Die Erfindung betrifft ein Getriebe gemäß dem Anspruch 1 sowie einen mit diesem Getriebe ausgestatteten Drehgeber gemäß Anspruch 12.The invention relates to a transmission according to claim 1 and a rotary encoder equipped with this transmission according to claim 12.
Neben Winkelmessgeräten, die eine Winkelmessung an einer drehbaren Welle in inkrementalen Messschritten ermöglichen, sind auch sogenannte absolute Winkelmessgeräte, auch als Code-Drehgeber bezeichnet, bekannt. Diese gestatten eine Absolutwinkel-Bestimmung innerhalb einer einzigen Wellenumdrehung. Ist zudem die Erfassung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen nötig, so werden üblicherweise sogenannte Multiturn-Drehgeber eingesetzt. In derartigen Multiturn-Drehgebern erfolgt die Bestimmung der absoluten Winkelposition innerhalb einer Wellenumdrehung, d. h. zwischen 0° und 360°, über eine mit der Welle verbundene Codescheibe, die mit Hilfe einer geeigneten fotoelektrischen Abtasteinheit abgetastet wird. Zur Gewinnung der erforderlichen Informationen über die Anzahl der erfolgten Wellenumdrehungen ist üblicherweise ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen, über das eine oder mehrere weitere Teilscheiben bzw. Codescheiben bei sich drehender Welle in eine Drehbewegung mit geringerer Umdrehungszahl versetzt werden. Häufig sind diese Codescheiben als magnetisierte Scheiben ausgebildet, die jeweils zumindest einen Nordpol- und Südpol-Sektor aufweisen. Die Drehlage dieser zusätzlichen Codescheiben wird üblicherweise mit geeigneten Abtasteinheiten, insbesondere Hall-Sensoren, in bekannter Art und Weise erfasst. Aufgrund der vorgegebenen Untersetzung der Drehbewegung der zusätzlichen Codescheiben lässt sich so die Zahl der erfolgten Umdrehungen der Welle ermitteln. Eine Messung der Absolutposition der angetriebenen Welle ist somit auch über mehrere Umdrehungen hin möglich.In addition to angle measuring devices, which allow an angle measurement on a rotatable shaft in incremental measuring steps, so-called absolute angle measuring devices, also known as code encoders known. These allow an absolute angle determination within a single shaft revolution. If, in addition, it is necessary to record the number of shaft revolutions that have taken place, so-called multiturn encoders are usually used. In such multiturn encoders, the determination of the absolute angular position takes place within one shaft revolution, i. H. between 0 ° and 360 °, via a codewheel connected to the shaft, which is scanned by means of a suitable photoelectric scanning unit. In order to obtain the required information about the number of shaft rotations that have taken place, it is usual to provide a reduction gear via which one or more further partial disks or code disks are set into a rotary movement with a lower number of revolutions when the shaft rotates. Frequently, these code disks are formed as magnetized disks, each having at least one north pole and south pole sector. The rotational position of these additional code discs is usually detected with suitable scanning units, in particular Hall sensors, in a known manner. Due to the predetermined reduction of the rotational movement of the additional code discs, the number of revolutions of the shaft can thus be determined. A measurement of the absolute position of the driven shaft is thus possible over several revolutions.
Bei derartigen Untersetzungsgetrieben ist es vorteilhaft, wenn die erste Untersetzungsstufe ein möglichst hohes Untersetzungsverhältnis aufweist, so dass die Zahnräder der nachfolgenden Getriebestufen bereits mit erheblich geringerer Drehzahl umlaufen. Auf diese Weise wird die Belastung der nachfolgenden Getriebestufen signifikant reduziert.In such reduction gears, it is advantageous if the first reduction stage has the highest possible reduction ratio, so that the gears of the subsequent gear stages already rotate at a significantly lower speed. In this way, the load on the subsequent gear stages is significantly reduced.
Ein entsprechend aufgebauter Multiturn-Drehgeber ist beispielsweise aus der DE 198 20 014 A1 der Anmelderin bekannt. In dieser Druckschrift wird eine integrierte Bauweise von elektronischen Komponenten von Drehgebern beschrieben.An appropriately constructed multiturn encoder is for example from the DE 198 20 014 A1 the applicant known. This document describes an integrated design of electronic components of encoders.
In der DE 197 45 177 A1 ist eine Getriebeanordnung gezeigt, bei der an den Umfangsflächen eines Antriebs- und eines Abtriebsrads permanentmagnetische beziehungsweise ferromagnetische wendelförmige Stege angeordnet sind. Diese Bauweise ist bezüglich der Drehmomentausbeute beziehungsweise bezüglich ihrer Baugröße ungünstig.In the DE 197 45 177 A1 a gear arrangement is shown in which permanent magnetic or ferromagnetic helical webs are arranged on the peripheral surfaces of a drive and a driven. This design is unfavorable in terms of torque output or in terms of their size.
Es besteht anhaltend der Bedarf nach Drehgebern mit kleineren Baumaßen. Nachdem die elektronischen Bauteile von Drehgebern immer weiter integriert und damit auch miniaturisiert werden, wird häufig der Bauraum für die mechanischen Bauteile dieser Geräte der limitierende Faktor für diese Miniaturisierungsbestrebungen.There is a continuing need for rotary encoders with smaller dimensions. After the electronic components of encoders are increasingly integrated and thus also miniaturized, the space for the mechanical components of these devices is often the limiting factor for this Miniaturisierungsbestrebungen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe zu schaffen, das kleine Baumaße aufweist, einen geringen Fertigungs- und Kostenaufwand verursacht und einen schlupffreien Betrieb gewährleistet.The invention is therefore an object of the invention to provide a transmission that has small dimensions, causes a low production and cost and ensures a slip-free operation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.
Weiterhin soll das Getriebe gemäß Anspruch 12 in einem Drehgeber eingesetzt werden.Furthermore, the transmission is to be used according to claim 12 in a rotary encoder.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein magnetisches Getriebe mit geringem Bauraum und mit einer kostengünstigen Herstellung geschaffen wird, das einen schlupffreien Betrieb auch bei übermäßigen Drehmomentsbelastungen gewährleistet. Hinzu kommt, dass das erfindungsgemäße Getriebe eine vergleichsweise geringe Massenträgheit aufweist, was gerade bei hoch dynamischen Änderungen von Drehbewegungen von Vorteil ist.The advantages achieved by the invention are in particular that a magnetic transmission with a small space and a cost-effective production is created, which ensures a slip-free operation even with excessive torque loads. In addition, the transmission according to the invention has a comparatively low mass inertia, which is particularly advantageous in the case of highly dynamic changes of rotational movements.
Das Getriebe umfasst Kraftübertragungsmittel eines Antriebselementes und eines Abtriebselementes, die als permanentmagnetische Stege ausgebildet sind, wobei mindestens ein Kraftübertragungsmittel des Antriebselementes im Normalbetrieb ein Drehmoment durch magnetische Anziehung überträgt. Im Notbetrieb kann dasselbe Kraftübertragungsmittel auch ein Drehmoment mechanisch berührend in das Abtriebselement einleiten, wobei die als Stege ausgebildeten Kraftübertragungsmittel so magnetisiert sind, dass zur Minimierung der Anpresskraft eine abstoßende Kraft entsteht. Auf diese Weise ist kein separates Kraftübertragungsmittel für den Notbetrieb nötig, so dass alle Kraftübertragungsmittel am Antriebselement im Normalbetrieb wirksam sein können, wodurch bei gegebenem zu übertragendem Drehmoment der Bauraum für das Getriebe reduziert werden kann, beziehungsweise das übertragbare Drehmoment bezogen auf das Getriebevolumen erhöht werden kann.The transmission comprises power transmission means of a drive element and an output element, which are designed as permanent magnetic webs, wherein at least one force transmission means of the drive element transmits a torque by magnetic attraction in normal operation. In emergency operation, the same power transmission means can also introduce a torque mechanically touching in the driven element, wherein the force transmission means designed as webs are magnetized so that a repulsive force is produced to minimize the contact force. In this way, no separate power transmission means for emergency operation is necessary, so that all power transmission means can be effective on the drive element in normal operation, whereby at a given torque to be transmitted, the space for the transmission can be reduced, or the transmittable torque based on the transmission volume can be increased ,
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention will remove the dependent claims.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Getriebes sowie eines damit ausgestatteten Drehgebers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.Further details and advantages of the transmission according to the invention and a thus equipped rotary encoder will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
Es zeigen dieIt show the
1a eine perspektivische Ansicht des Getriebes mit mantelseitig angeordneten wendelförmigen Permanentmagneten, 1a a perspective view of the transmission with shell side arranged helical permanent magnets,
1b eine Draufsicht auf das Getriebe in einer Stellung im Normalbetrieb, 1b a top view of the transmission in a position in normal operation,
1c eine Draufsicht auf das Getriebe in einer Stellung im Notbetrieb, 1c a top view of the transmission in a position in emergency operation,
2a eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des Getriebes mit stirnseitig angeordneten Stegen, 2a a perspective view of another embodiment of the transmission with frontally arranged webs,
2b eine Teilansicht des weiteren Ausführungsbeispieles des Getriebes, 2 B a partial view of the further embodiment of the transmission,
2c eine Seitenansicht des weiteren Ausführungsbeispieles des Getriebes, 2c a side view of the further embodiment of the transmission,
3 eine räumliche Explosions-Darstellung eines erfindungsgemäßen Drehgebers mit Teilschnitten. 3 a spatial exploded view of a rotary encoder according to the invention with partial sections.
In den Figuren sind gleichwirkende Bauteile unterschiedlicher Ausführungsbeispiele mit identischen Bezugszeichen versehen.In the figures, equivalent components of different embodiments are provided with identical reference numerals.
In der 1a ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Getriebes dargestellt, wie es als erste Getriebestufe in einem Drehgeber 400 (3) eingebaut ist. Das Antriebsrad 100 weist eine große zentrische Bohrung zur Aufnahme einer in der 3 dargestellten Hohlwelle 401 auf, deren Drehstellung im Betrieb des Drehgebers 400 gemessen wird. An der Mantelfläche des Antriebsrads 100 befinden sich, entlang jeweils einer Wendellinie bzw. Gewindelinie ausgerichtet, ein zweigängiges Gewinde, dessen Stege 101, 102 als Permanentmagnete ausgebildet sind. Der Steg 101, der dem zweiten Gewindegang entspricht, weist einen gößeren Außendurchmesser D101 (1b) auf, als der Steg 102 des ersten Gewindeganges. Mit anderen Worten ist die Steghöhe des Steges 101 größer als diejenige des Steges 102.In the 1a is a perspective view of the transmission according to the invention shown, as it is the first gear stage in a rotary encoder 400 ( 3 ) is installed. The drive wheel 100 has a large central bore for receiving a in the 3 shown hollow shaft 401 on whose rotational position in the operation of the encoder 400 is measured. On the lateral surface of the drive wheel 100 are, aligned along each helical line or thread line, a two-start thread, the webs 101 . 102 are designed as permanent magnets. The jetty 101 corresponding to the second thread has a larger outer diameter D101 ( 1b ), as the footbridge 102 of the first thread turn. In other words, the web height of the bridge 101 larger than the one of the bridge 102 ,
Die beiden Stege 101, 102 sind in diesem Beispiel wendelförmig gestaltete Permanentmagnete, die auf einem Trägerkörper 106 aufgeklebt sind. Der höhere Steg 101 weist überdies eine Beschichtung 104 aus PTFE (Polytetrafluorethylen) auf. Die Stege 101, 102 sind gemäß der 1b bezüglich des Antriebsrads 100 in Radialrichtung magnetisiert, das heißt, dass die Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpol jedes permanentmagnetischen Steges 101, 102 im Wesentlichen zur Drehachse 103 des Antriebsrads 100 ausgerichtet ist. Dabei weist bei dem höheren Steg 101 der Nordpol nach außen, wogegen bei dem niedrigeren Steg 102 der Südpol nach außen weist.The two bridges 101 . 102 are in this example helically shaped permanent magnets on a support body 106 are glued on. The higher bridge 101 also has a coating 104 made of PTFE (polytetrafluoroethylene). The bridges 101 . 102 are according to the 1b with respect to the drive wheel 100 magnetized in the radial direction, that is, the connecting line between the north and south pole of each permanent-magnetic bridge 101 . 102 essentially to the axis of rotation 103 of the drive wheel 100 is aligned. This points at the higher bridge 101 the north pole to the outside, whereas at the lower bridge 102 the south pole points to the outside.
Der Trägerkörper 106 besteht aus einer ferromagnetischen FeNi-Legierung, die eine relative Permeabilitätszahl μr von ca. 3000 aufweist, wodurch das magnetische Feld der permanentmagnetischen Stege 101, 102 verstärkt wird.The carrier body 106 consists of a ferromagnetic FeNi alloy, which has a relative permeability μr of about 3000, whereby the magnetic field of the permanent magnetic webs 101 . 102 is reinforced.
Das Abtriebsrad 200 ist gemäß der 1a ebenfalls mit permanentmagnetischen Stegen 201, 202 versehen, die entlang einer Wendellinie bzw. Gewindelinie an der Mantelfläche des Abtriebsrads 200 angeordnet sind. Im Vergleich zu der Wendellinie gemäß welcher die Stege 101, 102 des Antriebsrads 100 ausgerichtet sind, weisen die Wendellinien am Abtriebsrad 200 eine wesentlich größere Steigung auf, so dass diese jeweils nur über einen Teil des Umfanges des Abtriebsrads 200 verlaufen. Die Höhe der Stege 201, 202 bzw. deren Außendurchmesser D201, D202 (1b) sind unterschiedlich groß. So sind die Stege 202 höher als die Stege 201. Des weiteren sind die Stege 202 ebenfalls mit einer Beschichtung 205 aus PTFE versehen.The driven wheel 200 is according to the 1a also with permanent magnetic webs 201 . 202 provided along a helical line or thread line on the lateral surface of the driven gear 200 are arranged. Compared to the helical line according to which the webs 101 . 102 of the drive wheel 100 are aligned, have the helical lines on the output gear 200 a much larger slope, so that they each only over part of the circumference of the driven gear 200 run. The height of the walkways 201 . 202 or their outer diameter D201, D202 ( 1b ) are different in size. Such are the bars 202 higher than the bars 201 , Furthermore, the webs 202 also with a coating 205 made of PTFE.
Die Stege 201, 202 sind in Radialrichtung (bezüglich der Drehachse 203 des Abtriebsrads 200) magnetisiert. Es weisen also im gezeigten Beispiel die Nordpole der Stege 202 radial nach außen wie auch die Südpole der Stege 201. Die Stege 201, 202 sind auf dem Körper 206 des Abtriebsrads 200 aufgeklebt, der aus einer ferromagnetischen FeNi-Legierung besteht und wie beim Antriebsrad 100 die eine relative Permeabilitätszahl μr von 3000 aufweist.The bridges 201 . 202 are in the radial direction (with respect to the axis of rotation 203 the output gear 200 ) magnetized. Thus, in the example shown, there are the north poles of the bridges 202 radially outward as well as the south poles of the bridges 201 , The bridges 201 . 202 are on the body 206 the output gear 200 glued, which consists of a ferromagnetic FeNi alloy and as the drive wheel 100 which has a relative permeability μ r of 3000.
Generell ist es von Vorteil, wenn der Körper 106 des Antriebsrads 100 und/oder der Körper 206 des Abtriebsrads 200 aus einem Werkstoff sind dessen relative Permeabilitätszahl μr mindestens 10, mit Vorteil 1000 oder größer ist. Durch diese vergleichsweise hohen relativen Permeabilitätszahlen wird das Magnetfeld signifikant verstärkt.Generally, it is beneficial if the body 106 of the drive wheel 100 and / or the body 206 the output gear 200 from a material whose relative permeability μ r at least 10, with advantage 1000 or larger. These relatively high relative permeability numbers significantly increase the magnetic field.
In der 1b ist in einer Draufsicht das Antriebsrad 100 in einer betriebsgemäßen Lage relativ zum Abtriebsrad 200 dargestellt. Im Betrieb ist die Drehachse 103 des Antriebsrads 100 wie auch die Drehachse 203 des Abtriebsrads 200 ortsfest. Der Steg 101, der dem zweiten Gewindegang entspricht, weist den Außendurchmesser D101 auf, und der Steg 102 des ersten Gewindeganges hat den Außendurchmesser D102. Dabei ist der Außendurchmesser D101 größer als der Außendurchmesser D102 des Steges 102. Mit Vorteil können die permanentmagnetischen Körper der Stege 101 und 102, wie auch die Körper der Stege 201 und 202 in ihren Abmessungen identisch sein. Die unterschiedlichen Steghöhen ergeben sich dann aus der Stärke der Beschichtung 104, 205 aus PTFE.In the 1b is in a plan view the drive wheel 100 in an operative position relative to the driven wheel 200 shown. In operation, the axis of rotation 103 of the drive wheel 100 as well as the axis of rotation 203 the output gear 200 stationary. The jetty 101 , which corresponds to the second thread, has the outer diameter D101, and the web 102 of the first thread has the outer diameter D102. In this case, the outer diameter D101 is greater than the outer diameter D102 of the web 102 , Advantageously, the permanent magnetic body of the webs 101 and 102 as well as the bodies of the bars 201 and 202 in your Dimensions be identical. The different web heights then result from the thickness of the coating 104 . 205 made of PTFE.
Wird nun das Antriebsrad 100 in Gang gesetzt, so ”fängt” der Nordpol des Steges 101 den Südpol des Steges 201 des Abtriebsrads 200 quasi ein, sobald sich ein ausreichend kleiner Luftspalt S1 bzw. Abstand zwischen den Stegen 101, 201 des Antriebsrads 100 und des Abtriebsrads 200 einstellt. Es wird dadurch eine Kraftübertragung vom Antriebsrad 100 zum Abtriebsrad 200 erreicht. Dadurch, dass die Körper 106, 206 des Antriebsrads 100 und des Abtriebsrads 200 aus einer NiFe-Legierung bestehen, welche eine relative Permeabilitätszahl μr von ca. 3000 aufweist, wird das magnetische Feld und damit die übertragbare Kraft verstärkt, bzw. erhöht.Will now be the drive wheel 100 set in motion, so the North Pole of the bridge "catches" 101 the south pole of the jetty 201 the output gear 200 a quasi one, as soon as a sufficiently small air gap S1 or distance between the webs 101 . 201 of the drive wheel 100 and the output gear 200 established. It is characterized a power transmission from the drive wheel 100 to the output gear 200 reached. By doing that the body 106 . 206 of the drive wheel 100 and the output gear 200 consist of a NiFe alloy, which has a relative permeability μ r of about 3000, the magnetic field and thus the transmittable force is amplified or increased.
Durch die gegenseitige magnetische Anziehung der Stege 101, 201 stellt sich ein geringer Luftspalt S1 ein, so dass eine Drehbewegung des Antriebsrads 100 eine Drehbewegung des Abtriebsrads 200 bewirkt. Während der Drehbewegung wandert infolge der Geometrie der Wendellinien der Bereich der Kraftübertragung in Axialrichtung weiter. Bevor sich durch das Fortschreiten der Drehbewegung der Luftspalt S1 zwischen den Stegen 101 und 201 wieder vergrößert, sich also die Wirkverbindung wieder löst, sind die Stege 102 und 202 bereits in berührungslosem magnetischen ”Eingriff”, der dadurch erreicht wird, dass nun der Südpol des Steges 102 mit geringem Luftspalt S2 dem Nordpol des Steges 202 gegenübersteht. Es ist also im Normalbetrieb, wenn das auftretende Drehmoment vergleichsweise gering ist, sichergestellt, dass mindestens ein Steg 101, 102 des Antriebsrads 100 in magnetischer Wechselwirkung mit einem Steg 201, 202 des Abtriebsrads steht, so dass eine Kraft übertragen werden kann. Der Abstand X der Drehachsen 103 des Antriebsrads 100 und 203 des Abtriebsrads 200 ergibt sich aus folgendem Zusammenhang: X = D101 + D201 / 2 + S1, bzw. X = D102 + D202 / 2 + S2, wobei S1 der Luftspalt zwischen dem Steg 101, mit dem Außendurchmesser D101 und dem Steg 201, mit dem Außendurchmesser D201 ist, und S2 der Luftspalt zwischen dem Steg 102, mit dem Außendurchmesser D102 und dem Steg 202, mit dem Außendurchmesser D202 ist.Due to the mutual magnetic attraction of the webs 101 . 201 a small air gap S1, so that a rotational movement of the drive wheel 100 a rotational movement of the driven wheel 200 causes. During the rotational movement, due to the geometry of the helical lines, the range of force transmission in the axial direction continues to increase. Before moving through the progression of the rotational movement of the air gap S1 between the webs 101 and 201 enlarged again, so the active compound dissolves again, are the webs 102 and 202 already in non-contact magnetic "engagement", which is achieved by the fact that now the south pole of the bridge 102 with a small air gap S2 to the north pole of the bridge 202 faces. It is therefore in normal operation, when the torque is comparatively low, ensures that at least one web 101 . 102 of the drive wheel 100 in magnetic interaction with a web 201 . 202 the output gear is, so that a force can be transmitted. The distance X of the axes of rotation 103 of the drive wheel 100 and 203 the output gear 200 results from the following relationship: X = D101 + D201 / 2 + S1, respectively X = D102 + D202 / 2 + S2, where S1 is the air gap between the web 101 , with outside diameter D101 and the bridge 201 , with outer diameter D201, and S2 the air gap between the web 102 , with outer diameter D102 and the bridge 202 , with outside diameter D202.
Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes – das Abtriebsrad 200 dreht sich also im Betrieb langsamer als das Antriebsrad 100 – hängt vom Verhältnis der Anzahl der Gewindegänge ab.The reduction ratio of the gearbox - the output gear 200 so during operation it turns more slowly than the drive wheel 100 - depends on the ratio of the number of threads.
Die Drehachse 103 des Antriebsrads 100 und die Drehachse 203 des Abtriebsrads 200 sind in dem gezeigten Beispiel parallel im Raum ausgerichtet. Entsprechend steht die Drehachse 203 des Abtriebsrads 200 senkrecht zu einer gedachten Ebene Y, die orthogonal zur Drehachse 103 des Antriebsrads 100 aufgespannt ist. Die Drehachse 203 durchdringt also die Ebene Y. Der dazugehörige Neigungs- bzw. der Durchstoßwinkel γ der Drehachse 203 durch diese Ebene Y beträgt demnach 90° (vgl. auch 2c). Für die Funktion des Getriebes, insbesondere für die Anordnung der Achsen der darauffolgenden Getriebestufen (siehe 3) ist es von Vorteil, wenn die Drehachsen 103, 203 weitgehend parallel sind, weil dadurch die Achsen aller Zahnräder parallel zur Drehachse 103 ausgerichtet sein können, so dass keine Kegelradstufe oder dergleichen eingesetzt werden muss. Prinzipiell hat sich gezeigt, dass der Winkel γ vorzugsweise mehr als 45° betragen sollte, und mit Vorteil Winkel größer 60° gewählt werden.The rotation axis 103 of the drive wheel 100 and the rotation axis 203 the output gear 200 are aligned parallel in space in the example shown. Accordingly, the axis of rotation 203 the output gear 200 perpendicular to an imaginary plane Y orthogonal to the axis of rotation 103 of the drive wheel 100 is stretched. The rotation axis 203 So penetrates the plane Y. The corresponding inclination or the penetration angle γ of the axis of rotation 203 Accordingly, through this plane Y is 90 ° (see also 2c ). For the function of the transmission, in particular for the arrangement of the axes of the subsequent gear stages (see 3 ) it is advantageous if the axes of rotation 103 . 203 are largely parallel, because thereby the axes of all gears parallel to the axis of rotation 103 can be aligned so that no bevel gear stage or the like must be used. In principle, it has been shown that the angle γ should preferably be more than 45 °, and advantageously angle greater than 60 ° can be selected.
Durch das erfindungsgemäße Getriebe kann das erforderliche Drehmoment ohne jegliche Berührung übertragen werden. Zur Absicherung gegen etwaige asynchrone, also schlupfbehaftete, Betriebszustände können allerdings die Stege 202 des Abtriebsrads 200 (gemäß 1c) mit dem Steg 101 des Antriebsrads 100 mechanisch derart zusammenwirken, dass durch Berührung ein Drehmoment übertragbar ist, das heißt, dass der Steg 101 das Abtriebsrad 200 berührend vorwärts treiben kann. Die Notwendigkeit für dieses Betriebsverhalten kann insbesondere dann eintreten, wenn bei hohen Drehbeschleunigungen Drehmomentspitzen auftreten, aber auch bei Vorhandensein eines Störmagnetfeldes oder bei Vibrationen.By the transmission according to the invention, the required torque can be transmitted without any contact. However, to secure against any asynchronous, ie slip-prone, operating conditions, the webs 202 the output gear 200 (according to 1c ) with the dock 101 of the drive wheel 100 mechanically cooperate such that by touching a torque is transferable, that is, that the web 101 the output gear 200 can move forward movingly. The need for this performance can occur in particular when at high spins torque peaks occur, but also in the presence of a disturbance magnetic field or vibrations.
Für den Fall, dass das Getriebe in dem oben beschriebenen Notbetrieb arbeitet, sich also die Stege 101 und 202 bereichsweise berühren, ist die Beschichtung 104, 205 aus dem reibungsarmen Material PTFE aufgebracht. Dadurch wird gewährleistet, dass die Oberflächen der Stege 101 und 202 problemlos aufeinander abgleiten können, bzw. dass das Getriebe nicht blockiert. Hinzu kommt, dass die Beschichtung 104, 205 aus PTFE in erheblichen Maße den Verschleiß reduziert. Dadurch, dass die Stege 101 und 202 so magnetisiert sind, dass sich deren Nordpole gegenüber stehen, wird durch die abstoßende Kraft die Anpresskraft und damit der Verschleiß weiter minimiert.In the event that the transmission works in the emergency operation described above, so the webs 101 and 202 touch area, is the coating 104 . 205 made of the low-friction material PTFE. This will ensure that the surfaces of the webs 101 and 202 easily slip on each other, or that the transmission does not block. On top of that, the coating 104 . 205 PTFE significantly reduces wear. Because of the webs 101 and 202 are magnetized so that their north poles are opposite, the contact force and thus the wear is further minimized by the repulsive force.
Alternativ zu PTFE kann zum Beispiel Polyamid aber auch ein Messing- oder ein Bronzematerial verwendet werden. Die Beschichtung 104, 205 kann aber auch derart ausgeführt sein, dass der Verschleiß durch eine große Härte der Oberfläche der Stege 101 und 202 signifikant reduziert wird. Zu diesem Zweck können mit Vorteil entsprechende Hartstoffschichten auf die Stege 101 und 202 aufgebracht werden. Ein besonders guter Verschleißschutz ergibt sich, wenn die Härte der Oberfläche 200 HV 50 überschreitet, insbesondere größer als 300 HV 50 ist. Zur Härteprüfung wurde hier die Vickers-Methode gemäß der DIN EN ISO 6507-1 herangezogen.As an alternative to PTFE, for example, polyamide but also a brass or a bronze material can be used. The coating 104 . 205 but can also be designed such that the wear by a high hardness of the surface of the webs 101 and 202 is significantly reduced. For this purpose, corresponding hard material layers can advantageously be applied to the webs 101 and 202 be applied. A particularly good wear protection is obtained when the hardness of the surface 200 HV 50 exceeds, especially greater than 300 HV 50. For hardness testing, the Vickers method according to DIN EN ISO 6507-1 was used here.
Besonders von Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, wenn das Material der Beschichtung 104, 205 gleichzeitig die magnetische Wirkung verstärkt. Zu diesem Zweck können Schichten aufgebracht werden, welche die Elemente Eisen, Chrom, Kobalt und Molybdän enthalten. Zum Beispiel können entsprechende ferromagnetische, insbesondere hartmagnetische Bleche auf den Stegen aufgeklebt werden, was eine Feldbündelung bewirkt, so dass die Kraftausbeute des Getriebes weiter erhöht wird.It is particularly advantageous in this context if the material of the coating 104 . 205 simultaneously strengthens the magnetic effect. For this purpose, layers can be applied which contain the elements iron, chromium, cobalt and molybdenum. For example, corresponding ferromagnetic, in particular hard magnetic sheets can be glued to the webs, which causes a field focusing, so that the power output of the transmission is further increased.
Der Erfindungsgedanke ist nicht auf Stege 101, 102, 201, 202 als Kraftübertragungsmittel eingeschränkt. Vielmehr kann beispielsweise auch eine magnetische Spur, die nicht aus der Mantelfläche des Antriebsrads 100 und/oder des Abtriebsrads 200 ragt verwendet werden. Insbesondere können derartige magnetische Spuren anstelle der niedrigeren Stege 102 und 201 des oben beschrieben Beispiels verwendet werden.The idea of the invention is not on webs 101 . 102 . 201 . 202 restricted as a power transmission means. Rather, for example, a magnetic track, not from the lateral surface of the drive wheel 100 and / or the driven wheel 200 protrudes used. In particular, such magnetic tracks may be used instead of the lower lands 102 and 201 of the example described above.
In der 2a ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante des Getriebes gezeigt, wie es als erste Getriebestufe in einem Drehgeber 400 (3) eingebaut ist. Das Antriebsrad 100 weist eine große zentrische Bohrung zur Aufnahme einer in der 3 dargestellten Hohlwelle 401 auf, deren Drehstellung im Betrieb des Drehgebers 400 gemessen wird. An einer Stirnseite des Antriebsrads 100 befinden sich, entlang jeweils einer Spirallinie ausgerichtet, zwei um 180° versetzt angeordnete längliche permanentmagnetische Stege 101, 102. Als Bestandteil der Stege 101, 102 sind die spiralförmigen Bleche 104 zu betrachten, die jeweils auf einem Permanentmagneten angeordnet sind, und deren Ränder entsprechend der Form der Permanentmagnete verlaufen. Das Blech 104 ist auf den Permanentmagneten aufgeklebt und ist aus einer ferromagnetischen Legierung, wodurch das magnetische Feld der permanentmagnetischen Stege 101, 102 verstärkt wird. Der Körper 106 des Antriebsrads 100 besteht auch hier aus einer ferromagnetischen FeNi-Legierung, die eine relative Permeabilitätszahl μr von ca. 3000 aufweist.In the 2a is shown a perspective view of another embodiment of the transmission, as it is the first gear stage in a rotary encoder 400 ( 3 ) is installed. The drive wheel 100 has a large central bore for receiving a in the 3 shown hollow shaft 401 on whose rotational position in the operation of the encoder 400 is measured. At one end of the drive wheel 100 are aligned along each one spiral line, two offset by 180 ° arranged elongated permanent magnetic webs 101 . 102 , As part of the bridges 101 . 102 are the spiral-shaped sheets 104 to be considered, which are each arranged on a permanent magnet, and whose edges run according to the shape of the permanent magnets. The sheet 104 is glued to the permanent magnets and is made of a ferromagnetic alloy, whereby the magnetic field of the permanent magnetic webs 101 . 102 is reinforced. The body 106 of the drive wheel 100 Here, too, consists of a ferromagnetic FeNi alloy having a relative permeability μ r of about 3000.
Im Gegensatz zu einer wendelförmigen Linie, die im Raum verläuft, ist hier als Spirallinie eine Linie, welche in einer Ebene verläuft, zu verstehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Spirallinie als ein Teil einer archimedischen Spirale, gemäß der Gleichung r = a – φ ausgestaltet, wobei r der Radius der Spirale und a eine konstante positive Zahl ist. Als φ ist der Schwenkwinkel (im Bogenmaß) eines Radialstrahls um den Pol der Spirallinie zu verstehen. Nachdem im gezeigten Beispiel die Spirale bezüglich des Antriebsrads 100 zentrisch angeordnet ist, liegt hier der Pol auf der Drehachse 103. Bei dieser Art von Spiralen haben je zwei aufeinanderfolgende Schnittpunkte eines beliebigen vom Pol der Spirale ausgehenden Strahls den gleichen Abstand, nämlich 2·π·a.In contrast to a helical line that runs in space, here is to be understood as a spiral line, a line that runs in a plane. In this embodiment, the spiral line is designed as part of an Archimedean spiral, according to the equation r = a - φ, where r is the radius of the spiral and a is a constant positive number. As φ is the swing angle (in radians) to understand a radial beam about the pole of the spiral line. After in the example shown, the spiral with respect to the drive wheel 100 is arranged centrally, here is the pole on the axis of rotation 103 , In this type of spiral, two successive intersections of any beam emanating from the pole of the spiral have the same distance, namely 2 · π · a.
Die permanentmagnetischen Stege 101, 102 weisen in Radialrichtung eine unterschiedliche Dicke auf, wobei die dünnsten Bereiche am Anfang und am Auslauf der permanentmagnetischen Stege 101, 102 gegeben sind.The permanent magnetic webs 101 . 102 have a different thickness in the radial direction, wherein the thinnest areas at the beginning and at the outlet of the permanent magnetic webs 101 . 102 given are.
Die Permanentmagneten der Stege 101, 102 sind gemäß der 2b bezüglich des Antriebsrads 100 in Radialrichtung magnetisiert, das heißt, dass die Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpol eines Permanentmagneten des Steges 101, 102 im Wesentlichen zur Drehachse 103 des Antriebsrads 100 weist.The permanent magnets of the webs 101 . 102 are according to the 2 B with respect to the drive wheel 100 magnetized in the radial direction, that is, the connecting line between the north and south poles of a permanent magnet of the web 101 . 102 essentially to the axis of rotation 103 of the drive wheel 100 has.
Das Abtriebsrad 200 weist gemäß den 2a und 2b ebenfalls permanentmagnetische Stege 201, 202 auf. Diese sind entlang einer Kreislinie an der Stirnseite des Abtriebsrads 200 angeordnet.The driven wheel 200 according to the 2a and 2 B also permanent magnetic webs 201 . 202 on. These are along a circular line on the front side of the driven gear 200 arranged.
Wie aus der 2b ersichtlich, ist das Abtriebsrad 200 gegenüber dem Antriebsrad 100 geneigt angeordnet, so dass die Drehachse 203 schräg aus der Zeichenebene heraus bzw. in die Zeichenebene hinein verläuft. Die Drehachse 103 des Antriebsrads 100 liegt dagegen vollständig in der Zeichenebene. In der entsprechenden Seitenansicht gemäß der 2c können die Winkelverhältnisse besonders gut erläutert werden: Wenn gedanklich eine Ebene Y senkrecht zur Drehachse 103 des Antriebsrads 100 aufgespannt wird, schneidet die Drehachse 203 diese Ebene Y in einem bestimmten Neigungs- bzw. Durchstoßwinkel γ. Dieser beträgt im gezeigten Beispiel 85°.Like from the 2 B can be seen, is the output gear 200 opposite the drive wheel 100 arranged inclined so that the axis of rotation 203 obliquely out of the plane of the drawing or into the plane of the drawing. The rotation axis 103 of the drive wheel 100 is completely in the drawing plane. In the corresponding side view according to the 2c the angular relationships can be explained particularly well: If mentally a plane Y perpendicular to the axis of rotation 103 of the drive wheel 100 is clamped, cuts the axis of rotation 203 this plane Y at a certain inclination or punch-through angle γ. This is in the example shown 85 °.
Als Neigungs- bzw. Durchstoßwinkel γ ist immer der kleinste Winkel zwischen der Drehachse 203 und der Ebene Y im Raum zu betrachten. Auch in diesem Beispiel hat sich mit dem Winkel γ = 85° eine weitgehend achsparallele Ausrichtung der Drehachsen 103, 203 bewährt.The inclination or penetration angle γ is always the smallest angle between the axis of rotation 203 and to look at the Y-plane in space. In this example too, the angle γ = 85 ° has a largely axis-parallel alignment of the axes of rotation 103 . 203 proven.
Die Randbereiche der Stirnflächen der permanentmagnetische Stege 201, 202 sind bezüglich der Drehachse 203 radial nach außen um einen Winkel, der in diesem Beispiel 5° beträgt, abgeschrägt. Dieser Winkel steht im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Neigungswinkel von 85°. Der Abschrägungswinkel und der Neigungswinkel der Drehachse 203 ergänzen sich nämlich mit Vorteil zu 90°.The edge regions of the end faces of the permanent magnetic webs 201 . 202 are with respect to the axis of rotation 203 radially outwardly at an angle, which in this example is 5 °, bevelled. This angle is related to the tilt angle of 85 ° described above. The bevel angle and the tilt angle of the rotation axis 203 complement each other with advantage to 90 °.
Die permanentmagnetischen Stege 201, 202 sind auf dem Körper 206 des Abtriebsrads 200 aufgeklebt, der, wie beim Antriebsrad 100, aus einer ferromagnetischen FeNi-Legierung besteht und die eine relative Permeabilitätszahl μr von 3000 aufweist.The permanent magnetic webs 201 . 202 are on the body 206 the output gear 200 glued on, like the drive wheel 100 , is made of a ferromagnetic FeNi alloy and has a relative permeability μ r of 3000.
Die Permanentmagneten der Stege 201, 202 sind in Umfangsrichtung (bezüglich der Drehachse 203 des Abtriebsrads 200) magnetisiert und derart ausgerichtet, dass jeweils zwei benachbarte permanentmagnetische Stege 201, 202 eine gegenpolige Magnetisierung aufweisen. Zwischen den permanentmagnetischen Stegen 201, 202 sind sogenannte Mitnehmerstifte 204 aus Aluminium am Abtriebsrad 200 angebracht. Anstelle von Aluminium kann auch ein anderer nichtmagnetischer Werkstoff, zum Beispiel Messing oder Bronze aber auch ein Kunststoff, z. B. PTFE oder PA verwendet werden. Darüber hinaus können die Mitnehmerstifte 204 auch magnetisiert sein, und somit aus einem magnetischen Werkstoff bestehen. The permanent magnets of the webs 201 . 202 are in the circumferential direction (with respect to the axis of rotation 203 the output gear 200 ) magnetized and aligned so that in each case two adjacent permanent magnetic webs 201 . 202 have a gegenpolige magnetization. Between the permanent magnetic webs 201 . 202 are so-called driving pins 204 made of aluminum on the output gear 200 appropriate. Instead of aluminum and other non-magnetic material, for example brass or bronze but also a plastic, for. As PTFE or PA can be used. In addition, the driving pins can 204 be magnetized, and thus consist of a magnetic material.
Alternativ dazu können die Mitnehmerstifte 204 nicht zwischen den permanentmagnetischen Stegen 201, 202 angeordnet sein, sondern um einen halben Polabstand drehversetzt innerhalb der Stege 201, 202. Die Mitnehmerstifte 204 sind dann aus einem magnetisierbaren Material und selbst auch magnetisiert, mit einer Ausrichtung und Polung wie die Permanentmagnete der Stege 201, 202.Alternatively, the driving pins 204 not between the permanent magnetic webs 201 . 202 be arranged, but rotatably offset by half a pole distance within the webs 201 . 202 , The driving pins 204 are then magnetized from a magnetizable material and even magnetized, with an orientation and polarity as the permanent magnets of the webs 201 . 202 ,
Alternativ zu den Mitnehmerstiften 204 als separate Bauteile können die Mitnehmerstifte 204 durch eine geeignete Formgebung der Permanentmagnete monolithisch in die Stege 201, 202 integriert sein.Alternative to the driving pins 204 as separate components, the driving pins 204 by a suitable shaping of the permanent magnets monolithic in the webs 201 . 202 be integrated.
In der 2a ist das Antriebsrad 100 in der betriebsgemäßen Lage relativ zum Abtriebsrad 200 dargestellt. Im Betrieb ist die Drehachse 103 des Antriebsrads 100 wie auch die Drehachse 203 des Abtriebsrads 200 ortsfest. Dadurch, dass die Drehachse 203 des Abtriebsrads 200 gegenüber der Drehachse 103 des Antriebsrads 100 geneigt ist, ist der stirnseitige Abstand zwischen dem Antriebsrad 100 und dem Abtriebsrad 200 ortsabhängig unterschiedlich groß. Dies hat die Folge, dass die Magnetkräfte zwischen den permanentmagnetischen Stegen 101, 102 des Antriebsrads 100 und den permanentmagnetischen Stegen 201, 202 des Abtriebsrads 200 je nach Abstand bzw. Luftspalt ebenfalls unterschiedlich groß sind. Darüber hinaus sind die Mitnehmerstifte 204 im Bereich des großen Abstandes frei, das heißt, dass dessen Enden in diesem Bereich nicht in die Zwischenräume des spiralförmigen Bleches 104 ragen.In the 2a is the drive wheel 100 in the operational position relative to the output gear 200 shown. In operation, the axis of rotation 103 of the drive wheel 100 as well as the axis of rotation 203 the output gear 200 stationary. Because of the rotation axis 203 the output gear 200 opposite the axis of rotation 103 of the drive wheel 100 is inclined, the frontal distance between the drive wheel 100 and the output gear 200 depending on location different sizes. This has the consequence that the magnetic forces between the permanent magnetic webs 101 . 102 of the drive wheel 100 and the permanent magnetic webs 201 . 202 the output gear 200 Depending on the distance or air gap are also different sizes. In addition, the driving pins 204 free in the region of the large distance, that is, that its ends in this area are not in the interstices of the spiral-shaped sheet 104 protrude.
Ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1a bis 1c wird auch hier das für die Drehbewegung erforderliche Drehmoment durch magnetische Kräfte übertragen. Allerdings sind in diesem Beispiel die permanentmagnetischen Stege 101, 102, 201, 202 jeweils an einer Stirnseite des Antriebsrads 100 und des Abtriebsrads 200 befestigt. Dadurch ergibt sich ein reduzierter Bauraum des Getriebes in radialer Richtung, weil das Antriebsrad 100 bezüglich des Abtriebsrads 200 axial versetzt angeordnet ist und radial nicht über den Umfang des Antriebsrads 100 hinausragt. Eine Drehbewegung des Antriebsrads 100 führt dazu, dass in Folge der magnetischen Kräfte berührungslos eine Drehbewegung in das Abtriebsrad 200 eingeleitet wird. Im vorgestellten Beispiel stehen sich pro permanentmagnetischem Steg 101, 102, 201, 202 jeweils vier Magnetpole gegenüber. Bei einer relativen Verschiebung zwischen den permanentmagnetischen Stegen 101, 102 des Antriebsrads 100 und den permanentmagnetischen Stegen 201, 202 des Abtriebsrads 200 infolge des zu übertragenden Drehmoments, wirken die magnetischen Kräfte der Pole dieser Verschiebung entgegen und führen somit zu einem vergleichsweise steifen Kraftübertragungsverhalten des Getriebes.Similar to the embodiment according to the 1a to 1c Here, too, the torque required for the rotational movement is transmitted by magnetic forces. However, in this example, the permanent magnetic webs 101 . 102 . 201 . 202 each at an end face of the drive wheel 100 and the output gear 200 attached. This results in a reduced space of the transmission in the radial direction, because the drive wheel 100 with respect to the output gear 200 is arranged axially offset and radially not over the circumference of the drive wheel 100 protrudes. A rotational movement of the drive wheel 100 As a result of the magnetic forces, a non-contact rotational movement into the driven wheel results 200 is initiated. In the example presented, there are per permanent magnetic bridge 101 . 102 . 201 . 202 each opposite four magnetic poles. At a relative displacement between the permanent magnetic webs 101 . 102 of the drive wheel 100 and the permanent magnetic webs 201 . 202 the output gear 200 As a result of the torque to be transmitted, the magnetic forces of the poles counteract this shift and thus lead to a comparatively stiff power transmission behavior of the transmission.
Die Mitnehmerstifte 204 haben die Aufgabe das Abtriebsrad 200 auch dann noch synchron bzw. schlupffrei in Bezug zum Antriebsrad 100 zu bewegen, wenn die magnetische Kraftkopplung durch die permanentmagnetischen Stege 101, 102, 201, 202 für die Übertragung des Drehmoments nicht mehr ausreichen sollte. Das Blech 104 der Stege 101, 102 gewährleistet, dass die Mitnehmerstifte nicht mit den Permanentmagneten des Antriebsrads 100 in Kontakt kommen, weil die Mitnehmerstifte 204 so kurz bemessen sind, dass sie nicht zu den Permanentmagneten reichen. Für den Fall, dass das auftretende Drehmoment so groß ist, dass die Mitnehmerstifte 204 zur Wirkung kommen, erfolgt die berührende Kraftübertragung zwischen den Mitnehmerstiften 204 und dem Blech 104 der Stege 101, 102. Der Verschleiß der Stege 101, 102 wird auf diese Weise reduziert.The driving pins 204 have the task the output gear 200 even then synchronous or slip-free in relation to the drive wheel 100 to move when the magnetic force coupling through the permanent magnetic webs 101 . 102 . 201 . 202 should no longer be sufficient for the transmission of torque. The sheet 104 of the bridges 101 . 102 ensures that the drive pins do not interfere with the permanent magnets of the drive wheel 100 come into contact, because the driving pins 204 are so short that they do not reach to the permanent magnets. In the event that the torque occurring is so great that the driving pins 204 come to effect, the contacting power transmission takes place between the drive pins 204 and the tin 104 of the bridges 101 . 102 , The wear of the webs 101 . 102 is reduced in this way.
Das Getriebe ist, wie in der 3 dargestellt, in einem Multiturn-Drehgeber 400 zur Bestimmung der absoluten Winkelposition eingebaut. Das Antriebsrad 100 des Getriebes ist mit seiner großen zentrischen Bohrung mit einer Hohlwelle 401 des Drehgebers 400 drehfest verbunden. Die Hohlwelle 401 nimmt ihrerseits drehfest eine nicht dargestellte Welle auf, deren Drehstellung im Betrieb des Drehgebers 400 zu messen ist. An einem Absatz der Hohlwelle 401 ist eine Codescheibe 402 befestigt, in diesem Beispiel festgeklebt, so dass die Codescheibe 402 mit der gleichen Drehzahl wie die Hohlwelle 401 im Messbetrieb rotiert. Zur Erfassung der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung der Hohlwelle 401 trägt die Codescheibe 402 einen mehrspurigen Code, in der Regel ein Gray-Code, wobei die feinste Spur eine hochauflösende Inkrementalspur ist, die vorteilhafterweise möglichst weit außen am Umfang der Codescheibe 402 angeordnet ist, um möglichst viele Teilungsperioden über den Umfang anordnen zu können. Je mehr Teilungsperioden über den gesamten Umfang angeordnet sind, desto höher ist die zu erfassende Winkelauflösung des Drehgebers.The transmission is as in the 3 shown in a multi-turn encoder 400 installed to determine the absolute angular position. The drive wheel 100 The gearbox is with its large centric bore with a hollow shaft 401 of the rotary encoder 400 rotatably connected. The hollow shaft 401 in turn rotatably receives a shaft, not shown, whose rotational position during operation of the encoder 400 to measure. At a shoulder of the hollow shaft 401 is a code disc 402 attached, glued in this example, leaving the code disc 402 at the same speed as the hollow shaft 401 rotated in measuring mode. For detecting the absolute position within one revolution of the hollow shaft 401 carries the code disc 402 a multi-lane code, usually a Gray code, wherein the finest track is a high-resolution incremental track, which advantageously as far as possible outside the circumference of the code disk 402 is arranged to order as many graduation periods over the circumference can. The more graduation periods are arranged over the entire circumference, the higher is the angular resolution of the rotary encoder to be detected.
Im nicht rotierenden Gehäuse 410 des Drehgebers 400 befindet sich eine Lichtquelle 411, eine Linse 412 und eine Abtastplatte 413. Darüber hinaus ist mit dem Gehäuse 410 eine Platine 414, an deren Unterseite Fotodetektoren angebracht sind, drehfest verbunden. Mit Hilfe dieser optischen Winkelabtasteinrichtung werden inkremental und/oder absolut die jeweilige Winkelposition innerhalb einer Umdrehung der Hohlwelle 401 bestimmt.In the non-rotating housing 410 of the rotary encoder 400 there is a light source 411 , a lens 412 and a scanning plate 413 , In addition, with the housing 410 a circuit board 414 , On the underside of which photodetectors are attached, rotatably connected. With the help of this optical Winkelabtasteinrichtung incrementally and / or absolutely the respective angular position within a revolution of the hollow shaft 401 certainly.
Zur Multiturn-Messung wird das erfindungsgemäße Getriebe und die damit zusammenwirkenden weiteren Getriebestufen benötigt. Diese sind in einem Getriebekasten 420 integriert, dessen Außenwandung in der 3 der Übersichtlichkeit halber teilweise weggelassen wurde. Der Getriebekasten 420 ist drehfest mit dem Gehäuse 410 verbunden und nimmt somit nicht an der Rotationsbewegung der Hohlwelle 401 bzw. des Antriebsrads 100 teil. Die Drehachse 203 des Abtriebsrads 200 ist dagegen auch gegenüber dem Getriebekasten 420 und damit gegenüber dem Gehäuse 410 nicht bewegbar. Die Drehbewegung der Hohlwelle 401 wird vom Antriebsrad 100 mit der gegebenen Untersetzung schlupffrei auf das Abtriebsrad 200 übertragen, welches im Lager P drehbar um die Drehachse 203 gegenüber dem Getriebekasten 420 gelagert ist. Drehfest mit dem Abtriebsrad 200 ist ein Zahnrad verbunden, das mit einem Zahnrad einer weiteren Untersetzungsstufe kämmt. An der Welle dieser weiteren Untersetzungsstufe ist eine Teilscheibe 421 mit einer magnetischen Teilung befestigt. Darüber hinaus sind weitere Getriebestufen mit weiteren Teilscheiben 422 und 423 entsprechend angeordnet. Die Drehachsen der Teilscheiben 421, 422, 423 sind parallel zur Hohlwelle 401 ausgerichtet. Jede der Teilscheiben 421, 422, 423 besteht aus einem Magnetkörper mit in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Magnetpolen (Nord-Süd), im einfachsten Fall sind die Teilscheiben 421, 422, 423 jeweils als kurze Stabmagnete mit einem einzigen Nord- und Südpol ausgeführt. Die magnetischen Teilungen der Teilscheiben 421, 422, 423 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.For multiturn measurement, the transmission according to the invention and the additional gear steps cooperating therewith are required. These are in a gear box 420 integrated, whose outer wall in the 3 For the sake of clarity, it was partly omitted. The gearbox 420 is rotatable with the housing 410 connected and thus does not take on the rotational movement of the hollow shaft 401 or the drive wheel 100 part. The rotation axis 203 the output gear 200 is, however, also opposite the gearbox 420 and thus with respect to the housing 410 not movable. The rotational movement of the hollow shaft 401 gets off the drive wheel 100 with the given reduction slip-free on the output gear 200 transferred, which in the bearing P rotatable about the axis of rotation 203 opposite the gearbox 420 is stored. Rotationally fixed with the driven wheel 200 a gear is connected, which meshes with a gear of a further reduction stage. On the shaft of this further reduction stage is a part disc 421 attached with a magnetic division. In addition, there are other gear stages with additional part discs 422 and 423 arranged accordingly. The axes of rotation of the part discs 421 . 422 . 423 are parallel to the hollow shaft 401 aligned. Each of the part discs 421 . 422 . 423 consists of a magnetic body with circumferentially alternately arranged magnetic poles (north-south), in the simplest case, the part discs 421 . 422 . 423 each designed as a short bar magnets with a single north and south pole. The magnetic divisions of the part discs 421 . 422 . 423 are arranged in a common plane.
Die Teilscheibe 421 dreht sich langsamer als die Hohlwelle 401, die weiteren Getriebestufen führen zu einer weiten Reduzierung der Drehzahlen der entsprechenden Teilscheiben 422, 423.The dividing disc 421 rotates slower than the hollow shaft 401 , the other gear stages lead to a wide reduction in the speeds of the corresponding part discs 422 . 423 ,
Durch Detektoreinrichtungen, hier Hallsensoren, an der Oberseite der Platine 414, die in der 4 nicht dargestellt sind, werden die Winkelpositionen der Teilscheiben 421, 422, 423 bestimmt. Die Teilscheiben 421, 422, 423 dienen also zur Messung der Anzahl der Umdrehungen der Hohlwelle 401, wobei jede Teilscheibe 421, 422, 423 über das Untersetzungsgetriebe von der jeweils vorgeschalteten Getriebestufe untersetzt angetrieben wird. Zum platzsparenden Aufbau sind die Teilscheiben 421, 422, 423, wie auch das Drehlager P der Drehachse 203 des Abtriebsrads 200, innerhalb des Umfangsbereiches der Codescheibe 402 angeordnet.By detector devices, here Hall sensors, at the top of the board 414 in the 4 are not shown, the angular positions of the part discs 421 . 422 . 423 certainly. The part discs 421 . 422 . 423 So serve to measure the number of revolutions of the hollow shaft 401 , where each part disc 421 . 422 . 423 is driven by the reduction gear from the respective upstream gear stage stocky. For space-saving construction are the part discs 421 . 422 . 423 , as well as the pivot bearing P of the axis of rotation 203 the output gear 200 within the peripheral area of the code disk 402 arranged.
Anstelle von Hall-Sensoren als Detektoreinrichtungen können auch magnetoresistive Sensoren, wie AMR-, GMR- (Giant Magneto Resistive) oder TMR-Sensoren (Tunnel Magneto Resistive) eingesetzt werden.Instead of Hall sensors as detector devices and magnetoresistive sensors, such as AMR, GMR (Giant Magneto Resistive) or TMR sensors (Tunnel Magneto Resistive) can be used.
Dadurch, dass die magnetischen Teilungen der Teilscheiben 421, 422, 423 in einer Ebene angeordnet sind, können die dazugehörigen Detektoreinrichtungen relativ einfach auf der Oberseite der Platine 414 untergebracht werden. Auf der Unterseite der Platine 414 sind, wie oben beschrieben, die entsprechenden Fotodetektoren angebracht. Es können beide Seiten der Platine 414 mit elektronischen Bausteinen bestückt werden, was insbesondere Vorteile bezüglich des Raumbedarfs als auch der Wirtschaftlichkeit der Herstellung hat.Because of the magnetic divisions of the part discs 421 . 422 . 423 Placed in a plane, the associated detector devices can relatively easily on top of the board 414 be housed. On the bottom of the board 414 As described above, the corresponding photodetectors are mounted. It can be both sides of the board 414 be equipped with electronic components, which has particular advantages in terms of space requirements as well as the economy of production.
Die Komponenten der optische Abtastung (insbesondere die Lichtquelle 411, die Linse 412, die Abtastplatte 413 und die Codescheibe 402) befinden sich bei dem Drehgeber 400 gemäß der 3 also unterhalb der Platine 414, wobei die Fotoelemente an der Unterseite der Platine 414 angebracht sind. An der Oberseite der Platine 414 sind unter anderem die Detektoreinrichtungen für die Erfassung der Drehstellungen der Teilscheiben 421, 422, 423 befestigt. Über der Platine ist gemäß 3 das neuartige Getriebe und die weiteren Getriebestufen angebracht.The components of the optical scanning (in particular the light source 411 , the Lens 412 , the scanning plate 413 and the code disc 402 ) are located at the encoder 400 according to the 3 So below the board 414 , with the photo elements at the bottom of the board 414 are attached. At the top of the board 414 Among other things, the detector devices for detecting the rotational positions of the dividing discs 421 . 422 . 423 attached. Above the board is according to 3 the novel transmission and the other gear stages attached.
Neben dem Antriebsrad 100 ist das Abtriebsrad 200 des Getriebes angeordnet. Durch die beschriebene Bauweise kann also ein Drehgeber 400 geschaffen werden, der überaus geringe Baumaße aufweist und mit einem Getriebe mit den bereits genannten Vorteilen ausgestattet ist.Next to the drive wheel 100 is the output gear 200 arranged the transmission. Due to the construction described so a rotary encoder 400 be created, which has very small dimensions and is equipped with a transmission with the advantages already mentioned.
Die Anwendung des Getriebes ist nicht auf Drehgeber beschränkt, deren inkrementale Abtastung auf einem optischen Prinzip beruht, oder deren Zählung der Umdrehungen auf einem magnetischen Abtastprinzip basiert. Ebenso sind hier unter anderem auch kapazitiv oder induktiv wirkende Drehgeber mit eingeschlossen.The application of the gearbox is not limited to rotary encoders whose incremental sampling is based on an optical principle or whose counting of revolutions is based on a magnetic sensing principle. Likewise, capacitive or inductive rotary encoders are also included here.
