DE102013109852A1

DE102013109852A1 - Vorrichtung zur berühungslosen Messung

Info

Publication number: DE102013109852A1
Application number: DE201310109852
Authority: DE
Inventors: Hanspeter Thoma; Horst Wandres
Original assignee: SIKO GmbH
Current assignee: SIKO GmbH
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung einer Drehzahl und/oder einer Winkeländerung und/oder einer Weglänge eines rotierenden Objekts mit grossem Durchmesser, bestehend aus einem Stahlband und einem darauf angebrachten Magnetband soll dadurch gekennzeichnet sein das ein Toleranzausgleich zwischen Stahlband und rotierendem Objekt durch Gummirundschnüre erfolgt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Mit magnetischen Abtastsystemen können durch die direkte Montage am Positionier- oder Bearbeitungsobjekt z.B. Messfehler, die durch Getriebespiel oder Spindeltoleranzen entstehen können, vermieden werden. Dabei besitzt der Abstand zwischen Sensor und Band einen grossen Toleranzbereich und kann dadurch z.B. Höhenschläge oder eine unpräzise Führung ausgleichen. Weitere Vorteile der magnetischen Abtastsysteme sind deren Langlebigkeit sowie, dass diese auf Grund des magnetischen Messverfahrens relativ unempfindlich gegenüber Verschmutzungen sind. Ein solches magnetisches Abtastsystem ist z.B. in der DE 20 321 072 U1 dargestellt.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass trotz des Toleranzbereichs bei der Magnetabtastung an grossen Durchmessern, grösser 300 mm, eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit nötig ist. Diese ist erforderlich, um genaue Daten z. B. für die Messung der Winkelgeschwindigkeit bzw. der Umdrehungszahl zu erhalten. Dabei ist zu beachten, dass mit steigendem Durchmesser die Fertigung der für die Messung nötigen Magnetbandringe immer aufwendiger und damit kostspieliger wird, da diese genau an die geforderten Durchmesser angepasst werden müssen. Ursache für die aufwendigere Fertigung ist, dass mit steigendem Durchmesser der Umfang und somit die Länge des Magnetbandrings steigt, jedoch die Toleranz des Messsytems bzw. zur Aufnahme des Magnetrings auf der Kundenapplikation konstant bleibt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit der Magnetabtastung für grosse Durchmesser bereit zu stellen, bei der die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden können. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die bisherigen Nachteile der aufwändigen Fertigung zu beseitigen oder zumindest zu minimieren. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, die bisher benötigte sehr hohe Passgenauigkeit, die bei Inkremental- oder Absolutgebern für grosse Durchmesser benötigt wird, zu reduzieren. Daher ist es weiterhin auch Aufgabe der Erfindung die Herstellungskosten für ein magnetisches Abtastsystem für grosse Durchmesser und insbesondere für die Herstellung des magnetisierten Rings zu senken.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1.
In typischen Ausführungsbeispielen umfasst eine Vorrichtung zur Messung von Parametern, z.B. Drehzahlen und/oder Winkeländerungen und/oder Winkelgeschwindigkeiten und/oder Weglängen, neben einem Abtastsensor ein magnetisiertes Band bzw. einen magnetisieren Ring. Der magnetisierte Ring ist dabei mit wechselnden Plus- und Minuspolen kodiert bzw. magnetisiert. In einem typischen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung besitzt jeder Pol eine Länge von 1 mm.
In typischen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung vor allem für die Messung von Drehzahl oder Winkeländerung eines rotierenden Objekts mit grossem Durchmesser, wie z.B. der Nabe einer Windkraftanlage oder rotativen Messtechnik im Medizinbreich vorgesehen. Vorzugsweise soll die Vorrichtung bei Durchmessern in einem Bereich von 300 mm bis 1800 mm zum Einsatz kommen. In solch einem typischen Anwendungsfall wird der magnetisierte Ring auf dem rotierenden Objekt, wie z.B. der Windkraftanlagennabe, installiert. Die Messung erfolgt durch einen Abtastsensor, der die Drehzahl bzw. die Winkeländerung der rotierenden Nabe über die Änderung der einzelnen Magnetfelder bestimmt. Dieser Abtastsensor ist dabei mit einem feststehenden Objekt verbunden, wie z.B. der Lagerung einer Windkraftanlagenabe.
Der magnetisierte Ring besteht in einem typischen Ausführungsbeispiel aus einem Verbund aus einem Stahlband und einem Magnetband. Bei dem Stahlband handelt es sich vorzugsweise um ein Edelstahlband. Dieses wird durch Zusammenschweissen zu einem Ring ausgeformt, auf dem wiederum nachträglich das Magnetband aufgebracht wird. Das Magnetband wird vorzugsweise im Anschluss mit 1 mm Polen kodiert bzw. magnetisiert. Durch die vorliegende Anmeldung soll sowohl eine inkrementale als auch eine absolute Kodierung des Magnetbands vorliegend umfasst sein. Als Werkstoff für das Magnetband kommt jeder Werkstoff, der kodierbar ist bzw. magnetisiert werden kann, in Betracht.
In einem typischen Ausführungsbeispiel erfolgt der Toleranzausgleich zwischen dem Stahlbandring und der Kundenaufnahme, d.h. dem rotierenden Objekt durch Gummirundschnüre bzw. O-Ringe. Vorzugsweise werden zwei Gummirundschnüre für den Toleranzausgleich genutzt. Diese werden hierfür in dafür vorgesehene Nuten des rotierenden Objekts eingebracht und dienen ausser dem Toleranzausgleich auch der richtigen Positionierung und der Befestigung des magnetisierten Rings auf dem rotierenden Objekt.
Durch die Nutzung der Gummirundschnüre als Toleranzausgleich und zur Befestigung und Positionierung des magnetisierten Rings kann eine sehr aufwendige, weil sehr genaue Fertigung, wie sie bis zum jetzigen Zeitpunkt für solche Anwendungen genutzt werden musste, vermieden werden. Dadurch können die Herstellkosten sowie der Aufwand der Herstellung durch die vorliegende Erfindung reduziert werden. Durch den Toleranzausgleich mittels der Gummirundschnüre kann zudem auf eine für die jeweilige Anwendung spezifische hochpräzise Fertigung des magnetisierten Rings verzichtet werden.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einem möglichen Anwendungsfall auf einem rotierenden Objekt;
2 den Ausschnitt Z aus 1 in vergrösserter Darstellung, d.h. eine Draufsicht in Längsrichtung des rotierenden Objekts auf einen Abtastsensor sowie den magnetisierten Ring;
3 den Schnitt A-A aus 1 in vergrösserter Darstellung, d.h. einen Schnitt durch Abtastsensor, magnetisierten Ring sowie rotierendes und feststehendes Objekt;
4 den Ausschnitt Y aus 3 in vergrösserter Darstellung.
Für die in 1 schematisch dargestellte, sinngemässe Anwendung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur berührungslosen Messung eines Parameters, wie z.B. einer Drehzahl, einer Winkeländerung und/oder einer Weglänge eines rotierenden Objekts 2 weist eine erfindungsgemässe Vorrichtung neben dem Abtastsensor 4 einen magnetisierten Ring 1 auf. Weiterhin weist eine erfindungsgemässe Vorrichtung flexible Elemente auf, bei denen es sich vorzugsweise, wie in den 3 und 4 dargestellt, um Gummirundschnüre 5 handelt. Durch die Gummirundschnüre 5 erfolgt ein Toleranzausgleich zwischen dem rotierenden Objekt 2 und dem magnetisierten Ring 1.
Gemäss 4 besteht der magnetisierte Ring 1 aus einem Verbund, nämlich aus einem Stahlband 6 und einem darauf angebrachten Magnetband 7. Bei dem aus Stahlband 6 bestehenden inneren Ring handelt es sich vorzugsweise um einen stumpf zusammengeschweissten Ring aus Edelstahlband. Auf diesen wird das Magnetband 7 aufgebracht. Für das Magnetband 7 kommt jeder Werkstoff in Betracht, der magnetisiert/kodiert werden kann. In der erfindungsgemässen Vorrichtung wird das Magnetband 7 vorzugsweise mit 1 mm Polen kodiert. Die Kodierung des Magnetbands 7 soll sowohl vor dem Aufbringen als auch nach dem Aufbringen auf das Stahlband 6 möglich sein.
Wie in den 3 und 4 dargestellt erfolgt der Toleranzausgleich zwischen magnetisierten Ring 1 und dem rotierenden Objekt 2 vorzugsweise durch zwei Gummirundschnüre 5, die sich in dafür vorgesehenen Nuten 8 befinden. Weiterhin dienen die Gummirundschnüre 5 zur Befestigung und Positionierung des magnetischen Rings 1 auf der Aufnahme des rotierenden Objekts 2.
Gemäss 1 ist die erfindungsgemässse Vorrichtung vor allem für den Einsatz auf grossen Durchmessern vorgesehen. Vorzugsweise befindet sich das Einsatzggebiet der Vorrichtung bei Durchmessern im Bereich von 300 mm bis 1800 mm.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende: Durch die Kodierung mit Plus- und Minuspolen des Magnetbands 7 ist die berührungslose Messung über einen Abtastsensor 4, der die Änderung der Magnetfelder misst und am feststehenden Objekt 3 montiert ist, möglich. Über die Messwerte können verschiedene Parameter, wie z.B. die Drehzahl und/oder die Winkelgeschwindigkeit, durch die im Abtastsensor 4 befindliche Elektronik bestimmt werden. Dabei soll durch die vorliegende Erfindung sowohl eine inkrementale als auch eine absolute Kodierung des Magnetbands 7 umfasst sein. Daraus folgt, dass der Abtastsensor 4 zur Auswertung von inkrementalen und/oder absoluten Signalen geeignet ist. Durch eine absolute Kodierung des Magnetbands 7 ist zusätzlich jederzeit eine Bestimmung der genauen Position des rotierenden Objekts ohne zuvorige Referenzfahrt möglich. Bezugszeichenliste

1 magnetisierter Ring

2 rotierendes Objekt

3 feststehendes Objekt

4 Abtastsensor

5 Gummirundschnur

6 Stahlband

7 Magnetband

8 Nut
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20321072 U1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur berührungslosen Messung verschiedener Parameter, insbesondere einer Drehzahl und/oder einer Winkeländerung und/oder einer Weglänge eines rotierenden Objekts (2) mit grossem Durchmesser, mit einem magnetisierten Ring (1), dem ein Abtastsensor (4) zugeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, dass ein Toleranzausgleich zwischen magnetisiertem Ring (1) und rotierendem Objekt (2) durch ein flexibles Element erfolgt.
Vorrichtung nach ein Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Toleranzausgleich zwischen dem magnetisierten Ring (1) und dem rotierenden Objekt (2) durch mindestens eine Gummirundschnur (5), vorzugsweise zwei Gummirundschnüre (5) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Gummirundschnüre (5) in mindestens eine Nut (8), vorzugsweise zwei Nuten (8) eingelegt sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Gummirundschnüre (5) zur Befestigung und Positionierung des magnetisierten Rings (1) auf der dem rotierenden Objekt (2) dienen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass sie für grosse Durchmesser, vorzugsweise im Bereich von 300 mm bis 1800 mm, geeignet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der magnetisierte Ring (1) aus einem Stahlband (6) und einem darauf angebrachten kodierten Magnetband (7) besteht.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Stahlband (6) ein aus Edelstahlband zusammengeschweisster Ring ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Kodierung des Magnetbands (7) vor oder nach Aufbringung auf das Stahlband (6) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Magnetband (7) mit 1 mm Polen kodiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine inkrementale oder absolute Kodierung des Magnetbands (7) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Messung über einen Abtastsensor (4) erfolgt.