient zwischen diesen
Elementen geringer gewählt
als zwischen dem Reibelement 9 und dem Anlageelement 8 bzw.
der Geberwelle 4, wird sich ausschließlich oder überwiegend eine Relativbewegung
zwischen dem Reibelement 9 und dem feststehenden Teil 10 ergeben.
Erforderlichenfalls kann auch der ganzflächige Einsatz des Gleitmittels
vorteilhaft sein, um den Reibkoeffizienten und damit die von der
Vorrichtung 7 aufgebrachten Reibkräfte insgesamt zu reduzieren.
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Die 2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel 107 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Der radiale Einstich 119 bzw. die entsprechende Ringnut weist
dabei eine schräg
zur Längsachse 14 der
Geberwelle 4 verlaufende Wand 20 auf, die mit
der Längsachse 14 einen
Winkel von weniger als 45° einschließt, im dargestellten
Ausführungsbeispiel
von etwa 15°.
Entsprechend schließt
diese Wand 20 mit der von dem feststehenden Teil 10 gebildeten
Anlagefläche 21 einen
Winkel zwischen 45° und
90° ein, im
dargestellten Ausführungsbeispiel
von etwa 75°. Die
Bohrung des Anlageelements 8 ist etwas größer als
der Außendurchmesser
der Geberwelle 4, so daß das Anlageelement 8 auf
der Geberwelle 4 verschiebbar ist. Durch Eindrehen des
Gewindestifts 17 in das Anlageelement 8 kommt
dessen vorzugsweise teilkugelförmige
Endfläche 22 in
Anlage an die schräge
Wand 20. Beim weiteren Eindrehen erfolgt ein axiales Verschieben
des Anlageelements 8 in Richtung auf den feststehenden
Teil 10 entgegen der Kraft des elastisch verformten Reibelements 9.
Das Reibelement 9 wird durch diese Bewegung des Anlageelements 8 und
die damit einher gehende Verkleinerung des Aufnahmeraums 15 verformt
und übt
aufgrund der von ihm aufgebrachten Rückstellkräfte eine erhöhte Normalkraft
auf die Anlageflächen
des Reibelements 9 mit dem Anlageelement 8, der
Geberwelle 4 und dem feststellenden Teil 10 auf.
Dadurch kommt es auch zu erhöhten
Haft- und Gleitreibungskräften und
damit zur Erhöhung
der Betätigungskraft
des Winkelgebers 1. Dadurch kann erforderlichenfalls die Betätigungskraft
ein- bzw. nachgestellt
werden. Ein in der 1 dargestelltes Handrad 12 kann
zu diesem Zweck eine entsprechende Durchtrittsöffnung für das zugehörige Werkzeug für den Gewindestift 17 aufweisen
und/oder abnehmbar von der Geberwelle sein.