DE19521845C2 - Drehwinkelmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehwinkelmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Drehwinkelmeßvorrichtungen dienen dazu, die Winkelposi­ tion, den Drehwinkel, die Winkelgeschwindigkeit oder sonstige winkelabhängige Werte eines drehbaren Teiles (Objektwelle) gegenüber einem anderen vorzugsweise feststehenden Teil (Ob­ jekt) zu bestimmen und für Zwecke der Anzeige, Steuerung, Regelung, Auswertung und dgl. zur Verfügung zu stellen.

Die Drehwinkelmeßvorrichtung weist einen Stator und einen Rotor auf. Der Stator wird mit dem zu messenden Objekt gekoppelt, während der Rotor mit der zu messenden Objektwelle gekoppelt wird. Eine Winkelmaßverkörperung des Rotors wird durch einen in dem Stator angeordneten Meßwertaufnehmer er­ faßt. Um Fluchtungsfehler beim Ankoppeln von Stator und Rotor und axiale und radiale Ausschläge der Objektwelle aufzunehmen, ist die den Stator an dem zu messenden Objekt koppelnde Sta­ torkupplung drehsteif, jedoch radial und/oder axial elastisch ausgebildet.

Eine Drehwinkelmeßvorrichtung der eingangs genannten Gattung ist aus der DE 33 10 564 A1 bekannt. Diese Meßvorrichtung wird an einen Motor angebaut, wobei der Rotor der Meßvorrichtung drehfest auf die Motorwelle aufgesteckt wird. Der Stator der Meßvorrichtung ist über eine drehsteife, jedoch radial und axial elastische Statorkupplung an dem Motorgehäuse befestigt. Hierzu ist an dem Motorgehäuse ein formstabiler Außenring angebracht, mit welchem eine kreisringförmige gummielastische Membran verbunden ist, deren Innenumfang an dem Stator festge­ legt ist. Der Außenring der Statorkupplung muß mit einem nicht unerheblichen Montageaufwand an dem Motorgehäuse befestigt werden. Die Meßvorrichtung ist an der von dem Motor abgewand­ ten Seite der Statorkupplung angeordnet, so daß die axiale Baulänge des Motors durch die angebaute Drehwinkelmeßvorrich­ tung wesentlich vergrößert wird. Die Drehwinkelmeßvorrichtung ist gegen den Außenraum ungeschützt, so daß insbesondere unter rauhen Umweltbedingungen Staub, Schmutz und Feuchtigkeit in die Meßvorrichtung eindringen können.

Aus der DE 40 01 273 A1 ist es bekannt, einen Frequenzgenera­ tor an einen Motor anzubauen. Der Stator des Frequenzgenera­ tors ist mit einem formstabilen Außenring im Preßsitz in das Motorgehäuse eingepaßt, wodurch sich eine platzsparende An­ ordnung mit geringer axialer Bauabmessung bei einfacher Monta­ ge ergibt. Der Rotor des Frequenzgenerators ist starr mit der Motorwelle verbunden und der Stator sitzt starr in dem Motor­ gehäuse. Eine elastische Statorkupplung zur Aufnahme von Fluchtungsfehlern ist nicht vorhanden.

Die DE 88 12 317 U1 zeigt eine Drehwinkelmeßvorrichtung, deren Stator über drei radiale Federblätter mit einem an dem Motor festgelegten Außenring verbunden ist. Diese Statorkupplung besitzt keine gummielastische Membran.

Die DE 37 17 180 A1 zeigt einen an einen Motor angebauten Tachogenerator, der von einem starren Kunststoffgehäuse um­ schlossen ist, welches in das Motorgehäuse eingeklippst wird. Eine elastische Statorkupplung zur Aufnahme von Fluchtungs­ fehlern ist nicht vorhanden.

Die EP 0 400 241 A1 zeigt eine Drehwinkelmeßvorrichtung, deren Stator über radiale Blattfedern an dem Motorgehäuse angebracht ist. Die Statorkupplung weist keine gummielastische Membran auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehwinkelmeß­ vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mit einfachen preis­ günstigen Mitteln und minimalem Montageaufwand an das zu mes­ sende Objekt angebaut werden kann und die gegen den Außenraum abgedichtet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Drehwin­ kelmeßvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist die Statorkupplung mit einem formstabilen Außenring versehen, der in Preßpassung mit dem Objekt verbun­ den wird. Die Befestigung der Statorkupplung an dem Objekt ist auf diese Weise mit minimalem konstruktiven Aufwand realisiert und kann bei der Montage in einem einzigen äußerst einfachen Arbeitsschritt durch Einpressen bewerkstelligt werden. Um die radiale und/oder axiale Elastizität der Statorkupplung zu erhalten, ist der Außenring mit dem Stator über eine gummi­ elastische flächige Membran verbunden, die einen geringen Widerstand gegen radiale und axiale Verformungen bietet, aber eine ausreichend hohe Drehsteifigkeit gewährleistet. Die Mem­ bran ist als durchgehend geschlossene Membran ausgebildet, die gleichzeitig die Abdichtung der Drehwinkelmeßvorrichtung gegen den Außenraum bewirkt.

Vorzugsweise weist der Außenring eine kreisförmige Umfangs­ kontur auf und wird in einer Paßausdrehung des Objektes einge­ preßt. Die Paßausdrehung ist einfach mit der erforderlichen Präzision herstellbar. Um eine zuverlässige drehfeste Preß­ passung des Außenrings in der Paßausdrehung zu gewährleisten, ist vorzugsweise der Außenring an seiner äußeren Umfangsfläche mit axial verlaufenden Rippen versehen, die die radialen Pas­ sungstoleranzen ausgleichen. Die Anforderungen an die Her­ stellungstoleranzen der Paßausdrehung und des Außenringes können dadurch verringert werden.

Das zu messende Objekt kann einen vertieften Aufnahmeraum aufweisen, an dessen Boden die Objektwelle zugänglich ist. Die Drehwinkelmeßvorrichtung kann in diesen Aufnahmeraum einge­ setzt werden, wobei die Statorkupplung mit der Membran den Aufnahmeraum vollständig gegen den Außenraum abdichtend ver­ schließt. Die Drehwinkelmeßvorrichtung mit ihren empfindlichen Teilen, wie der Maßverkörperung und dem Meßwertaufnehmer, ist damit insbesondere für den rauhen industriellen Einsatz ge­ schützt.

Um die Montage der Drehwinkelmeßvorrichtung weiter zu verein­ fachen wird vorzugsweise die Welle des Rotors mit der zu messenden Objektwelle durch eine kraftschlüssige Wellenkupp­ lung verbunden. Vorzugsweise wird hierzu die Welle des Rotors in eine axiale Bohrung der Objektwelle kraftschlüssig eingesetzt. Das Einpressen des Außenrings der Statorkupplung in die Paßausdrehung des Objektes und das Einpressen der Welle des Rotors in die Bohrung der Objektwelle können in einem einzigen gemeinsamen Arbeitsgang erfolgen. Für diesen Montagevorgang sind keinerlei zusätzliche Montagehilfsmit­ tel, wie Schrauben oder Klammern erforderlich.

Um auch die kraftschlüssige Verbindung der Welle des Rotors mit der Objektwelle kostengünstig auszugestalten, wird vorzugsweise zwischen die Welle und die Objektwelle ein kraftschlüssiges Ausgleichselement eingesetzt, welches einen zuverlässigen Kraftschluß gewährleistet, auch wenn die Welle mit Spielpassung in die Bohrung eingesetzt wird, um die Montage zu erleichtern und die Anforderungen an die Herstel­ lungsgenauigkeit zu verringern. Das Ausgleichselement ist beispielsweise als auf der Welle sitzende Federhülse ausge­ bildet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Axialschnitt durch die Drehwinkelmeßvorrichtung bei der Montage.

In der Zeichnung ist das zu messende Objekt, zum Beispiel das Gehäuse eines Elektromotors, mit 10 bezeichnet. Die zu messende Objektwelle 12, zum Beispiel ein Wellenstummel der Motorwelle des Elektromotors ist in dem Objekt 10 drehbar gelagert. In der Anbaustirnfläche des Objektes 10 ist ein Aufnahmeraum 14 ausgedreht, in dessen innere Bodenfläche koaxial das Ende der Objektwelle 12 ragt. In das Ende der Objektwelle 12 ist eine Bohrung 16 mit Einlaufkonus einge­ bracht. Der äußere Rand des Aufnahmeraumes 14 ist durch eine Paßausdrehung 18 erweitert, die mit einer Innenschulter in den Aufnahmeraum 14 übergeht.

Eine Drehwinkelmeßvorrichtung, zum Beispiel ein optischer Winkelgeber, weist einen Stator 20 auf, in welchem ein in der Zeichnung nicht sichtbarer Rotor drehbar gelagert ist. Der Rotor kann beispielsweise eine mit Winkelinformationen versehene Scheibe sein, die durch einen in dem Stator 20 angeordneten Meßaufnehmer optisch abgetastet wird.

Eine Welle 22 des Rotors ragt koaxial aus der Drehwinkelmeß­ vorrichtung. Auf der Welle 22 sitzt eine Federhülse 24, die in einem Einstich der Welle 22 axial festgehalten wird. Die Federhülse 24 ist als in Umfangsrichtung gewellte, axial geschlitzte Hülse aus einem Federmetall ausgebildet. Der Außendurchmesser der Welle 22 und der Innendurchmesser der Bohrung 16 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Welle 22 mit Spielpassung in die Bohrung 16 eingesteckt werden kann. Der Außendurchmesser der Federhülse 24 ist etwas größer als der Innendurchmesser der Bohrung 16, so daß beim Einpressen der Welle 22 in die Bohrung 16 die Federhülse 24 radial zusammengedrückt wird und unter radialem Druck reibschlüssig an der Welle 22 und der Innenwand der Bohrung 16 anliegt. Beim Einsetzen der Welle 22 in die Bohrung 16 stellt die Federhülse 24 somit eine drehfest kraftschlüssige Verbindung zwischen der Objektwelle 12 und der Welle 22 her.

Es ist offensichtlich, daß die kraftschlüssige Verbindung in gleicher Weise realisiert werden kann, indem die Objekt­ welle in eine koaxiale Bohrung der Welle des Rotors einge­ setzt wird und die Federhülse auf der Objektwelle setzt.

An der von der Welle 22 abgewandten Seite des Stators 20 ist eine Statorkupplung 26 angeordnet. Die Statorkupplung 26 besteht aus einem gummielastischen Material, insbesondere einem gummielastischen Kunststoff. Die Statorkupplung 26 weist eine mittige Scheibe 28 auf, die mit einem Nabenteil 30 drehfest an dem Stator 20 festgelegt ist. Weiter weist die Statorkupplung 26 einen kreisförmigen Außenring 32 auf, der aufgrund seiner radialen und axialen Materialstärke eine ausreichende Formstabilität aufweist. Der Außendurchmesser des Außenringes 32 entspricht dem Innendurchmesser der Paßausdrehung 18, während die axiale Stärke des Außenringes 32 der axialen Tiefe der Paßausdrehung 18 entspricht. An seinem Außenumfang weist der Außenring 32 radial verlaufende Rippen 34 auf, die sich an seiner inneren Stirnfläche in radialen Rippen 36 fortsetzen.

Der Außenring 32 ist mit der mittigen Scheibe 28 durch eine geschlossene Membran 38 verbunden. Die Membran 38 ist wulst­ förmig nach innen ausgewölbt. Aufgrund dieser wulstförmigen Auswölbung und aufgrund der Materialstärke der Membran 38 ermöglicht die Membran 38 eine elastisch nachgiebige axiale und radiale Relativbewegung des Außenrings 32 gegenüber der an dem Stator 20 festgelegten Scheibe 28. Die durchgehende Ausbildung der Membran 38 gewährleistet jedoch eine drehmo­ mentsteife Verbindung des Außenringes 32 mit der Scheibe 28.

Die gesamte Statorkupplung 26 bestehend aus Außenring 32, Membran 38, mittiger Scheibe 28 und Nabenteil 30 ist vor­ zugsweise einstückig aus Kunststoff gespritzt.

Bei der Montage wird gleichzeitig mit dem Einsetzen der Welle 22 in die Bohrung 16 der Objektwelle 12 der Außenring 32 der Statorkupplung 26 in die Paßausdrehung 18 einge­ presst. Die axialen Rippen 34 des Außenrings 32 gewährlei­ sten dabei eine drehfeste Preßpassung des Außenrings 32 in der Paßausdrehung 18. Die radialen Rippen 36 gleichen axiale Toleranzen aus.

Die montierte Drehwinkelmeßvorrichtung ist vollständig in dem Aufnahmeraum 14 des Objektes 10 aufgenommen, wobei die Statorkupplung 26 diesen Aufnahmeraum 14 vollständig dicht abschließt. Die montierte Drehwinkelmeßvorrichtung ist auf diese Weise gegen Schmutz, Staub, Feuchtigkeit, aggressive Substanzen und sonstige schädigende Umwelteinflüsse ge­ schützt.

Bezugszeichenliste

10

zu messendes Objekt

12

Objektwelle

14

Aufnahmeraum

16

Bohrung

18

Paßausdrehung

20

Stator

22

Welle

24

Federhülse

26

Statorkupplung

28

mittige Scheibe (von

26

)

30

Nabenteil (von

26

)

32

Außenring (von

26

)

34

axiale Rippen (von

32

)

36

radiale Rippen (von

32

)

38

Membran

Claims (8)

1. Drehwinkelmeßvorrichtung, mit einem Stator, mit einem Ro­ tor, mit einer Statorkupplung zur drehsteifen, jedoch radial und/oder axial elastischen Lagerung des Stators an einem zu messenden Objekt und mit einer Wellenkupplung zur drehfesten Verbindung der Welle des Rotors mit einer zu messenden Objekt­ welle, wobei die Statorkupplung einen formstabilen Außenring und eine die elastische Lagerung bewirkende, den Außenring mit dem Stator verbindende gummielastische Membran aufweist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Außenring (32) einstückig an der Membran (38) angeformt ist und in Preßpassung mit dem Objekt (10) verbunden wird, daß die Statorkupplung (26) im Innenquer­ schnitt des Außenrings (32) vollständig geschlossen ist und die Drehwinkelmeßvorrichtung gegen den Außenraum abdichtet und daß die Statorkupplung (26) an der von der Objektwelle (12) abgewandten Seite des Stators (20) angeordnet ist.

2. Drehwinkelmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenring (32) eine kreisförmige Umfangs­ kontur hat und in eine Paßausdrehung (18) des Objektes (10) eingepreßt wird.

3. Drehwinkelmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (32) zumindest an seiner äußeren Umfangsfläche axial verlaufende Rippen (34) zum Aus­ gleich der Passungstoleranzen aufweist.

4. Drehwinkelmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelmeßvor­ richtung in einem Aufnahmeraum (14) des Objektes (10) aufge­ nommen ist, der von der Statorkupplung (26) dicht abgeschlos­ sen ist.

5. Drehwinkelmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorkupplung (26) ein einstückiges Kunststoffteil ist.

6. Drehwinkelmeßvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenkupplung eine kraftschlüssige Verbindung der Welle (22) des Rotors mit der Objektwelle (12) ist.

7. Drehwinkelmeßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung ein zwischen die Welle (22) und die Objektwelle (12) eingesetztes kraftschlüs­ siges Ausgleichselement (24) aufweist.

8. Drehwinkelmeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle (22) bzw. die Objektwelle (12) in eine axiale Bohrung (16) der Objektwelle (12) bzw. der Welle (22) eingesetzt wird und daß das kraftschlüssige Ausgleichselement eine auf der Welle (22) bzw. der Objektwelle (12) sitzende Federhülse (24) ist.