DE3526645A1 - Drehimpulsgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehimpulsgeber, bei welchem auf einer an wenigstens zwei Lagerstellen drehbar gelagerten Welle mindestens eine mit in Umfangsrichtung angeordneten Markierungen versehene Scheibe angebracht ist, deren Markierungen von einer gehäusefesten Abtasteinrichtung erfaßt und zu einem für die Drehgeschwindigkeit repräsentativen Signal umgeformt werden, insbesondere opto-elektronischer Drehimpulsgeber mit einer in einer Lichtschranken-Anordnung rotierenden Schlitzscheibe.

Ein derartiger Drehimpulsgeber ist aus der Druckschrift POG 9 "Drehimpulsgeber" der Anmelderin bekannt. Ein solcher Drehimpulsgeber wird in der Meß-, Steuer- und Regeltechnik als Meßgrößenumformer verwendet, um die mechanische analoge Eingangsgröße "Drehzahl" oder "Drehwinkel" in eine entsprechende Anzahl von digitalen elektrischen Impulsen umzusetzen. Die exakte Umformung erfolgt insbesondere opto-elektronisch mit Infrarot-Lichtschranken, deren Strahlengang durch eine Scheibe mit radialen Schlitzen intermittierend unterbrochen und freigegeben wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist die Scheibe, die auch als Impulsscheibe zu bezeichnen ist, zwischen zwei Lagern auf einer drehbaren Welle angeordnet. Die beiden Lager sind in verschiedenen Gehäuseteilen angebracht, die zunächst getrennt hergestellt und schließlich zusammengebaut werden. Bei dieser Konstruktion hat sich als nachteilig erwiesen, daß die Justierarbeiten an der Elektronik, beispielsweise das Einstellen des Trigger-Punktes für die Umwandlung der fast sinusförmigen opto-elektrischen Signale in Rechteck-Signale erheblich erschwert wird. Weiterhin machen sich bei einer großen Anzahl von Markierungen (Schlitzen in der Scheibe) Fertigungstoleranzen zwischen dem einen Gehäuseteil, in welchem das eine Lager sitzt, und dem anderen Gehäuseteil mit dem anderen Lager stö­ rend bemerkbar. Wenn die Drehbewegung der Scheibe näm­ lich nicht hinreichend exakt abläuft, wenn beispielsweise ein axiales Spiel oder eine Taumelbewegung oder auch ein Planschlag der Scheibe auftritt, so kann dies zu einer un­ erwünschten Modulation des Ausgangssignals führen, so daß sich das Tastverhältnis der abgegebenen Impulse, deren Lage in bezug auf den räumlichen Winkel oder die Lage der bei vielen Drehimpulsgeber zweikanalig erzeugten ein axiales Spiel oder eine Taumelbewegung oder auch ein planschlag der Scheibe auftritt, so kann dies zu einer un­ erwünschten Modulation des Ausgangssignals führen, so daß sich das Tastverhältnis der abgegebenen Impulse, deren Lage in bezug auf den räumlichen Winkel oder die Lage der bei vielen Drehimpulsgeber zweikanalig erzeugten Signale zueinander ändert.

Weiterhin ist grundsätzlich eine Anordnung bei einem Drehimpulsgeber bekannt, bei welchem die Welle mit der Impulsscheibe nur einseitig gelagert ist, wobei die beiden verwendeten Lager unmittelbar nebeneinander in einem Gehäuseflansch angebracht sind. Diese Anordnung leidet auch unter den oben geschilderten Nachteilen und weist zusätzlich noch den Nachteil auf, daß die radialen Kräfte, welche auf die Antriebswelle wirken, durch die Lagerung nur ungenügend aufgenommen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dreh­ impulsgeber der eingangs näher genannten Art zu schaffen, mit welchem ohne besondere Anforderungen an die Qualität der Wellenlager gleichwohl ein praktisch modulationsfreies Ausgangssignal zu erreichen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die beiden Lagerstellen an einem in einem einzigen Arbeitsgang hergestellten, langgestreckten ersten Gehäuseteil auf erheblichem Abstand voneinander angeordnet sind und daß die Scheibe dicht benachbart zu der einen Stirnseite des ersten Gehäuseteils und zu der einen Lagerstelle angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß die Fertigungs- und Passungstoleranzen außerordentlich gering gehalten werden, ohne daß dazu ein besonders hoher Fertigungsaufwand erforderlich ist. Da die beiden Lagerstellen sehr weit auseinander liegen können, wird das axiale ebenso wie das radiale Lagerspiel auf ein praktisch nicht störendes Mindestmaß beschränkt. Es kann also ein besonders exaktes und sauberes Ausgangssignal erreicht werden. Außerdem ist der elektronische Teil des Drehimpulsgebers leicht zugänglich

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß das erste Gehäuseteil nicht nur in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt wird, sondern auch zugleich einstückig ausgebildet ist.

Weiterhin kann im Hinblick auf eine möglichst kompakte Anordnung vorgesehen sein, daß das erste Gehäuseteil im wesentlichen kreiszylindermantelförmig ausgebildet ist und zwischen den Lagerstellen in seiner äußeren Mantelfläche eine Ausnehmung aufweist, in welcher auf einer das erste Gehäuseteil umgebenden ersten Leiter­ platte angebrachte Bauteile aufnehmbar sind. Auf diese Weise kann der Raum im Gehäuse besonders günstig ausge­ nutzt werden.

Eine robuste und kompakte Konstruktion ergibt sich vor­ zugsweise auch dadurch, daß das erste Gehäuseteil im Bereich seiner Stirnseiten Befestigungsflansche auf­ weist. Die Befestigungsflansche können nicht nur in vorteilhafter Weise zur Anbringung von Bauteilen oder Gehäuseteilen verwendet werden, sondern dienen zugleich auch zu einer Vergrößerung der Festigkeit der gesamten Anordnung.

Vorzugsweise kann weiterhin vorgesehen sein, daß an den Lagerstellen Wälzlager, insbesondere Kugellager, vorge­ sehen sind.

Eine stabile und gleichwohl übersichtliche sowie leicht zugängliche Anordnung ergibt sich dadurch, daß an dem der Scheibe zugewandten Befestigungsflansch wenigstens eine zweite Leiterplatte für elektrische Bauteile angebracht ist, welche die Welle konzentrisch umgibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungs­ gegenstandes zeichnet sich dadurch aus, daß an der zweiten Leiterplatte eine als Lichtschranken-Anordnung ausgebilde­ te Abtasteinrichtung angebracht ist.

Auf diese Weise wird es möglich, die Scheibe relativ dicht benachbart zu der einen Lagerstelle anzuordnen, wodurch die störungsfreie und präzise Ausbildung des Ausgangssig­ nals gefördert wird.

Der Grundgedanke der Erfindung ermöglicht sogar die Weiter­ bildung, daß an der zweiten Leiterplatte zwei in axialer Richtung unmittelbar benachbarte, als Lichtschranken- Anordnung ausgebildete Abtasteinrichtungen angebracht sind. Eine vorteilhafte Anwendung kann ein derartiger Doppel-Dreh­ impulsgeber dort finden, wo es beispielsweise auf ver­ schiedene Impulszahlen ankommt. Auf diese Weise lassen sich komplizierte Untersetzungsgetriebe oder elektronische Teiler­ schaltungen vermeiden. Es ergeben sich jedoch auch vorteil­ hafte Anwendungsmöglichkeiten, bei denen Impulsscheiben mit identischen Markierungszahlen vorgesehen werden. Beispiels­ weise kann die eine Abtasteinrichtung eine Fernanzeige in einer Schaltwarte ansteuern, während die andere Abtastein­ richtung für eine digitale Lageregelung bei einer Werkzeug­ maschine dient.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung des Er­ findungsgegenstandes kann auch vorgesehen sein, daß die zweite Leiterplatte dadurch eine Doppelfunktion erfüllt, daß die erste Leiterplatte an der zweiten Leiterplatte befestigt ist.

Weiterhin kann vorzugsweise die Anordnung derart getroffen sein, daß an dem ersten Gehäuseteil ein zweites Gehäuseteil angebracht ist, welches das erste Gehäuseteil und die erste Leiterplatte ebenso wie die zweite Leiterplatte umgibt.

Das zweite Gehäuseteil kann in beliebiger bekannter Weise an dem ersten Gehäuseteil leicht lösbar angebracht sein, so daß das zweite Gehäuseteil im Bedarfsfall zu Wartungs- Arbeiten oder dergleichen leicht entfernt werden kann.

Wenn eine besonders raumsparende Anordnung angestrebt wird und eine im wesentlichen runde Gehäuseform vorgegeben ist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die erste Leiterplatte das erste Gehäuseteil konzentrisch umgibt und als Kreiszy­ lindermantel ausgebildet ist. Alternativ dazu kann auch vor­ gesehen sein, daß die erste Leiterplatte das erste Gehäuse­ teil konzentrisch umgibt und in einem senkrecht zur Wellen­ achse geführten Schnitt polygonal ausgebildet ist.

Schließlich sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vor, daß die Welle einen aus der einen Stirnseite des Gehäuses herausragenden Wellenansatz aufweist, der zur Aufnahme eines Hohlwellen-Tachometerdy­ namos ausgebildet ist. Auf diese Weise läßt sich der Dreh­ impulsgeber als digitales Wegemeßgerät mit einem Tacho­ meterdynamo als analoges Drehzahlmeßinstrument ohne Verwen­ dung einer Kupplung kombinieren.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehimpulsgebers und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehimpulsgebers.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 1 ist ein erstes Gehäuse­ teil 10 als ein Bauteil ausgebildet, welches eine im wesentlichen kreiszylindermantelförmige Form aufweist und an seinen beiden Stirnseiten jeweils einen Befesti­ gungsflansch 20 bzw. 21 aufweist. Ein derartiges erstes Gehäuseteil 10 läßt sich leicht aus einem einzigen Stück und in einem einzigen Arbeitsgang herstellen. Auf diese Weise können die beiden Lagerstellen auf einem großen Ab­ stand voneinander angeordnet werden, so daß gleichwohl wegen der geringen Fertigungs-und Passungstoleranzen eine außerordentlich präzise Lagerung erreicht werden kann, ohne daß an die Qualität der Lager selbst beson­ ders hohe Anforderungen gestellt werden müßten.

In zwei Lagern 12 a und 12 b, welche als Kugellager ausge­ bildet sein können, ist eine Welle 13 drehbar gelagert. Die beiden Lager 12 a und 12 b sind jeweils im Bereich der stirnseitigen Enden des ersten Gehäuseteils 10 angeord­ net. Im Bereich dieser stirnseitigen Enden des ersten Ge­ häuseteils 10 sind auch die beiden Befestigungsflansche 20 und 21 ausgebildet. Der eine Befestigungsflansch, nämlich der Befestigungsflansch 21 dient zur Anbringung von wenigstens einer Leiterplatte. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind die meisten elektrischen und/oder elektronischen Bau­ teile auf einer ersten Leiterplatte 16 angebracht, und zwar in der Weise, daß die auf der Innenseite der ersten Leiterplatte 16 angeordneten Bauteile in eine Ausnehmung 19 hineinragen, welche im Bereich des Außenumfangs des ersten Gehäuseteils 10 vorgesehen ist. Auf diese Weise er­ gibt sich eine besonders günstige Raumausnutzung.

Die erste Leiterplatte 16 ist an einer zweiten Leiter­ platte 17 befestigt, welche ihrerseits an dem Befesti­ gungsflansch 21 angebracht ist. An dieser zweiten Leiter­ patte 17 ist weiterhin eine Lichtschranken-Anordnung 15 befestigt. Da die Lichtschranken-Anordnung 15 dicht be­ nachbart zu der einen Stirnseite des ersten Gehäuseteils 10 angeordnet ist, ergibt sich die Möglichkeit, auf der Welle 13 eine Scheibe 14, die als Impulsscheibe oder Schlitzscheibe ausgebildet sein kann, in einem sehr ge­ ringen Abstand zu dem einen Lager 12 b anzuordnen. Auf die­ se Weise wird ein sehr ruhiger Lauf der Scheibe 14 gewähr­ leistet.

An dem Befestigungsflansch 20 des ersten Gehäuseteils 10, welcher auf der von der Scheibe 14 abgewandten Seite ange­ ordnet ist, ist ein zweites Gehäuseteil 11 angebracht Dieses zweite Gehäuseteil 11 kann an dem Befestigungs­ flansch 20 des ersten Gehäuseteils 10 auf eine an sich bekannte Art und Weise leicht lösbar angebracht werden. Das zweite Gehäuseteil 11 übergreift das gesamte erste Gehäuseteil einschließlich der beiden Leiterplatten 16 und 17 sowie der Lichtschrankenanordnung 15 von außen becher­ artig. Die Öffnung des zweiten Gehäuseteils 11 stirnseitig neben der Lichtschranken-Anordnung 15 und der Scheibe 14 ist durch einen Gehäusedeckel 18 abgedeckt.

Ein aus dem Gehäuse herausgezogener Wellenansatz ermöglicht es, auf der Welle den Rotor eines Hohlwellen-Tachometerdynamos anzubringen.

Durch die weit voneinander entfernt angeordneten Lager­ stellen mit den Lagern 12 a und 12 b, die außerdem noch in einem einstückigen, in einem einzigen Arbeitsgang herge­ stellten Bauteil angeordnet sind, in Verbindung mit der besonders dicht neben der einen Lagerstelle angeordneten Lichtschranken-Anordnung wird die vorteilhafte Möglichkeit geschaffen, ohne besonderen Lageraufwand und ohne beson­ ders enge Fertigungstoleranzen ein außerordentlich zu­ verlässiges und modulationsfreies Ausgangssignal bereit­ zustellen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, gemäß der Darstellung in der Fig. 2 eine weitere Lichtschranken-Anordnung 15′ mit einer entsprechenden weiteren Scheibe 14′ vorzusehen. Gemäß der Darstellung in der Fig. 2 ist an der einen Licht­ schranken-Anordnung 15 eine weitere zweite Leiterplatte 17′ angebracht, an welcher die weitere Lichtschranken-Anordnung 15′ befestigt ist, so daß die beiden Scheiben 14 und 14′ auf derselben Welle 13′ dicht benachbart nebeneinander laufen können. Im übrigen stimmt die in der Fig. 2 darge­ stellte Anordnung mit der Anordnung gemäß Fig. 1 überein und entsprechende Bauteile sind jeweils mit denselben Be­ zugszeichen bezeichnet. Die Ausführungsform mit den beiden Lichtschranken-Anordnungen 15 und 15′ gemäß Fig. 2 kann vorteilhaft dort eingesetzt werden, wo verschiedene Im­ pulszahlen gewünscht werden, beispielsweise 360 Impulse entsprechend einem Grad für die Abtastung der Winkellage und beispielsweise 1024 Impulse, also eine Binärzahl, für die weitere Impulsscheibe. Auf diese Weise können kompli­ zierte Untersetzungsgetriebe oder elektronische Teiler­ schaltungen vermieden werden. Es können auch Scheiben, d. h. Impulsscheiben mit identischer Schlitzzahl einge­ setzt werden. Es kann beispielsweise von der einen Licht­ schranken-Anordnung eine Fernanzeige in einer Schaltwarte angesteuert werden, und es kann über die andere Licht­ schranken-Anordnung eine digitale Lageregelung an einer Werkzeugmaschine durchgeführt werden.

Claims (16)

1. Drehimpulsgeber, bei welchem auf einer an wenigstens zwei Lagerstellen drehbar gelagerten Welle mindestens eine mit in Umfangsrichtung angeordneten Markierungen versehene Scheibe angebracht ist, deren Markierungen von einer ge­ häusefesten Abtasteinrichtung erfaßt und zu einem für die Drehgeschwindigkeit repräsentativen Signal umgeformt wer­ den, insbesondere opto-elektronischer Drehimpulsgeber mit einer in einer Lichtschranken-Anordnung rotierenden Schlitz­ scheibe, dadurch gekennzeichent, daß die beiden Lagerstellen (12 a, 12 b) an einem in einem ein­ zigen Arbeitsgang hergestellten, langgestreckten ersten Ge­ häuseteil (10) auf erheblichem Abstand voneinander angeordnet sind und daß die Scheibe (14) dicht benachbart zu der einen Stirnseite des ersten Gehäuseteils (10) und zu der einen Lagerstelle (12 b) angeordnet ist.

2. Drehimpulsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuseteil (10) einstückig ausgebildet ist.

3. Drehimpulsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuseteil (10) im wesentlichen kreiszylinder­ mantelförmig ausgebildet ist und zwischen den Lagerstellen (12 a, 12 b) in seiner äußeren Mantelfläche eine Ausnehmung (19) aufweist, in welcher auf einer das erste Gehäuseteil (10) umgebenden ersten Leiterplatte (16) angebrachte Bau­ teile aufnehmbar sind.

4. Drehimpulsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuseteil (10) im Bereich seiner Stirn­ seiten Befestigungsflansche (20, 21) aufweist.

5. Drehimpulsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Lagerstellen (12 a, 12 b) Wälzlager vorgesehen sind.

6. Drehimpulsgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Lagerstellen (12 a, 12 b) Kugellager angeordnet sind.

7. Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Scheibe (14) zugewandten Befestigungsflansch (21) wenigstens eine zweite Leiterplatte (17) für elek­ trische Bauteile angebracht ist, welche die Welle (13) kon­ zentrisch umgibt.

8. Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Leiterplatte (17) eine als Licht­ schranken-Anordnung (15) ausgebildete Abtasteinrichtung angebracht ist.

9. Drehimpulsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (13′) eine weitere Scheibe (14′) an­ gebracht ist und daß konzentrisch zur Welle (13′) an der Lichtschranken-Anordnung (15) eine weitere zweite Leiterplatte (17′) befestigt ist, an der eine weitere Lichtschranken-Anordnung (15′) angebracht ist, welche der weiteren Scheibe (14′) zugeordnet ist.

10. Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leiterplatte (17) an der ersten Leiter­ platte (16) befestigt ist.

11. Drehimpulsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Gehäuseteil (10) ein zweites Gehäuse­ teil (11) angebracht ist, welches das erste Gehäuseteil (10) und die erste Leiterplatte (16) ebenso wie die zweite Leiterplatte (17) umgibt.

12. Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gehäuseteil an dem von der Scheibe (14) abgewandten Befestigungsflansch (20) lösbar angebracht ist.

13. Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leiterplatte (16) das erste Gehäuseteil (10) konzentrisch umgibt und als Kreiszylindermantel ausgebildet ist.

14. Drehimpulsgeber nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leiterplatte das erste Gehäuseteil konzentrisch umgibt und in einem senkrecht zur Wellen­ achse geführten Schnitt polygonal ausgebildet ist.

15. Drehimpulsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (13, 13′) einen aus einer Stirnseite des Gehäuses herausragenden Wellenansatz aufweist, der zur Aufnahme eines Hohlwellen-Tachometerdynamos ausgebildet ist.

16. Drehinpulsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (13, 13′) einen aus einer Stirnseite des Gehäuses herausragenden Wellenansatz aufweist, der zur Aufnahme eines Fliehkraftschalters ausgebildet ist.