DE2448239B2 - Justiervorrichtung für einen Absolutwinkelschrittgeber - Google Patents

Description

eingangs genannten Gattung gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch die Anwendung einer Reibungskupplung als im Betrieb drehfeste Verbindung zwischen Eingangswelle und Codescheibe.

Reibungskupplungen werden auf zahlreichen Gebieten der Technik eingesetzt. Beispielsweise ist es bekannt (DE-AS 1267 733, DE-GM 17 17 775), die Senderab-Etimmung bei Rundfunk- und Fernsehgeräten durch eine einzige Antriebswelle zu bewirken, die wahlweise über Reibungskupplungen mit den Abstimmgliedern der verschiedenen Frequenzbereiche gekoppelt wird. Dabei ist jedoch die Winkelposition ohne Bedeutung, unter welcher diese Welle mit den jeweiligen Abstimmgliedern in Verbindung gebracht wird. Die Reibungskupplung dient nur dem Antrieb der Abstimmglieder, während die Anzeige der Winkelstellung der Abstimmglieder durch formschlüssig mit diesen gekoppelte Zeiger erfolgt.

Weiter ist die Verwendung von Reibungskupplungen als Sicherheitsrutschkupplungen bekannt (DE-PS 12 02 591). Bei der Verwendung als Rutschkupplung ändert sich jedoch die gegenseitige Winkelsteuung der beiden Kupplungshälften in unkontrollierter Weise, sobald ein gewisses Drehmoment überschritten wird und die Kupplung ins Rutschen kommt.

Für die Verbindung der Codescheibe eines Absolutwinkelschrittgebers mit der Eingangswelle wurde nach dem Stand der Technik jedoch immer eine formschlüssige Verbindung für unbedingt notwendig gehalten. Die auf anderen Gebieten der Technik verwendeten Reibungskupplungen wurden für unbrauchbar als Verbindungselement angesehen, da die Ansicht bestand, daß sie eine gegenseitige Verdrehung der Eingangswelle und der Codescheibe während des Betriebes nicht mit Sicherheit verhindern könnten.

Die Erfindung geht nun den überraschenden Weg, die Codescheibe nur über eine Reibungskupplung drehfest mit der Eingangswelle zu verbinden. Dabei zeigt sich, daß der Reibungsschluß dieser Kupplung einerseits ausreicht, um die Codescheibe zuverlässig durch die Eingangswelle mitzunehmen und eine exakte Winkelanzeige der Eingangswelle zu gewährleitsten, und daß andererseits die Codescheibe gegen diese ausreichende Reibungskraft verdreht werden kann, um die Nullpunktjuslagc durchzuführen.

Der Absoiutwinkelschrittgeber stellt nicht mehr ein komplettes Gerät dar, das mit der Gebereingangswelle an die zu messende Welle angeflanscht wird, sondern der Geber wird unmittelbar auf die zu messende Welle gebaut. Der vollständig auf der zu messenden Eingangswelle montierte Geber kann dann schnell und einfach justiert werden, indem die Codescheibe unter Überwindung der Reibungskraft der Kupplung kontinuierlich gegen die Einpangswelle verdreht wird. Auch bei einem Schrittgeber mit sehr hoher Auflösung ist damit eine exakte Nullpunktjustage mit wenigen Handgriffen möglich.

In der einfachsten Ausführungsform besteht die Reibungskupplung aus einer ersten mit der Eingangswelle fest verbundenen Kupplungshälfte und einer to /weiten mit der Codescheibe fest verbundenen Kupplungshälfte, die zweite Kupplungshälfte sitzt mittels einer Buchse frei bewegbar auf der Eingangswelle und zur Erzeugung des Reibungsschlusses ist eine Schraube in das Ende der Eiiig->ngswelle eingeschraubt, deren t,-Kopf sich gegen diese Buchse abstützt.

Der Reibungsschluß wiri, in dieser Alisführungsform allein durch die Schraube bestimmt. Durch unterschiedlich starkes Festziehen der Schraube kann die Reibungskraft den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.

Vorteilhafter ist es allerdings, wenn sich die Schraube mit ihrem Kopf über ein federndes Element gegen die Buchse der zweiten Kupplungshälfte abstützt. In diesem Fall wird die Kraft des Reibungschlusses sowohl durch das Eindrehen der Schraube als auch durch die Federkraft des federnden Elementes bestimmt.

Auch wenn die Reibungskraft der Kupplung nicht allzu stark gewählt ist, um ein bequemes Justieren zu ermöglichen, ist eine absolut zuverlässige winkelgetreue Mitnahme der Codescheibe sichergestellt Dies beruht darauf, daß durch die Reibungskupplung lediglich die sehr geringe Masse der Codescheibe und der die zweite Kupplungshälfte bildenden Buchse mitgenommen werden muß. Umgekehrt ist für die Justage ein Verdrehen der Codescheibe auch bei einer verhältnismäßig hohen Reibungskraft der Kupplung ohne weiteres möglich, da an der die erste Kupplungshälfte tra^'/iiden Eingangsweiie die große Masse der gesamten Maschine angreift. Es ist somit ein sehr großer Abstand vorhanden zwischen der unteren Grenze der Reibungskraft der Kupplung, die erforderlich ist, um das für die Mitnahme der Code scheibe notwendige Drehmoment zu übertragen, und der oberen Grenze der Reibungskraft der Kupplung, die nicht überschritten werden darf, um ein Verdrehen der Codescheibe bei der Justage gegenüber dem großen Trägheitsmoment der Masdiinenmasse zu ermöglichen. Dieser große Abstand hat eine hohe Betriebssicherheit der Justiervorrichtung bzw. des Winkelschrittgebers zur Folge.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-10 angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuternderen einzige Figur einen axialen Schnitt durch einen Absolutwinkelschrittgeber gemäß der Erfindung zeigt.

De: Absoiutwinkelschrittgeber ist in einem Gehäuse untergebracht, das aus einem zylindrischen Mantelteil 10 und zwei Stirnwänden 12 und 14 besteilt. In den Stirnwänden 12 und 14 ist eine Welle 16 gelagert, deren Winkelstellung durch den Schrittgeber erfaßt und angzeigt werden soll. Im Inneren des Gehäuses befindet sich unmittelbar anschließend an die Stirnwand 12 die eine Hälfte 18 einer Reibungskupplung. Die Kupplungshälfte 18 sitzt fest auf der Welle 16 und klemmt zusammen mit einem Bund 20 der Welle 16 den Innenring eines Kugellagers 22 fest, mit dem die Welle 16 in der Stirnwand 12 des Gehäuses gelagert ist.

Gegfi die Kupplungshälfte 18 drückt eine zweite Kupplungshälfte 24, deren von der Reibungsfläche 26 abgewandte Seite a! Buchse ausgebildet isc, die frei drehbar und verschiebbar auf der Welle 16 sitzt. Mit dieser Kupplungsbuchse 24 ist eine Codescheibe 28 fest verbunden. Die Ccdescheibe 28 ist in bekannter Weise in Sektoren unterteilt, die von einer nicht dargestellten bekannten optoelektronischen Einrichtung abgetastet werden, um die Winkelstellung der Codescheibe 23 und damit der Welle 16 festzustellen.

In deiTi l.nde der Welle 16 ist eine axial verlaufende Gewindebohrunj! vorgesehen, in die eine Schraube 30 eingeschraubt isi. Der Kopf der Schraube 30 stützt sich gegen eine Versiellbuchse 32 ab, die drehbar und axial verschiebbar auf der Welle 16 sitzt. Auf der Verstellbuch.se 32 sii/t ein Kuücllaecr 34. durch welche·, die

Verstellbuchse 32 in der Stirnwand 14 des Gehäuses gelagert ist. Der Innenring des Kugellagers 34 steht auf seiner einen, in der Zeichnung linken Seite mit einem Bund der Verstrllbuch.se 32 in Berührung, während an seiner anderen, der rechten -Seite eine Tellerfeder 36 anlifj.'t. Die Tellerfeder 36 drückt mit ihrer anderen Seite gegen eine Hülse 38. die auf der Verstellbuchse 32 sit/t. Die Hülse 38 wird an ihrem anderen Ende von eii.em Bund der Kupplungsbuchse 24 abgestützt. Die Verstellbuchse 32 besitzt an ihrem der Kupplung zugewandten Ende axial vorspringende Klauen 40, während die Kupplungsbtichse 24 entsprechende Klauen 42 an ihrem der Verstellbuchse 32 zugewandten Ende aufweist. Diese Klauen 40 und 42 greifen so ineinander ein. da(3 die Verstellbuchse 32 mit Spiel in axialer Richtung verschiebbar ist. jedoch nicht gegenüber der Kupplungsbuchse 24 gedreht werden kann.

Beim Einschrauben der Schraube 30 wird die Verstellbuchse 32 nach innen, el. h. in der Figur nach rechts verschoben. Mit der Verstellbuchse 32 wird der Innenring des Kugellagers 34 verschoben, der dadurch über die Tellerfeder 36 und die Hülse 38 die Kupplungsbuchse 24 gegen die andere Kupplungshälfte 18 preßt, wodurch der Reibungsschluß an der Fläche 26 hergestellt wird. Da die Verstellbuchse 32 axial gegenüber der Kupplungsbuchse 24 frei verschiebbar ist. wird der Kupplungsdruck durch die Dimensionierung der Tellerfeder 36 und durch das Ausmaß des Einschrauben der Schraube 30 bestimmt. Da dabei sowohl die Vcrstellbuchse 32 als auch die Tellerfeder 36 nur auf den Innenring des Kugellagers 34 einwirken, wird die Lagerung als solche nicht belastet.

Die Verstellbuchse 32 ist zwar durch die Klauen 40 und 42 axial frei gegen die Kupplungsbuchse 24 verschiebbar, soweit von dem über die Tellerfeder 36 übertragenden Druck abgesehen wird. Bei einer Verdrehung der V erMeühuchse 32 wird jedoch durch die Klauen 40 und 42 die Kupplungsbuchse 24 zwangsläufig mitgenommen. Wird also auf die Vcrstellbuchse 32 ein entsprechend großes Drehmoment ausgeübt, so überwindet die Kupplungsbuchse 24 das Reibungsmoment der Reibungskupplung und kann gegenüber der anderen Ktipplungshälfte 18 verdreht werden. Der durch die Federkraft der Tellerfeder 36 und die Stellung der Schraube 30 bestimmte Ktipplungsdruck wird durch dieses Verdrehen nicht beeinflußt. Es ίο ist also möglich, mil Hilfe der Vcrstellbuchsc 32 die Kupplungsbuchse 24 und mit dieser die Codescheibe 28 kontinuierlich gegenüber der anderen Kupplungshälfte 18 und damit gegenüber der Welle 16 zu verstellen. Die Justierung des Winkelschrittgebers kann also in äußerst bequemer Weise durch Verdrehen der zu diesem Zwecke an der Stirnwand 14 aus dem Gehäuse herausgeführten Verstellbuchsc 32 durchgeführt werden.

Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Verstellbuch se 32 oder der Schraube 30 zu verhindern, ist an der Gehäusestirnwand 14 eine abnehmbare Schul/kappe 44 angebracht, die diese Teile abdeckt.

Eine zweite Codescheibe 46 ist fest mit einer

Laufbuchse 48 verbunden, die drehbar auf der Kupplungsbuchse 24 sitzt. Die Laufbuchse 48 und die Codescheibe 46 werden von einem Zahnrad 50, das mit einer Verzinnung 52 der Kupplungsbuchse 24 kämmt.

über ein Untersetzungsgetriebe 54 und ein fest auf der Laufbuchse 48 sitzendes Zahnrad 56 angetrieben. Jede Drehung der ersten Codescheibe 28 wird auf diese Weise untersetzt auf die Codescheibe 46 übertragen.

Das Untersetzungsverhältnis zwischen beiden Scheiben ist dabei so gewählt, daß bei einer vollen Umdrehung der Codescheibe 28 die zweite Codescheibe 46 um einen Sektor verdreht wird. Bei einer Justierung der Codescheibe 28 wird somit auch die zweite Codescheibe 46 automatisch justiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Justiervorrichtung für einen Absolutwinkelschrittgeber mit einer Eingangswelle, deren Winkelstellung zu erfassen ist, und mit einer mit dieser in drehfester Verbindung stehenden Codescheibe, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Reibungskupplung (18, 24, 26) als im Betrieb drehfeste Verbindung zwischen Eingangswelle (16) und Codescheibe(28).

2. Justiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskupplung aus einer ersten mit der Eingangswelle (16) fest verbundenen Kupplungshälfte (18) und einer zweiten mit der Codescheibe (28) fest verbundenen Kupplungshälfte (24) besteht, daß die zweite Kupplungshälfte (24) mittels einer Buchse frei bewegbar auf der Eingangswelle sitzt und daß zur Erzeugung des Reibungsschlusses eine Schraube (30) in das Ende Jer Eingangswelle eingeschraubt ist, deren Kopf sich gegen diese Buchse abstützt.

3. Justiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schraube (30) mit ihrem Kopf über ein federndes Element (36) gegen die Buchse der zweiten Kupplungshälfte (24) abstützt.

4. Justiervorrichtung nach Anspruch 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstellbuchse (32) zwischen der Schraube (30) und der Buchse der zweiten Kupplungshälfte (24) auf der Eingangswelle (16) sitzt, mit in axialer Richtung verlaufenden Klauen (40) in entsprechende Klauen (42) der Buchse axial verschiebbar aber unverdrehbar eingreift und sich über das federnde Element (36) gegen die Buchse abstützt, wobei die Schraube (30) sich mit ihrem Kopf gegen die Verstellbuchse (32) abstützt. J5

5. Justiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (36) eine Tellerfeder ist.

6. Justiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Codescheibe (46) mittels einer Laufbuchse (48) drehbar auf der Buchse der zweiten Kupplungshälfte (24) sitzt und von dieser über ein Untersetzungsgetriebe (50,54,56) antreibbar ist.

7. Justiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Reibungskupplung (18, 24, 26) und die Codescheibe (28, 46) umgebendes Gehäuse (10, 12, 14) vorgesehen ist und daß die zweite Kupplungshälfte (24) axial aus dem Gehäuse herausgeführt ist.

8. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 —7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbuchse (32) aus dem Gehäuse (10, 12, 14) herausgeführt ist.

9. Justiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbuchse (32) durch ein Radialkugellager (34) in der Gehäusestirnwand (14) gelagert ist, wobei der Innenring des Kugellagers (34) zwischen einen Bund der Verstellbuchse (32) und die Tellerfeder (36) eingesetzt ist.

10. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 —9, dadurch gekennzeichnet, daß eine abnehmbare Schutzkappe (44) zum Abdecken der aus dem Gehäuse herausgeführten zweiten Kupplungshälftc (24) bzw. Verstellbuchse (32) und der Schraube (30) an der Gehäusestirnwand (14) angebracht ist.

Die Erfindung betrifft eine Justiervorrichtung für einen Absolutwinkelschrittgeber mit einer Eingangswelle, deren Winkelstellung zu erfassen ist, und mit einer mit dieser in drehfester Verbindung stehenden Codescheibe.

Winkelschrittgeber dienen als Analog-Digital-Wandler insbesondere zum elektrischen Messen von Winkeln. Sie werden häufig dafür eingesetzt, z. B. an Werkzeugmaschinen oder Meßmaschinen die Winkelstellungen von Wellen zu erfassen.

Die sogenannten inkrementalen Winkelschrittgeber erzeugen bei der Drehung in gleichmäßigen Winkelabständen elektrische Impulse. Durch Zählung dieser Impulse ergibt sich ein Maß für die augenblickliche Winkelstellung des Gebers. Diese inkrementalen Winkelschrittgeber haben den Nachteil, daß der Nullpunkt des Systems bei jeder Inbetriebnahme neu festgelegt werden muß, denn der Winkelschrittgeber kann bei abgeschaltetem Wähler gedreht worden sein. Außerdem können Störimpulse das Zählergebnis beeinflussen und die Winkelmessung dadurch verfälschen.

Diese Nachteile werden durch Absolutwinkelschrittgeber vermieden. Bei diesen Gebern wird die zu erfassende Winkelstellung mittels einer mit der Welle verbundenen Codescheibe gemessen, auf welcher die Winkelstellungen in codierter Form aufgebracht sind. Der Code der Codescheibe wird entsprechend der Art der Aufbringung der Codierung mechanisch, magnetisch oder optisch abgetastet.

Da mit einer einzigen Codescheibe nur ein Drehwinkel der Welle von 360° erfaßt werden kann, werden bei bekannten Absolutwinkelschrittgebern, die Winkel größer als 360° messen können, eine oder mehrere nachgeschaltete Codescheiben verwendet, die über Untersetzungsgetriebe mit der ersten bzw. der vorgeschalteten Codescheibe verbunden sind. Die Codierung der nachgeschalteten Scheiben und die Getriebe sind dabei so abgestimmt, daß sich die folgende Scheibe jeweils um einen Winkelschritt weitei jevegt, wenn die vorgeschaltete Scheibe eine volle Umdrehung macht.

Da die jeweils durch die Abtastung erfaßte Codierung der Codescheibe die Winkelstellung der Welle absolut angibt, sind Störungen durch einen Ausfall der elektronischen Decodierung, durch ein Verdrehen des Winkelschrittgebers bei abgeschaltetem Decodierer oder durch Störimpulse nicht möglich.

Bei einem Absolutwinkelschrittgeber ist es nur erforderlich, seinen Nullpunkt in Übereinstimmung mit dem Nullpunkt des zu messenden Systems, d. h. der Winkelstellung Null der Eingangswelle zu bringen. Bei den bekannten Absolutwinkelschrittgebern ist die Cod"scheibe formschlüssig an der Gcbereingangswelle befestigt, so daß der gesamte Geber ein selbständiges Gerät ist, das mit dieser Gebereingangswelle an die zu messende Welle angeschlossen, z. B. angeflanscht, wird. Zur Nullpunktjustage muß diese Verbindung zwischen Gebereingangswellc und der zu messenden Welle gelöst werden und die Justage erfolgt durch Probieren. Dies ist in der Praxis ein schwieriger und zeitraubender Vorgang, insbesondere bei Gebern mit hoher Winkelauflösung von z. B. tausend Schritten je Umdrehung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Justiervorrichtung für einen Absolutwinkelschrittgeber zu schaffen, der eine einfache und schnelle Nuilpunktjustagc des montierten Gebers erlaubt, wobei die Justiervorrichtung die gesamten Herstellungskosten des Gebers nicht wesentlich erhöhen soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Justiervorrichtung der