EP3231045B1 - Drehkupplungsanordnung mit einer schleifringbaugruppe mit einer rotoranordnung - Google Patents

Drehkupplungsanordnung mit einer schleifringbaugruppe mit einer rotoranordnung Download PDF

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EP3231045B1
EP3231045B1 EP15807631.5A EP15807631A EP3231045B1 EP 3231045 B1 EP3231045 B1 EP 3231045B1 EP 15807631 A EP15807631 A EP 15807631A EP 3231045 B1 EP3231045 B1 EP 3231045B1
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EP
European Patent Office
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shaft element
section
rotary coupling
coupling arrangement
rotary
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EP15807631.5A
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EP3231045A1 (de
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Tobias Woletz
Dieter Kaufmann
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
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Publication date
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    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/34—Connections of conductor to slip-ring
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/10—Manufacture of slip-rings

Definitions

  • the present invention relates to a rotary clutch assembly with a slip ring assembly.
  • the support structures are known in a variety of forms, for example in the form of portal structures or horizontal arm structures.
  • the support structures often have axes of rotation which enable an arrangement, for example the sensor or, for example, also an interposed rotary-swivel joint to rotate by up to 360 °.
  • they are completely freely rotatable Rotation axes are used, in which rotary movements can be traversed by a multiple of 360 °.
  • such sensors are often also used in smaller versions in the field of coordinate measuring technology, for example when bores or workpiece features that are difficult to access are to be measured.
  • efforts are also made to make the support structures and the rotary axes used compact in order to use as little measuring space as possible through the support structure itself.
  • slip ring assemblies are particularly necessary for rotary axes or rotary joints that are intended to transmit rotary movements of a multiple of 360 °, so-called nx 360 ° movements.
  • nx 360 ° movements Depending on the available installation space, it can occur here that, starting from the sensor used, towards a measuring system for the rotary position, a rotary movement must be transmitted across the slip ring assembly. Hysteresis problems can occur. In the area of coordinate measuring technology in particular, however, a hysteresis-free rotary movement and detection by a rotary position measuring system is absolutely necessary.
  • Known slip rings are usually made of plastic by injection molding.
  • the contact rings used and the associated cables are overmolded with plastic, the plastic then providing the required insulation between the individual contact rings and cables and at the same time providing the shaft body of a rotor element of a slip ring assembly.
  • a lot of electrical contacts are now required for modern sensors. Is the number of cable elements to be provided large in Compared to the available space, the problem can arise that a large part of the available shaft diameter is taken up by the electrical cables themselves. There is then very little installation space left which can be sprayed with plastic, which leads to a very low torsional rigidity of the rotor shaft of the slip ring assembly. This can lead to twisting and even deformation of the slip ring rotor, which can lead to undesirable hysteresis problems.
  • measuring systems for the rotational position are usually self-contained, they nevertheless have a certain section modulus on the rotor of a slip ring assembly or on the entire rotational axis coupled to it. This also always causes a corresponding torsion of the slip ring rotor if the slip ring rotor is insufficiently rigid, which ultimately leads to the undesirable hysteresis.
  • the publication DE 199 35 282 A1 shows a device for measuring an angle of rotation, in which the use of a slip ring is also contemplated.
  • the publication DE 20 2009 017 928 U1 as well as the publication DE 10 2009 057 609 A1 show one Portable height measuring and marking device, which also suggests a slip ring arrangement and the use of slip rings.
  • the publication DE 601 08 858 T2 shows a distance meter or a curve length measuring device in which an electrical coupling means can be formed by one or more slip rings and one or more brushes.
  • the publication DE 201 10 415 U1 shows a checking device for the dimensional and / or shape tolerances of a rotationally symmetrical surface of a workpiece, in which a supply and signal transmission device can be formed from a slip ring.
  • the publication DE 10 2008 028 403 A1 shows an approach transducer for measuring the change in length of a sample in which a friction clutch can be designed in the form of an adjustable spring-slip ring system.
  • the publication DE 31 33 477 C2 shows a device for measuring the surface flatness of a plate.
  • the publication DD 249 523 A1 shows a device for fault detection and fault marking in non-conductive layers on electrically conductive material, which in the case has a slip ring arrangement.
  • the publication also shows DE 100 52 360 A1 a device for measuring bores of a workpiece, in which a line strand is guided in a slip ring body.
  • the publication also shows DE 295 19 611 U1 a rope length sensor, in particular for use in telescopic booms, which can have a slip ring arrangement.
  • the publication also shows GB 748,480 A an element of a mechanism for conducting electricity between relatively moving elements.
  • the publication also shows US 2,766,625 another slip ring structure.
  • the publication also shows US 3,601,747 a direction for aligning the brush elements of a brush block assembly.
  • EP 2 451 028 A2 a slip ring assembly with a hollow tubular shaft which is rotatably disposed within a tubular body of a main housing.
  • the publication also shows DE 91 116 310 U1 a slip ring arrangement for transmitting electrical signals between a stationary and a rotatable device.
  • a rotor arrangement for a slip ring assembly with a shaft element and at least one contact ring, wherein the shaft element is at least partially designed as a hollow shaft with a hollow interior and a jacket wall, the shaft element having a central section, each contact ring in the central section on the Shaft element is arranged, wherein the central portion has at least one recess through the jacket wall into the interior, each contact ring is connected to a cable element which is guided through one of the at least one recess into the interior, and wherein the shaft element has a first end portion with a Has outer circumferential cross section for the rotationally fixed coupling.
  • the rotor arrangement with a hollow shaft with a hollow interior and a jacket wall enables it to be designed in accordance with the requirements for the number of electrical contacts, the section modulus to be experienced and the available installation space.
  • a material with a high shear modulus for example a steel alloy or a ceramic material, can be used for the material of the hollow shaft, which can in particular be formed in one piece.
  • This provides the rotor assembly of a slip ring assembly with a torsionally rigid shaft element.
  • one end of the shaft element with an outer circumferential cross section for the rotationally fixed coupling enables the coupling with a driven rotor assembly of a rotating coupling arrangement and the direct transmission of the rotary movement to the rotor arrangement of the slip ring assembly.
  • this can also make it possible to dispense with an internal bearing of the rotor arrangement within a stator of the slip ring assembly, for example via additional ball bearings.
  • the proposed embodiment can make it possible, for example, to provide a maximum hysteresis of less than 10 arc seconds with a largest outer diameter of the rotor arrangement of at most 13 mm and at least 14 contact rings or contacts to be transmitted through the slip ring.
  • An outer diameter of the contact rings can be 8 mm, for example.
  • the contact rings are insulated from the shaft element between a jacket wall of the shaft element and the contact rings.
  • This can be designed, for example, as a pressed plastic sleeve. In this way, the contact rings can be threaded onto the shaft and come to rest on the plastic sleeve.
  • the contact rings can then be arranged alternately with, for example, also insulating rings made of plastic, so that each contact ring is sufficiently insulated both from the shaft element and from adjacent contact rings.
  • electrically insulated can be understood to mean that an electrical conductivity over a corresponding insulation is less than 10-8 S / m or A / Vm or 1 / ⁇ m.
  • S is the unit Siemens
  • m the unit meter
  • A the unit ampere
  • V the unit volt
  • ⁇ the unit ohm.
  • a rotary coupling arrangement for a coordinate measuring machine with a slip ring assembly with a rotor arrangement is proposed.
  • the proposed rotary clutch arrangement or rotary clutch interface enables the rotary movement of the rotatable clutch assembly to be transmitted directly to the rotor assembly and thus to the slip ring assembly. In this way, the rotational movement of the clutch assembly can be transmitted without the slip ring assembly being self-supported. Due to the stable coupling of the rotor assembly and the high inherent rigidity of the rotor arrangement, a position tolerance can also be achieved without self-bearing of the concentricity of less than 0.02 mm at one end of the rotor arrangement applied to the rotor assembly.
  • the middle section is offset from the first end section by a flange, the flange having an outside diameter that is larger than a smallest outside diameter of the first end section and larger than an outside diameter of the middle section.
  • a smallest diameter of the first end section is larger than a diameter of the middle section.
  • a large moment of inertia of the rotor arrangement can also be provided.
  • a clutch torque introduced into the rotor arrangement via the first end section can be large due to the large outer diameter.
  • the outer circumferential cross section of the first end section is designed as a profile cross section, in particular with the first end section being flattened.
  • a “profile cross section” can be understood to mean any non-circular outer circumferential cross section.
  • the profile cross-section enables a rotary movement to be transmitted by means of a non-rotatable coupling.
  • the profile cross-section can be triangular, quadrangular or n-angular.
  • elliptical cross sections are also possible.
  • the shaft element is formed in one piece.
  • the torsional rigidity of the shaft element can be improved and a hysteresis-free transmission of a rotary movement can be improved.
  • the shaft element is made of a material that has a shear modulus of more than 75 gigapascals (GPa), in particular wherein the material of the shaft element is a steel alloy.
  • 1 Pascal is 1 N / m 2 or 1 kg / ms 2 .
  • the torsional rigidity of the shaft element can also be increased in this way.
  • Steel alloys in particular can have a large shear modulus.
  • Unalloyed steels, for example unalloyed tool steels, can also already have a suitable torsional stiffness or a sufficiently high shear modulus.
  • Possible alloying elements for steel are, for example, chrome, vanadium, manganese, molybdenum, nickel, tungsten and / or cobalt.
  • each contact ring is electrically insulated from the shaft element by means of insulation. Then the at least one recess can be formed in the interior by the insulation and the jacket wall.
  • the shaft element is made of an electrically insulating material.
  • the shaft element is made of a material that has a shear modulus of more than 100 GPa, in particular wherein the material of the shaft element is a ceramic material.
  • the material of the shaft element can be a silicon carbide ceramic material.
  • the rotor arrangement has more than one contact ring, an insulation ring which insulates the adjacent contact rings from each other and is arranged between two adjacent contact rings.
  • the insulation ring can also be formed here from a workpiece which has an electrical conductivity of less than 10 -8 amperes per voltmeter or A / Vm. In this way, adjacent contact rings can easily be electrically isolated from one another. The contact rings and insulation rings can simply be pushed alternately onto the shaft element.
  • an electrically insulating insulation ring is arranged on the flange on the central section.
  • the workpiece of the insulation ring can have an electrical conductivity of less than 10 -8 A / Vm.
  • the insulation is designed as a sleeve made of an electrically insulating material, which is arranged on the central section of the shaft element.
  • the insulation between the contact rings and the shaft element can be provided particularly easily in the radial direction.
  • the contact rings can simply be pushed onto the sleeve.
  • the sleeve can be made of a plastic.
  • the sleeve can then be pressed onto the shaft element or the central section of the shaft element.
  • the advantage is clear that the insulation and the support structure or the shaft element are separated from one another in the proposed rotor arrangement.
  • the shaft element here is used solely for the torsional stiff transmission of the rotary movement, so that a hysteresis-free measurement of the rotary position is possible.
  • the contact rings are then isolated, for example, via the proposed sleeve or, as will also be explained below, by means of an adhesive layer and also by correspondingly pushed-on insulation rings.
  • the insulation is designed as an adhesive layer, the adhesive layer being provided by means of an adhesive made of an electrically insulating material.
  • the adhesive layer can have a thickness of at least 0.1 mm.
  • Such an adhesive layer can also make it possible, for example, to fix the contact rings on the shaft element in the longitudinal direction adjacent to one another in such a way that there is an air gap between adjacent contact rings. Then insulation rings can be omitted, for example.
  • a minimum thickness of at least 0.1 mm can be provided for the adhesive layer in order to provide sufficient insulation with respect to the shaft element.
  • a thickness of the adhesive layer of 0.15 mm be provided.
  • the adhesive layer can be applied to the shaft element, in particular when the shaft element is rotating. After curing, the adhesive can then be twisted to the desired thickness. In this way, electrical insulation can be provided in a very thin and space-saving manner in direct connection with the shaft element.
  • the contact rings can then, for example, also be arranged on the adhesive layer and can be fixed on the adhesive layer and thus on the shaft element by means of the adhesive, in particular an additional adhesive application.
  • the shaft element has a second end section opposite the first end section, in which the jacket wall is closed over the entire surface.
  • the corrugated element can consist of a hollow shaft.
  • the jacket wall of the second end section can be closed over the entire surface and have no pairings.
  • the middle section is thus arranged between the first end section and the second end section.
  • the second end section is used in particular for coupling with a rotational position measuring system.
  • the second end section can be hardened. In this way, it becomes possible to provide a shaft journal made of steel or a steel alloy as an input interface for the rotational position measuring system.
  • the second end section can then be arranged in or on the rotational position measuring system. An additional shaft journal is no longer to be provided between the slip ring assembly and the rotary position measuring system. Further hysteresis influences can be avoided in this way.
  • each contact ring is glued to the central section.
  • adjacent contact rings are arranged on the central section in such a way that an air gap remains between them.
  • adjacent contact rings are arranged spaced apart on the central section.
  • each contact ring has a radial inner surface, a radial outer surface and two side surfaces, and each contact ring is connected to a cable element with one of its side surfaces.
  • the cables are soldered to the side of the contact rings.
  • the cables can be soldered to the rings before assembly and, after the rings have been threaded onto the shaft element, the cables can be guided individually through the corresponding recess into the interior of the shaft element.
  • the rotor arrangement has at least fourteen contact rings.
  • the rotor arrangement has a number of cutouts which corresponds to the number of contact rings.
  • the rotor arrangement has at least one first cutout and one second cutout, the first cutout and the second cutout being offset in the circumferential direction from one another in the central section.
  • the rotary coupling arrangement has a drive device which is coupled to the coupling assembly in order to rotate or drive the coupling assembly.
  • the rotor arrangement is a rotor arrangement in which the shaft element has a second end section opposite the first end section, in which the jacket wall is closed over the entire surface, and the second end section in the Rotational position measuring system is arranged. Furthermore, the second end section can be arranged on the rotational position measuring system. In particular, the second end section can be arranged in a direction overlapping the axis of rotation of the shaft element with the rotational position measuring system. In particular, the rotor arrangement can be mounted on the fly in the rotor assembly.
  • the rotary clutch arrangement is provided with an arrangement “in series” of the clutch assembly, slip ring assembly and rotational position measuring system, with a direct transmission of the rotary movement via the rotor arrangement of the slip ring assembly into the rotational position measuring system being provided between the clutch assembly.
  • the shaft element of the rotor arrangement of the slip ring assembly is provided continuously from the clutch assembly into the rotational position measuring system.
  • the rotor arrangement of the slip ring assembly can in principle be dispensed with. This can avoid the introduction of additional torques and / or frictional forces and thus additional hysteresis influences.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a rotary coupling arrangement 10.
  • a rotary coupling arrangement 10 can be used in particular in coordinate measuring machines. It serves, for example, to rotatably couple a sensor to a support structure.
  • the rotatability can be freely given by a multiple of 360 °, a so-called nx 360 ° rotatability.
  • the dimensions of the rotary coupling arrangement can be freely selected.
  • other applications are also conceivable, for example in turntables or in other applications if the axes of rotation are to be freely pivotable by more than 360 °.
  • the use of the rotary coupling arrangement 10 in a coordinate measuring machine is described below, where it is used for coupling to a sensor.
  • the rotary coupling arrangement 10 has a sensor interface 12.
  • a sensor can be arranged on the sensor interface 12 and can then be freely rotated about an axis of rotation 14.
  • the rotary coupling arrangement must ensure that a rotary movement at an end on the sensor side, which is identified by an arrow 16, is identical to a rotary movement on an opposite end, which is indicated by an arrow 18.
  • Rotational movements 16 and 18 would have to be hysteresis-free and identical in order to be able to detect a rotational position of a sensor at sensor interface 12 without hysteresis by means of a rotational position measuring system 20.
  • a torsionally rigid coupling must be provided between a first end 22 of a coupling assembly 24 and the measuring system 20.
  • the coupling assembly 24 is mounted in a housing 30 of the rotary coupling arrangement by means of two bearings 26, 28.
  • the housing 30 of the rotary coupling arrangement is only schematically shown broken off, it can basically have any shape.
  • the clutch assembly 24 has a second end 32.
  • a coupling device 33 in particular a recess, is provided, which is provided for the rotationally fixed coupling with a slip ring assembly 36.
  • the coupling assembly 24 is formed with an inner cavity, which enables electrical cable elements to be passed through from the sensor interface 12 to the slip ring assembly 36.
  • the inner cavity is designed along the axis of rotation 14 in order to enable the cable elements to pass through from the sensor interface 12 to the recess 33 without torsion.
  • a drive device 34 is used to rotate the clutch assembly 24.
  • the drive device 34 can be of any desired design, for example an electric motor can be provided which drives the clutch assembly by means of a chain or belt drive.
  • the drive device should act as free of lateral forces as possible.
  • the drive device is designed in the form of an electrical machine, the coupling assembly being a rotor of this electrical machine.
  • the slip ring assembly 36 has a slip ring stator 38 and a rotor assembly 40.
  • the rotor arrangement 40 is described in detail below.
  • the rotor arrangement 40 is connected to the clutch assembly 33 in a rotationally fixed manner with the clutch assembly 24. Rotation of the clutch assembly 24, which is initiated by the drive device 34, is thus transmitted directly to the rotor arrangement 40 of the slip ring assembly 36.
  • a stator 38 of the slip ring assembly 36 picks up the electrical signals at corresponding contacts of the rotor arrangement 40 and forwards them via a corresponding cable element 42.
  • a data transmission 44 which can connect the cable element 42 to an evaluation and / or control device 46, is shown only schematically.
  • the measuring system 20 can also be connected to the evaluation and / or control device 46 via this data connection 44.
  • the arrangement shown enables the clutch assembly 24, the slip ring assembly 36 and the measuring system 20 to be arranged one behind the other along the axis of rotation 14.
  • a rotary movement of the clutch assembly 24 initiated by the drive device 34 is transmitted directly via the rotor arrangement 40 of the slip ring assembly 36.
  • the rotor arrangement 40 is also coupled to the measuring system 20 so that it can determine the rotational position directly. Self-storage of the rotor arrangement 40 of the slip ring assembly 36 can thus be avoided.
  • a particularly compact diameter of the rotary coupling arrangement 10 is provided. For example, it becomes possible to provide the rotary coupling arrangement with an outer diameter of less than 20 mm, in particular less than 15 mm, in particular less than or equal to 13 mm.
  • FIG. 14 shows a cross-sectional view of an embodiment of a rotor arrangement 40.
  • the rotor arrangement 40 has a shaft element 48.
  • the shaft element 48 is at least partially designed as a hollow shaft.
  • the shaft element 48 is continuously designed as a hollow shaft.
  • the shaft element 48 has a first end 50.
  • the first end 50 has a profile cross section 52, as shown in cross section A-A. This means that the profile cross section 52 is not circular.
  • it has flattened sections 54 in order to enable a rotationally fixed coupling with the coupling assembly 24.
  • a flange 56 is formed adjacent to the flattened sections 54.
  • the flange 56 has a cross section that is larger than that of the flattened section 54.
  • Insulation 58 connects to flange 56 on an outer circumference of shaft element 48. This extends over a part of the outer circumference of a shaft of the shaft element 48.
  • a second end 60 lies opposite the first end 50.
  • a first end section 62 extends in the longitudinal direction along the axis of rotation 14. This extends up to the flange 56.
  • a central section 64 of the flange 56 extends to one end of the insulation 58 Wave element 48.
  • From the end of the isolation to A second end section 66 of the shaft element 48 extends from the second end 60.
  • the second end section 66 can in particular be embodied as hardened.
  • a jacket wall of the shaft element 48 is denoted by 68, and a hollow interior of the shaft element 48 is denoted by the reference symbol 70.
  • the shaft element 48 can also be formed from an electrically insulating material, for example from a ceramic material. Then the insulation 58 can be saved.
  • this insulation 58 is designed as an adhesive layer 59, which in particular can have a minimum thickness of 0.1 mm. This can be formed in particular in a recessed area of the central section 64, which has a reduced cross section, for example, compared to the second end section 66. In an alternative, however, it can also be provided that the middle section and the second end section have identical diameters, in particular outside diameters, and the insulation 58 is designed as a sleeve, in particular made of a plastic, pressed onto the middle section.
  • An insulation ring 74 is arranged adjacent to the flange 56. This serves to isolate a first contact ring 76 from the flange.
  • the radially inner contact ring 76 is electrically insulated from the shaft element by means of the insulation 58. Its axial position can be fixed on the adhesive layer 59 by an additional adhesive.
  • Another contact ring is identified by reference number 92. This is fixed on the adhesive layer 59 in such a way that an air gap 77 or spacing 77 is present between the contact ring 92 and the adjacent contact ring 76. This can provide a corresponding insulation effect.
  • FIG. 2b shows a schematic cross-sectional view of a contact ring 76.
  • the contact ring 76 has a radial inner surface 102, a radial outer surface 100 and two opposite side surfaces 104 and 106.
  • a cable element 72 which is assigned to the contact ring 76, is fastened to one of the side surfaces 104, 106, in the illustrated embodiment of the side surface 104.
  • the cable element 72 can be soldered to the side surface 104.
  • the cable element 72 is then guided into the interior 70 through a recess 78, which extends through the insulation 58 and the shaft element 48. Therefore, it can emerge from the first end 50 through the first end section 62 and be guided, for example, into the clutch assembly 24.
  • a recess 78 is provided for each contact ring 76, 92. In principle, however, it can be provided that a plurality of cable elements 72 are led through a recess 78.
  • the cable elements 72 can be provided with an insulation layer for this purpose.
  • the insulation ring 74 and the contact rings 76, 92 are arranged alternately on the central section 64.
  • Corresponding electrical insulation can also be provided in this way between adjacent contact rings 76, 92.
  • At least the last contact ring to be pushed onto the middle section 64 is pressed on in order to provide sufficient fixation in the axial direction along the axis of rotation 14 of the contact rings 76, 92 and the insulation rings 74.
  • all or more of the contact rings and / or insulation rings can also be pressed on.
  • One or more rings can be pressed on if the insulation is in the form of an adhesive layer, but also if the insulation 58 is in the form of a plastic sleeve.
  • Fig. 3 shows an isometric view of an embodiment of the shaft element 48.
  • the same elements are identified by the same reference numerals and are not explained again below.
  • a circumferential direction is designated by reference number 110.
  • the shaft element shown has a total of fourteen cutouts. Seven of which are visible.
  • Four recesses 78, 80, 82, 84 are arranged in an axial row.
  • Three further recesses 86, 88, 90 are arranged in a further axial row. Seven are not recognizable from the perspective further recesses.
  • Two recesses are arranged between recesses 86 and 80 in the axial direction.
  • Two recesses between the recesses 88 and 82.
  • the shaft element 48 is made in particular from a steel alloy or from a ceramic material. In particular, the shaft element 48 is made in one piece. A plastic sleeve element is pushed onto the middle section 64. The recesses 78 to 90 each extend through the sleeve element 91 and the shaft element 48. Overall, the shaft element 48 has four axial rows of cutouts. The rows are offset from one another in the circumferential direction 110. The cutouts are likewise offset in the axial direction along the axis of rotation 14.
  • the second end section 66 has no cutouts.
  • the outer surface is completely closed.
  • the second end section 66 can be hardened. Overall, however, the entire shaft element 48 can be hardened.
  • the Fig. 4 shows a fully assembled embodiment of the rotor assembly 40.
  • Shaft element 48 shown are a total of fourteen contact rings threaded, three of which are provided with a reference number, the contact rings 76, 92, 94.
  • the contact rings are threaded alternately with insulation rings 74, 96, 98 on the central section 64. In this way, they are electrically insulated from one another or from the flange 56.
  • the insulation 58 isolates them radially on the inside from the shaft element 48.
  • fourteen cable elements 72 are guided into the interior of the shaft element 48 and can be led out at its first end 50. In this way, a rotary coupling arrangement 10 for fourteen contacts can be provided.
  • the interior of the corrugated element 48 can be filled with an adhesive - in principle also the adhesive of the adhesive layer 59.
  • the cutouts can also be filled with an adhesive. In this way, a fixation of the cable elements and a Strain relief will be provided.
  • the contact rings and the insulation rings can also be axially fixed or fixed on the adhesive layer 59 by means of a further adhesive.
  • the rotor arrangement 40 has a particularly high torsional rigidity due to the continuous shaft element 48.
  • the one-piece design and the choice of material as a steel alloy can also contribute to this.
  • the storage by means of the first end section in the coupling assembly 24 and by means of the second end section in the measuring system also enable the rotor arrangement to be arranged in the rotary coupling arrangement 10 without self-storage. In this way, with a compact design, in particular with a small outside diameter, hysteresis-free transmission of a rotary movement from a sensor interface 12 to the measuring system 20 is possible. At the same time, a free rotary movement n x 360 ° remains possible for all fourteen contacts.

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehkupplungsanordnung mit einer Schleifringbaugruppe.
  • Im Stand der Technik, insbesondere im Bereich der Koordinatenmesstechnik ist es üblich, die verwendeten Sensoren an Trägerstrukturen anzubringen, die ein Bewegen der Sensoren frei innerhalb eines Messraums ermöglichen. Die Trägerstrukturen sind in vielfältiger Form bekannt, bspw. in Form von Portalaufbauten oder aber Horizontalarmaufbauten. Häufig weisen die Trägerstrukturen Drehachsen auf, die ein Rotieren einer Anordnung, bspw. des Sensors oder aber bspw. auch eines zwischengeschalteten Dreh-Schwenk-Gelenks um bis zu 360° ermöglichen. Des Weiteren werden völlig frei drehbare Drehachsen verwendet, bei denen Drehbewegungen über ein Vielfaches von 360° durchfahren werden können. Neben relativ großen Messräumen finden derartige Sensoren im Bereich der Koordinatenmesstechnik häufig auch in kleineren Ausführungen Anwendung, bspw. wenn Bohrungen oder schwer zugängliche Werkstückmerkmale vermessen werden sollen. Generell ist man auch um kompakte Bauweisen der Trägerstrukturen und der verwendeten Drehachsen bemüht, um möglichst wenig Messraum durch die Trägerstruktur selbst zu verbauen.
  • Im Bereich der Koordinatenmesstechnik sind verschiedene Messsysteme, sowohl taktiler Art als auch optischer Art bekannt. Darüber hinaus unterscheidet man zwischen Messsystemen, die eine Einzelpunktantastung vornehmen und solchen Messgeräten, die mit sogenannten "Scanning-Verfahren" arbeiten. Bei derartigen Scanning-Verfahren wird bei - taktiler oder optischer - Antastung eines Werkstücks ein bestimmter Pfad an dem Werkstück durchfahren und entlang des Pfads eine Vielzahl von Messpunkten aufgenommen. Insbesondere bei derartigen Scanning-Verfahren ist es natürlich zwingend, dass die Positionsbestimmung der Drehachsen und damit des Messsystems hochgenau erfolgen kann, um den erfassten Messpunkten die entsprechende exakte Raumkoordinate zuordnen zu können.
  • Insbesondere bei Drehachsen oder Drehgelenken, die Drehbewegungen eines Vielfachen von 360°, sogenannte n x 360°-Bewegungen, übertragen sollen, ist die Verwendung von Schleifringbaugruppen notwendig. Abhängig von dem verfügbaren Bauraum kann es hier auftreten, dass von dem verwendeten Sensor ausgehend hin zu einem Messsystem für die Drehposition eine Drehbewegung über die Schleifringbaugruppe hinweg übertragen werden muss. Dabei können Hysterese-Probleme auftreten. Insbesondere im Bereich der Koordinatenmesstechnik ist jedoch eine hysteresefreie Drehbewegung und Erfassung durch ein Drehpositions-Messsystem zwingend notwendig. Bekannte Schleifringe sind in der Regel im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt. Hierbei werden die verwendeten Kontaktringe und die zugehörigen Kabel mit Kunststoff umspritzt, wobei der Kunststoff dann die erforderliche Isolierung zwischen den einzelnen Kontaktringen und Kabeln bereitstellt und gleichzeitig den Wellenkörper eines Rotorelements einer Schleifringbaugruppe bereitstellt. Für moderne Sensoren werden jedoch mittlerweile sehr viele elektrische Kontakte benötigt. Ist die Anzahl der bereitzustellenden Kabelelemente groß im Vergleich zu dem zur Verfügung stehenden Bauraum, kann das Problem auftreten, dass ein Großteil des zur Verfügung stehenden Wellendurchmessers durch die elektrischen Kabel selbst eingenommen wird. Es verbleibt dann nur sehr wenig Bauraum, der mit Kunststoff ausgespritzt werden kann, was zu einer sehr geringen Torsionssteifigkeit der Rotorwelle der Schleifringbaugruppe führt. Dies kann zu einer Tordierung und sogar Verformung des Schleifringrotors führen, was unerwünschte Hysterese-Probleme herbeiführen kann.
  • Insbesondere bei hochgenauen scanningfähigen Drehachsen, insbesondere im Bereich der Koordinatenmesstechnik, können diese Probleme auftreten, wenn konstruktiv oder bauraumbedingt eine Übertragung der Drehbewegung über die Schleifringbaugruppe hinweg zu einem Messsystem notwendig ist.
  • Messsysteme für die Drehposition sind zwar in der Regel eigengelagert, dennoch weisen sie ein gewisses Widerstandsmoment auf den Rotor einer Schleifringbaugruppe bzw. auf die daran gekuppelte gesamte Drehachse auf. Auch dies bewirkt stets bei unzureichender Steifigkeit des Schleifringrotor eine entsprechende Torsion des Schleifringrotors, was letztendlich zu den unerwünschten Hysteresen führt.
  • Lösungen ohne Schleifringe würden zwar die unerwünschten Hysteresen vermeiden, allerdings in der Regel keine freie Drehbarkeit um Drehwinkel von mehr als 360° ermöglichen. Bei aus dem Markt bekannten Schleifringen, die zwar Drehbewegungen von mehr als 360° erlauben, ist wiederum die notwendige Torsionssteifigkeit nicht gegeben.
  • Den Koordinatenmessgeräten können entsprechende Problemstellungen auch bspw. bei Drehtischen oder allgemein bei Drehachsen oder Drehgelenken in anderen Anwendungen auftreten, die kompakte Bauformen und/oder ein geringes Gewicht bzw. Trägheitsmoment fordern.
  • Die Druckschrift DE 199 35 282 A1 zeigt eine Einrichtung zum Messen eines Drehwinkels, in der auch die Verwendung eines Schleifringes angedacht wird. Die Druckschrift DE 20 2009 017 928 U1 sowie die Druckschrift DE 10 2009 057 609 A1 zeigen ein tragbares Höhenmess- und Anreißgerät, das ebenfalls eine Schleifringanordnung und die Verwendung von Schleifringen vorschlägt. Die Druckschrift DE 601 08 858 T2 zeigt einen Streckenmesser bzw. ein Kurvenlängenmessgerät bei dem ein elektrisches Kupplungsmittel durch einen oder mehrere Schleifringe und ein oder mehrere Bürsten ausgebildet sein kann.
  • Die Druckschrift DE 201 10 415 U1 zeigt eine Überprüfungsvorrichtung für die Maßund/oder Formtoleranzen einer rotationssymmetrischen Fläche eines Werkstücks, bei der eine Speisungs- und Signalübertragungseinrichtung aus einem Schleifring ausgebildet sein kann. Die Druckschrift DE 10 2008 028 403 A1 zeigt einen Ansatzwegaufnehmer zur Messung der Längenänderung einer Probe bei dem eine Reibkupplung in Form eines einstellbaren Feder-Schleifring-Systems ausgeführt sein kann. Die Druckschrift DE 31 33 477 C2 zeigt eine Vorrichtung zum Messen der Oberflächenebenheit einer Platte. Die Druckschrift DD 249 523 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Fehlerermittlung und Fehlermarkierung bei nichtleitenden Schichten auf elektrisch leitendem Material, die im Fall eine Schleifringanordnung aufweist. Des Weiteren zeigt die Druckschrift DE 100 52 360 A1 eine Vorrichtung zum Vermessen von Bohrungen eines Werkstücks, bei der ein Leitungsstrang in einem Schleifringkörper geführt ist. Des Weiteren zeigt die Druckschrift DE 295 19 611 U1 einen Seillängengeber, insbesondere zur Verwendung bei Teleskopauslegern, der eine Schleifringanordnung aufweisen kann.
  • Des Weiteren zeigt die Druckschrift GB 748,480 A ein Element eines Mechanismus zum Leiten von Elektrizität zwischen sich relativ zueinander bewegenden Elementen. Des Weiteren zeigt die Druckschrift US 2,766,625 eine weitere Schleifringstruktur. Des Weiteren zeigt die Druckschrift US 3,601,747 eine Richtung zum Ausrichten der Bürstenelemente einer Bürstenblockbaugruppe.
  • Des Weiteren zeigt die Druckschrift EP 2 451 028 A2 eine Schleifringanordnung mit einer hohlen röhrenförmigen Welle, die rotierbar innerhalb eines rohrförmigen Körpers eines Hauptgehäuses angeordnet ist.
  • Des Weiteren zeigt die Druckschrift DE 91 116 310 U1 eine Schleifringanordnung zur Übertragung elektrischer Signale zwischen einer stillstehenden und einer drehbeweglichen Vorrichtung.
  • Trotz allem besteht jedoch weiterhin ein Bedarf, die voranstehend geschilderten Probleme zu lösen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Drehkupplungsanordnung anzugeben, die eine hysteresefreie Übertragung einer Drehbewegung ermöglicht und sich insbesondere zum Einsatz in kleinen Bauräumen zur Übertragung von Drehbewegungen von mehr als 360° eignet.
  • Gemäß der Erfindung wird daher eine Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Des Weiteren wird eine Rotoranordnung für eine Schleifringbaugruppe vorgeschlagen, mit einem Wellenelement und mindestens einem Kontaktring, wobei das Wellenelement zumindest teilweise als Hohlwelle mit einem hohlen Innenraum und einer Mantelwand ausgebildet ist, wobei das Wellenelement einen Mittelabschnitt aufweist, wobei jeder Kontaktring in dem Mittelabschnitt auf dem Wellenelement angeordnet ist, wobei der Mittelabschnitt mindestens eine Aussparung durch die Mantelwand in den Innenraum aufweist, wobei jeder Kontaktring mit einem Kabelelement verbunden ist, das durch eine der mindestens einen Aussparung, in den Innenraum geführt ist, und wobei das Wellenelement einen ersten Endabschnitt mit einem Außenumfangsquerschnitt zur drehfesten Kupplung aufweist.
  • Es wurde festgestellt, dass bekannte Schleifringbaugruppen nicht mit einer durchgehenden Rotorwelle versehen sind. Rotorelemente von bekannten Schleifringbaugruppen werden bspw. durch die voranstehend benannten Spritzgussverfahren hergestellt oder es werden mehrere dünne Hülsen ineinander gepresst. Dies ermöglicht jedoch nicht die geforderte Torsionssteifigkeit bei einer freien Übertragung einer Drehbewegung.
  • Die Bereitstellung der Rotoranordnung mit einer Hohlwelle mit hohlem Innenraum und Mantelwand ermöglicht deren Auslegung entsprechend der Anforderungen an die Anzahl elektrischer Kontakte, des zu erfahrenden Widerstandsmoments und des verfügbaren Bauraums. Für das Material der Hohlwelle, die insbesondere einstückig ausgebildet sein kann, kann ein Werkstoff mit hohem Schubmodul, bspw. eine Stahllegierung oder ein Keramikwerkstoff verwendet werden. Dies stellt die Rotoranordnung einer Schleifringbaugruppe mit einem torsionssteifen Wellenelement bereit. Die Ausbildung eines Endes des Wellenelements mit einem Außenumfangsquerschnitt zur drehfesten Kupplung, insbesondere direkten drehfesten Kupplung, ermöglicht die Kupplung mit einer angetriebenen Rotorbaugruppe einer Drehkupplungsanordnung und die direkte Übertragung der Drehbewegung auf die Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe. Insbesondere kann so auch ermöglicht werden, auf eine Eigenlagerung der Rotoranordnung innerhalb eines Stators der Schleifringbaugruppe, bspw. über zusätzliche Kugellager, zu verzichten. Die vorgeschlagene Ausgestaltung kann bspw. ermöglichen, bei einem größten Außendurchmesser der Rotoranordnung von maximal 13 mm und zumindest 14 Kontaktringen bzw. durch den Schleifring zu übertragenden Kontakten eine maximale Hysterese von weniger als 10 Bogensekunden bereitzustellen. Ein Außendurchmesser der Kontaktringe kann dabei beispielsweise 8 mm betragen. Insgesamt wird auf diese Weise eine drehfeste und stabile Kupplung mit einfacher Verlängerung der Rotorbaugruppe zu einem Drehpositions-Messsystem bereitgestellt.
  • Eine Isolation der Kontaktringe gegenüber dem Wellenelement wird zwischen einer Mantelwand des Wellenelements und den Kontaktringen angeordnet. Diese kann bspw. als gepresste Kunststoffhülse ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Kontaktringe auf die Welle aufgefädelt werden und kommen auf der Kunststoffhülse zu liegen. Die Kontaktringe können dann abwechselnd mit bspw. ebenfalls aus Kunststoff ausgebildeten Isolationsringen angeordnet werden, so dass jeder Kontaktring sowohl gegenüber dem Wellenelement als auch gegenüber benachbarten Kontaktringen ausreichend isoliert ist.
  • Unter "elektrisch isoliert" kann im Rahmen der folgenden Anmeldung verstanden werden, dass eine elektrische Leitfähigkeit über eine entsprechende Isolation hinweg weniger als 10-8 S/m bzw. A/Vm bzw. 1/Ωm ist. Hierbei ist S die Einheit Siemens, m die Einheit Meter, A die Einheit Ampere, V die Einheit Volt, Ω die Einheit Ohm.
  • Erfindungsgemäß wird eine Drehkupplungsanordnung für ein Koordinatenmessgerät, mit einer Schleifringbaugruppe mit einer Rotoranordnung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Die vorgeschlagene Drehkupplungsanordnung oder Drehkupplungsschnittstelle ermöglicht die direkte Übertragung der Drehbewegung der drehbaren Kupplungsbaugruppe auf die Rotoranordnung und damit die Schleifringbaugruppe. Auf diese Weise kann ohne Eigenlagerung der Schleifringbaugruppe die Drehbewegung der Kupplungsbaugruppe übertragen werden. Aufgrund der stabilen Kupplung der Rotorbaugruppe und der hohen Eigensteifigkeit der Rotoranordnung kann auch ohne Eigenlagerung einer Lagetoleranz des Rundlaufs von weniger als 0,02 mm an einem der Rotorbaugruppe angewandten Ende der Rotoranordnung eingehalten werden.
  • Die eingangs gestellte Aufgabe wird daher vollkommen gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist der Mittelabschnitt gegenüber dem ersten Endabschnitt durch einen Flansch abgesetzt, wobei der Flansch einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein kleinster Au-βendurchmesser des ersten Endabschnitts und größer als ein Außendurchmesser des Mittelabschnitts ist.
  • Auf diese Weise kann eine feste Anlage für die Kontaktringe bereitgestellt sein und zudem ein Trägheitsmoment der Rotoranordnung erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß ist ein kleinster Durchmesser des ersten Endabschnitts größer als ein Durchmesser des Mittelabschnitts.
  • Auf diese Weise kann ebenfalls ein großes Trägheitsmoment der Rotoranordnung bereitgestellt werden. Zudem kann ein über den ersten Endabschnitt in die Rotoranordnung eingeleitetes Kupplungsmoment aufgrund des großen Außendurchmessers groß sein.
  • Erfindungsgemäß ist der Außenumfangsquerschnitt des ersten Endabschnitts als Profilquerschnitt ausgebildet, insbesondere wobei der erste Endabschnitt abgeflacht ausgebildet ist.
  • Unter einem "Profilquerschnitt" kann dabei jeder nicht-kreisförmige Außenumfangsquerschnitt verstanden werden. Der Profilquerschnitt ermöglicht, eine Drehbewegung mittels einer drehfesten Kupplung zu übertragen. So kann der Profilquerschnitt bspw. dreieckig, viereckig oder n-eckig sein. Auch bspw. ellipsenförmige Profilquerschnitte sind möglich.
  • Erfindungsgemäß ist das Wellenelement einstückig ausgebildet.
  • Auf diese Weise kann die Torsionssteifigkeit des Wellenelements verbessert und eine hysteresefreie Übertragung einer Drehbewegung verbessert werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 75 Gigapascal (GPa) aufweist, insbesondere wobei der Werkstoff des Wellenelements eine Stahllegierung ist.
  • 1 Pascal ist dabei 1 N/ m2 bzw. 1 kg/ms2. Auch auf diese Weise kann die Torsionssteifigkeit des Wellenelements erhöht werden. Insbesondere Stahllegierungen können ein großes Schubmodul aufweisen. Auch unlegierte Stähle, bspw. unlegierte Werkzeugstähle können jedoch auch bereits eine geeignete Torsionssteifigkeit bzw. ein ausreichend hohes Schubmodul aufweisen.
  • Mögliche Legierungselemente für Stahl sind bspw. Chrom, Vanadium, Mangan, Molybdän, Nickel, Wolfram und/oder Kobalt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeder Kontaktring mittels einer Isolation elektrisch gegenüber dem Wellenelement isoliert ist. Dann kann die mindestens eine Aussparung durch die Isolation und die Mantelwand in den Innenraum ausgebildet sein.
  • Auf diese Weise kann eine elektrische Isolation zwischen den Kontaktringen und dem Wellenelement bereitgestellt sein, beispielsweise wenn das Wellenelement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet ist.
  • Auf diese Weise ist eine zusätzliche elektrische Isolation zwischen den Kontaktringen und dem Wellelement nicht notwendig. Beispielsweise eine Kunststoffhülse oder eine elektrisch isolierende Klebstoffschicht kann dann eingespart werden. Grundsätzlich kann eine Kunststoffhülse oder eine elektrisch isolierende Klebstoffschicht jedoch trotz allem als zusätzliche elektrische Isolation bereitgestellt sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 100 GPa aufweist, insbesondere wobei der Werkstoff des Wellenelements ein Keramikwerkstoff ist. Beispielsweise kann der Werkstoff des Wellenelements ein Siliciumcarbid-Keramikwerkstoff sein.
  • Auf diese Weise kann ein noch höheres Schubmodul bei gleichzeitiger elektrischer Isolation bereitgestellt werden.
  • Erfindungsgemäß weist die Rotoranordnung mehr als einen Kontaktring auf, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktringen ein die benachbarten Kontaktringe elektrisch voneinander isolierender Isolationsring angeordnet ist.
  • Insbesondere kann der Isolationsring auch hier aus einem Werkstück ausgebildet sein, der eine elektrische Leitfähigkeit von weniger 10-8 Ampere pro Voltmeter bzw. A/Vm aufweist. Auf diese Weise können benachbarte Kontaktringe einfach voneinander elektrisch isoliert werden. Die Kontaktringe und Isolationsringe können einfach abwechselnd auf das Wellenelement aufgeschoben werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass an dem Flansch auf dem Mittelabschnitt ein elektrisch isolierender Isolationsring angeordnet ist.
  • Auf diese Weise wird es ebenso einfach möglich, den Flansch des Wellenelements gegenüber dem am nächsten zu dem Flansch angeordneten Kontaktring zu isolieren. Auch hier kann wiederum der Werkstück des Isolationsrings eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10-8 A/Vm aufweisen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Isolation als eine Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, die auf dem Mittelabschnitt des Wellenelements angeordnet ist.
  • Auf diese Weise kann besonders einfach die Isolation zwischen den Kontaktringen und dem Wellenelement in radialer Richtung bereitgestellt werden. Die Kontaktringe können einfach auf die Hülse aufgeschoben werden. Insbesondere kann die Hülse aus einem Kunststoff gefertigt sein. Insbesondere kann die Hülse dann auf das Wellenelement oder den Mittelabschnitt des Wellenelements aufgepresst sein.
  • Insbesondere wird der Vorteil deutlich, dass bei der vorgeschlagenen Rotoranordnung die Isolation und die Tragstruktur bzw. das Wellenelement voneinander getrennt sind. Das Wellenelement hier dient alleine der torsionssteifen Übertragung der Drehbewegung, so dass eine hysteresefreie Messung der Drehposition möglich wird. Die Isolation der Kontaktringe erfolgt dann bspw. über die vorgeschlagene Hülse oder aber auch, wie im Folgenden noch erläutert wird, durch eine Kleberschicht sowie durch entsprechend ebenfalls aufgeschobene Isolationsringe.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Rotoranordnung kann vorgesehen sein, dass die Isolation als eine Klebstoffschicht ausgebildet ist, wobei die Klebstoffschicht mittels eines Klebstoffs aus einem elektrisch isolierenden Material bereitgestellt ist. Dabei kann die Klebstoffschicht eine Dicke von mindestens 0,1 mm aufweisen.
  • Eine solche Kleberschicht kann bspw. auch ermöglichen, die Kontaktringe auf dem Wellenelement in Längsrichtung benachbart zueinander derart festzulegen, dass zwischen benachbarten Kontaktringen ein Luftspalt besteht. Dann können bspw. Isolationsringe ausgelassen werden. Für die Klebstoffschicht kann eine Mindestdicke von mindestens 0,1 mm vorgesehen sein, um eine ausreichende Isolation gegenüber dem Wellenelement bereitzustellen. Insbesondere kann eine Dicke der Klebstoffschicht von 0,15 mm vorgesehen sein. Insbesondere kann die Klebstoffschicht auf das Wellenelement aufgetragen werden, insbesondere bei drehendem Wellenelement aufgetragen werden. Nach dem Aushärten kann der Klebstoff dann auf die gewünschte Dicke abgedreht werden. Auf diese Weise kann eine elektrische Isolation sehr dünn und platzsparend in direkter Verbindung mit dem Wellenelement bereitgestellt werden. Die Kontaktringe können dann beispielsweise ebenfalls auf der Klebstoffschicht angeordnet werden und sind mittels des Klebstoffs, insbesondere einem zusätzlichen Klebstoffauftrag, auf der Klebstoffschicht und damit dem Wellenelement fixierbar.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wellenelement einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt aufweist, in dem die Mantelwand vollflächig geschlossen ist. Das Wellelement kann durchgängig als Hohlwelle ausgebildet sein. Dabei kann aber insbesondere die Mantelwand des in dem zweiten Endabschnitt vollflächig geschlossen sein und keine Auspaarungen aufweisen.
  • Der Mittelabschnitt ist somit zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt angeordnet.
  • Der zweite Endabschnitt dient insbesondere zur Kupplung mit einem Drehpositions-Messsystem. Der zweite Endabschnitt kann gehärtet sein. Auf diese Weise wird es möglich, ein Wellenzapfen aus Stahl oder einer Stahllegierung als Eingangsschnittstelle für das Drehpositions-Messsystem bereitzustellen. Der zweite Endabschnitt kann dann in oder an dem Drehpositions-Messsystem angeordnet sein. Ein zusätzlicher Wellenzapfen ist zwischen der Schleifringbaugruppe und dem Drehpositions-Messsystem nicht mehr vorzusehen. Weitere Hysterese-Einflüsse können so vermieden werden.
  • Insbesondere wird es so möglich, eine Kupplungsbaugruppe, eine Schleifringbaugruppe und ein Drehpositions-Messsystem in Reihe entlang einer gemeinsamen Drehachse anzuordnen und so eine kompakte Anordnung bereitzustellen, die nur wenig Bauraum einnimmt.
  • In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeder Kontaktring auf den Mittelabschnitt geklebt ist.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass jeweils benachbarte Kontaktringe derart auf den Mittelabschnitt angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein Luftspalt verbleibt.
  • Mit anderen Worten sind jeweils benachbarte Kontaktringe beabstandet auf den Mittelabschnitt angeordnet.
  • Auf diese Weise kann eine ausreichende Isolierung zwischen benachbarten Kontaktringen bereitgestellt sein. Beispielsweise kann hierdurch bei einer gleichen Anzahl von Kontaktringen eine geringe axiale Baulänge der Rotoranordnung bereitgestellt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass jeder Kontaktring eine Radialinnenfläche, eine Radialaußenfläche und zwei Seitenflächen aufweist, und wobei jeder Kontaktring mit einer seiner Seitenflächen mit einem Kabelelement verbunden ist.
  • Auf diese Weise kann bspw. vorgesehen sein, dass die Kabel an die Kontaktringe seitlich angelötet werden. Auf diese Weise können die Kabel vor der Montage an die Ringe angelötet werden und nach dem Auffädeln der Ringe auf das Wellenelement die Kabel einzeln durch die entsprechende Aussparung in den Innenraum des Wellenelements geführt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung mindestens vierzehn Kontaktringe aufweist.
  • Auf diese Weise können mindestens vierzehn bzw. eine entsprechende Anzahl an elektrischen Kontakten bereitgestellt werden. Insbesondere bei einer derartigen hohen Anzahl von Kontakten, bei der herkömmliche spritzgegossene Rotoranordnungen nicht geeignet sind, kann so trotz der hohen Anzahl von Kontakten eine geeignete Torsionssteifigkeit bereitgestellt werden.
  • In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung eine Anzahl von Aussparungen aufweist, die der Anzahl von Kontaktringen entspricht.
  • Auf diese Weise ist dann für jedes Kabelelement eine eigene Aussparung vorgesehen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung mindestens eine erste Aussparung und eine zweite Aussparung aufweist, wobei die erste Aussparung und die zweite Aussparung in Umfangsrichtung zueinander versetzt in dem Mittelabschnitt ausgebildet sind.
  • Dies ermöglicht es, bspw. für jeden Kontaktring eine eigene Aussparung bereitzustellen, ohne jedoch durch zu eng voneinander beabstandete Aussparungen die Torsionssteifigkeit des Wellenelements herabzusetzen. Durch die Verteilung in Umfangsrichtung wird es ermöglicht, eine Vielzahl von Aussparungen bereitzustellen, insbesondere eine Anzahl von Aussparungen, die der Anzahl von Kontaktringen entspricht. Es ist jedoch auch möglich, dass beispielsweise eine Anzahl von Aussparungen bereitgestellt ist, die der Hälfte der Anzahl von Kontaktringen entspricht. In diesem Fall würden sich zwei Kontaktringe eine Aussparung teilen. Dann würden zwei Kabelelemente durch eine Aussparung geführt.
  • In einer Ausgestaltung der Drehkupplungsanordnung kann vorgesehen sein, dass die Drehkupplungsanordnung eine Antriebseinrichtung aufweist, die mit der Kupplungsbaugruppe gekuppelt ist, um die Kupplungsbaugruppe zu drehen oder anzutreiben.
  • Auf diese Weise wird es möglich, durch Kraft bzw. Momenteneinleitung in die Kupplungsbaugruppe bei entsprechend ausgestaltetem Regelkreis eine hohe Stellgenauigkeit zu erzielen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Drehkupplungsanordnung kann vorgesehen sein, dass die Rotoranordnung eine Rotoranordnung ist, bei der das Wellenelement einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt aufweist, in dem die Mantelwand vollflächig geschlossen ist, und wobei der zweite Endabschnitt in dem Drehpositions-Messsystem angeordnet ist. Des Weiteren kann der zweite Endabschnitt an dem Drehpositions-Messsystem angeordnet sein. Insbesondere kann der zweite Endabschnitt in einer Richtung entlang der Rotationsachse des Wellenelements überlappend mit dem Drehpositions-Messsystem angeordnet sein. Insbesondere kann die Rotoranordnung fliegend in der Rotorbaugruppe gelagert sein.
  • Auf diese Weise wird die Drehkupplungsanordnung mit einer Anordnung "in Reihe" von Kupplungsbaugruppe, Schleifringbaugruppe und Drehpositions-Messsystem bereitgestellt, wobei zwischen der Kupplungsbaugruppe eine direkte Übertragung der Drehbewegung über die Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe in das Drehpositions-Messsystem bereitgestellt ist. Das Wellenelement der Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe ist durchgängig von der Kupplungsbaugruppe in das Drehpositions-Messsystem bereitgestellt. Mit geringem Bauraum wird auf diese Weise eine hysteresefreie direkte Übertragung der Drehbewegung der Kupplungsbaugruppe in das Drehpositions-Messsystem ermöglicht. Des Weiteren kann aufgrund der direkten Kupplung der Schleifringbaugruppe bzw. der Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe mit Kupplungsbaugruppe und den Drehpositions-Messsystem grundsätzlich auf eine Eigenlagerung der Rotoranordnung der Schleifringbaugruppe verzichtet werden. Dies kann die Einleitung zusätzlicher Drehmomente und/oder Reibkräfte und damit zusätzliche Hysterese-Einflüsse vermeiden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Ausführungsform einer Drehkupplungsanordnung,
    Fig. 2a
    eine Ausführungsform einer Rotoranordnung,
    Fig. 2b
    eine schematische Querschnittsansicht eines Kontaktrings,
    Fig. 3
    eine symmetrische Ansicht einer Ausführungsform eines Wellenelements einer Rotoranordnung, und
    Fig. 4
    eine Ausführungsform einer Rotoranordnung.
  • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Drehkupplungsanordnung 10. Eine solche Drehkupplungsanordnung 10 kann insbesondere in Koordinatenmessgeräten Einsatz finden. Sie dient dazu, bspw. einen Sensor drehbar mit einer Trägerstruktur zu koppeln. Insbesondere kann die Drehbarkeit frei um ein Vielfaches von 360° gegeben sein, eine sogenannte n x 360°-Drehbarkeit. Die Dimensionierung der Drehkupplungsanordnung ist dabei frei wählbar. Darüber hinaus sind auch andere Anwendungen denkbar, bspw. bei Drehtischen oder in anderen Anwendungsfällen, wenn Drehachsen um mehr als 360° frei schwenkbar sein sollen. Im Folgenden wird der Einsatz der Drehkupplungsanordnung 10 in einem Koordinatenmessgerät beschrieben, wo es zur Kopplung mit einem Sensor dient.
  • Hierzu weist die Drehkupplungsanordnung 10 eine Sensorschnittstelle 12 auf. An der Sensorschnittstelle 12 kann ein Sensor angeordnet werden, der dann frei um eine Rotationsachse 14 drehbar ist. Die Drehkupplungsanordnung muss in der dargestellten Ausführungsform dabei gewährleisten, dass eine Drehbewegung an einem sensorseitigen Ende, die mit einem Pfeil 16 bezeichnet ist, identisch ist mit einer Drehbewegung an einem entgegengesetzten Ende, das mit einem Pfeil 18 bezeichnet ist. Drehbewegungen 16 und 18 müssten hysteresefrei sein und identisch sein, um mittels eines Drehpositions-Messsystems 20 eine Drehposition eines Sensors an der Sensorschnittstelle 12 hysteresefrei erfassen zu können.
  • Zur Hysteresefreiheit muss eine torsionssteife Kupplung zwischen einem ersten Ende 22 einer Kupplungsbaugruppe 24 und dem Messsystem 20 bereitgestellt sein.
  • Die Kupplungsbaugruppe 24 ist mittels zwei Lager 26, 28 in einem Gehäuse 30 der Drehkupplungsanordnung gelagert. Das Gehäuse 30 der Drehkupplungsanordnung ist lediglich schematisch schon abgebrochen dargestellt, es kann grundsätzlich eine beliebige Formgebung aufweisen. Entgegengesetzt zu dem ersten Ende 22 der Kupplungsbaugruppe weist die Kupplungsbaugruppe 24 ein zweites Ende 32 auf. In diesem zweiten Ende 32 ist eine Kupplungseinrichtung 33, insbesondere eine Ausnehmung, vorgesehen, die zur drehfesten Kupplung mit einer Schleifringbaugruppe 36 vorgesehen ist.
  • Die Kupplungsbaugruppe 24 ist mit einem Innenhohlraum ausgebildet, der eine Durchführung von elektrischen Kabelelementen von der Sensorschnittstelle 12 hin zu der Schleifringbaugruppe 36 ermöglicht. Der Innenhohlraum ist entlang der Rotationsachse 14 ausgeführt, um eine torsionsfreie Durchführung der Kabelelemente von der Sensorschnittstelle 12 hin zu der Ausnehmung 33 zu ermöglichen.
  • Zum Drehen der Kupplungsbaugruppe 24 dient eine Antriebseinrichtung 34. Die Antriebseinrichtung 34 kann beliebig ausgebildet sein, bspw. kann ein elektrischer Motor vorgesehen sein, der die Kupplungsbaugruppe mittels eines Ketten- oder Riemenantriebs antreibt. Insbesondere soll die Antriebseinrichtung möglichst querkraftfrei wirken. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung in Form einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, wobei die Kupplungsbaugruppe ein Rotor dieser elektrischen Maschine ist.
  • Die Schleifringbaugruppe 36 weist einen Schleifringstator 38 und eine Rotoranordnung 40 auf. Die Rotoranordnung 40 ist im Folgenden detailliert beschrieben. Die Rotoranordnung 40 ist mit der Kupplungseinrichtung 33 drehfest mit der Kupplungsbaugruppe 24 verbunden. Eine Drehung der Kupplungsbaugruppe 24, die durch die Antriebseinrichtung 34 initiiert ist, wird somit direkt auf die Rotoranordnung 40 der Schleifringbaugruppe 36 übertragen. Ein Stator 38 der Schleifringbaugruppe 36 greift an entsprechenden Kontakten der Rotoranordnung 40 die elektrischen Signale ab und leitet sie über ein entsprechendes Kabelelement 42 weiter. Lediglich schematisch dargestellt ist eine Datenübertragung 44, die das Kabelelement 42 mit einer Auswertungs- und/oder Regelungseinrichtung 46 verbinden kann. Auch das Messsystem 20 kann über diese Datenverbindung 44 mit der Auswertungs- und/oder Regelungseinrichtung 46 verbunden sein.
  • Die dargestellte Anordnung ermöglicht es, die Kupplungsbaugruppe 24, die Schleifringbaugruppe 36 und das Messsystem 20 hintereinander entlang der Rotationsachse 14 anzuordnen. Eine durch die Antriebseinrichtung 34 initiierte Drehbewegung der Kupplungsbaugruppe 24 wird über die Rotoranordnung 40 der Schleifringbaugruppe 36 direkt übertragen. Die Rotoranordnung 40 ist des Weiteren mit dem Messsystem 20 gekuppelt, so dass dieses die Drehposition direkt bestimmen kann. Eine Eigenlagerung der Rotoranordnung 40 der Schleifringbaugruppe 36 kann somit vermieden werden. Des Weiteren wird eine im Durchmesser besonders kompakte Bauform der Drehkupplungsanordnung 10 bereitgestellt. Beispielsweise wird es so möglich, die Drehkupplungsanordnung mit einem Außendurchmesser von weniger als 20 mm, insbesondere weniger als 15 mm, insbesondere weniger als oder gleich 13 mm bereitzustellen.
  • Die Fig. 2a zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Rotoranordnung 40.
  • Die Rotoranordnung 40 weist ein Wellenelement 48 auf. Das Wellenelement 48 ist zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Wellenelement 48 durchgängig als Hohlwelle ausgebildet. Das Wellenelement 48 weist ein erstes Ende 50 auf. Das erste Ende 50 weist, wie in dem Querschnitt A-A dargestellt ist, einen Profilquerschnitt 52 auf. Dies bedeutet, der Profilquerschnitt 52 ist nicht kreisrund ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform weist er abgeflachte Abschnitte 54 auf, um eine drehfeste Kupplung mit der Kupplungsbaugruppe 24 zu ermöglichen. An die abgeflachten Abschnitte 54 angrenzend ist ein Flansch 56 ausgebildet. Der Flansch 56 weist einen Querschnitt auf, der größer als derjenige des abgeflachten Abschnitts 54 ist. An den Flansch 56 schließt sich an einem Außenumfang des Wellenelements 48 eine Isolation 58 an. Diese erstreckt sich über einen Teil des Außenumfangs eines Schafts des Wellenelements 48. Entgegengesetzt zu dem ersten Ende 50 liegt ein zweites Ende 60.
  • An dem ersten Ende 50 in den Bereich der abgeflachten Abschnitte 54 erstreckt sich in Längsrichtung entlang der Rotationsachse 14 ein erster Endabschnitt 62. Dieser erstreckt sich bis an den Flansch 56. Vom Flansch 56 bis zu einem Ende der Isolation 58 erstreckt sich ein Mittelabschnitt 64 des Wellenelements 48. Von dem Ende der Isolation bis zu dem zweiten Ende 60 erstreckt sich ein zweiter Endabschnitt 66 des Wellenelements 48. Der zweite Endabschnitt 66 kann insbesondere gehärtet ausgebildet sein. Eine Mantelwand des Wellenelements 48 ist mit 68 bezeichnet ein hohler Innenraum des Wellenelements 48 ist mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet.
  • Grundsätzlich kann das Wellenelement 48 auch aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet, beispielsweise aus einem Keramikwerkstoff. Dann kann die Isolation 58 eingespart werden.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist diese Isolation 58 als eine Klebstoffschicht 59 ausgebildet, die insbesondere eine Mindestdicke von 0,1 mm aufweisen kann. Diese kann insbesondere in einem zurückgesetzten Bereich des Mittelabschnitts 64 ausgebildet sein, der bspw. gegenüber dem zweiten Endabschnitt 66 einen verringerten Querschnitt aufweist. In einer Alternative kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Mittelabschnitt und der zweite Endabschnitt identische Durchmesser, insbesondere Außendurchmesser, aufweisen und die Isolation 58 als eine auf den Mittelabschnitt aufgepresste Hülse, insbesondere aus einem Kunststoff, ausgebildet ist.
  • Anliegend an den Flansch 56 ist ein Isolationsring 74 angeordnet. Dieser dient dazu, einen ersten Kontaktring 76 gegenüber dem Flansch zu isolieren. Radial innen ist der Kontaktring 76 mittels der Isolation 58 gegenüber dem Wellenelement elektrisch isoliert. Seine axiale Position kann durch eine zusätzliche Klebung auf der Klebstoffschicht 59 fixiert sein. Ein weiterer Kontaktring ist mit dem Bezugszeichen 92 gekennzeichnet. Dieser ist derart auf der Klebstoffschicht 59 fixiert, dass zwischen dem Kontaktring 92 und dem benachbarten Kontaktring 76 ein Luftspalt 77 bzw. Abstand 77 vorhanden ist. Dieser kann eine entsprechende Isolierungswirkung bereitstellen.
  • Ein Blick auf die Fig. 2b zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Kontaktrings 76. Der Kontaktring 76 weist eine Radialinnenfläche 102, eine Radialaußenfläche 100 und zwei einander entgegengesetzte Seitenflächen 104 und 106 auf.
  • Ein Kabelelement 72, das dem Kontaktring 76 zugeordnet ist, ist an einer der Seitenflächen 104, 106, in der dargestellten Ausführungsform der Seitenfläche 104 befestigt. Insbesondere kann das Kabelelement 72 an die Seitenfläche 104 gelötet sein. Das Kabelelement 72 ist dann durch eine Aussparung 78, die sich durch die Isolation 58 und das Wellenelement 48 erstreckt, in den Innenraum 70 geführt. Von daher kann es durch den ersten Endabschnitt 62 aus dem ersten Ende 50 heraustreten und bspw. in die Kupplungsbaugruppe 24 geführt sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für jeden Kontaktring 76, 92 eine Aussparung 78 vorgesehen ist. Grundsätzlich kann jedoch bereitgestellt sein, dass mehrere Kabelelemente 72 durch eine Aussparung 78 geführt sind. Beispielsweise können hierzu die Kabelelemente 72 mit einer Isolierungsschicht versehen sein. Auf diese Weise ist es möglich, von dem zweiten Ende 60 her den Isolationsring 74 und die Kontaktringe 76, 92 auf den Mittelabschnitt 64 aufzufädeln. In einer weiteren Ausführungsform, in der die Isolation 58 durch eine Kunststoffhülse ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass abwechselnd ein Isolationsring 74 und ein Kontaktring 76, 78 auf den Mittelabschnitt 64 angeordnet sind. Auch auf diese Weise kann zwischen benachbarten Kontaktringen 76, 92 eine entsprechende elektrische Isolierung bereitgestellt sein.
  • Des Weiteren kann bspw. vorgesehen sein, dass zumindest der letzte, auf den Mittelabschnitt 64 aufzuschiebende Kontaktring aufgepresst wird, um eine ausreichende Fixierung in axialer Richtung entlang der Rotationsachse 14 der Kontaktringe 76, 92 und der Isolationsringe 74 bereitzustellen. Grundsätzlich können auch alle oder mehrere der Kontaktringe und/oder Isolationsringe aufgepresst werden. Das Aufpressen eines oder mehrer Ringe kann ausgeführt werden, wenn die Isolation als Klebstoffschicht ausgebildet, aber auch falls die Isolation 58 als Kunststoffhülse ausgebildet ist.
  • Fig. 3 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform des Wellenelements 48. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert. Eine Umfangsrichtung ist mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet. Das dargestellte Wellenelement weist insgesamt vierzehn Aussparungen auf. Von denen sieben Aussparungen sichtbar sind. Vier Aussparungen 78, 80, 82, 84 sind dabei in einer axialen Reihe angeordnet. Drei weitere Aussparungen 86, 88, 90 sind in einer weiteren axialen Reihe angeordnet. Vor der Perspektive nicht erkennbar sind sieben weitere Aussparungen. Dabei sind in axialer Richtung zwei Aussparungen zwischen Aussparung 86 und 80 angeordnet. Zwei Aussparungen zwischen den Aussparungen 88 und 82. Zwei weitere Aussparungen zwischen den Aussparungen 90 und 84. Eine weitere Aussparung ist zwischen der Aussparung 78 und dem Flansch angeordnet. Des Weiteren sind alle Aussparungen in Umfangsrichtung 110 zueinander versetzt angeordnet. Dies ermöglicht es, eine Stabilität und damit Torsionssteifigkeit des Wellenelements 48 beizubehalten. Das Wellenelement 48 ist insbesondere aus einer Stahllegierung oder aus einem Keramikwerkstoff hergestellt. Insbesondere ist das Wellenelement 48 einstückig hergestellt. Auf den Mittelabschnitt 64 ist ein Kunststoffhülsenelement aufgeschoben. Die Aussparungen 78 bis 90 erstrecken sich jeweils durch das Hülsenelement 91 und das Wellenelement 48 hindurch. Insgesamt weist das Wellenelement 48 vier axiale Reihen von Aussparungen auf. Die Reihen sind zueinander in Umfangsrichtung 110 versetzt. In axialer Richtung entlang der Rotationsachse 14 sind die Aussparungen ebenfalls versetzt. Auf diese Weise kann so für vierzehn Kontaktringe jeweils eine Aussparung bereitgestellt sein, durch den entsprechendes Kabelelement 72 geführt werden kann. Der zweite Endabschnitt 66 weist keinerlei Aussparungen auf. Hier ist die Mantelfläche vollumfänglich geschlossen ausgebildet. Der zweite Endabschnitt 66 kann gehärtet ausgebildet sein. Es kann aber insgesamt das gesamte Wellenelement 48 gehärtet ausgebildet sein.
  • Die Fig. 4 zeigt eine vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Rotoranordnung 40. Auf dem in Fig. 3 dargestellten Wellenelement 48 sind insgesamt vierzehn Kontaktringe aufgefädelt, von denen drei mit einem Bezugszeichen versehen sind, die Kontaktringe 76, 92, 94. Die Kontaktringe sind abwechselnd mit Isolationsringen 74, 96, 98 auf den Mittelabschnitt 64 aufgefädelt. Auf diese Weise sind sie gegeneinander bzw. gegenüber dem Flansch 56 elektrisch isoliert. Mittels der Isolation 58 sind sie radial innen gegenüber dem Wellenelement 48 isoliert. Auf diese Weise sind vierzehn Kabelelemente 72 in den Innenraum des Wellenelements 48 geführt und können an dessen erstem Ende 50 hinausgeführt werden. Auf diese Weise können eine Drehkupplungsanordnung 10 für vierzehn Kontakte bereitgestellt werden.
  • Der Innenraum des Wellelements 48 kann mit einem Klebstoff - grundsätzlich auch dem Klebstoff der Klebstoffschicht 59 - gefüllt sein. Auch die Aussparungen können mit einem Klebstoff gefüllt sein. Auf diese Weise kann eine Fixierung der Kabelelemente und eine Zugentlastung bereitgestellt werden. Wie voranstehend ausgeführt können die Kontaktringe und die Isolationsringe ebenfalls mittels einer weiteren Klebung auf der Klebstoffschicht 59 axial festgelegt bzw. fixiert sein.
  • Die Rotoranordnung 40 weist eine besonders große Torsionssteifigkeit aufgrund des durchgehenden Wellenelements 48 auf. Insbesondere können dazu auch die einstückige Ausbildung und die Materialwahl als Stahllegierung beitragen. Die Lagerung mittels des ersten Endabschnitts in der Kupplungsbaugruppe 24 und mittels des zweiten Endabschnitts in dem Messsystem ermöglichen zudem eine Anordnung der Rotoranordnung in der Drehkupplungsanordnung 10 ohne Eigenlagerung. Auf diese Weist ist bei kompakter Bauform, insbesondere mit geringem Außendurchmesser, eine hysteresefreie Übertragung einer Drehbewegung von einer Sensorschnittstelle 12 bis zu dem Messsystem 20. Dabei bleibt gleichzeitig eine freie Drehbewegung n x 360° für sämtliche vierzehn Kontakte ermöglicht.

Claims (14)

  1. Drehkupplungsanordnung (10) für ein Koordinatenmessgerät, mit einer Schleifringbaugruppe (36) mit einer Rotoranordnung (40), die ein Wellenelement (48) und mindestens einen Kontaktring (76, 92, 94) aufweist, wobei das Wellenelement (48) zumindest teilweise als Hohlwelle mit einem hohlen Innenraum (70) und einer Mantelwand (68) ausgebildet ist, wobei das Wellenelement (48) einen Mittelabschnitt (64) aufweist, wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) in dem Mittelabschnitt (64) auf dem Wellenelement (48) angeordnet ist, wobei der Mittelabschnitt (64) mindestens eine Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) durch die Mantelwand (68) in den Innenraum (70) aufweist, wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) mit einem Kabelelement (72) verbunden ist, das durch eine der mindestens einen Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) in den Innenraum (70) geführt ist, wobei das Wellenelement (48) einen ersten Endabschnitt (62) mit einem Außenumfangsquerschnitt (52) zur drehfesten Kupplung aufweist, wobei der Mittelabschnitt (64) gegenüber dem ersten Endabschnitt (62) durch einen Flansch (56) abgesetzt ist, wobei der Flansch (56) einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein kleinster Außendurchmesser des ersten Endabschnitts (52) und größer als ein Außendurchmesser des Mittelabschnitts (64) ist, wobei ein kleinster Außendurchmesser des ersten Endabschnitts (62) größer als ein Außendurchmesser des Mittelabschnitts (64) ist, wobei der Außenumfangsquerschnitt (52) des ersten Endabschnitts (62) als nicht-kreisrunder Profilquerschnitt ausgebildet ist, wobei das Wellenelement (48) einstückig ausgebildet ist, und wobei die Rotoranordnung (40) mehr als einen Kontaktring (76, 92, 94) aufweist, und wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Kontaktringen (76, 92, 94) ein die benachbarten Kontaktringe (76, 92, 94) elektrisch voneinander isolierender Isolationsring (96, 98) angeordnet ist,
    und wobei die Drehkupplungsanordnung (10) des Weiteren eine drehbare Kupplungsbaugruppe (24) aufweist, die ein erstes Ende (22) und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende (32) aufweist, wobei das erste Ende (22) eine Kupplungsschnittstelle (12) aufweist, und wobei das zweite Ende (32) eine Schleifringbaugruppenschnittstelle (33) zum drehfesten Kuppeln mit dem ersten Endabschnitt (62) der Rotoranordnung (40) aufweist, und mit einem Drehpositions-Messsystem (20) zum Ermitteln einer Drehposition der Rotoranordnung (40) der Schleifringbaugruppe (36).
  2. Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenelement (48) aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 75 GPa aufweist.
  3. Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktring mittels einer Isolation (58) elektrisch gegenüber dem Wellenelement (48) isoliert ist, wobei die mindestens eine Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) durch die Isolation (58) und die Mantelwand (68) in den Innenraum (70) ausgebildet ist.
  4. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenelement (48) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet ist.
  5. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenelement (48) aus einem Werkstoff ausgebildet ist, der ein Schubmodul von mehr als 100 GPa aufweist.
  6. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flansch (56) auf dem Mittelabschnitt (64) ein elektrisch isolierender Isolationsring (74) angeordnet ist.
  7. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation als eine Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, die auf dem Mittelabschnitt (64) des Wellenelements (48) angeordnet ist.
  8. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation (58) als eine Klebstoffschicht (59) ausgebildet ist, wobei die Klebstoffschicht (59) mittels eines Klebstoffs aus einem elektrisch isolierenden Material bereitgestellt ist.
  9. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenelement (48) einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt (66) aufweist, in dem die Mantelwand (68) vollflächig geschlossen ist.
  10. Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktring (76, 92, 94) auf den Mittelabschnitt (64) geklebt ist.
  11. Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils benachbarte Kontaktringe (76, 92, 94) derart auf dem Mittelabschnitt (64) angeordnet sind, dass zwischen Ihnen ein Luftspalt (77) verbleibt.
  12. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kontaktring (76, 92, 94) eine Radialinnenfläche (102), eine Radialaußenfläche (100) und zwei Seitenflächen (104, 106) aufweist, und wobei jeder Kontaktring (76, 92, 94) mit einer seiner Seitenflächen mit einem Kabelelement (72) verbunden ist.
  13. Drehkupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (40) mindestens eine erste Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) und eine zweite Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) aufweist, wobei die erste Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) und die zweite Aussparung (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90) in Umfangsrichtung (110) zueinander versetzt in dem Mittelabschnitt (64) ausgebildet sind.
  14. Drehkupplungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endabschnitt (66) an oder in dem Drehpositions-Messsystem (20) angeordnet ist.
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