DE69114262T2

DE69114262T2 - Apparateinheit zur ausrichtung und festlegung des zwischenraums für bausteine für optische winkelkodierer.

Info

Publication number: DE69114262T2
Application number: DE69114262T
Authority: DE
Inventors: Gregg Service
Original assignee: Renco Encoders Inc
Current assignee: Renco Encoders Inc
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-08-31
Also published as: EP0500908A4; EP0500908A1; ATE129805T1; DE69114262D1; US5057684A; GR3018490T3; WO1992004602A1; EP0500908B1; ES2080339T3; DK0500908T3

Description

Der Erfindung zugrundeliegender allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren und eine Apparateeinheit zur Installation eines modularen, optischen Winkelkodierers. Präziser gesagt, die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur einfachen Ausrichtung und Festlegung des Zwischenraumes eines Strukturrades gegenüber einer Maske und eines Photodetektors in dem modularen Winkelkodierer während der Installation vor.
Winkelkodierer sind Vorrichtungen, welche verschiedene Winkel der Drehung um eine drehbare Welle ermitteln und in elektronische Signale umwandeln. So könnte der Kodierer zum Beispiel die Geschwindigkeit einer rotierenden Welle messen beziehungsweise die Anzahl der erfolgten Umdrehungen der Welle festhalten.
Zwei allgemein übliche Arten Winkelkodierer sind unabhängige Kodierer und modulare Kodierer. Der unabhängige Kodierer ist mit einer eigenen Welle versehen, auf welcher das drehbare Strukturrad befestigt ist. Diese Welle ist mit der Arbeitswelle verbunden. Im Gegensatz dazu ist das Strukturrad des modularen Kodierers, wie zum Beispiel in DE-A-25 25 314 offenbart, direkt auf der Arbeitswelle befestigt.
Optische Winkelkodierer weisen zur Ermittlung der Wellenumdrehung einen, gegen über Welle und Rad stationären Photodetektor auf. Der Photodetektor ist, von einer Lichtquelle aus gesehen, auf einer Unterseite einer gedruckten Schaltung über einem Strukturrad angeordnet. Bevorzugt werden Phototransistoren, jedoch können ebenfalls Photodioden oder Photoelemente verwendet werden. Es werden lichtemittierende Dioden, LEDs, welche primär auf einer Wellenlänge von 880 Nanometer Infrarotlicht erzeugen, bevorzugt, jedoch kann auch von anderen LEDs beziehungsweise Leuchtquellen Gebrauch gemacht werden. Das Strukturrad weist eine transparente Scheibe mit einer opaken Struktur auf, welche, so wie sich das Rad mit der Welle dreht, welchselweise das Licht von der Lichtquelle zu dem Photodetektor blockiert und übermittelt. Die Maske ist zwischen dem Strukturrad und dem Photodetektor angeordnet. Sie weist eine Struktur auf, welche die auf dem Strukturrad vorgesehene dahingehend ergänzt, daß das Licht von der Lichtquelle mit Drehen des Strukturrades wechselweise blockiert und übermittelt wird. Auf diese Weise erzeugte Lichtimpulse werden durch den die Impulse empfangenden Photodetektor in elektronische Signale umgewandelt. Die elektronischen Signale enthalten Informationen über die Drehung des Strukturrades und, infolgedessen, die Welle.
Die Vorteile des modularen Kodierers gegenüber unabhängigen Kodierern bestehen darin, daß der modulare Kodierer weniger kostenaufwendig ist, weniger Verschleißteile und eine geringere Rotationsmasse als der unabhängige Kodierer aufweist. Eine geringere Rotationsmasse reduziert dynamischen Einfluß und verbessert den Genauigkeitsgrad des Kodierers.
Die Nachteile der bekannten, modularen Kodierer bestehen darin, daß diese Sachkunde, Zeit und die präzise Montage spezieller Einrichtungen, wie zum Beispiel Oszilloskopen und Papier zur Festlegung des Zwischenraumes, erfordern. Die vorliegende Erfindung erfordert weder Sachkunde noch spezielle Vorrichtungen und sieht eine wesentliche Reduzierung der zur Installation eines modularen, optischen Winkelkodierers erforderlichen Zeit vor.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht eine vollständige Vorrichtung sowohl zur Festlegung des Zwischenraumes eines Strukturrades als auch zur Ausrichtung der Maske und des Photodetektors des Kodierers gegenüber dem Strukturrad in einem modularen, optischen Winkelkodierer vor. Die Vorrichtung weist eine, eine Zentrierschulter wirksam greifende, lineare Nocke auf. Die Zentrierschulter kann eine beliebige außenseitige Form besitzen und ist in der Öffnung des Kodiererkörpers axial verschiebbar. Bevorzugt wird eine Ringform. Eine Mittelbohrung der Zentrierschulter kann eine beliebige Form aufweisen und dient zur Ausrichtung des Strukturrades gegenüber einer Maske und einem Photodetektor. Eine kreisförmige Bohrung wird bevorzugt. Sowohl die Nocke als auch die Zentrierschulter sind in dem Körper des modularen Kodierers angeordnet.
Die Nocke wird vorzugsweise aus zwei, an einem Ende durch einen Brückenabschnitt miteinander verbundenen, parallelen Spitzen gebildet. Die Spitzen erstrecken sich von dem Brückenabschnitt bis in eine Öffnung in dem Kodiererkörper. Die Zentrierschulter ist in diese Öffnung eingepaßt. Eine Nabe des Strukturrades wird in der Zentrierschulter gehalten, wobei die Welle durch eine Wellenbohrung in der Nabenmitte in die Nabe eingesetzt wird. Die Zentrierschulter ist vorzugsweise konzentrisch mit der Öffnung des Kodiererkörpers angeordnet. Der Außenumfang der Zentrierschulter liegt verschiebbar an beiden Enden der Nockenspitzen so an, daß durch ein Verschieben der Nocke radial nach außen die Zentrierschulter zu einer Nabe eines Strukturrades hin bewegt wird. Die Zentrierschulter wird in eine leichte Preßpassung mit dem Strukturrad gebracht und ein Haftsitz hergestellt, wodurch eine Positionierung des Rades in einem vorgegebenen Abstand von der Maske bewirkt wird, und richtet ebenfalls eine opake Struktur auf dem mit dem Photodetektor, der Maske und der Lichtquelle ausgerichteten Strukturrad aus.
Bei dieser Konfiguration wird das Strukturrad auf einfache Weise an der Welle und der Kodiererkörper ebenfälls auf einfache Weise an einem Motorgehäuse oder einem anderen, der Welle gegenüber stationären Element angebracht. Durch ein radiales Verschieben der Nocke in Richtung Welle wird die Zentrierschulter außer Kontakt mit dem Strukturrad gebracht, so daß das Strukturrad ohne die durch die Zentrierschulter erzeugte Reibung drehbar ist. Die Nocke wird während des Betriebes des Kodierers, vorzugsweise in der radialen, nach innen gerichteten Position, durch Greifen eines Paares Flansche auf der Nocke mittels einer, über dem Kodiererkörper vorgesehenen Abdeckung verriegelt.
Kodiererkörper, Zentrierschulter, Abdeckung und Nocke werden vorzugsweise aus mit Glas versetztem Polycarbonat gebildet. Das Strukturrad setzt sich aus der Nabe und einer Strukturscheibe zusammen. Die Strukturscheibe wird vorzugsweise aus Glas hergestellt, wobei die Struktur aus Chrom besteht, welches durch Sputtern aufgebracht und photochemisch geätzt wird. Bei der Strukturscheibe kann es sich ebenfalls um Kunststoff, zum Beispiel einen bei Kodak erhältlichen Estarâ-Film mit hochauflösender Photoemulsion, um photochemisch geätzten, rostfreien Stahl oder Chrom oder aber um Chrom oder ein anderes Metall handeln, welches zur Ausbildung der Struktur aufgedampft wird. Die Nabe besteht vorzugsweise aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, könnte jedoch auch aus Kunststoff gefertigt werden.
Die Zentrierschulter weist vorzugsweise einen Führungsstift auf, welcher, parallel zu der Wellenachse, in einen, auf dem Innenumfang der Öffnung des Kodiererkörpers vorgesehenen, axialen Kanal hineinführt, um die Zentrierschulter mit dem Rest des Kodierers zum Zwecke einer einfachen Installation der linearen Nocke auszurichten.
Bei unter Anwendung der bevorzugten Ausführungsformen installierten Strukturrädern werden die Zwischenräume innerhalb des optimalen Bereiches von 10 bis 20 tausendstel Inch (1 Inch = 25,4 mm) von der Maske festgelegt. Typischerweise besteht bei dem Zwischenraumabstand eine Abweichung von plus oder minus 2 bis 3 tausendstel Inch. Bei der Ausrichtung des Strukturrades wird typischerweise eine Abweichung von plus oder minus 0,2 tausendstel Inch verzeichnet. Die Ausrichtung der Maske des Kodiererkörpers um das Strukturrad bewegt sich bezeichnenderweise innerhalb plus oder minus 2 tausendstel Inch.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des modularen, optischen Winkelkodierers, welche die Anordnung des Kodierers auf einer Motorwelle darstellt.
Figur 1a zeigt eine detaillierte, perspektivische Explosionsansicht eines Strukturrades und einer Zentrierschulter, identisch mit der Ausrichtung in dem Kodierer.
Figur 2 zeigt eine, diverse Teile nicht berücksichtigende Vorderansicht des verschiebbaren, blockierten Strukturrades, der Nocke und der Zentrierschulter.
Figur 3 zeigt eine Vorderansicht der linearen Nocke.
Figur 4 zeigt eine Vorderansicht der rechten Seite der linearen Nocke mit Einzelheiten gemäß Figur 3.
Figur 5 zeigt einen Grundriß der Unterseite der Nocke mit Einzelheiten gemäß Figur 3.
Figur 6 zeigt eine Vorderansicht des Kodiererkörpers.
Figur 7 zeigt eine Rückansicht des Kodiererkörpers mit einem, die Innenseite des einen Kanales und eine Durchsicht des anderen Kanales darstellenden Teilschnitt.
Figur 8 zeigt einen fragmentarischen Grundriß der Oberseite des Kodiererkörpers mit Einzelheiten gemäß Figur 6.
Figur 9 zeigt eine, diverse Teile nicht berücksichtigende Vorderansicht der linken Seite desselben, welche das blockierte Strukturrad, die Nocke und die Zentrierschulter gegen über dem Rest des Kodierers darstellt.
Figur 10 zeigt eine Vorderansicht der linken Seite der Vorichtung, bei welcher sich die Nocke und die Zentrierschulter in einer das Strukturrad blockierenden Position befinden.
Figur 11 zeigt eine Vorderansicht der linken Seite der Vorrichtung, bei welcher sich die Nocke in teilweiser Verschiebung befindet.
Figur 12 zeigt eine Vorderansicht der linken Seite der Vorrichtung, bei welcher die Nocke nach innen gerichtet und die Zentrierschulter eingezogen ist, um eine Rotation des Strukturrades zu ermöglichen.
Figur 13 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Figur 9, bei welcher die Nocke nach innen gerichtet und die Zentrierschulter eingezogen ist, um eine Rotation des Strukturrades zu ermöglichen.
Figur 14 ist eine vereinfachte, vordere Schnittansicht der linken Seite des Diagrammes gemäß Figur 13 mit einer Darstellung der mechanischen Funktion der das Strukturrad blockieren den Nocke und der Zentrierschulter in einer Position zur Montage auf der Welle.
Figur 15 zeigt eine vereinfachte, vordere Schnittansicht der linken Seite des Diagrammes mit nach innen gerichteter Nocke und eingezogener Zentrierschulter, um eine Rotation des Strukturrades zu ermöglichen.
Figur 16 zeigt einen fragmentarischen Schnitt der Welle im Detail, wobei Strukturrad und Zentrierschulter wie in Figur 14, jedoch vergrößert dargestellt sind; und
Figur 17 zeigt einen fragmentarischen Schnitt der Welle im Detail, wobei Strukturrad und Zentrierschulter wie in Figur 15, jedoch vergrößert dargestellt sind.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung sieht ein Verfahren und eine Apparateeinheit zur Festlegung des Zwischenraumes und gleichzeitiger Ausrichtung eines Strukturrades 8 eines modularen, optischen Winkelkodierers 2 mit einer Maske 26 und einem Photodetektor 32 vor. Der Kodierer 2 ist über einer drehbaren Welle 14 vorgesehen, wobei, wie in den Figuren 1, 2, 9 und 13 dargestellt, die Welle durch eine Bohrung 30 in der Mitte einer, in einer zentralen Bohrung 112 einer Zentrierschulter 42 angeordneten Nabe 28 des Strukturrades eingeführt wird. Die Schulter 42 ist wiederum in einen, eine Öffnung 12 mit einem Umfang 46 aufweisenden Kodiererkörper 4 eingefügt. Das Strukturrad 8 ist auf der Welle 14 befestigt und dreht sich mit dieser. Der Kodiererkörper 4 ist, wie in den Figuren 1, 9 und 13 dargestellt, an einem externen Element 24 angebracht, bei welchem es sich vorzugsweise um ein Motorgehäuse 25 handelt.
Das Strukturrad 8 ist eine Vorichtung, welche, wie in den Figuren 1a, 9, 13, 14, 15, 16 und 17 dargestellt, eine transparente Scheibe 160 mit einer opaken Struktur (nicht dargestellt), eine Nabe 28 mit einem integrierten Stützflansch 162 und einer mittleren Bohrung zur Aufnahme der Welle sowie einen, vorzugsweise metallischen Haltering 164 aufweist. Die transparente Scheibe 160 ist mit einer mittleren Bohrung versehen und besteht vorzugsweise aus Glas. In Konformität mit der Rotation des Rades 8 und der Welle 14 (Ausrichtung in den Figuren 9, 13-15 dargestellt) blockiert und übermittelt die opake Struktur (nicht dargestellt) wechselweise Licht von der Lichtquelle 10 zu der Maske 26 und von dort zu dem Photodetektor 32. Die mittlere Bohrung der transparenten Scheibe 160 ist um die Nabe 28 herum vorgesehen und liegt, wie in den Figuren 1a sowie 14-17 dargestellt, mit Hilfe eines Klebemittels (nicht dargestellt) an dem einen größeren Durchmesser als die mittlere Bohrung der Scheibe 160 aufweisenden, integrierten Stützflansch 162 an. Der Flansch 162 ist, wie in den Figuren 14-17 dargestellt, etwa in der Mitte einer Länge der Nabe 28 angeordnet. Wie in Figur 1a dargestellt, sitzt der metallische Haltering 164 über der Nabe 28, um die transparente Scheibe 166 auf der Nabe 28 und gegen den Stützflansch 162 zu halten.
Der Kodiererkörper 4 weist vorzugsweise ein Paar Spiegelbildkanäle auf, welche parallel zueinander und im allgemeinen auch parallel zu der Oberseite 6 des Kodiererkörpers angeordnet sind. Die Kanäle wirken, wie in den Figuren 2, 7 und 8 dargestellt, zwischen einer Außenseite 22 des Kodiererkörpers 4 und einer im allgemeinen zentralen Öffnung 12 in dem Kodiererkörper 4. Die Kanäle 80 weisen proximale Enden 18 auf, welche mit der zentralen Öffnung 12 zusammenwirken, während die distalen Enden 20 mit der Außenseite 22 des Kodiererkörpers 4 zusammenwirken. Beide Kanäle 80 wirken, im allgemeinen tangential, vorzugsweise mit der Öffnung 12 des Kodiererkörpers 4 zusammen, wobei die proximalen Enden 18 durch die Öffnung 12 voneinander getrennt sind. Eine Zentrierschulter 42 ist innerhalb der Öffnung 12 angeordnet, wobei, wie in den Figuren 2, 16 und 17 dargestellt, der Außenumfang 44 der Zentrierschulter 42 in den Innenumfäng 46 der Öffnung 12 eingepaßt ist.
Die Zentrierschulter 42 ist, in Abhängigkeit der Bewegung einer linearen Nocke 36, welche entlang der Kanäle 80 vorzugsweise zwei parallele Spitzen 72, 74 aufweist, innerhalb der Öffnung 12 axial verschiebbar. Die Spitzen sind auf der Außenseite 22 des Kodiererkörpers 4, wie in den Figuren 3, 4, 5, 13 und 14 dargestellt, durch einen Brückenabschnitt 70 miteinander verbunden. Die lineare Nocke 36 ist entlang der Kanäle von einer ersten Position 38 in eine zweite Position 40 verschiebbar.
Die Zentrierschulter 42 weist vorzugsweise einen Führungsstift 58 bzw. Kanal auf, welcher, wie in Figur 1a dargestellt, sich von dem Außenumfang 44 der Zentrierschulter 42 aus erstreckt. Der Stift 58 bzw. Kanal wird, wie in Figur 2 dargestellt, von einem, auf dem inneren Umfang 46 der Öffnung 12 des Kodiererkörpers vorgesehenen, axialen Kanal 174 bzw. Stift aufgenommen. Selbstverständlich können Positionsstift 58 und Kanal 174 so umgekehrt werden, daß der Kanal 174 auf dem Außenumfang 44 der Zentrierschulter 42 und der Führungsstift 58 auf dem Innenumfang 46 der Öffnung 12 des Kodiererkörpers liegt. Der Stift 58 verhindert, daß die Schulter 42 in den Innenumfang 46 der Öffnung 12 des Kodiererkörpers gelangt, ohne dabei auch den Stift 58 in den Kanal 174 einzubringen. Bei Einbringen des Stiftes 58 in den Kanal 174, wobei der den kleineren Durchmesser aufweisende Abschnitt 45 der Zentrierschulter 42 von der mit Einschnitten versehenen Oberseite 6 des Kodiererkörpers 4 entfernt angeordnet ist, ist die Zentrierschulter 42, wie in den Figuren 2, 9 und 13 dargestellt, speziell auf die diversen Einschnitte und Vorsprünge 50 auf dem äußeren Umfang 44 der Schulter 42 ausgerichtet, um mit der linearen Nocke 36 in Eingriff zu kommen.
Die Spitzen 72, 74 wirken mit mehreren Vorsprüngen und Einschnitten 50 auf dem äußeren Umfang 44 der Zentrierschulter 42 so zusammen, daß, wie in Figur 9 dargestellt, durch Versetzen der Nocke 36 in die zweite Position 40, wobei der Brückenabschnitt 70 von dem Kodiererkörper 4 radial entfernt angeordnet ist, eine erste Fläche 108 der Zentrierschulter 42 in eine leichte Preßpassung 48 mit dem in die Nabe 28 integrierten Stützflansch 140 gebracht wird. Die Nabe 28 führt, wie in den Figuren 14-17 dargestellt, durch einen, einen größeren Innendurchmesser aufweisenden Abschnitt 43 der Zentrierschulter 42 und wird in einen, einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt 45 der Zentrierschulter 42 mittels Haftsitz 52 eingepaßt. Die leichte Preßpassung 48 zwischen der Zentrierschulter 42 und dem Stützflansch 162 sowie der Haftsitz 52 zwischen dem einen größeren Innendurchmesser aufweisenden Abschnitt 43 und der Nabe 28 richten, wie in den Figuren 9, 13, 14 und 15 dargestellt, zusammen den Kodiererkörper 4 gegenüber dem Strukturrad 8 während der Montage des Kodiererkörpers 4 auf dem externen Element 24 aus und stellen das Rad 8 sowie den vorgegebenen Zwischenraumabstand 56 von dei Maske 26 ein.
Die Maske 26 ist auf einer Unterseite 62 der gedruckten Schaltung 64 über einer oberen Körperfläche 6 des Kodiererkörpers 4 befestigt. Das Strukturrad 8 ist, wie in den Figuren 9 und 13 dargestellt, zwischen der Oberseite 6 des Kodiererkörpers und der Unterseite 62 der gedruckten Schaltung 64 angeordnet. Ein, von dem Strukturrad 8 aus hinter der Maske 26 an der gedruckten Schaltung 64 angebrachter Photodetektor 32 (wie in Figur 1 dargestellt) ermittelt einen Lichtstrahl (nicht dargestellt), welcher von einer, auf dem Kodiererkörper 4 gegenüber dem Photodetektor 32 angeordneten Lichtquelle 10 erzeugt wurde. Mit Drehen des Strukturrades 8 durchdringt ein Teil des Lichtes sowohl das Strukturrad 8 als auch die Maske 26, wobei das den Photodetektor 32 erreichende Licht der Rotation der Welle entspricht.
Wie in den Figuren 1, 9 und 13 dargestellt, wird das Strukturrad 8 auf der Welle 14 vorzugsweise mit Hilfe einer, radial durch die Nabe gezogenen Stellschraube 82 befestigt. Der Kodiererkörper 4 wird, wie in den Figuren 9 und 10 dargestellt, auf dem externen Element 24 angebracht, während sich die Nocke 36 in der zweiten Position 40 befindet. Sobald Strukturrad 8 und Kodiererkörper 4 montiert sind, kann die Nocke 36 so in die erste Position 38 verschoben werden, daß, so wie in den Figuren 12 und 13 dargestellt, der Brückenabschnitt 70 an der Außenseite 22 des Kodiererkörpers 4 angeordnet ist. Figur 11 zeigt die Nocke 36, welche zwischen der ersten Position 38 und der zweiten Position 40 angeordnet ist. Wie in den Figuren 15 und 17 dargestellt, wird bei Verschieben der Nocke 36 in die erste Position 38 die Zentrierschulter 42 außer Kontakt mit der Nabe 28 des Strukturrades 8 gebracht, wodurch das Strukturrad 8 mit der Welle 14 frei dreh bar ist, während die Ausrichtung des Strukturrades 8 und der vorgegebene Zwischenraumabstand 56 bestehen bleiben.
Wie in der Figur 1 dargestellt, rastet in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein, durch die Abdeckung 60 des Kodiererkörpers definiertes Paar Befestigungsrillen 88 über den für die Abdeckung vorgesehenen Befestigungsflanschen 86 auf dem montierten Kodierer 2 ein. Die bevorzugte Abdeckung 60 weist einen Ausschnitt 84 auf, welcher eine ausreichende Breite besitzt, um um den Brückabschnitt 70 herum zu reichen, jedoch nicht breit genug ist, um ein Paar sich auf der Nocke 36 nach außen erstreckende Flansche 76 aufzunehmen. Die Abdeckung 60 paßt über den Kodiererkörper 4 und die Flanschen 76, um die Nocke 36 in der ebenfalls in Figur 1 dargestellten, ersten Position 38 zu halten.
Der Kodiererkörper 4 wird vorzugsweise auf dem stationären, externen Element 24, bei welchem, wie in den Figuren 1, 9 und 13 dargestellt, es sich vorzugsweise um das Motorgehäuse 25 handelt, verschraubt.
Die Zentrierschulter, obgleich vorzugsweise ringförmig ausgebildet, kann jede beliebige Form aufweisen, welche eine axiale Translation innerhalb der Öffnung 12 des Kodiererkörpers 4 ermöglicht, ohne dabei eine radiale Verschiebung zuzulassen.
Die diversen Einschnitte und Vorsprünge 50 weisen vorzugsweise ein Paar planare Ausschnitte 92 in dem äußeren Umfang der Schulter 42 auf, wobei beide Ausschnitte 92 parallel zu einer Achse der Schulter 42 und senkrecht zu einem Durchmesser der Schulter 42 angeordnet sind. Jeder Ausschnitt 92 ist in Spiegelbildform über der Schulter 42 vorgesehen, wobei, wie in den Figuren 1a, 2 und 13 dargestellt, sich jeder der Ausschnitte 92 in der Nähe eines Endes des Schulterdurchmessers befindet. Ein Umfang 98 jedes Ausschnittes 92 ist vorzugsweise rechteckig, wobei, wie in Figur 1a dargestellt, jeder Ausschnitt 92 vorzugsweise eine erste Seite 100 und eine zweite Seite 102 sowie ein erstes Ende 104 und ein zweites Ende 106 aufweist. Jeder Ausschnitt 92 ist auf beiden Seiten 100, 102, wie in Figur 1a dargestellt, durch eine erste Fläche 108 und eine zweite Fläche 110 der Schulter 42 sowie an beiden Enden 104, 106 durch einen, keine Ausschnitte aufweisenden Abschnitt 176 des äußeren Umfanges 44 der Schulter 42 begrenzt.
Wie aus Figur 1a ersichtlich, weist jeder Ausschnitt 92 vorzugsweise einen, sich von dem Ausschnitt 92 aus erstreckenden, ersten 114 und zweiten 116 Vorsprung auf. Jeder der beiden Vorsprünge 114, 116 auf jedem Ausschnitt 92 ist um einen Mittelpunkt 130 des Ausschnittes 92 genau zwischen den Enden 104, 106 und Seiten 100, 102 symmetrisch angeordnet. Jeder Vorsprung 114, 116 weist eine Breite 178 auf, welche geringer ist als ein halber Parallelabstand zwischen den Seiten 100 und 102 des Ausschnittes 92. Jeder Vorsprung 114, 116 weist, wie aus den Figuren 1a und 10 ersichtlich, eine Länge auf, welche ungefähr einem halben Abstand zwischen den Enden 104 und 106 des Ausschnittes 92 senkrecht Zu den Enden 104 und 106 entspricht. Jeder Vorsprung 114, 116 weist, wie in den Figuren 1a, 10 und 11 gezeigt, einen Abschnitt 186 in Angrenzung an den äußeren Umfang 44 der Zentrierschulter 42 auf. Jeder Vorsprung 114, 116 hat, wie aus den Figuren 1a und 12 ersichtlich, ebenfalls eine Seite 188 in Angrenzung an eine der Flächen 108, 110 der Zentrierschulter 42. Wie in Figur 1a dargestellt, besitzt jeder Vorsprung 114, 116 eine, durch eine Fortsetzung des keinen Ausschnitt aufweisenden Abschnittes 176 des äußeren Umfanges 44 der Schulter 42 gebildete Höhe.
Jede Spitze 72, 74 der Nocke 36 weist ein mittleres Segment 142 und ein Endsegment 144 auf. Das mittlere Segment 142 ist im Querschnitt rechteckig. Das Endsegment ist mit einer inneren Schicht 146 und einer äußeren Schicht 148 versehen. Die innere Schicht 146 wird, wie in den Figuren 3, 4, 5 und 9-13 gezeigt, bei Einsetzen der Nocke 36 in den Kodiererkörper 4 von der äußeren Schicht 148 aus zu der Körper-Oberseite 6 des Kodiererkörpers 4 hin verschoben. Die innere Schicht 146 weist eine Schichtoberseite 150 und eine Schichtunterseite 152 auf, von denen jede dort, wo das Endsegment 144 der Spitze 72, 74 mit dem mittleren Segment 142 verschmilzt, in Planparallelität mit einer entsprechenden Fläche des mittleren Segmentes 142 kommt. Wie aus den Figuren 10-12 ersichtlich, greift die innere Schicht 146 jeder Spitze 72, 74 verschiebbar einen der planaren Ausschnitte 92 der Zentrierschulter 42. Die schräge Oberseite 150 und Unterseite 152 der inneren Schicht 146 jeder Spitze 72,74 kontaktieren die Vorsprünge 114, 116 auf dem Ausschnitt 92 so, daß die schräge Oberseite 150 der Schicht und die schräge Unterseite 152 der Schicht als Rampen für die Vorsprünge 114, 116 auf dem Ausschnitt 92 fungieren. Da die Nocke 36 innerhalb der Kanäle 80 in dem Kodiererkörper 4 von der zweiten Position 40 in die erste Position 38 bewegt wird, greifen die Oberseite 150 und Unterseite 152 der inneren Schicht 146 jeder Spitze 72, 74 den ersten 114 und zweiten 116 Vorsprung auf der Zentrierschulter 42 und verschieben die Schulter 42 axial von der Nabe 28 des Strukturrades 8 weg, so daß, wie in den Figuren 9- 16 gezeigt, der einen kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt 45 der Zentrierschulter 42 sich aus dem Haftsitz 52 mit der Nabe 28 löst.
Da die Nocke 36 von der ersten 38 in die zweite 40 Position bewegt wird, wird, wie in den Figuren 9-16 dargestellt, die Nabe 28 des Strukturrades durch die abfallende Schicht-Oberseite 150 und Schicht-Unterseite 152 des Endsegmentes 144 der Spitzen 72, 74, welche auf den ersten 114 und zweiten 116 Vorsprung auf der Zentrierschulter 42 einwirken, in den Haftsitz mit dem einen kleineren Innendurchmesser aufweisenden Abschnitt 45 der Zentrierschulter 42 zurückversetzt.
Die Kanäle 80 in dem Kodiererkörper 4 sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die Nocke 36 nicht in die Kanäle 80 gelangen kann, wobei die innere Schicht 146 der Nocke 36 von dem Strukturrad 8 entfernt vorgesehen ist. Eine bevorzugte Querschnittsform des Kanales 80 ist aus Figur 8 ersichtlich.
Jede Spitze 72, 74 der Nocke 36 weist vorzugsweise einen Widerhaken 78 auf, welcher zu der Spitze 72, 74 hin zusammengedrückt ist, da er sich an einem Rand 154 eines Fensters 156 vorbei bewegt, welches mit dem Kanal 80, in dem die Spitze 72, 74 angeordnet ist, zusammenwirkt. Der Widerhaken 78 federt von der Spitze 72, 74 zurück, wenn er den Rand 154 passiert, so daß der Widerhaken 78 den Fensterrand 154 greift, wenn die Nocke von dem Kodiererkörper 4 radial nach außen bewegt wird, bis die Spitze 72, 74 mit dem Rand 154 des Fensters 156 in Eingriff kommt.
Wie in Figur 1 gezeigt, definiert die gedruckte Schaltung 64 vorzugsweise einen Zugangsschlitz 158, durch welchen ein Werkzeug (nicht dargestellt), wie zum Beispiel ein Inbusschlüssel, Zugriff zu der Einstellschraube 82 in der Nabe 28 des Strukturrades erhalten kann, um die Einstellschraube 82 anzuziehen und das Strukturrad 8 auf der Welle 14 zu befestigen.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachkundige erkennen, daß Änderungen in Form und Detail erfolgen können, ohne dabei von dem Schutzumfang der Erfindung, wie beansprucht, abzuweichen.

Claims

1. Optischer, modularer Winkelkodierer, welcher einen Kodiererkörper (4) mit einer Körper-Oberseite (6), welche so konstruiert und angeordnet ist, daß sie ein drehbares Strukturrad (8), im allgemeinen radial, parallel zu der Oberseite (6) aufnimmt, wobei der Kodiererkörper (4) ebenfalls eine an der Oberseite (6) vorgesehene Lichtquelle sowie eine Öffnung (12) aufweist, welche so konstruiert und angeordnet ist, daß sie eine drehbare Welle (14) aufnimmt, wobei der Kodiererkörper (4) so konstruiert und angeordnet ist, daß er auf ein externes, gegenüber der drehbaren Welle (14) stationäres Element (24) montiert werden kann und der Kodierer ebenfalls eine Maske (26) aufweist, welche über der, gegenüber der Lichtquelle ausgerichteten Oberseite (6) des Kodiererkörpers angeordnet ist, das zwischen der Oberseite (6) des Kodiererkörpers und der Maske (26) vorgesehene Strukturrad (8) und die koaxial auf die Öffnung (12) des Kodiererkörpers ausgerichtete Nabe (28) aufweist, wobei die Nabe (28) mit einer Bohrung (30) in der Mitte zur Aufnahme der durch die Öffnung (12) in den Kodiererkörper (4) eingeführten Welle (14) versehen und die Nabe (28) des Strukturrades (8) so konstruiert und angeordnet ist, daß sie auf der Welle (14) axial plaziert und angebracht werden kann und wobei der Kodierer (2) ebenfalls einen, von dem Rad (8) aus hinter der Maske (26) auf der Oberseite (6) des Kodiererkörpers angeordneten Photodetektor (32) aufweist, welcher auf die Lichtquelle ausgerichtet ist und der Körper- Oberseite (6) durch die Maske (26) so gegenüberliegt, daß das Licht der Lichtquelle von dem Photodetektor durch das Strukturrad (8) und durch die Maske (26) erfaßt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kodierer weiterhin aufweist:

den Kodiererkörper (4), welcher einen radialen, umschlossenen Kanal (80) parallel zu der Oberseite definiert, wobei das proximale Ende (18) des Kanales mit der Öffnung (12) und das distale Ende 20) mit einer Außenseite (22) des Kodiererkörpers zusammenwirkt;

eine lineare Nocke (36), welche so angeordnet ist, da0 sie von einer ersten (38) in eine zweite Position (40) entlang des Kanales (80) innerhalb des Kodiererkörpers verschiebbar ist, um sich bis zu dem proximalen bzw. distalen Ende (18, 20) des Kanales (80) zu erstrecken;

eine Zentrierschulter (42) mit einer zentralen Schulterbohrung (112), wobei die Schulter (42) zur axialen Verschiebung innerhalb der Öffnung (12) koaxial vorgesehen und ein Außenumfang (44) der Schulter (42) so konstruiert und angeordnet ist, daß er sich innerhalb eines Umfanges (46) der Öffnung (12) einpaßt und wobei die Schulter (42) ebenfalls mehrere Umfangsvertiefungen und -vorsprünge (50) aufweist, welche so konstruiert und angeordnet sind, daß sie die sich bis zu dem proximalen Ende des Kanales (80) erstreckenede Nocke (36) wirksam greifen;

welche so angeordnet sind daß eine Verschiebung der Nocke (36) in die erste Position (38) die Schulter (42) außer Kontakt mit der Nabe (28) und eine Verschiebung der Nocke (36) in die zweite Position (40) die Schulter (42) in eine leichte Preßpassung mit dem Rad (8) bringt und ein Haftsitz zwischen der Nabe (28) und einem Innenumfang (46) der Schulterbohrung (112) hergestellt wird, wobei die leichte Preßpassung (48) und der Haftsitz (52) zusammen eine Ausrichtung des Strukturrades (8) auf die Maske (26) und die Lichtquelle sowie eine Positionierung des Rades (8) in einem vorgegebenen Abstand (56) von der Maske (26) bewirken, wobei die Ausrichtung und der Abstand während der Montage des Strukturrades (8) auf der Welle (14) und Montage des Kodiererkörpers (4) auf dem externen Element (24) beibehalten werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das externe Element ein Motorgehäuse (25) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Zentrierschulter (42) eine kreisförmige Form aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Innenumfang der Schulterbohrung (112) einen, einen größeren Innendurchmesser aufweisenden, in Richtung auf das Strukturrad (8) vorgesehenen Abschnitt (43) und einen, einen kleineren Innendurchmesser aufweisenden, von dem Strukturrad entfernt angeordneten Abschnitt (45) vorsieht, welche so angeordnet sind, daß lediglich der, den kleineren Innendurchmesser aufweisende Abschnitt den Haftsitz (52) mit der Nabe (28) des Strukturrades bilden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der Kodiererkörper (4) zwei spiegelparallele Kanäle (80) aufweist, von denen jeder ein, tangential mit der Öffnung des Kodiererkörpers zusammenwirkendes, proximales Ende (18) und ein, mit der Außenseite (22) des Kodiererkörpers (4) zusammenwirkendes, distales Ende (20) aufweist und bei welcher die Nocke (36) eine erste Spitze (72) und eine, die erste Spitze widerspiegelnde, zweite Spitze (74) aufweist, wobei jede Spitze innerhalb eines Kanales verschiebbar angebracht ist und die durch einen Brückenabschnitt (70) dort miteinander verbundenen Spitzen, wo die Spitzen (72, 74) sich durch die distalen Enden (20) der Kanäle zur Außenseite (22) des Kodiererkörpers hin erstrecken, wenn die Nocke (36) in die zweite Position (40) versetzt wird, so angeordnet sind, daß die Zentrierschulter (42) sich zwischen den Spiegelbildspitzen innerhalb der Öffnung (12) einpaßt und die Vertiefungen und Vorsprünge (50) auf dem Außenumfang der Zentrierschulter (42) eine erste und eine zweite Spiegelbildgruppe aufweisen, wobei jede Gruppe wirksam eine Spitze (72, 74) greift.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher jede Spitze (72, 74) einen sich nach außen erstreckenden Widerhaken (78) aufweist, welcher zu der Spitze (72, 74) hin zusammengedrückt ist, da die Spitze zuerst so weit in den Kanal eingeführt wird, bis der Widerhaken den Rand (I54) eines Fensters (I56) in dem Kanal (80) passiert, an welchem der Widerhaken (78) zurückfedert, um zu verhindern, daß, wenn der Widerhaken (78) mit dem Rand (154) des Fensters (156) in Eingriff kommt, sobald die Spitze (72, 74) in ausreichendem Maße von dem Kodierer radial nach außen bewegt wird, um den Widerhaken (78) mit dem Rand (154) in Berührung zu bringen, die Spitze (72, 74) aus dem Kodiererkörper herausgezogen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher das Strukturrad (8) aufweist:

eine, eine Mittelbohrung (30) aufweisende Strukturscheibe (160);

die im allgemeinen zylindrische Nabe (28) mit einem Durchmesser, welcher dem der Mittelbohrung (30) der Strukturscheibe (160) gleicht oder geringer als dieser ist, wobei die Nabe (28) ebenfalls einen integrierten Stützflansch (162) mit einem Durchmesser aufweist, welcher größer als der der Mittelbohrung (30) der Strukturscheibe ist, wobei der Flansch sich ungefähr über die Hälfte der Länge der Nabe (28) erstreckt; und

einen Haltering (164), welcher, nachdem die Nabe in die Mittelbohrung (30) der Scheibe (160) eingesetzt wurde, die Nabe (28) fest umschließt, um die Scheibe (160) auf der Nabe (28) gegen den Stützflansch (162) abzustützen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher jede der parallelen Spitzen (72, 74) der linearen Nocke (36) aufweist:

ein mittleres Segment (142), welches einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt aufweist;

ein Endsegment (144) mit einer inneren Schicht (146) und einer äußeren Schicht (148), wobei sich bei Einsetzen der Spitze (72, 74) in den Kodiererkörper (4) die innere Schicht gegen die äußere Schicht zu der Körper- Oberseite (6) des Kodiererkörpers (4) hin verschiebt und die innere Schicht (146) eine Schicht-Oberseite (150) und eine Schicht-Unterseite (152) aufweist, von denen jede so abfällt, daß sie dort koplanar mit einer entsprechenden Fläche des mittleren Segmentes (142) liegt, wo das Endsegment (144) so mit dem mittleren Segment (142) verschmilzt, daß die innere Schicht (146) des Endsegmentes (144) wirksam mehrere Umfangsvertiefungen und -vorsprünge (50) auf dem Außenumfang (44) der Zentrierschulter (42) greift.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher die Vorsprünge und Vertiefungen (50) aufweisen:

ein Paar planare, parallele, aus dem Umfang der Zentrierschulter (42) entfernte Siegelbildeinschnitte (92), welche sich vom inneren Umfang der Zentrierschulter (42) aus radial nach außen erstrecken, wobei jeder Einschnitt (92) einen Mittelpunkt (130) am Schnittpunkt des planaren Einschnittes und einen Durchmesser der Zentrierschulter aufweist, jeder Einschnitt senkrecht zu dem Durchmesser der Schulter angeordnet ist und jeder Einschnitt einen im allgemeinen rechteckigen Umfang mit einem Endpaar (104, 106) und einem Seitenpaar (100, 102) aufweist, wobei die Enden (104, 106) durch den nicht eingeschnittenen Umfang der Schulter und die Seiten (100, 102) durch eine erste (108) und eine zweite (110) Fläche der Schulter (42) abgegrenzt sind;

wobei jeder Einschnitt (92) ein Paar Vorsprünge (114, 116) aufweist, welche sich von dem Einschnitt symmetriscvh um den Mittelpunkt (130) des Einschnittes erstrecken, wobei jeder Vorsprung (114, 116) eine, durch eine Verlängerung des nicht eingeschnittenen Umfanges (176) der Schulter über der eingeschnittenen Fläche gebildete Höhe aufweist, jeder Vorsprung (114, 116) zwei parallele, planare Seiten senkrecht zu dem Einschnitt aufweist, von denen eine Seite an ein Flächen paar der Schulter grenzt, jeder Vorsprung sich von der, neben der Schulterfläche liegenden Seite bis zu einer Breite (178) erstreckt, welche geringer als die Hälfte des Abstandes zu der gegenüberliegenden Fläche der Schulter ist und jeder Vorsprung (114, 116) ein erstes Vorsprungsende (186) aufweist, welches dort an den Außenumfang (44) der Schulter (42) grenzt, wo der Außenumfang auf eines der Einschnittenden trifft und jeder Vorsprung eine Länge aufweist, welche ungefähr die Hälfte des Abstandes zu dem Ende des an den Außenumfang (44) des gegenüberliegenden Einschnittendes grenzenden Vorsprungs beträgt;

welche so angeordnet sind, daß eine Radialbewegung der Nocke (36) zu der Zentrierschulter (42) hin bewirkt, daß die abfallenden inneren Schichten (146) der Enden der Spitzen (72, 74) die Zentrierschulter von der Nabe (28) des Strukturrades weg bewegen und eine Radialbewegung der Nocke (36) radial von der Zentrierschulter (42) weg bewirkt, daß die abfallenden, inneren Schichten (146) der Enden der Spitzen (72, 74) die Zentrierschulter auf das Strukturrad (8) zu und in den Haftsitz (52) mit der Nabe (28) des Strukturrades (8) bewegen und ebenfalls eine der Schulterflächen in einen leichten Preßsitzkontakt (48) mit dem Stützflansch (162) des Strukturrades bringen, wobei der Haftsitz (52) und der Kontakt (48) zusammen das Strukturrad (8) gegenüber der Maske (26) ausrichten und in einem entsprechenden Abstand anordnen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die lineare Nocke (36) ein Paar sich dort nach außen errstreckender Flansche (76) aufweist, wo das Brückenteil (70) die beiden Spitzen (72, 74) der Nocke (36) miteinander verbindet, wobei die Vorrichtung ebenfalls eine Abdeckung (60) mit einer Aussparung (84) aufweist, welche axial den Brückenteil (70) aufnimmt, wenn die Nocke in die erste Position (40) versetzt wird, jedoch die Flansche (76) nicht so aufnimmt, daß, wenn die Abdeckung auf dem Kodiererkörper (4) angeordnet ist, die lineare Nocke (36) in der ersten Position (40) gehalten wird.

11. Verfahren zur Anordnung und Ausrichtung eines optischen, modularen Winkelkodierers (2), bei welchem eine drehbare Welle (14) durch eine Öffnung (12) in einen Kodiererkörper (4) und durch eine Nabe (28) eines drehbaren Strukturrades (8) eingeführt wird, wobei die Nabe (28) eine Wellen- Mittelbohrung(30) zur Aufnahme der Welle (14), der Kodiererkörper eine Körper-Oberseite (6) zur Aufnahme des Strukturrades (8), der Kodierer (4) einen, über einer Maske (26) montierten Photodetektor (32) aufweist, der Photodetektor (32) durch die Maske (26) und das Strukturrad (8) einer Lichtquelle auf der Körper-Oberseite des Kodiererkörpers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Feststellung des Strukturrades (8), Ausrichtung des Strukturades (8) gegenüber der Maske (26) und dem Photodetektor (32) sowie Positionierung des Strukturrades (8) in einem vorgegebenen Abstand (56) zu der Maske (26) und dem Photodetektor (32) durch einen Haftsitz (52) zwischen einem Innenumfang (45) einer Mittelbohrung (112) einer Zentrierschulter (42) und der Nabe (28) des Strukturrades sowie einen leichten Preßsitzkontakt (48) zwischen der Schulter und dem Rad (8), wobei die Zentrierschulter zur axialen Verschiebung innerhalb der Körperöffnung (12) angeordnet ist, der Kodiererkörper (4) ebenfalls einen radialen, umschlossenen Kanal (80) im allgemeinen parallel zur Oberseite (6) des Kodiererkörpers (4) aufweist, wobei ein proximales Ende (18) des Kanales (80) mit der Öffnung (12) und ein distales Ende (20) des Kanales (80) mit einer Außenseite des Kodiererkörpers (4) zusammenwirkt, der Kodiererkörper (4) ebenfalls eine lineare Nocke (36) aufweist, welche von einer ersten (38) in eine zweite (49) Position entlang des radialen Kanales (80) verschiebbar ist, die Nocke (36) wirksam mehrere Vertiefungen und Vorsprünge (50) auf dem Außenumfang (44) der Zentrierschulter (42) so greift, daß die Feststellung, Ausrichtung und Positionierung des Strukturrades (8) durch Verschieben der Nocke (36) in die zweite Position (40) erfolgt, wodurch die Schulter (42) zu dem Strukturrad (8) hin bewegt und in leichten Preßsitzkontakt (48) mit dem Rad (8) sowie in einen Haftsitz (52) mit der Nabe (28) gebracht wird;

Einsetzen einer drehbaren Welle (14) durch die Öffnung (12) in den Kodiererkörper (4), durch die Zentrierschulter (42), die Mittelbohrung und durch die Wellen-Mittelbohrung (30) in die Nabe (28) des Strukturrades;

Anordnung der Nabe (28) des Strukturrades auf der Welle (14);

Anordnung des Kodiererkörpers (4) an einem, gegenüber der drehbaren Welle (14) befestigten Element (24); und

Radiale Verschiebung der linearen Nocke (36) aus der zweiten Position (40) in die erste Position (38) nach innen zu der Öffnung hin, so daß die Zentrierschulter (42) zu dem leichten Preßsitzkontakt (48) mit dem Rad (8) und dem Haftsitz (52) mit der Nabe (28) des Strukturrades verschoben ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, welches zusätzlich vorsieht:

Anordnung einer Abdeckung (60) über dem Kodierer (2), wobei die Abdeckung (60) und die Nocke (36) Einrichtungen (88, 70, 76) aufweisen, um die Nocke (36) in der ersten Position (38) zu halten, während die Abdeckung (60) auf dem Kodierer (2) verbleibt.